CN102231971A - 用于制造人造脚的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造人造脚的方法，所述人造脚在纵向方向上具有中间平面(M)，在该中间平面中，标称脚长度(l)定义由该人造脚代替的自然脚的脚跟与脚尖的间距，所述人造脚构造有上侧的接头件(4)，所述接头件被构造用于力矩刚性地连接基本上在脚长度(l)上延伸的脚嵌件(2)，所述脚嵌件在所述长度(l)上观察靠触在两个靠触面(6，7)上，其中，脚跟侧的第一靠触面(7)处于脚跟区域中并且跖球侧的第二靠触面(6)处于跖球区域中，所述人造脚这样构成，使得所述接头件(4)通过弹动连接与所述脚件的靠触面(6，7)连接。

Description

用于制造人造脚的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造人造脚的方法，所述人造脚在纵向方向上具有中间平面，在该中间平面中，标称脚长度定义由该人造脚代替的自然脚的脚跟与脚尖的间距，所述人造脚构造有上侧的接头件，所述接头件被构造用于力矩刚性地连接基本上在脚长度上延伸的脚嵌件，所述脚嵌件在所述长度上观察靠触在两个靠触面上，其中，脚跟侧的第一靠触面处于脚跟区域中并且跖球侧的第二靠触面处于跖球区域中，所述人造脚这样构成，使得所述接头件通过弹动连接与所述脚件的靠触面连接。
背景技术
这种类型的人造脚已被以多种实施方式公开。它们在不同的方面被优化。人造脚的主要功能在于在行走周期中确保尽可能自然的步态，其中，应给予假肢佩戴者安全的行走感觉。此外所述人造脚应允许尽可能稳定的并且让人感觉到安全地站立。
已经表明，对于步态周期特别适合的是可制造人造脚，但是当站立在该人造脚上时给人不安全的感觉。相反如果所述人造脚对于站立进行优化，则行走时会得到受影响的步态以及不安全的感觉。
发明内容
因此，本发明的任务是给出一种用于制造人造脚的方法，利用所述人造脚不仅给出良好的行走感觉而且在通过该人造脚站立时也给出安全的感觉。
本发明以下述知识为出发点，即，在具有天然脚的天然腿的情况下，通过地面反作用力形成的合成力矢量(体矢量)有间距地处于用作从小腿到脚的载荷导入点的踝关节前面。但是原则上公知的是，对于人造脚也设置相应的结构，即，将由地面反作用力的矢量和得出的体矢量设置在载荷导入中轴线的前面，重力通过所述载荷导入中轴线导入到所述人造脚中。因为由此向人造脚的力导入不是在穿过关节轴线延伸的线中进行，所以在由未受载荷的脚过渡到受重量载荷的脚时通过水平放置的间距杠杆在关节中得到转矩。
为了解决上述任务，按照本发明提出一种用于制造本文开头所述类型的人造脚的方法，其特征在于：
a)相对于地面上的近似线形的靠触面构造球状靠触面，
b)将体矢量作为在静止站立中在靠触面上出现的地面反作用力的合成力矢量定位在所述标称脚长度的40％与48％之间的范围内，所述范围是从脚跟开始测量的，
c)用最小允许的体重的25％与最大允许的体重的80％之间的重量载荷加载所述脚，
d)使所述接头件与所述靠触面之间的弹动连接这样地协调，使得在按照方法步骤d)的加载时所述体矢量以小于所述标称脚长度的±4％移动。
本发明的构思在于，在假肢佩戴者站立时的安全感觉的前提是：由在所述靠触面上出现的地面反作用力得出的合成力矢量(体矢量)在人造脚的受载改变时不应显著改变其在纵向方向上的位置。在人造脚的公知结构中则出现所述体矢量的这种改变。按照本发明，接头件与脚件的靠触面之间的弹动连接这样地彼此协调，使得所述体矢量在所述人造脚的受载改变时在纵向方向上基本上不移动，也就是说，不应超过±4％、优选±2％的变化。此外，对于本发明有意义的是，所述体矢量处于预给定的范围之内，即，从脚跟开始测量，处于标称脚长度的40与48％之间，其中，最佳的调节出现在44％，必要时可以±1％。
相对于地面上的接近线形的靠触面构造球状的靠触面的意义是：保证确定的靠触面，当在矢状平面中发生重量移位时，所述靠触面导致或仅仅导致所述靠触面的位置在纵向方向上(在所述矢状平面中)的轻微改变。所述线形的靠触面因此也可以通过点状的靠触面形成，所述点状靠触面形成一条合成的线。
