На видео — протезная стопа 4-го класса активности под нагрузкой. Видно, как ламинаты прогибаются при переносе веса на протез и распрямляются в фазе отталкивания.

Уточнение по материалам. Карбоновой в протезе является культеприёмная гильза: её ламинируют из углеродных рукавов и тканей. Сама стопа так не называется — это композитные пружины плюс металлический узел крепления, а у стоп начальных классов активности композита может не быть вовсе.

Из чего собрана стопа:
— Ламинаты-пружины. Нижний формирует пятку и передний отдел, задний работает как ахиллово сухожилие и камбаловидная мышца, два верхних задают подъём и работают как передняя большеберцовая мышца
— Ламинаты стянуты четырьмя винтами из нержавеющей стали: два в переднем отделе, два в зоне голеностопа
— Узел крепления к протезу — пирамидальный адаптер или кронштейн из нержавеющей стали, титана либо алюминиевого сплава
— Косметическая оболочка из ЭВА, ПВХ, полиуретана или силикона

Как работает при шаге:
— При контакте пятки нижний и задний ламинаты принимают нагрузку и прогибаются
— В середине фазы опоры энергия накапливается в конструкции
— При отталкивании ламинаты распрямляются и возвращают часть энергии в шаг

У стопы K4 возврат энергии достигает 70 процентов — это отношение возвращённой энергии к накопленной. Конструкция с тремя точками контакта с опорой даёт непрерывный перекат с пятки на носок.

Изделия проходят испытания по стандарту ISO 10328 и имеют маркировку CE.

Стопы в наличии на складе в Санкт-Петербурге: https://itcomortopro.ru/catalog/stopy

Стопу нередко называют карбоновой. Это неточность. Углепластик в протезе — это прежде всего культеприёмная гильза, которую ламинируют из углеродных рукавов и тканей. Стопа собрана иначе.

Части конструкции:

1. Ламинаты-пружины — упругий элемент. Они принимают нагрузку, накапливают энергию при прогибе и возвращают её при отталкивании. У стоп высоких классов активности ламинатов четыре, у стоп K2 — два. У стоп начальных классов упругого композита может не быть совсем: там полиуретан, технополимер и деревянный киль.

2. Крепёж — винты из нержавеющей стали, которыми ламинаты стянуты между собой.

3. Узел соединения с протезом — металлический: пирамидальный адаптер либо кронштейн из нержавеющей стали, титана или алюминиевого сплава. Через него стопа соединяется с пилоном или ламинируется в культеприёмную гильзу.

4. Косметическая оболочка — ЭВА, ПВХ, полиуретан либо силикон. Она задаёт внешний вид и влияет на работу стопы: разные материалы рассеивают от 1 до 30 процентов накопленной энергии.

Коротко: карбоновая — гильза, а стопа — это пружины и металлический узел крепления.

Каталог стоп: https://itcomortopro.ru/catalog/stopy

Четырёхламинатная схема нужна затем, чтобы в любой момент фазы опоры работали минимум два элемента. Так стопа отзывается на всём протяжении шага, а не только в момент отталкивания.

Нижний ламинат формирует пяточную область и передний отдел. Он вступает в работу при начальном контакте: принимает вес, амортизирует удар и накапливает энергию. Заканчивает работу при отрыве носка, когда передний отдел даёт финальный толчок.

Задний ламинат формирует пятку и повторяет функцию ахиллова сухожилия и камбаловидной мышцы. Он нагружается эксцентрически во второй фазе переката, стабилизирует стопу в сагиттальной плоскости и отдаёт энергию от середины фазы опоры до отрыва носка.

Два верхних ламината задают подъём стопы и работают как передняя большеберцовая мышца. Они обеспечивают плавный перекат, тыльное сгибание в середине фазы опоры и подошвенное сгибание в фазе толчка.

Между собой ламинаты соединены четырьмя винтами: два в переднем отделе и два в зоне голеностопа.

У стоп класса K2 схема проще — два ламината, возврат энергии около 45 процентов. Чем выше требуемая динамика, тем больше работающих элементов.

