CN100502810C - 用于可枢转地连接矫形外科装置中各部件的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于可枢转地连接矫形外科装置中各部件的装置，特别是用于截除下肢者的假膝，该装置包括具有至少四个杆的运动学多杆机构，所述多杆机构可以在行走方向(L)上运动；所述装置包括：第一杆，其可被连接到所述矫形外科装置的第一部件例如大腿支承臼上；第二杆，其可被刚性地连接到所述矫形外科装置的第二部件例如小腿部上；第三杆，其相对于行走方向(L)布置在前部，并且可枢转地连接着第一杆和可枢转地连接着第二杆；第四杆，其相对于行走方向布置在第三杆的后面，并且以这样的方式可枢转地连接着第一杆和可枢转地连接着第二杆，即第二杆和第四杆之间的连接结构可沿一预定路径移动。位于第四杆的两端之间的第四杆中央部分以这样的方式连接到第三杆上，即第三杆和所述中央部分之间的连接结构可沿一预定路径移动。

Description

用于可枢转地连接矫形外科装置中各部件的装置

技术领域

本发明涉及一种用于可枢转地连接矫形外科装置中各部件的装置，特别是用于截除下肢者的假膝。

背景技术

在矫形外科装置中利用多杆机构代替或辅助关节的功能已经出现一段时间了，并且现在被广泛采用，因为这种类型的机构同具有一个固定枢转点的更传统的机构相比具有优点。这些优点包括，同单轴机构相比，能够更好地跟随或模仿肢体的自然运动，在承受负载时，该机构的稳定性增强且可以更加容易地控制，并且上述优点可以通过适当地选择机构中各个杆之间的相对尺寸和位置而实现。特别是当多杆机构被用于代替或辅助膝功能时，上述位置的选择具有重要意义。这是因为，在迈步的初始阶段，当机构伸展时，脚后跟与地面接触且机构承载着使用者的重量，此时希望机构不要立即开始枢转运动，因为这会导致使用者没有任何支撑，从而会导致使用者跌倒。在单轴机构中，只能通过使用复杂且相对较不可靠的制动机构来防止这一点。相反，在多杆机构中，可以通过例如以这样的方式选择几何构造来实现这一功能，即在机构的展开状态，小腿或人造小腿的实际旋转点位于承受负载的两个点(脚跟和髋关节)之间的连线的后面。

另外，通过适当地选择多杆机构的几何构造，有可能实现下面的效果，即在迈出一步的最后阶段时的实际旋转点被这样进行设置，从而与单轴装置相比，假肢或支具可以更容易地进行向前摆动运动。在迈步的初始阶段，可以获得高的稳定性，同时容易产生向后摆动运动，且在这两个功能之间有可能以一简单的方式寻找到一好的折衷，所有的这些都使得多杆机构特别适合于代替或辅助实现支撑关节的功能。

在此类的应用当中，运动学多杆机构可以表现出初始的顺应性弯曲。这对于一些病人来说是需要的。

特别是在被称为“膝关节断离”(在关节处腿被切除)当中，已有的装置具有弯曲角度不够的缺点。此外，大腿被不自然地加长，使得在处于坐下的位置时腿的形状显得不自然。

发明内容

本发明的目的是提供这样一种装置，其具有以下的特征：

—可调节性，以便在需要的情况下，在脚后跟承受负载时获得高的稳定性；

—在站立阶段的最后阶段，前脚承受负载的稳定性下降，以使假肢可以容易地摆动；

—如需要，具有初始的弯曲，使得对作用在假肢上的负载起到减振作用，进而可以对作用在大腿残端上的负载起到减振作用；

—一个非常大的弯曲角度；

—当假肢弯曲90°时，假肢的加长非常小；

—美观的自然90°位置；以及

—简单的设计及使用可靠。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于可枢转地连接矫形外科装置中各部件的装置，其为用于截除下肢者的假膝或者为矫形膝关节，并且包括具有至少四个杆的运动学多杆机构，所述多杆机构可以在行走方向(L)上运动；所述多杆机构包括：