已经表明，按照本发明制造的人造脚在站立时给人安全的感觉，所述感觉与在健康的脚上站立时的感觉相应。此外，当假肢佩戴者行走时，按照本发明制造的人造脚可以容易地针对天然的并且可靠的感觉设计。
总体上优选的是，由地面反作用力形成的体矢量保留在标称脚长度的42％与46％之间。
当身体立起并且身体载荷均匀地分配到两个脚上时得到静止的站立，从而使得肌肉仅仅轻微地受载。静止站立状态中的重心测量表明，体矢量从头部中间起(耳道)在椎骨体L4前面1cm处延伸到处于上踝关节前面1.5至5cm的点。所述静止站立不是完全稳定的，因为有轻微的补偿运动，该补偿运动大致每4到6秒进行最高5mm的侧向波动和最高约8mm的向前和向后波动。
按照本发明制造的人造脚可以用多种设计结构实现。
在第一实施方式中，所述脚嵌件具有芯并且通过弹性块与所述靠触面连接。所述芯在此可以非弹性地构成，但是也可以具有预先确定的弹性，所述预先确定的弹性特别是在所述脚件的长度上向着脚趾区域减小。
所述弹性块可以由可弹性压缩的材料构成并且形成所述球状的靠触面。替代地也可以在所述靠触面与所述芯之间插入弹簧作为弹性块。
在所述实施方式的一个进一步方案中，所述接头件通过铰链与所述芯连接，所述铰链在受载而不再处于静止站立时允许所述接头件相对于脚跟侧的靠触面进行弹性阻尼的转动。该实施方式允许脚的扩大的跖曲。优选所述跖曲通过柔性的、优选非弹性的限制器件在弹簧的伸张方向上限制。
此外，所述脚嵌件也可以很大程度上或完全无刚性芯地构造为弹簧组合，所述弹簧组合具有向着脚跟侧的靠触面延伸的弹簧和向着跖球侧的靠触面延伸的弹簧，所述弹簧在接头件上彼此连接。在该结构原理的另一构造中，所述弹簧通过在所述脚件的长度上延伸的另一弹簧在地面侧彼此连接。
优选所述弹簧组合的弹簧通过板簧构成。
在所有情况下对于本发明重要的是，所述靠触面与所述接头件之间的弹性这样地彼此协调，使得确保通过地面反作用力确定的重心位置的按照本发明的稳定性处于给出的范围之内。
附图说明
下面借助附图中示出的实施例来详细解释本发明。附图表示：
图1是按照本发明制造的人造脚的示意性侧视图；
图2是所述脚的纵向中轴线中的剖割平面的视图；
图3示意性示出不同的鞋跟高度对按照本发明制造的人造脚的影响；
图4示意性示出靠触面与脚的接头件之间的弹动连接；
图5示意性示出在不同的重量载荷时用于模拟站立的实验；
图6示意性示出按照图3的稍稍改型的实验；
图7示出按照本发明制造的人造脚的重心线；
图8示意性示出根据第一实施方式的按照本发明制造的人造脚的可能的结构；
图9示意性示出根据第二实施方式的按照本发明制造的人造脚的可能的结构；
图10示意性示出根据第三实施方式的按照本发明制造的人造脚的可能的结构；
图11示意性示出根据第四实施方式的按照本发明制造的人造脚的可能的结构；
图12示意性示出根据第五实施方式的按照本发明制造的人造脚的可能的结构；
图13示意性示出根据第六实施方式的按照本发明制造的人造脚的可能的结构；
图14示意性示出根据第七实施方式的按照本发明制造的人造脚的可能的结构。
具体实施方式
图1示出人造脚的原理结构，该人造脚由模仿自然脚的形状和外观的美容外套1并且由脚嵌件2构成。脚件2具有接头3，通过该接头可将小腿假肢件4力矩刚性地连接至所述人造脚。据此将患者的重量通过所述接头3导入到所述人造脚中。图中示意性示出从小腿假肢件4到所述人造脚的力导入点。
所述重量通过所述脚件2分配到两个球状构成的靠触面6、7上，其中，一个跖球侧的靠触面6大致构造在脚跖球的高度上并且一个脚跟侧的靠触面7大致构造在脚跟的高度上。跖球侧的靠触面6被设置用于靠触在地面8上，而脚跟侧的靠触面7应在标准鞋跟高度9上放在地面8上。
所述人造脚设有结构参考点A，所述假肢的结构设计方面的体矢量在脚不受载的情况下应穿过所述结构参考点。所述人造脚具有中间平面M，该中间平面在图2中示出。所述中间平面是竖直的并且包含沿纵向方向的中轴线和所述结构参考点A。
所述人造脚具有标称长度l，所述标称长度相应于需通过该人造脚代替的自然脚的长度。
所述标称长度l在所述中间平面M中从大脚趾的趾尖的投影一直延伸到脚跟的投影。
