CN103635161A - 极为廉价的多中心膝关节假体 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种膝上假体，包含：上部区段；下部区段；中间联接件，其将上部区段和下部区段的中后区域可枢转地耦合在一起；以及至少一个侧面联接件，其将上部区段和下部区段的侧面可枢转地耦合在一起。假体的旋转中心在该假体完全伸展时位于该假体的上方，并且随着假体旋转成完全屈曲而向下移动。当假体处在使用中并完全伸展时，由假体所承担的患者的大部分重量被直接从上部区段传递至下部区段。通常将会提供装设于上部区段与下部区段之间的缓冲器，以便当假体伸展时吸收震动和抑制噪声。可以提供板簧来偏斜该假体以使其处于伸展。

Description

极为廉价的多中心膝关节假体

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2011年3月3日的美国临时申请No.61/464,382的权益，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

膝上假体对于向步行困难的截肢者提供行动能力十分有用。通常，这些装置包括上部“承窝”用以连接至使用者的腿部、形成小腿并与足部假体相接合的“塔架”、以及膝关节本身。由于膝关节必须承受大量的力，因此其通常由非常坚固而耐久的材料构建而成，并且经过精确设计以减小磨损。作为结果，当前的膝部假体非常昂贵并且一般难以被发展中国家的截肢者所获得。因此，在假肢领域存在对以极端廉价性为目的而设计的膝上假体的需求。

可能感兴趣的专利和专利公开包括：美国专利No.2,208,275、3,820,169、3，823,424、4,005,496、4,064,569、4,145,766、4,215,442、4,310,932、4,756,713、4,911,709、5,171,325、5,800,567、6,749,640、6,752,835、7.066,964、7,087,090、7,279,010和7,544,214；以及美国公开No.2010/0082115。可能感兴趣的科学出版物包括：Blumentritt，S.，Scherer，H.W.，Wellershaus，U.，Michael，J.W.，1997，“Design principles，biomechanical data and clinical experience with a polycentric kneeoffering controlled stance phase knee flexion：a preliminary report,”Journal of Prosthetics and Orthotics9：1，18；Chakraborty，1994，“A newmodular six-bar linkage trans-femoral prosthesis for walking andsquatting,”Prostheticsand Orthotics International18：2；Gard，S.A.，Childress，D.S.，Uellendahl，J.E.，1996，“The Influence of the Four-BarLinkage Knees on Prosthetic Swing-Phase Floor Clearance,”Journal ofProsthetics and Orthotics8：2：34-40；Greene，M.P.，1983，“Four BarLinkage Knee Analysis，”Prosthetics and Orthotics International37：15-24；Paul，J.P.，1999，“Strength requirements for internal andexternal prostheses,”JournalofBiomechanics32：381-393；Radcliffe，C.W.，1994，“Four-bar linkage prosthetic knee mechanisms：kinematics，alignment and prescription criteria，”Prosthetics and OrthoticsInternational18：159-73。

发明内容

本发明总体涉及假肢领域，并且更具体地涉及以极端廉价性为目的而设计的高功能性膝上假体，例如，由相对简单而耐久的组件所制成并且针对长期磨损而设计的膝上假体。

本发明的第一方面提供一种膝上假体，其包含上部区段、下部区段、中间联接件以及至少一个侧面联接件。该膝上假体具有完全伸展构造和完全屈曲构造。上部区段具有底面，而下部区段具有顶面。在许多实施方式中，上部区段具有圆润的正面和/或穹状顶面，并且下部区段可包含圆柱形主体和/或内部夹钳或承窝用来接收与足部假体相接合的塔架。中间联接件将上部区段的中后区域与下部区段的中后区域可枢转地耦合起来。一个或多个侧面联接件将上部区段的侧面与下部区段的侧面可枢转地耦合起来。膝上假体是“多中心的”，例如，下部区段相对于上部区段的旋转中心在假体处于完全伸展构造时位于假体上方，并随着假体从完全伸展构造旋转为完全屈曲构造而向下移动。当假体在患者身上使用并处于完全伸展构造时，由假体所承担的患者的大部分重量被直接从上部区段的底面传递至下部区段的顶面。在许多实施方式中，上部区段、下部区段、中间联接件以及一个或多个侧面联接件由诸如聚合物(例如，尼龙6-6)等相对柔软而轻质的材料制成。