—第一杆，其可被连接到所述矫形外科装置的第一部件例如大腿支承臼上；

—第二杆，其可被刚性地连接到所述矫形外科装置的第二部件例如小腿部上；

—第三杆，其沿行走方向(L)布置在前部，并且可枢转地连接着第一杆和可枢转地连接着第二杆；和

—第四杆，其沿行走方向布置在第三杆的后面，并且以这样的方式可枢转地连接着第一杆和可枢转地连接着第二杆，即第二杆和第四杆之间的连接结构可沿第一预定路径移动；

—其中，位于第四杆的两端之间的第四杆中央部分以这样的方式连接到第三杆上，即第三杆和所述中央部分之间的连接结构可沿第二预定路径移动。

根据本发明的此类装置，提供了所需的功能和相对高的站立屈曲度，同时很容易地实现对运动的第二自由度的限制。

根据本发明的装置的一个优选实施例，所述装置包含第五杆，其可枢转地连接着第四杆和第二杆。

根据本发明的装置的另一个优选实施例，所述装置包含第六杆，其可枢转地连接着第四杆和第三杆。优选使用第五杆和第六杆，因为这会使装置的设计简单且使用可靠。

在根据本发明的装置的另一个实施例中，所述可沿预定路径移动的连接结构的至少一个连接结构是榫槽连接结构。

在此情况下，如果合适的话，预定的路径可以是圆形路径。

在根据本发明的装置的优选实施例中，第六杆与和第三、第四杆之间的枢转点分别距第三、第四杆的端部有一段距离。可以发现，以这样的方法定位枢转点，可以获得被用作膝关节的装置的所需要的功能。

在根据本发明的装置的另一个优选实施例中，该装置包括布置在多杆机构的两个杆之间的弹簧装置。使用该弹簧装置，例如，可以在摆动阶段的最后阶段便利小腿向前运动。此外，弹簧装置还可以包括减振装置。这使得能量能够在摆动阶段消散掉，从而该装置可以平稳地运动到伸展位置。这也增加了使用者的舒服程度。

在根据本发明的装置的一个实施例中，选择多杆机构的尺寸，使得该装置可以在第一停顿位置和第二位置之间枢转。第一停顿位置是指该装置可以获得站立屈曲度时的位置，而第二位置是指该装置可以获得摆动屈曲度时的位置。

优选地，这样设计该装置，使得在行走方向(L)上、在作用于该装置的竖直载荷发生移位的过程中，该装置枢转从所述第一停顿位置移出而到达第二位置。这使得可以在使用该装置时自然地行走。

在根据本发明的装置的另一个实施例中，所述装置包括至少一个止动件，其用于阻止一个所述杆，以限定出所述第一停顿位置。优选止动件可以调节。这使得可以调节所述装置的作用和操作性能。

此外，根据本发明的装置，可以包括弹簧装置，该弹簧装置至少在该装置的停顿位置上、沿停顿位置的方向起作用，以便在该外科矫形装置的第一部件和第二部件之间产生弹性作用。在此情况下，优选止动件由弹性材料制成。结果使得在停顿位置产生增加舒服程度的弹性作用。

最后，在根据本发明的实施例中，多杆中至少一个杆具有综合设计结构。这会增加该装置的抗扭刚度。

附图说明

本装置的这些及其他特征将参照附图进行更详细地说明。

图1是使用根据本发明的装置的假腿的透视图，所述装置被设计成膝关节；

图2是图1中膝关节的侧视图；

图3a—3c说明了在一步当中膝关节的不同位置。

图4a和4b用来显示在坐下位置时图1中的假腿。

图5显示了根据本发明的装置的第二实施例。

图6显示了根据本发明的装置的第三实施例。

图7a—7d示意性地描述了在根据本发明的装置中用于设置弹性止动件的不同的位置。

图8a—8c显示了在根据本发明的装置中用于设置弹性减振器的不同的位置。

具体实施方式

图1显示了一种具有根据本发明的装置的假腿，所述装置设计成膝关节1。膝关节1包含一个多杆机构，在该多杆机构中，在第一杆11上布置有用来固定到大腿上的器件，例如大腿支承臼2。带有人造脚4的小腿部3布置在膝关节1的第二杆12上。