在本发明的脚的情况下，所述结构参考点A距脚跟后端部的间距为0.44×l。如果所述脚在竖直方向受载，则由地面反作用力在靠触面6、7上合成的力矢量应处于一个区域d之内，所述区域围绕所述结构参考点A具有0.04×l的半径，即具有2×0.04×l的直径。
人造脚被设计用于患者的下述重量范围，所述重量范围从下标称重量mU延伸至上标称重量mO。在0.25×mU至0.8mO的重量载荷的情况下，所述通过地面反作用力在靠触面6、7上合成的力矢量应保持在所述公差范围d之内。
图3示出靠触面6、7的球状实施方式的意义及其在鞋跟高度变化情况下的函数。
图3a示出的人造脚处于其具有标称鞋跟高度的姿态中。球状的靠触面6、7构造为所述中间平面M中的圆弧区段。半径R1、R2在此被这样选择，使得经过靠触面6、7的圆弧的中点m1、m2的连接线L穿过所述结构参考点A。在该构造中，线段a1、a2的比例从靠触线6、7至所述结构参考点A在地面8上的投影不改变，如借助图3b读出的那样。在图3b中示出不具有鞋跟高度的人造脚。由此使得靠触面6、7的靠触线移动，从而得到线段b1和b2。如果遵守所述面6、7沿纵向方向的凸度的上述条件，则可以得出：线段a1与a2以及b1与b2的比例是相同的。所述比例相应于所述中点m1和m2与结构参考点A沿着连接线L的保持不变的间距(l1∶l2)。
本发明的脚的作用是以靠触面6、7的靠触线与所述结构参考点A之间的弹动连接线的协调为基础的。由此使得所述比例保持相同，从而即使在鞋跟高度改变的情况下(图3b)也获得弹动路径的对于标称鞋跟高度(图3a)调节出的协调。
图4示出靠触面6、7的靠触线与所述接头件4或结构参考点A之间的弹动连接的适配。在下面详细阐述的“模拟站立”的情况下，体矢量穿过围绕结构参考点A的公差区域延伸。所述弹动连接的协调通过两个靠触面6、7的位置并且通过所述两个弹动连接的力-位移-特征曲线确定。对于所述协调必须适用的是：
a1×F1-a2×F2。
所述条件以及体矢量与结构参考点A的间距x应＜d/2的条件对于改变的载荷适用的是：
0.25×mU＜＜0.8mO。
所述改变的载荷在下面提及的“模拟站立”时进行。
本发明条件的遵守通过用于模拟站立的试验来检验，如图5中所示的那样。对于所述试验来说，所述小腿接头件4通过一个允许确定的力导入的冲头10代替。所述冲头在一个侧向的导向装置11中被这样导向，使得该冲头只能沿着垂直于地面8的坐标z实施移动并且不能实施转动。坐标x和y垂直于坐标z形成一个平行于地面8的平面。坐标x和y的零点处于所述结构参考点A中。在靠触面6、7下方具有滑动轴承12、13。由此使得靠触面6、7可沿着x轴自由运动并且沿着y轴和z轴被闭锁。在滑动轴承12、13下方具有力测量板，利用所述力测量板能够在测量技术上获得由地面反作用力在靠触面6、7上得出的合成力矢量(体矢量)。
在图5的布置中设置分离的滑动轴承12、13，而在图6的改型方案中设置唯一一个滑动轴承12′。由此在该改型方案中由于人造脚在载荷下的变形出现沿着x轴的摩擦力，但是由此测量值仅仅稍稍改变。
图7示出，对于在图5或图6的试验中实施的从0.25％×mU至0.8％×mO的重量载荷来说地面反作用力的合成力矢量处于一个波动宽度之内，所述波动宽度小于所述公差范围d。按照本发明，结构参考点A(所述体矢量的位置按照曲线S围绕所述结构参考点波动)为所述人造脚的标称长度的44％。
图8示出本发明的人造脚的结构设计的第一实施例。脚嵌件102在此由刚性的芯120构成，所述刚性的芯构成接头面103并且不仅延伸至所述人造脚的跖球区域而且延伸至脚跟区域。在脚跟区域中，压力弹性的球状脚跟垫121接在所述芯上，所述脚跟垫确定脚跟侧的靠触面107。靠触面107的凸度不仅可通过靠触面7的而且可通过位于其后的脚件102的球状外形实现。靠触面107的凸度的函数由以下方式得出：与地面8产生基本上类似线性的接触面，当人造脚从基本上不受载的状态过渡为受载状态时，所述接触面的位置不显著游移。这明显也可以通过以下方式实现，即所述脚跟垫121球状构成，因为该脚跟垫仅仅通过美容外套101与所述地面8或标准鞋跟高度9接触。