膝上假体通常将会包括两个侧面联接件，即，第一侧面联接件和第二侧面联接件。所述第一侧面联接件装设在上部区段的第一侧面上和下部区段的第一侧面上。所述第二侧面联接件装设在上部区段第一侧面对面的上部区段第二侧面上和下部区段第一侧面对面的下部区段第二侧面上。假体还可包含将第一侧面联接件与第二侧面联接件相耦合的盖子，所述盖子装设在上部区段的前部和下部区段的前部的前方，很像膝盖骨。

通常，中间联接件将上部区段的内中后区域与下部区段的内中后区域可枢转地耦合起来。并且，侧面联接件通常装设在上部区段的侧面与下部区段的侧面的外部。在其他实施方式中，中间联接件可代替地为外部的，并且/或者至少一个侧面联接件可为内部的。

联接件通常将采取具有第一末端和第二末端的杆的形式。中间联接件可包含具有第一末端和第二末端的杆，所述第一末端可枢转地耦合至上部区段的中后区域，而所述第二末端可枢转地耦合至下部区段的中后区域。中间联接件能够以许多方式可枢转地耦合至上部区段和下部区段。例如，可以提供横贯上部区段中及中间联接件第一末端中的通孔的销钉，以及横贯下部区段中及中间联接件第二末端中的通孔的销钉。每个侧面联接件包含具有第一末端和第二末端的杆，所述第一末端可枢转地耦合至上部区段的侧面，而所述第二末端可枢转地耦合至下部区段的侧面。侧面联接件能够以许多方式可枢转地耦合至上部区段和下部区段。例如，可提供横贯上部区段中及侧面联接件第一末端中的通孔的销钉，以及横贯下部区段中及侧面联接件第二末端中的通孔的销钉。以这种方式，膝上假体可具有“四杆联接件几何结构”。

上部区段的底面与下部区段的顶面彼此具有界面，使得由假体所承担的患者的大部分重量被直接从上部区段的底面传递至下部区段的顶面。例如，上部区段的底面和下部区段的顶面包含平面、曲面、桩、滚子轴承或其他界面等，其允许将假体所承担的患者的大部分重量直接从上部区段的底面传递至下部区段的顶面。通常，上部区段的底面和下部区段的顶面是平坦的并且/或者包含低摩擦表面。

当假体处于完全伸展构造时，上部区段通常将会相对于下部区段成0度角。当假体处于完全屈曲构造时，上部区段通常将会相对于下部区段成165度角。假体可构造成具有其他的完全伸展和/或完全屈曲角度。

在许多实施方式中，膝上假体还包含装设在上部区段的底面与下部区段的顶面之间的缓冲器。该缓冲器适于在假体被置于完全伸展构造时吸收震动和抑制噪声。缓冲器可耦合至上部区段的底面，优选地例如通过螺栓而可拆卸地耦合，该螺栓可以是细长的，使得其还将基座组件耦合至上部区段的顶面。缓冲器可以是可调节的，以便调节上部区段的底面与下部区段的顶面之间的距离。缓冲器可以是可调节的，以便在假体被置于完全伸展构造时调节上部区段相对于下部区段的角度。缓冲器可具有成角度的或台阶式的底面。该缓冲器可由例如聚氨酯或橡胶等软而柔顺的材料制成，并且具有在邵氏A硬度标度(shore A hardness scale)上为70-90(优选地为85)的硬度范围。在一些实施方式中，缓冲器包含两层或更多层具有变刚度的材料，使得更硬、更具弹性的材料首先接触下部区段并且后续的层更适于吸收震动。

在许多实施方式中，假体被偏斜以便处于完全伸展构造。例如，假体还可包含板簧，该板簧将上部区段耦合至下部区段，并且适于偏斜该假体使其处于完全伸展构造。该板簧可内部地装设在上部区段和下部区段中。该板簧可包含扁形板簧，通常包含弹簧钢。在一些实施方式中，板簧替代地耦合至中间联接件的背面。

假体还可包含重力激活式闩锁，该闩锁适于确保假体在患者步态的支撑相期间保持完全伸展构造。例如，此类闩锁可以包含可枢转地耦合至上部区段并倚靠耦合至下部区段的桩而被拉动的闩锁。在支撑相中，闩锁和桩耦合在一起以确保假体保持伸展。当使用者抬起膝部假体以向前迈步时，重力可将闩锁从桩拉离并将膝部假体从伸展中释放。