图2详细地显示了根据本发明的膝关节1。可以再次看出，多杆机构的第一杆11连接到大腿支承臼2上，第二杆12连接到小腿部3上。在步行方向L上，第三杆13可枢转地布置在第一杆11和第二杆12之间的前侧。进一步地讲，从步行方向L上看，第四杆14和第五杆15布置在第三杆13的后侧，所述第四杆14和第五杆15在一侧可枢转连接在一起，在另一侧分别可枢转连接到第一杆11和第二杆12上。

最后，第六杆16可枢转地布置在第三杆13和第四杆14之间。第六杆的枢转点17和18分别距第三杆13和第四杆14的末端有一定距离。可以理解为，第三杆13和第四杆14的末端指的是位于所述端的枢转点。进一步地，在膝关节1中设有一减振器5，其通过活塞杆6连接到多杆机构中的一个杆上，在本例中，是连接到第四杆14上。

为了限制杆15的运行，安装有止动件19。

根据本发明的膝关节1的操作将参照图3a至3c详细说明。

图3a显示了当假腿处于迈步的初始阶段时膝关节1的位置，也就是人造脚4处于另外一只脚的前方时的位置。从步行方向L上看，作用在膝关节1上的竖直载荷B位于膝关节1的后面。第五杆15，进而整个机构，现在处于停顿位置，结果膝关节1固定不动且假腿可以开始起动这一步。

图3b显示了当作用在膝关节1上的竖直载荷B改变到膝关节1的前方时的位置。优选地，此位置对应于竖直载荷B与人造脚4的前侧相交时的情形。这对应于使用者使用“拇趾球”站立时的情形。此时，第五杆15从图3a所示的停顿位置枢转出来，进入了第二位置。

图3c显示的第五杆15处于第二位置，以使小腿部3可以进入摆动阶段。此时，人造脚4不再同地面接触，假腿可以摆入对应于图3a所示的位置。

图4a和4b显示了膝关节1处于坐下位置时的情形。在本装置的坐下状态，根据本发明的膝关节1的一个特定特征，采取这样一个外形，使得带有假肢的腿的外形等同于没有假肢的正常腿的外形。从图4b中可以很明显地看出，膝关节1的第三杆13几乎平行于小腿部3的前侧延伸。

图5显示了根据本发明的装置的第二实施例20。该装置与图1中的膝关节1大体上相当。因此，相同的部件采用了相同的附图标记。很明显，第一杆11连接人造大腿，而第二杆12连接小腿部3。可在每一个末端被枢转连接的第三杆13延伸在第一杆11和第二杆12之间。进一步地，第四杆14可枢转地位于第一杆11上，第四杆14的另外一端可枢转连接着第五杆15，第五杆15反过来连接着第二杆12。同时，第六杆16延伸在第四杆14和第三杆13之间。

不同于图1中所表示的装置的区别之处在于，没有使用枢轴销钉，而是使用球窝关节21来可枢转连接第五杆15和第六杆16。使用这些球窝关节的优点是，即使该机构存在制造误差仍然可以使用。实际上，如果图1所示的装置1制造得不具有充分的精确度，就有可能整个机构都不能使用。

图6显示了根据本发明的装置的第三实施例。在这里，相同的部件也用相同的附图标记来表示。不同于上述两个实施例中膝关节1和20的区别在于不具有第五杆和第六杆。相反地，第四杆14通过榫槽连接结构连接第二杆12。榫槽连接结构包括布置在第四杆14末端的榫舌31和布置在第二杆12上的弧形槽部32。

