CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención está relacionada con el área de biomecánica, y más particularmente está relacionada con una prótesis automática de rodilla con movimientos de flexión- extensión y rotación pasiva automática axial, medial y lateral.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las prótesis son piezas o aparatos artificiales que se colocan o se implantan en el cuerpo de un ser vivo para sustituir a otra pieza, a un órgano o a un miembro, por ejemplo una pierna o rodilla. En la actualidad, las prótesis de rodilla presentan varias dificultades debido a la complejidad de la mecánica articular de la rodilla, pues por un lado ha de poseer una gran estabilidad en extensión completa para soportar el peso corporal sobre un área relativamente pequeña; pero al mismo tiempo debe estar dotada de la movilidad necesaria para la marcha y la carrera y para orientar eficazmente al pie en relación con las irregularidades del terreno.

En el estado de la técnica existen varias prótesis de rodilla, las cuales invariablemente comprenden medios de conexión superior e inferior para fijar la prótesis al soporte de muñón o "socket" y para fijarla a un elemento de miembro inferior respectivamente. Por ejemplo el documento WO2014088505 describe una articulación de rodilla para ser usada en una prótesis de miembro inferior que comprende sensores de medición y un motor conectado a un eje axial desplazable capaz de moverse axialmente y cambiar la velocidad angular, lo cual permite que dicha articulación tenga rotación axial así como movimientos de flexión-extensión. Sin embargo, carece de un mecanismo para transmitir potencia de manera eficiente, así como de mecanismos que permitan simular de manera efectiva una articulación de tipo troclear y que permita movimientos de rotación pasiva automática axial.

Por su parte, el documento CA2107197 describe una bisagra de unión para usarse como una prótesis de rodilla que comprende un sistema de engranajes y un acoplamiento mecánico orientado que sirve para conectar por lo menos dos bisagras de unión, permitiendo movimientos de flexión- extensión y de rotación axial. No obstante, no cuenta con un dispositivo que brinde una mejoría en la posición angular deseada, ni una rotación pasiva automática axial para obtener un ensamble y movimiento similar a la rodilla humana y tampoco cuenta con sensores y procesadores que permitan mejorar el control de potencia de la misma de forma automática.

Por último, el documento US5899943 describe una prótesis de miembro que incluye una articulación de rodilla que comprende un motor de pasos que proporciona la contracción necesaria según la velocidad de caminata. Sin embargo, no cuenta con un mecanismo para transmitir potencia de manera eficiente o instrumentos de medición que permitan controlar la rotación axial de la prótesis de forma pasiva automática o mecanismos que permitan reproducir de forma correcta la articulación de la rodilla para proporcionar un movimiento natural.

Por consecuencia de lo anterior, se ha buscado suprimir los inconvenientes que presentan las prótesis de rodilla utilizadas en la actualidad, desarrollando una prótesis automática de rodilla con movimientos de flexión-extensión y rotación pasiva automática axial, medial y lateral que, además de permitir una rotación pasiva automática axial, medial y lateral, permita además un comportamiento similar a la articulación de la rodilla para proporcionar una caminata natural.

OBJETOS DE LA INVENCIÓN

Teniendo en cuenta los defectos de la técnica anterior, es un objeto de la presente invención proporcionar una prótesis automática de rodilla con movimientos de flexión-extensión y rotación pasiva automática axial, medial y lateral.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una prótesis de rodilla que tenga un comportamiento similar a la articulación de la rodilla para proporcionar una caminata natural.

Asimismo, otro objeto de la presente invención es proporcionar una prótesis de rodilla con fácil ensamblaje, fácil sustitución de componentes dañados y fácil mantenimiento.

Estos y otros objetos se logran mediante una prótesis de rodilla que comprende un mecanismo de rotación axial con rotación interna y rotación externa pasiva automática de conformidad con la presente invención.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION.

Se ha inventado una prótesis automática de rodilla con movimientos de flexión-extensión y rotación pasiva automática axial, medial y lateral del tipo que comprende:

(i) primeros medios de conexión para fijar la prótesis a un soporte de muñón o "socket" de una persona amputada de un miembro inferior;

(ii) medios de articulación para simular un movimiento de flexión-extensión de rodilla; y

(iii) segundos medios de conexión para fijar la prótesis a un elemento que simule el extremo distal de un miembro inferior.