Каталог стоп: https://itcomortopro.ru/catalog/stopy

Перекат — это переход нагрузки с пятки на передний отдел за один шаг. От того, насколько он плавный, зависит и устойчивость, и расход сил при ходьбе.

Стопа с тремя точками контакта с опорой даёт непрерывный перекат: нагрузка не перескакивает с пятки на носок, а перемещается постепенно. Пользователь не проваливается в начале опоры и не упирается в жёсткий носок в конце.

Что происходит по фазам:
— Контакт пятки: пружина прогибается, удар гасится, стопа остаётся стабильной в сагиттальной плоскости
— Средняя фаза опоры: верхние ламинаты обеспечивают тыльное сгибание, вес плавно смещается вперёд
— Отрыв носка: передний отдел распрямляется и даёт толчок

Плавность зависит не только от геометрии, но и от жёсткости. Слишком мягкая стопа у активного пользователя даёт ощущение провала и удлиняет фазу принятия нагрузки, слишком жёсткая у малоактивного — резкий упор и потерю комфорта. Поэтому стопу подбирают по массе тела и классу активности одновременно.

Каталог стоп: https://itcomortopro.ru/catalog/stopy

У каждой протезной стопы указывают эффективность в процентах. Это отношение энергии, которую стопа вернула в шаг, к энергии, которую она накопила при прогибе.

Ориентировочное соответствие классам активности:
— 15–30 процентов — K1
— 30–45 процентов — K2
— 46–60 процентов — K3
— 61–75 процентов — K4
— свыше 75 процентов — беговые и спортивные стопы

Для сравнения: стопа SACH с деревянным килем даёт около 25 процентов, одноосная — 35, динамическая — 40, стопа среднего класса с двумя углеродными ламинатами — 45, а четырёхламинатная конструкция K4 — до 70 процентов.

Важная оговорка: сам по себе процент не определяет качество ходьбы. Значение имеет ещё и момент отдачи энергии — она должна прийтись на фазу отталкивания, а не раньше. Слишком отзывчивая стопа у малоактивного пользователя даёт неустойчивость, а не пользу.

Часть накопленной энергии забирает косметическая оболочка: от 1 процента у ЭВА до 30 процентов у силикона. Поэтому оболочку подбирают вместе со стопой, а не отдельно.

Каталог стоп: https://itcomortopro.ru/catalog/stopy

Углеродная пружина сама по себе к протезу не крепится. За соединение отвечает металлический узел, и от него зависит, как стопу можно выставить по осям.

Варианты соединения:

Пирамидальный адаптер в зоне голеностопа — самый распространённый вариант для модульных протезов. Соединяется с трубчатым адаптером и пилоном, позволяет юстировать положение стопы в двух плоскостях.

Трубчатый адаптер — связывает пилон с пирамидой стопы или с коленным модулем. Выпускается из алюминиевого сплава, нержавеющей стали и титана. Момент затяжки винтов — 5 Н·м.

Ламинируемый кронштейн — применяется со спортивными и беговыми стопами. Закладывается в культеприёмную гильзу при ламинировании либо крепится к коленному модулю четырьмя винтами. Механическая прочность кронштейна превышает 7000 Н, усталостная — 3000 Н на 300 000 циклов.

Адаптер стопы SACH — отдельный тип: соединяет стопу с деревянным килем и трубчатый адаптер, комплектуется гайкой и шайбой M10.

Все узлы испытаны по ISO 10328. Материалы: нержавеющая сталь, титан, алюминиевый сплав.

Каталог: https://itcomortopro.ru/catalog/stopy

Косметическая оболочка закрывает углеродную конструкцию и придаёт протезу вид стопы. Но у неё есть и механическая роль: оболочка вязкоупругая, то есть часть энергии в ней теряется.

Потери энергии по материалам:
— ЭВА — около 1 процента
— ПВХ — около 10 процентов
— Полиуретан — около 15 процентов
— Силикон — около 30 процентов

Разница существенная: стопа с возвратом 70 процентов в силиконовой оболочке отдаёт заметно меньше, чем та же стопа в оболочке из ЭВА.