本发明的另一方面提供一种用于替代膝部以上截肢患者的腿的系统。该系统包含：根据本发明第一方面的膝上假体；圆润承窝，适于装配至患者腿部残肢；内盘，适于耦合至承窝的内部以及耦合至膝上假体以便相对于承窝固定假体；以及外盘，适于耦合至承窝的外部以及耦合至膝上假体以便相对于承窝固定假体。承窝的一部分夹在内盘与外盘之间。

在许多实施方式中，该系统还包含n个细长螺栓，所述细长螺栓经调节从而可调节地将膝上假体的上部区段、外盘、圆润承窝以及内盘耦合在一起。系统还可包含缓冲器，该缓冲器通过所述细长螺栓而可调节地耦合至膝上假体的上部区段的底面。

附图说明

图1A为根据本发明实施方式的示例性膝上假体的透视图。

图1B为图1A的膝上假体的前视图。

图1C为图1A的膝上假体的侧视图。

图1D为图1A的膝上假体的另一透视图。

图2A-图2C为图1A的膝上假体中的关节旋转以及所产生的旋转中心变化的侧视图。

图3A和图3B为图1A的膝上假体的上部区段和下部区段的侧视图。

图4为图1A的膝上假体中的上部区段与下部区段之间的缓冲器的侧视图。

图5A-图5C为图1A的膝上假体的通往承窝和塔架的潜在连接界面的侧视图。

图6为图1A的膝上假体的拼合夹钳机构的侧视图和透视图。

图7A和图7B分别为组合形成根据本发明另一实施方式的示例性膝上假体中的膝部盖的连架杆的透视图和侧视图。

图8为图示动态旋转中心上的几何结构的效果的曲线图。

图9A为图1A的膝部假体的透明透视图，用以图示螺母和螺栓以及模块化角锥体界面。

图9B为图1A的膝部假体的透明分解图，用以图示螺母和螺栓以及模块化角锥体界面。

图10为根据本发明实施方式的膝上假体的缓冲器组装件和可调节稳定机构实施方式的透视图。

图11A-图11C为根据本发明实施方式的膝上假体的台阶式楔块可调节稳定机构的侧视图和内视图。

图12A和图12B分别为板簧伸展辅助机构的侧视图和透视图。

图13A为示例性承窝附接盘系统的截面分解图。

图13B为图13A的承窝附接盘系统的截面图。

图13C和图13D示出图13A的承窝附接盘系统的各个组件。

图14为根据本发明实施方式的具有重力辅助式闩锁的示例性膝上假体的侧视图。

图15A-图15H示出根据本发明另一实施方式的膝上假体。

具体实施方式

以下对本发明优选实施方式的描述并不旨在将本发明局限于这些优选实施方式，而是旨在使假肢领域中的任何技术人员能够制作和使用本发明。

如图1A-图1D中所示，膝上假体10主要包含上部区段12、下部区段14、两个侧面联接件18a和18b、以及中间联接件16。图1A示出了假体10的右后侧的透视图。图1B示出了假体10的前视图。图1C示出了假体10的右侧。图1D示出了假体10的右前侧的透视图。假体10如图2A-图2C中所图示那样工作，其中使用者的自然步态提供旋转力，该旋转力将假体从如图2A中所示的完全伸展状态移动至如图2C中所示的完全屈曲状态。作为四杆联接件几何结构的结果，假体10的旋转中心20在如图2A所示的支撑相中位于假体10的上方，并且随着假体如图2B和图2C所示那样旋转而动态地向下移动。膝部假体的这种“多中心”设计在无需诸如液压系统或微控制器等复杂机构的情况下产生高度的稳定性。该关节的全活动范围优选地为0-165度，其中0度为如图2A所示的完全伸展的角度，而165度为如图2C所示的完全屈曲的角度。