La prótesis de rodilla de la presente invención se caracteriza porque también comprende:

(iv) medios de rotación axial localizados dentro de los primeros medios de conexión para permitir el cambio de plano de la prótesis con respecto al soporte de muñón;

(v) medios motrices localizados sobre los segundos medios de conexión y conectados a los medios de articulación para moverlos, en donde los medios motrices a su vez comprenden:

(a) un motor con una fuente de energía que le permite generar movimiento,

(b) un mecanismo diferencial que transmite el movimiento de forma independiente a

(c) una transmisión medial, y

(d) una transmisión lateral,

en donde el mecanismo diferencial y las transmisiones medial y lateral se encuentran ensamblados a los medios de articulación para permitir el cambio de ángulo de los segundos medios de conexión con respecto a los primeros medios de conexión y simular el movimiento de flexión-extensión de la rodilla;

(vi) sensores que miden la orientación en el espacio, la posición de carrera del movimiento de flexión- extensión y la aceleración de la prótesis y la actividad muscular de la persona amputada; y

(vii) un circuito integrado que recibe los parámetros medidos por los sensores, calcula la posición de la prótesis y determina la energía que deben generar los medios motrices para que la prótesis efectúe el movimiento estimulado por la persona amputada. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Los aspectos novedosos que se consideran característicos de la presente invención, se establecerán con particularidad en las reivindicaciones anexas. Sin embargo, algunas modalidades, características y algunos objetos y ventajas de la misma, se comprenderán mejor en la descripción detallada, cuando se lea en relación con los dibujos anexos, en los cuales:

La figura 1 muestra una vista frontal de una modalidad específica de la prótesis automática de rodilla (1000), en relación con un soporte de muñón (2000) y un elemento que simula el extremo distal de un miembro inferior (3000).

La figura 2 muestra una vista posterior de la modalidad específica de la prótesis automática de rodilla (1000) mostrada en la figura 1 .

La figura 3 muestra una vista superior de la modalidad específica de la prótesis automática de rodilla (1000) mostrada en la figura 1 .

La figura 4 muestra una vista lateral de la modalidad específica de la prótesis automática de rodilla (1 000) mostrada en la figura 1 .

La figura 5 muestra una vista inferior de la modalidad específica de la prótesis automática de rodilla (1000) mostrada en la figura 1 .

La figura 6 muestra una vista en perspectiva, en explosión, de la modalidad específica de la prótesis automática de rodilla (1000) mostrada en la figura 1 .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Se ha encontrado que una prótesis automática de rodilla que comprende: (i) primeros medios de conexión; (ii) medios de articulación; (iii) segundos medios de conexión; (iv) medios de rotación axial; (v) medios motrices; (vi) sensores; y (vii) un circuito integrado, proporciona movimientos de flexión-extensión y rotación pasiva automática axial, medial y lateral lo cual permite un comportamiento similar a la articulación de la rodilla para proporcionar una caminata natural a personas que hayan sido amputadas de una extremidad inferior.

La prótesis automática de rodilla de la presente invención es del tipo que comprende:

(i) primeros medios de conexión para fijar la prótesis a un soporte de muñón o "socket" de una persona amputada de un miembro inferior;

(ii) medios de articulación para simular un movimiento de flexión-extensión de rodilla; y

(iii) segundos medios de conexión para fijar la prótesis a un elemento que simule el extremo distal de un miembro inferior.

La prótesis de rodilla de la presente invención se caracteriza porque también comprende:

(iv) medios de rotación axial localizados dentro de los primeros medios de conexión para permitir el cambio de plano de la prótesis con respecto al soporte de muñón en sentido medial y lateral;

(v) medios motrices localizados sobre los segundos medios de conexión y conectados a los medios de articulación para moverlos, en donde los medios motrices a su vez comprenden:

(a) un motor con una fuente de energía que le permite generar movimiento,

(b) un mecanismo diferencial que transmite el movimiento de forma independiente a

(c) una transmisión medial, y (d) una transmisión lateral,

en donde el mecanismo diferencial y las transmisiones medial y lateral se encuentran ensamblados a los medios de articulación para permitir el cambio de ángulo de los segundos medios de conexión con respecto a los primeros medios de conexión y simular el movimiento de flexión-extensión de la rodilla; (vi) sensores que miden la orientación en el espacio, la posición de carrera del movimiento de flexión- extensión y la aceleración de la prótesis y la actividad muscular de la persona amputada; y

(vii) un circuito integrado que recibe los parámetros medidos por los sensores, calcula la posición de la prótesis y determina la energía que deben generar los medios motrices para que la prótesis efectúe el movimiento estimulado por la persona amputada.