Это подтверждено измерениями. В исследовании с анализом походки сравнили ходьбу без оболочки и с пятью разными оболочками. Без оболочки за цикл шага рассеивалось около 5 Дж, с одной из полиуретановых оболочек — около 8 Дж. Временные параметры шага различались для всех вариантов.

Практический вывод: оболочку подбирают вместе со стопой. Для активного пользователя с динамичной стопой имеет смысл ЭВА, силикон уместнее там, где на первом месте внешний вид.

Отдельно учитывают обувь — она тоже влияет на работу пружины.

Каталог: https://itcomortopro.ru/catalog/stopy

K-уровень — это классификация мобильности пользователя протеза. Она определяет, какая конструкция стопы будет уместна.

K1 — передвижение по ровной поверхности с постоянной скоростью, в основном дома и рядом с домом. Нужна устойчивая стопа с минимальным возвратом энергии: SACH с деревянным килем или одноосная конструкция.

K2 — ограниченная ходьба вне дома, преодоление бордюров, отдельных ступеней, неровностей. Подходит стопа с гибким килем или многоосная, возврат энергии 35–45 процентов.

K3 — свободное передвижение вне дома с переменной скоростью, работа и активный быт. Требуется выраженный возврат энергии, 46–60 процентов, динамическая конструкция.

K4 — высокие ударные и динамические нагрузки: активные взрослые, спортсмены, дети. Максимально отзывчивая пружина, до 70 процентов возврата.

Ошибка при подборе стоит комфорта в обе стороны. Слишком жёсткая стопа у малоактивного пользователя даёт ощущение упора, слишком мягкая у активного — потерю энергии на каждом шаге.

При оценке учитывают не только активность, но и массу тела, состояние культи, сопутствующие ограничения и сам настрой человека ходить.

Каталог стоп: https://itcomortopro.ru/catalog/stopy

Протезная стопа — несущий элемент. Прочность проверяют по международному стандарту ISO 10328, и испытания состоят из трёх видов.

Статические испытания. Проверка на прочность нагрузкой 1610 Н на пятку и на передний отдел стопы, затем испытание на предельную прочность — 2415 Н на те же зоны.

Циклические испытания. Два миллиона циклов нагрузкой 1330 Н. Этот режим ближе всего к реальной эксплуатации: усталостное разрушение проявляется именно при многократном повторении.

Испытание на кручение. Статическая нагрузка 50 Н·м.

Для сравнения: заданные условия примерно втрое превышают нагрузки при обычной ходьбе.

Что это даёт на практике. Прохождение ISO 10328 — основание для маркировки CE. У добросовестных производителей испытания проводит независимая лаборатория, а не сам изготовитель, и на изделие выдаётся протокол.

Кронштейны и адаптеры испытывают отдельно: механическая прочность свыше 7000 Н, усталостная — 3000 Н на 300 000 циклов.

Каталог стоп: https://itcomortopro.ru/catalog/stopy

Культеприёмная гильза — самая ответственная часть протеза: она удерживает культю, передаёт нагрузку на конструкцию и определяет, насколько комфортно человеку носить протез. Делают её индивидуально, ламинируя армирующие слои по гипсовой модели культи.

Здесь мы собрали фото и видео изделий, которые протезисты изготовили из материалов ИТКОМ — углеродных рукавов и тканей, перлона, стеклонейлона. Часть снимков сделана в мастерских, часть на выставках и примерках.

Смотрите, как выглядит фактура плетения на готовой гильзе, как устроены узлы крепления и окна под замок, чем отличается гильза голени от гильзы бедра.

Материалы, из которых это сделано: https://itcomortopro.ru/catalog

Вакуумное крепление гильзы держится на выпускном клапане: он выпускает воздух при надевании протеза и не пропускает его обратно. Резьбовой клапан KVM-01 и другой крепёж — в разделе каталога: https://itcomortopro.ru/catalog/krepezh-i-klapany