备选地，膝上假体10可包括数目更多或更少的联接件，诸如仅单一一个侧面联接件和一个中间联接件。

如图3A和图3B中所示，膝部假体10的上部区段12和下部区段14各自具有两个通孔22，该通孔22接纳诸如螺栓等连接器24，该连接器24将区段12、区段14附接至侧面联接件18a、18b和中间联接件16。为便于观察这些通孔22和连接器24，在图3A至图3B中示出了无侧面联接件18a、18b的膝部假体10。在优选实施方式中，区段12、区段14外部地与侧面联接件18a、18b相接合，并且内部地与中间联接件16相接合，但联接件16、18a和18b可位于区段12、区段14的内部或外部。在伸展期间从上部区段12至下部区段14的负荷传递方法是直接的，其中如图3B中所示，上部区段12的底面26在支撑相期间居于下部区段14的顶面28上。对从上部区段12至下部区段14的直接负荷传递的使用显著减少了侧面联接件18a、18b和中间联接件16上的负荷。如果没有直接负荷传递，则这些联接件16、18a和18b将必须由非常坚固的材料构建而成，或者被设计成远大于优选实施方式中所呈现的连接件。因此，对直接负荷传递的使用可避开这些备选方案，从而产生能够被极为廉价地生产的膝关节假体。分别代替彼此接合以产生这种结果的上部区段12和下部区段14上的平面26和28，表面还可以是弯曲的、利用桩、包括滚子轴承、或者涉及允许直接负荷传递的任何其他种类的界面。通过使用如图3B和图4中所示的力的箭头30a和30b来图示直接负荷传递。

此外如图4中所示，直接界面可利用上部区段12与下部区段14之间的缓冲器32来在膝部假体10达到完全伸展时吸收震动和抑制噪声。步态的这个部分被称为终点冲击(terminal impact)，并且在未放置缓冲器32的情况下，其可对使用者造成不舒适的“敲击”感受。缓冲器32优选地由诸如聚氨酯或橡胶等软而柔顺的材料构建而成。除了提供震动吸收和噪声抑制之外，该缓冲器32还在支撑相期间提供关节假体10中少量的柔度，这减少了直接传递至使用者的承窝的力。该少量的柔度有时被称作支撑相屈曲，并且是假体膝关节的期望特征。

缓冲器32可包括单一一块柔性材料或者具有诸如刚度等不同机械性质的多种复合材料。期望具有这样的材料：其足够柔软以吸收震动和抑制噪声，但又机械地耐磨损。通常，更柔顺的材料将具有减小的磨损性质。在示例性实施方式中，缓冲器32将具有在邵氏A硬度标度上为70-90(优选地为85)的硬度范围并且/或者由聚氨酯或橡胶制成。备选的缓冲器32可由两层或更多层的变刚度材料制成，使得更硬的、更具弹性的材料首先接触下部区段而后续的层则更为柔顺以吸收震动。这允许复合缓冲器32能够包含相对柔软的材料同时包含保护性的硬层。

缓冲器32可通过附接机构而机械地固定在上部区段12中以防止移动。图10示出了用于缓冲器32的优选附接机构，其中缓冲器32装配至上部区段12中的键接矩形槽34内并用单一螺栓36固定就位。缓冲器32中的埋头通孔32a允许附接螺栓36穿过并阻止缓冲器32移动。附接螺栓36a的头部可嵌套在缓冲器32内。附接螺栓36的其余部分将会旋入螺纹通道38。附接螺栓36继而可旋入螺母或具有螺纹的模块化角锥体组件40。该缓冲器几何结构的优点在于可从外部容易地接近螺栓36，从而可在无需从通往患者的腿部和足部假体的承窝或塔架附接界面移除膝部假体10的情况下移除缓冲器组装件或对其做出调节。因此，有可能在装配时对缓冲器32进行动态调节。单一缓冲器附接螺栓36可将多个部件固定在上部关节组装件中从而减少部件的数目。在其优选实施方式中，模块化角锥体接合器40充当通往缓冲器附接螺栓36的螺纹螺母，且还在其轴线上固定其他部件，诸如缓冲器32和垫圈等。

上部区段12中的集成缓冲器32、模块化附接机构以及附接螺栓36通常将会通过允许直接经由缓冲器组装件而非在较弱的联接件或上部关节材料中传递更多的力而在膝关节组装件中提供更好的负荷传递。

上部区段12和下部区段14还具有用于附接至承窝和下肢塔架的连接机构。用于承窝的连接机构在图1中被示为角锥体接合器42，其直接集成至上部区段12中。对此类集成连接的使用允许模块化，借此还可使用其他类型的接合器。上部区段12中的键接孔可接纳不同类型的模块化接合器以允许向假体承窝的附接。本发明的优选实施方式集成了无基座角锥体40，该角锥体40插入至上部区段12的顶部中的键接槽44内。图9A和图9B示出了角锥体组件40和上部区段12中对应的键接槽44。在该实施方式中，角锥体40可使用诸如上部区段12组装件中的螺纹螺栓36之类的紧固特征固定就位。