En una modalidad preferida de la presente invención, los materiales que conforman a la prótesis automática de rodilla se seleccionan del grupo que comprende materiales poliméricos, metales o mezclas de los mismos y más preferiblemente es resina plástica con incrustaciones de titanio.

Conforme a los principios de la presente invención, la prótesis automática de rodilla comprende primeros medios de conexión, los cuales fijan la prótesis a un soporte de muñón o "socket" de una persona amputada de un miembro inferior en su parte superior y se encuentran montados sobre los medios de articulación.

Por su parte, los medios de articulación para simular un movimiento de flexión-extensión de rodilla preferiblemente comprenden un amortiguador que absorbe la energía cinética, amortigua el desplazamiento generado por el movimiento de flexión-extensión de la prótesis y regresa a la prótesis a su posición inicial una vez terminado su movimiento de flexión-extensión, y en una modalidad preferida de la presente invención el amortiguador se selecciona de un amortiguador del tipo hidráulico, neumático, de gas o magnético y aún más preferidamente es un amortiguador hidráulico.

En una modalidad preferida de la presente invención, el amortiguador se encuentra fijo en un extremo a los primeros medios de conexión y en el otro extremo a los segundos medios de conexión.

En una modalidad preferida de la presente invención, los medios de articulación también comprenden un elemento proximal que se fija a la parte inferior de los primeros medios de conexión y sobre un elemento distal.

En una modalidad preferida de la presente invención, el elemento comprende medios de conexión complementarios que determinan la carrera del movimiento de flexión-extensión de la prótesis de rodilla, es decir determina la posición máxima de flexión y de extensión; y una carcasa para ensamblaje que dentro de ella se ensamblan el mecanismo diferencial y las transmisiones medial y lateral de tal forma que el elemento distal transmita el giro generado por los motores mediante unos elementos de desgaste medial y lateral que permitan el movimiento de flexión-extensión en función de la carrera determinada por los medios de conexión complementarios.

En una modalidad preferida de la presente invención, los medios de conexión complementario tienen forma cilindrica.

En una modalidad preferida de la presente invención, la carcasa para ensamblaje tiene forma cilindrica.

Como ya se dijo, la prótesis de la presente invención comprende segundos medios de conexión que en una modalidad preferida de la presente invención comprenden un orificio de conexión que se encuentra en el extremo dlstal de la prótesis de rodilla y la fija a un elemento que simula el extremo distal de un miembro inferior mediante medios de sujeción los cuales se seleccionan preferiblemente de tornillos, manijas, pernos, tuercas o bridas.

Respecto de los medios de rotación axial, en una modalidad preferida de la presente invención éstos comprenden un conector superior que conecta la prótesis a un soporte de muñón de tal forma que soporte el peso de la persona amputada y a su vez permita el cambio de plano de la prótesis con respecto al soporte de muñón para tener un movimiento de rotación pasiva automática axial, medial y lateral.

En una modalidad preferida de la presente invención, el conector superior tiene forma de media esfera con un prisma cuadrangular que la atraviesa transversalmente en su parte central.

Asimismo, en una modalidad preferida de la presente invención los medios de rotación axial comprenden un elemento de rozamiento que reduce la fricción del movimiento de rotación axial del conector superior y las piezas de la prótesis conectadas a éste.

En una modalidad preferida de la presente invención el elemento de rozamiento se selecciona de entre rodamientos, baleros o cojinetes y más preferiblemente es un rodamiento de bolas.

Los medios de rotación axial descritos anteriormente comprenden en una modalidad preferida un elemento de retorno que regresa la prótesis a su posición axial inicial de forma automática una vez realizado el movimiento de rotación axial estimulado.

En una modalidad preferida de la presente invención, el elemento de retorno se selecciona entre el grupo de materiales poliméricos y más preferiblemente del grupo de polímeros resilientes, los cuales tienen la propiedad de retornar a su posición inicial después de aplicarles una fuerza.

Los medios motrices anteriormente descritos se encuentran localizados entre los medios de articulación y los segundos medios de conexión, de forma que permiten el movimiento de los medios de articulación.

En una modalidad preferida de la presente invención, los medios motrices comprenden un motor con una fuente de energía que le permite generar movimiento preferiblemente comprende un motor paso a paso o motor de pasos.