进一步地，通过榫槽连接结构，第四杆14连接第三杆13。为此，第二榫舌33位于第四杆14的中央部位，且延伸在位于第三杆13中的槽部34内。

很明显，在布置榫舌31和33的地方，可以由槽部代替，同时槽部32、34由榫舌来代替。

图7a和7d示意性地描述了对应于图1所示的膝关节1的装置。因而，相同的部件再次使用相同的附图标记来表示。这里的四个图显示了包含止动部40和弹性元件41的弹性止动件的四个不同设置位置。如图中所示，例如，该弹性止动件可以布置在第二杆12和第五杆15之间(图7a)，或第四杆14和第六杆16之间(图7b)，或第一杆11和第四杆14之间(图7c)，或第三杆13和第六杆16之间(图7d)。然而，优选使用图7a中的设计。

图8a至8c显示了弹性减振器的各个位置。在这种情况下，多杆机构也对应于图1中所示的机构的多杆机构，因此，相同的部件也使用相同的附图标记来表示。弹性减振器示意性地可以由一减振元件42和一弹簧43来表示。减振元件42和弹簧43的组合，例如，可以放置在第二杆12和第五杆15之间(图8a)，或第四杆14和第二杆12之间或固定地布置在小腿部3上且由小腿部3来定位(图8b和8c)。图8b显示的结构对应于图1中的膝关节，因而优选使用。

Claims (16)

1.一种用于可枢转地连接矫形外科装置中各部件的装置，其为用于截除下肢者的假膝或者为矫形膝关节，并且包括具有至少四个杆的运动学多杆机构，所述多杆机构可以在行走方向(L)上运动，所述多杆机构包括：

第一杆，其可被连接到所述矫形外科装置的第一部件上；

第二杆，其可被刚性地连接到所述矫形外科装置的第二部件上；

第三杆，其沿行走方向(L)布置在前部，并且可枢转地连接着第一杆和可枢转地连接着第二杆；和

第四杆，其沿行走方向布置在第三杆的后面，并且以这样的方式可枢转地连接着第一杆和可枢转地连接着第二杆，即第二杆和第四杆之间的连接结构可沿第一预定路径移动；

其中，位于第四杆的两端之间的第四杆中央部分以这样的方式连接到第三杆上，即第三杆和所述中央部分之间的连接结构可沿第二预定路径移动。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：第二杆和第四杆之间的连接结构包括第五杆，其可枢转地连接着第四杆和第二杆。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：第三杆和第四杆中央部分之间的连接结构包括第六杆，其可枢转地连接着第四杆和第三杆。

4.如权利要求1或3所述的装置，其特征在于：第二杆和第四杆之间的连接结构以及第三杆和中央部分之间的连接结构中的至少一个连接结构是榫槽连接结构。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一和第二预定路径是圆形路径。

6.如权利要求3所述的装置，其特征在于：第六杆与第三、第四杆之间的枢转点分别距第三、第四杆的端部有一段距离。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置包括布置在多杆机构的其中两个杆之间的弹簧装置。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述弹簧装置包括减振装置。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于：选择多杆机构的尺寸，使得所述装置可以在第一停顿位置和第二位置之间枢转。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：当所述装置的竖直载荷沿步行方向(L)移动时，所述装置枢转从所述第一停顿位置移出而到达第二位置。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述装置包括至少一个止动件，其用于阻止一个所述杆，以限定出所述第一停顿位置。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于：所述止动件可以调节。

13.如权利要求9、10或11所述的装置，其特征在于：还包括弹簧装置，所述弹簧装置至少在所述装置的第一停顿位置上、沿着其处在第一停顿位置时的方向起作用，以便在所述外科矫形装置的第一部件和第二部件之间产生弹性作用。

14.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于：所述止动件包括弹性材料。

15.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述第一和第二预定路径是圆形路径。

16.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一部件为大腿支承臼，所述第二部件为小腿部。

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