假肢膝关节 |
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| 申请号 | CN201480072090.3 | 申请日 | 2014-12-31 | 公开(公告)号 | CN105873546B | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 奥托·博克保健有限公司; | 发明人 | H·博伊特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种假肢 膝关节 ，具有上部件(10)、相对于上部件可枢转地布置在上部件(10)上的下部件(20)、布置在上部件(10)上、用于近心假肢元件的固定装置(11)、布置在下部件(20)上、用于远心假肢元件的固定装置(21)，以及四部件式关节系统(100)，该关节系统具有四个相互铰接地固定的关节部件(30，40，50，60)，所述关节部件能分别围绕枢 转轴 (1，2，3，4)相对彼此枢转，其中，上部件(10)布置在关节系统(100)上，关节系统(100)以能在站立阶段屈肌收缩期间抵抗 弹簧 力 从初始 位置 枢转出来的方式支承在下部件(20)上，并且，弹簧力的作用线(F)如此定向，使得存在对关节系统(100)的弯曲起抵抗作用的力矩。 | ||||||
| 权利要求 | 1.假肢膝关节，具有： |
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| 说明书全文 | 假肢膝关节技术领域[0001] 本发明涉及一种假肢膝关节，具有上部件和可枢转地布置在所述上部件上的下部件，具有布置在所述上部件上的用于近心假肢元件的固定装置，具有布置在所述下部件上的用于远心假肢元件的固定装置，以及具有四部件式关节系统，该关节系统具有四个铰接地相互固定的关节部件，所述关节部件分别可围绕枢转轴相对彼此枢转，其中，所述上部件布置在所述关节系统上。 背景技术[0002] EP 0 713 689 A1示出一种假肢膝关节，具有上部件和铰接地固定在该上部件上的下部件。上部件和下部件的耦合通过至少具有四个关节部件的多部件式运动学的关节链实现，在该关节链中，改变相互连接的部件具有共同的旋转轴。旋转轴基本上相互平行地延伸，其中，在多部件关节系统的初始位置，一个关节部件可以相对于和该关节部件连接的另一个部件实施两个运动，其中，至少一个运动在开始后至少绝大程度地闭锁另一个可能的运动。通过这样的装置能够在不完全闭锁假肢膝关节的弯曲的情况下实现站立阶段屈肌收缩。 [0003] 具有长度可变的关节部件的假肢膝关节的问题是相对复杂的结构和在站立阶段屈肌收缩过程中在下降时出现关节系统几何闭锁的可能性。假肢膝关节的几何闭锁例如在US-A-5,314,498中阐述，在该假肢膝关节中，通过多中心的结构模仿自然膝关节的功能方式并且要以简单的方式实现自动的几何锁止。 发明内容[0004] 本发明的任务是，提供一种假肢膝关节，该假肢膝关节具有简单的部件布置并且确保即使在站立阶段屈肌收缩过程中假肢膝关节的弯曲也是基本可能的。 [0006] 根据本发明的假肢膝关节具有上部件和相对于上部件可枢转地布置在所述上部件上的下部件，具有布置在所述上部件上的用于近心假肢元件的固定装置，具有布置在所述下部件上的用于远心假肢元件的固定装置，以及具有四部件式的关节系统，该关节系统具有四个相互铰接地固定的关节部件，所述关节部件分别可围绕枢转轴相对彼此枢转，其中，所述上部件布置在所述关节系统上，该假肢膝关节设置为，关节系统以在站立阶段屈肌收缩期间可从起始位置逆着弹簧力枢转的方式支承在下部件上，并且，弹簧力的作用线如此定向，使得存在逆着关节系统的弯曲起作用的力矩，尤其也在相对于该初始位置已枢转的关节系统或者已伸展的关节系统中，该关节系统贴靠在伸展止挡上并且由于在站立阶段屈肌收缩时出现的力而整体上相对于下部件移位。由于通过关节点(例如构造为多杆系统中的长度可变的关节部件的弹簧元件)的相应布置和取向引起弹簧力的作用线的定向，能够实现，在站立阶段屈肌收缩时将起安全作用的力矩施加到关节系统上，而不会在此时发生关节系统中关节部件的几何结构以及配置的改变。关节系统被总体枢转，而不会由于关节系统中的关节部件的相互移位导致假肢膝关节弯曲。由此能够实现，尽管在站立阶段屈肌收缩时存在抵抗关节系统弯曲的附加力矩，仍存在这样的基本可能性：当施加足够高的弯曲力矩例如腹股沟力矩时，假肢膝关节弯曲，使得不出现几何闭锁，即所谓“几何锁(geometric lock)”。这尤其如此实现：关节系统的关节部件构造为长度不可变的并且作为系统以能在这些关节部件的相互位置不改变的情况下整体枢转的方式布置在下部件上。 [0007] 本发明的一个扩展方案提出，随着在站立阶段屈肌收缩时关节系统相对于下部件的枢转角度的增加，起抵抗关节系统弯曲的作用的力矩增大。当枢转角度增大时，除了弹簧力增大，有效杠杆臂也增大，因此产生力矩的双倍增大，使得在站立阶段屈肌收缩最大时通过关节部件相对彼此位置的变化而出现抵抗假肢膝关节弯曲的最大有效力矩。尽管上部件和下部件由于向逆着弹簧力的方向下降而相对彼此移位，然而这不是由关节系统中的关节部件的相互取向的变化所导致的假肢膝关节弯曲。 [0008] 本发明的一个扩展方案提出，关节系统支承在一多杆系统上，该多杆系统的枢转轴不与关节系统的枢转轴重合。这导致对各系统、即关节系统和多杆系统的轴承部位的矫正，使得各轴承部位不相互并列并且由此能够将轴承宽度足够稳定地确定尺寸。 [0009] 所述关节系统可以具有机械式伸展止挡，关节系统在伸直的、展开的位置中抵靠在该伸展止挡上。站立阶段屈肌收缩通常在伸展的假肢膝关节中出现，使得在所谓“脚跟着地(heel strike)”时关节系统贴靠在该机械式伸展止挡上。这可以例如由此发生：关节部件之一贴靠在机械伸展止挡上并且由此阻止该关节部件在伸展方向上进一步移位，从而阻止关节部件相互间的相应相对移位。 [0010] 所述关节系统可以具有远心关节部件，该远心关节部件具有另一前侧枢转轴，该另一前侧枢转轴相对于关节系统的前侧枢转轴远心地布置并且关节系统可绕该另一前侧枢转轴枢转地支承在下部件上。因此，该远心关节部件具有两个功能，一个是连接关节系统的两个关节部件，即前侧关节部件和后侧关节部件，此外构成枢转轴或用于枢转轴的轴承部位，以便连接关节系统和下部件并且由此提供用于关节系统在下部件上的可枢转支承的多杆系统。 [0011] 此外，所述关节系统可以具有后侧关节部件，该后侧关节部件具有近心枢转轴和远心枢转轴，其中，该后侧关节部件越过远心枢转轴延长并且在延长部中具有用于弹簧元件的近心枢转轴，该弹簧元件是多杆系统的部件。因此，该后侧关节部件同样提供了多杆系统的一个轴承部位，具体说在越过关节系统远心后侧枢转轴的远心延长部区域中。 [0012] 所述弹簧元件可以具有可布置在下部件上的远心轴承部位，其中，弹簧元件的远心轴承部位与多杆系统的近心枢转轴之间的连接线相对于关节系统的后侧关节部件的远心枢转轴在前侧延伸。