在该实施方式中，跖球侧的靠触面106也以类似的方式在其凸度方面通过以下方式确定，使得在所述芯120的下侧上接上一个压力弹性的跖球垫122。所述脚跟垫121和跖球垫122的弹性在此这样地彼此协调，使得满脚本发明的条件，按照本发明的所述条件：当人造脚在0.25×mU与0.8×mO之间受载时，地面反作用力的合成力矢量应处于所述公差范围d之内。
在本发明的人造脚的图9中所示的第二实施方式中采用第一实施方式的结构特征。此外，在芯220的下侧上接上一个弯曲弹性的弹簧223，该弹簧距所述脚跟垫221间距小地在跖球垫222的下侧上延伸地一直延伸到所述人造脚的脚趾区域224中。所述弯曲弹性的弹簧223优选构造为板簧。此外，在步态周期的站立阶段结束时滚动的情况下实现改善的脚趾刚度以及提高的安全感觉。
在本发明的脚的图10所示的第三实施方式中，如图6所示的第一实施方式那样，设置脚跟垫321和跖球垫322。与第一实施方式的不同之处在于，芯320由两个刚性的子芯构成，即一个上子芯325和一个下子芯326。脚跟垫321和跖球垫322处于在所述人造脚的长度上延伸的下子芯326的下侧上，而上子芯用球状的铰链面327放置在并且耦合在下子芯326的上侧上，从而使得在上子芯325与下子芯326之间存在铰链连接，所述铰链连接允许上子芯325相对于下子芯326摆动。在所述脚的脚跟区域中，在上子芯325的下侧与下子芯326的上侧之间设置压力弹性的垫328，所述垫在步态周期中脚跟踏地时允许弹动的跖曲。为了在步态周期中在脚滚动到跖球区域中时所述阻尼垫328不过度伸张，所述下子芯326的脊背侧止挡329跨接所述上子芯325的凸台330。由此，所述下子芯326用所述跖球区域向小腿方向的摆动运动(跖曲)通过所述脊背侧止挡329限制。
在图11所示的第四实施方式中，通过弯曲弹性的弹簧431来代替第三实施方式的下子芯以及跖球垫，所述弹簧从脚跟区域一直延伸至人造脚的脚趾区域424。所述弯曲弹性的弹簧431在跖球区域中向下球状地成形，以便由此确定跖球侧的靠触面6。
在脚跟区域中，所述弹簧431用于将脚跟垫421固定在下侧上以及用于保持所述脊背侧止挡429并且用于将所述阻尼垫428支承在所述弹簧431的上侧上。
图12中所示的第五实施方式基本上相应于图9的第四实施方式。但是，在脚长度上延伸的弹簧531不是像图9中那样成形，而是基本上作为直的板簧延伸到所述脚的脚趾区域524中。在跖球区域中，一个跖球垫522为了形成跖球侧的靠触面6而固定在所述弹簧531的下侧上。在该实施方式中可以通过所述板簧与跖球区域中的弹性(该弹性通过跖球垫522确定)无关地调节脚趾区域524中的刚度。
在一个按照本发明制造的脚的图13中所示的第六实施方式中，脚件602仅仅由两个成形的弯曲弹性的弹簧构成，即一个前脚弹簧632和一个脚跟弹簧633。小腿接头件604通过倾斜面连接在相应地倾斜延伸的接头面603上。所述倾斜的接头面603通过所述前脚弹簧632的后端部构成，所述脚跟弹簧633的倾斜地向上指向的相应端部平行于所述后端部延伸，其中，所述前脚弹簧632和所述脚跟弹簧633的平行延伸的区段彼此连接。虚拟的力导入点605位于小腿假肢件604的中间。
所述前脚弹簧632从所述接头面603以轻微凹下的拱曲部延伸到跖球区域中并且以那里的沿纵向方向的球状构造确定跖球侧的靠触面6。从那里起，所述前脚弹簧632以大致直线状延伸的端部延伸到脚趾区域624中。
所述脚跟弹簧633从所述靠触面603以向后指向的弯曲部延伸到脚跟区域中并且以沿纵向方向的相应球状构造构成脚跟侧的靠触面7。
所述前脚弹簧632和所述脚跟弹簧633的弹簧硬度这样地彼此协调，使得通过该弹簧组合形成的脚件602满足本发明的用于所述地面反作用力的重心的恒定位置的条件。
一个按照本发明制造的脚的图14中所示的第七实施方式相应于图11中所示的第六实施方式，但是此外具有将脚跟弹簧733的脚跟区域和前脚弹簧732的前部连接起来的脚掌弹簧734。
所述脚掌弹簧这样成形，使得该脚掌弹簧与脚跟弹簧733在脚跟侧的靠触面7区域中的球状构造和前脚弹簧在跖球侧的靠触面6区域中的球状构造相适配。在这之间，脚掌弹簧734凸拱地弯曲，以便将靠触面6、7桥状地彼此连接。当在步态周期中受载荷时，所述附加的脚掌弹簧734负责将变形能均匀地分配到前脚弹簧732和脚跟弹簧733上。在此也这样地进行脚件702的弹簧组合的协调，使得遵守地面反作用力的合成力矢量(体矢量)的按照本发明的恒定位置。