Asimismo, los medios motrices preferiblemente comprenden un dispositivo codificador que convierte la posición angular de la prótesis a un código digital y se encuentra conectado al circuito integrado, el cual se prefiere que sea un codificador rotatorio, codificador del eje, generador de pulsos o "encoder" y más preferiblemente se selecciona de entre un codificador rotatorio del tipo óptico, lineal, cuadratura o incremental y aún más preferiblemente es un codificador rotatorio incremental magnético.

A su vez, los medios motrices preferiblemente comprenden un elemento de unión que transmite el giro hacia el mecanismo diferencial y preferiblemente es un piñón.

En una modalidad preferida de la presente invención el mecanismo diferencial es un sistema de engranajes diferencial y más preferiblemente es un sistema de engranajes diferencial con engranes cónicos.

En cuanto a las transmisiones medial y lateral, se prefiere que sean un sistema de engranajes y más preferiblemente son engranajes planetarios o engranajes epicicloidales, aún más preferiblemente los engranes utilizados son de dientes rectos o de tipo helicoidal. En una modalidad de la presente Invención, tanto el mecanismo diferencial como las transmisiones medial y lateral se encuentran ensamblados dentro de la carcasa para ensamblaje de los medios de articulación para permitir el cambio de ángulo de los segundos medios de conexión con respecto a los primeros medios de conexión y simular el movimiento de flexión-extensión de la rodilla.

En una modalidad específica de la presente invención, los medios motrices comprenden un soporte medial y un soporte lateral que dan soporte al mecanismo diferencial y las transmisiones medial y lateral dentro de la carcasa para ensamblaje de los medios de articulación, cada uno de los soportes medial y lateral preferiblemente comprende un rodamiento, balero o cojinete y más preferiblemente es un rodamiento de bolas para reducir la fricción entre las transmisiones medial y lateral y las piezas unidas a éstos.

Como se mencionó anteriormente, la prótesis de rodilla de la presente invención comprende sensores.

En una modalidad de la presente invención, al menos un sensor mide la orientación en el espacio de la prótesis y se selecciona del grupo de los giroscopios o giróscopos y más preferiblemente es un giroscopio de sistemas microelectromecánicos (MEMS) de 3 ejes; y al menos un sensor mide la aceleración de la prótesis se prefiere que sea un acelerometro y más preferiblemente es un acelerometro de sistemas microelectromecánicos (MEMS) de 3 ejes.

En una modalidad preferida de la presente invención un mismo sensor mide tanto la orientación en el espacio como la aceleración de la prótesis de rodilla.

A su vez, al menos un sensor mide la actividad muscular y se localiza en el muñón de la persona amputada de tal forma que pueda recibir su actividad muscular mediante electrodos y se pueda conectar al circuito integrado de la prótesis de rodilla.

En una modalidad preferida de la presente invención el sensor que mide la actividad muscular preferiblemente es un sensor bioeléctrico que detecta la actividad muscular mediante electromiografía (EMG).

Por otra parte, al menos un sensor mide la posición de carrera del movimiento de flexión-extensión determinado por los medios de conexión complementarios del elemento distal.

En una modalidad preferida de la presente invención el sensor que mide la posición de carrera es un sensor magnético.

La prótesis de la presente invención, a su vez comprende el circuito integrado que está conectado tanto de forma analógica como electrónica a todos los sensores para recibir los parámetros medidos por éstos, de este modo cuando el sensor que mide la actividad muscular detecta un pulso eléctrico por parte del muñón, el circuito integrado lo interpreta como inicio de movimiento y manda una señal a los demás sensores para que detecten la aceleración y posición de la prótesis automática de rodilla. El circuito integrado a partir de la posición y aceleración de la prótesis, manda una señal al motor para que genere la energía necesaria para que la prótesis efectúe el movimiento estimulado por la persona amputada.

En una modalidad preferida de la presente invención dicho circuito integrado se coloca en los segundos medios de conexión.

Asimismo, el circuito integrado preferentemente comprende un microcontrolador. Para comprender mejor los principios de la presente invención, ésta se describirá con respecto a una modalidad específica que se ilustra en las figuras 1 a 6, dicha modalidad presenta los componentes esenciales de la prótesis automática de rodilla, así como su ubicación dentro de la misma.