因此确保，在站立阶段屈肌收缩时当向弹簧元件上施加一个力时，通过力导入点的几何配置和作用线而产生一个力矩，该力矩抵抗假肢膝关节弯曲，即抵制关节系统枢转并由此抵制上部件相对于下部件移位和弯曲。 [0013] 所述弹簧元件相对于下部件支承关节系统并且使得在站立阶段能够下降，该弹簧元件不仅可以构造为单纯的弹簧元件，而且也可以构造为弹簧-阻尼器元件或者弹簧-阻尼器系统，用于提供抵抗关节系统下降的复位力。在弹簧元件构造有阻尼部件的情况下可通过流体阻尼器或者弹性体阻尼器来提供阻尼。弹性体阻尼器可具有弹性体元件或者由弹性体元件组成，该弹性体元件由塑料合成物构成。弹性体元件可以构造为管者具有至少一个管，其中可能的是，多个弹性体元件串联布置。 [0014] 在关节系统的远心关节部件上可布置弹簧元件，该弹簧元件支承在关节系统的近心关节部件上。通过该弹簧元件能够在正常弯曲时、即在摆动阶段中或在最终站立阶段的区域中假肢膝关节弯曲时影响假肢膝关节的行为。关节系统的该弹簧元件类似于关节系统和下部件之间的弹簧元件，不仅可以构造为单纯的弹簧元件，而且可以构造为弹簧-阻尼器元件或者弹簧-阻尼器系统，该元件或系统提供复位力，当没有其他力作用于假肢膝关节上时，通过该复位力使关节系统运动到初始位置，尤其是完全的伸展位置。在弹簧元件构造有阻尼部件的情况下可以通过液体阻尼器或者弹性体阻尼器提供阻尼。弹性体阻尼器可具有弹性体元件或者由弹性体元件组成，该弹性体元件由塑料合成物构成。弹性体元件可以构造为管或者具有至少一个管，其中可能的是，多个弹性体元件串联布置。 [0015] 有利的是，关节系统通过弹簧元件支承在下部件上，其中，弹簧元件的固定部位与关节系统的枢转轴不重合，由此产生轴承部位的分拆。因此，关节系统的轴承部位和多杆系统的轴承部位不重合，使得关节系统的以及多杆系统的关节部件的全部轴承部位或者连接部位分开地构造并且可以足够大地确定尺寸。关节系统的关节部件优选是长度不变的，而多杆系统的关节部件中至少一个是长度可变的，使得多杆系统几何的改变不仅通过两个相互固定的关节部件的转动发生，而且也通过关节部件的长度改变以及关节部件轴承部位的相互间距改变而发生。 [0016] 如果设置弹簧元件，则该弹簧元件可构造为可压缩的弹性体元件，由此可能的是，在安装高度低并且安装空间小的情况下施加高的弹簧力，此外这样的弹性体元件无需维护、低噪声并且非常轻。所述弹簧元件不仅可布置在关节系统中而且可布置在多杆系统中。 [0017] 弹簧元件可设计为在复位力方面可调整，以使得假肢能够匹配各个病人。该可调整性可以赋予一个或两个弹簧元件。对应的弹簧元件可被预紧并且可通过预压缩来影响抵抗弯曲的阻力或影响抵抗关节系统下降的阻力。在关节系统和下部件之间的弹簧元件构造为多杆系统的部件的情况下，可调整和可改变的预压缩程度能够匹配病人的自重或匹配计划的负载。 附图说明[0018] 下面参考附图详细阐述本发明的实施例。附图示出： [0019] 图1：假肢膝关节在完全伸展位置中的示意图；以及 [0020] 图2：具有相对于下部件移位的关节系统的假肢膝关节。 具体实施方式[0021] 图1中示出的假肢膝关节的实施例具有上部件10，在该上部件上设置有用于远心的假肢部件的、构造为接头吊架的固定装置11，例如用于将假肢膝关节固定到大腿管上或者大腿筒上。固定装置11可以拧入在上部件10中或者一体地构造在该上部件上。