Claims (13)

1.用于制造人造脚的方法，所述人造脚在纵向方向上具有中间平面(M)，在该中间平面中，标称脚长度(l)定义由该人造脚代替的自然脚的脚跟与脚尖的间距，所述人造脚构造有上侧的接头件(4)，所述接头件用于力矩刚性地连接基本上在脚长度(l)上延伸的脚嵌件(2)，所述脚嵌件在所述长度(l)上观察靠触在两个靠触面(6，7)上，其中，脚跟侧的第一靠触面(7)处于脚跟区域中并且跖球侧的第二靠触面(6)处于跖球区域中，所述人造脚这样构成，使得所述接头件(4)通过弹动连接与所述脚件的靠触面(6，7)连接，其特征在于下述方法步骤：
a)相对于地面(8)上的近似线形的靠触面构造球状靠触面(6，7)，
b)将体矢量作为在静止站立中在靠触面(6，7)上出现的地面反作用力的合成力矢量定位在所述标称脚长度(l)的40％与48％之间的范围内，所述范围是从脚跟开始测量的，
c)用最小允许的体重的25％与最大允许的体重的80％之间的重量载荷加载所述脚，并且
d)使所述接头件(4)与所述靠触面(6，7)之间的弹动连接这样地协调，使得在按照方法步骤d)的加载时所述体矢量以小于所述标称脚长度(l)的±4％移动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在按照方法步骤d)的重量载荷时，所述体矢量的定位保留在标称脚长度(l)的42％与46％之间的间距范围内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述脚嵌件(2)构造有芯(120)并且通过弹性块(121，122)与所述靠触面(6，7)连接。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，具有所述弹性块(121，122)的球状靠触面(6，7)由可弹性压缩的材料构成。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，使用弹簧作为弹性块(121，122)。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述脚件(2)构造有在该脚件的长度上延伸的板簧(223)，所述板簧的弹簧硬度向着脚趾区域降低。
7.根据权利要求1至6之一所述的用于制造人造脚的方法，该人造脚的脚嵌件(2)包含铰链，其特征在于，所述铰链的转动点在假肢佩戴者的静止站立状态中处于结构的重心线中并且在受载时在所述重心线中长度不改变地允许所述接头件(4)相对于脚跟侧的靠触面(7)的弹性阻尼的转动。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述脚跟侧的靠触面(7)与所述接头件(4)之间采用可压缩的弹簧(328)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，朝弹簧(328)伸张方向的转动运动受到限制。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述脚嵌件(2)用弹簧组合构成，所述弹簧组合具有向着脚跟侧的靠触面(7)延伸的脚跟弹簧(633)和向着跖球侧的靠触面(6)延伸的前脚弹簧(632)，所述弹簧在接头件(4)上彼此连接。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述弹簧(632，633)与在所述脚件(2)的长度上延伸的另一弹簧(734)在地面侧彼此连接。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，使用板簧作为所述弹簧(632，633，734)。
13.人造脚，其能够按照权利要求1至12之一所述的方法制造。
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