Haciendo referencia ahora a la figura 1 , en ésta se muestra la vista frontal de una modalidad específica de la prótesis automática de rodilla (1000), un soporte de muñón (2000) y un elemento que simula el extremo distal de un miembro inferior (3000). Como se puede observar en dicha figura, los primeros medios de conexión (1 1 00) se encuentran en la parte superior de la prótesis y comprenden los medios de rotación axial (1 1 10), con los cuales se conecta la prótesis (1000) con el soporte de muñón (2000). También se puede observar que los medios de articulación (1200) se encuentran ensamblados debajo de los primeros medios de conexión (1 100). Por otra parte, los segundos medios de conexión (1300) se encuentran en la parte inferior de la prótesis (1000) y se conectan a un elemento que simula el extremo distal de un miembro inferior (3000) y los medios motrices (1500) se localizan entre los medios de articulación (1200) y los segundos medios de conexión (1300).

Haciendo referencia ahora a la figura 2, en ésta se muestra una vista posterior de la modalidad específica de la prótesis automática de rodilla (1000) mostrada en la figura 1 . Como se puede observar en dicha figura, el circuito integrado (1700) se encuentra en la parte posterior de los segundos medios de conexión (1300), los sensores que miden la posición de carrera del movimiento de flexión- extensión (1600) se encuentran en la parte posterior de los medios de articulación (1200) y el amortiguador (1210) se encuentra en el centro de la parte posterior de la prótesis (1000).

Haciendo referencia ahora a la figura 3, en ésta se muestra una vista superior de la modalidad específica de la prótesis automática de rodilla (1000) mostrada en la figura 1 . Como se puede observar en dicha figura, el conector superior (1 1 1 1 ) se encuentra en la parte superior de la prótesis (1000) y se encuentra montado sobre el elemento de rozamiento (1 1 12).

Haciendo referencia ahora a la figura 4, en ésta se muestra una vista lateral de la modalidad específica de la prótesis automática de rodilla (1000) mostrada en la figura 1 . Como se puede observar en dicha figura, el soporte lateral (1560) se encuentra en la parte media de la prótesis (1000).

Haciendo referencia ahora a la figura 5, en ésta se muestra una vista inferior de la modalidad específica de la prótesis automática de rodilla (1000) mostrada en la figura 1 . Como se puede observar en dicha figura, el orificio de conexión (1310) se encuentra en la parte inferior central de los segundos medios de conexión (1300) para conectar la prótesis (1000) a un elemento que simula el extremo distal de un miembro inferior (3000).

Haciendo referencia ahora a la figura 6, en ésta se muestra una vista en explosión de la modalidad específica de la prótesis automática de rodilla (1000) mostrada en la figura 1 . Como se puede observar en dicha figura, el elemento de retorno automático (1 1 13) se acopla con el conector superior (1 1 1 1 ) y se encuentra posicionado sobre el elemento proximal (1220), el cual a su vez se encuentra sobre el elemento distal (1230), dentro de el elemento distal (1230) se posiciona, los medios de conexión complementarios (1270) y la carcasa para ensamblaje (1260) y dentro de ésta se ensamblan el mecanismo diferencial (1520), la transmisión medial (1530) y la transmisión lateral (1540) y junto se ensamblan los soportes medial (1550) y lateral (1 560) respectivamente. Los elementos de desgaste medial (1240) y lateral (1250) se acoplan entre el elemento distal (1230) y el elemento proximal (1220) para permitir el movimiento de flexión-extensión. El motor (1510) se acopla al mecanismo diferencial (1520) mediante el piñón (1 512) y debajo de éste se encuentra el dispositivo codificador (151 1 ).

De conformidad con lo anteriormente descrito, se podrá observar que la prótesis automática de rodilla, ha sido ideada para proporcionar movimientos de flexión-extensión y rotación pasiva automática axial, medial y lateral lo cual permite un comportamiento similar a la articulación de la rodilla para proporcionar una caminata natural a personas que hayan sido amputadas de una extremidad inferior, y será evidente para cualquier experto en la materia que las modalidades de la prótesis automática de rodilla según se describió anteriormente e ilustró en los dibujos que se acompañan, son únicamente ilustrativas más no limitativas de la presente invención, ya que son posibles numerosos cambios de consideración en sus detalles sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, es posible utilizar diversos tipos de materiales para fabricar la prótesis y su construcción parcial o total se puede realizar en impresoras 3D y también es posible cambiar la posición de los sensores y el procesador. Por último, el tamaño de la prótesis puede variar para adaptarse a la persona que la vaya a utilizar.

Por lo tanto, la presente invención no deberá considerarse como restringida excepto por lo que exija la técnica anterior y por el alcance de las reivindicaciones anexas.