在上部件10上可以布置或构造有四部件式关节系统100的第一关节部件30。该近心的、基本水平取向的关节部件30具有前侧枢转轴1和后侧枢转轴2。在前侧枢转轴1上可枢转地支承有前侧关节部件40，在后侧枢转轴2上可枢转地支承有后侧关节部件50。因此，前侧关节部件40的近心端部通过枢转轴1并且后侧关节部件50的近心端部通过枢转轴2可枢转地与上部件10或者说与近心的关节部件30连接。 [0022] 前侧关节部件40的远心端部在枢转轴3上可枢转地支承在远心关节部件60上。枢转轴3布置在远心关节部件60的前侧端部上。在远心关节部件60的后侧端部上布置了第四枢转轴4，在该枢转轴上支承有四部件式关节系统100的后侧关节部件50的近心轴承部位。因此，关节系统100由四个关节部件30，40，50，60的四个枢转轴1，2，3和4形成。关节部件30， 40，50，60刚性地构造，使得枢转轴1，2，3，4在关节部件30，40，50，60内部的间距保持不可改变，通过这些关节部件相对旋转能够实现，上部件10例如在摆动阶段期间为了假肢膝关节的弯曲而弯曲。该弯曲可为约180°。上部件10通过四部件式关节系统100的关节部件30，40， 50，60的移位而相对于下部件20弯曲。下部件20与上部件10类似地具有固定装置21，该固定装置用于固定远心的假肢元件25，例如假肢脚或图示的小腿管。 [0023] 远心关节部件60除了远心枢转轴3外还具有另一枢转轴5，该另一枢转轴相对于枢转轴3在远心侧离开间距，使得整个关节系统100可围绕枢转轴5相对于下部件20枢转，即使没有发生上部件10通过关节系统100的关节部件30，40，50，60的相互移位而弯曲。为此设置，在远心的后侧枢转轴4的远心侧构成后侧关节部件50的延长部，在该延长部上布置一远心的后侧枢转轴6，在该枢转轴上固定弹簧元件A，该弹簧元件在下部件20上支承在下枢转轴7上。因此，通过枢转轴5，6，7构成一多杆系统，该多杆系统通过弹簧元件A、布置在下部件20上的关节轴5，7之间的连接以及下部件20上的近心枢转轴5和枢转轴6的后侧关节部件50的远心延长部之间的连接构成。多杆系统200的处于枢转轴6和7之间的后侧关节部件50的长度是可变的。 [0024] 弹簧元件A优选构造为弹性体元件并且使得关节系统100能够抵抗弹簧力保持在初始位置。该假肢膝关节是在初始位置中示出的，在该位置，不仅弹簧元件A将关节系统100压到其初始位置中，而且关节系统100向前侧方向移位最大。 [0025] 在示出的初始位置中，假肢膝关节处于最大伸展位置，既不由于弹簧元件A压缩、也不由于关节部件30，40，50，60相对移位而生产弯曲。假肢膝关节达到最大伸展并且贴靠在伸展止挡B上，该伸展止挡在示出的实施例中通过后侧关节部件50的远心延长部上的突起构成，该突起贴靠在远心关节部件60的下侧面上。原则上也可能的是，将伸展止挡B定位在别处。 [0026] 在关节系统100内部布置有由可压缩的弹性体元件构成的另一弹簧元件70，该另一弹簧元件支承在上部件10的近心端部上和远心关节部件60的远心端部上。该远心轴承部位76处于远心关节部件60上的枢转轴3和4之间。弹簧元件70的近心端部布置在近心枢转轴1，2之间。在示出的实施例中，弹簧元件的固定部位不与枢转轴1，2，3，4之一重合，原则上也可能的是，弹簧元件70的一个或两个轴承部位与一个或两个枢转轴重合。通过弹簧元件70能够影响假肢膝关节在摆动阶段期间或者最终站立阶段期间的弯曲。 [0027] 该假肢膝关节的工作方式设置为，例如在摆动阶段结束时(在该摆动阶段存在最大伸展的假肢膝关节)，进行所谓“脚跟着地”或脚跟冲击，此时脚跟随着伸展的假肢膝关节放落到地面上。为了拦截该脚跟冲击，假肢膝关节的上部分通过四部件式关节系统100围绕枢转轴5完全枢转到伸展位置并且压缩弹簧元件A，在该伸展位置，伸展止挡B贴靠在远心关节部件60上。围绕多杆系统200的前侧枢转轴5的枢转仅造成上部件10相对于下部件20的少量移位，通常是5°的弯曲角度。在如图1所示的初始位置中，力作用线F，即弹簧元件A的轴承部位6，7之间的连接线，已经处于四部件式关节系统100的远心的后侧枢转轴4的前面或者说前侧，使得在围绕枢转轴5枢转时施加一个力，该力将后侧关节部件50压抵到远心关节部件60上。由此产生围绕远心的后侧枢转轴的力矩，使得抵抗关节系统100弯曲的有效力矩增大。当站立阶段屈肌收缩增加时，即当围绕多杆系统200的枢转轴5的枢转角度增大时，弹簧力的作用线F向前侧方向移动，由此，围绕远心的后侧枢转轴4的杠杆增大，使得在关节系统100的围绕枢转轴5的枢转角度增大时产生增大的力矩。由此，提高了假肢膝关节抵抗由于围绕枢转轴1，2，3，4的枢转引起关节部件30，40，50，60相互间的相对运动而造成意外弯曲的安全性。然而，在站立阶段屈肌收缩增大时、尤其在脚跟负重时的安全性提高并不导致假肢膝关节的几何闭锁，而是可以通过改变关节系统100的几何形状而施加腹股沟力矩，由此造成进一步弯曲，使得可以有效避免越过伸展的腿而跌倒。 [0028] 根据本发明的假肢膝关节避免各个部件的轴承部位重合，使得可实现稳定的和简单的假肢膝关节结构。通过多杆系统的力作用线F在前侧延伸能够实现，在站立阶段屈肌收缩期间，尤其在“脚跟着地”期间，提供提高的安全性。通过施加腹股沟力矩(这例如也在站立阶段结束时进行)引起弯曲是容易实现的。 [0029] 在上部件10的固定装置11上表示出作为上侧连接器件的假肢筒5，用于接收作为近心假肢元件的截肢残段，在下部件20上在远心的固定装置21上布置有小腿管作为远心的假肢元件25。 [0030] 在图2中示出图1所示假肢膝关节处于一种状态，在该状态中，未变化的关节系统100围绕相对于前侧的远心枢转轴3在远心侧布置在远心关节部件60上的枢转轴5发生了枢转。具有枢转轴1，2，3，4和与图1相比没有相对彼此变化的关节部件30，40，50，60的关节系统100围绕枢转轴5沿顺时针方向枢转。该枢转由于多杆系统200的弹簧元件A的长度改变，例如由于脚跟着地或者在站立期间脚跟负重时而发生。在图2中画出弹簧力的两个作用线F，即根据图1的初始作用线F1和实际有效作用线F2，该实际有效作用线表示多杆系统200的近心和远心的后侧枢转轴6和7之间的连接线的延长线。在图2中可看出，有效作用线F2与初始作用线F1相比相对于关节系统100的后侧远心枢转轴4向前侧方向移位。由此，围绕枢转轴4的杠杆臂以及弹簧力增大，由此产生一个力矩，该力矩抵抗用于关节系统100的关节部件30，40，50，60的配置改变而引起假肢膝关节弯曲。关节系统100围绕枢转轴5在顺时针方向上的移位越大，通过近心关节部件50的远心延长部作用于关节系统100上的弹簧力越大，并且，基于几何配置，弹簧力的作用线F围绕后侧远心枢转轴4的有效杠杆臂越大，对关节系统的弯曲起抵抗作用的力矩越大。 |
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