通常，在模块化假体中使用的角锥体接合器具有较大的集成基座以便更均匀地分布施加的负荷。插入有角锥体40或42的上部区段12的穹状部分12a(如图1A至图1D所示)对角锥体40或42提供机械支撑，从而使其可无需较大基座。该无基座角锥体具有尺寸和重量减小的优点。由于在许多现有膝上假体中的对应角锥体组件通常由诸如钢、铝或钛等硬质材料制成，因此任何体积减小从尺寸、重量和成本方面考虑都是期望的。

模块化角锥体承窝界面的一种替代方案为图13A至图13D中所示的盘附接组件46。承窝附接盘46具有弯曲的上表面46c以便符合承窝48的形状以及上部区段12的穹状顶部12a。该盘组件46可依靠与穿过螺纹或开槽孔46a的附接螺栓36的键接界面而被机械地约束在上部区段12。上部区段12上的配合特征12b接收来自外部承窝盘46的旋转锁定特征46b。在承窝48的内侧上，附加的盘50具有符合于承窝48的内壁48a的下表面50a，以便使承窝48被机械地按压在外部承窝附接盘46与内部承窝附接盘50之间。上部区段12、外盘46、承窝48以及内盘50的整个组装件利用旋入内部承窝盘50中的特征(诸如嵌入式螺母50b)的附接螺栓36而受压固定在一起。可以通过利用附加的紧固件将盘46、50固定至承窝壁48a来添加额外的机械约束，从而使摩擦力与机械紧固件的组合能够防止膝关节组装件移动。该附接机构还通过松开穿过上部关节组装件或上部区段12而进入具有螺纹的内部承窝盘50的附接螺栓36来允许对膝关节假体10的角度的动态对准。在低压缩力下，盘46、盘50能够在上部关节穹顶12a的表面上以及承窝48的表面上滑动，从而可对组件的角度、旋转和平移位置进行调节。可以通过调节可从外部接近的附接螺栓36上的单一接触点来做出这种调节，而无需从患者身上移除承窝48或膝关节假体10。

这种类型的盘附接机构具有在宽阔区域上分布负荷的优点，并因此可由诸如聚合物、尼龙6-6等相对柔软和轻质的材料制成。

作为之前描述的承窝连接选项的替代方案，膝关节假体10还可使用分别如图5A、图5B和图5C所呈现的螺纹孔52、具有较大基座的非集成式接合器54或螺纹棒56。

用于将膝关节假体10耦合至足部假体的塔架的连接机构在图6中被示为拼合夹钳机构58，该拼合夹钳机构58在塔架周围拉紧以便将其固定就位。下部区段14的材料中的垂直狭缝58a允许孔60具有可调节的平均直径。塔架可插入在下部区段14的下表面上对应的孔60中。对单个或多个调节点的拉紧可向插入的塔架施加径向压缩。这种类型的机构还可在夹钳内包括柔软的中间表面(诸如橡胶)以便增加摩擦和吸收震动。特别是，假肢中扭转负荷的震动吸收对于减少患者肢体上的应力是期望的特征。塔架与下部关节之间的柔性材料可因此充当扭转应力吸收体。此外，拼合夹钳58可利用传统螺栓或者允许使用者从塔架快速移除膝关节假体10的“速释”机构。该速释机构或快速断开机构可采取易于患者使用的可拆卸式销杆或位于螺栓轴上的凸轮杆的形式。另外，上述任何机构均可用在承窝界面或塔架界面。

如在图3A和图3B中最佳地示出，侧面联接件18a、18b具有两个通孔22，该通孔22接收诸如螺栓等连接器24，该连接器24将联接件18a、18b附接至上部区段12和下部区段14。在优选实施方式中，示出了两个侧面联接件18a、18b，但亦可使用一个侧面联接件。备选地，如图7A和图7B中的膝上假体10a所呈现，可将两个侧面联接件18a、18b联结起来以形成单一联接件62，该单一联接件62以与膝盖骨相同的方式围裹膝部的前方。除了两个侧面联接件18a、18b形成为一个单件之外，膝上假体10a与膝上假体10基本上在每个方面都相同。这种单件设计将会增加侧面联接件18a和18b的强度，保护关节假体10a的内部部分，同时防止引入碎片，并产生更为真实的美观效果。

中间联接件16具有两个通孔，这两个通孔接纳诸如螺栓等连接器24，该连接器24将联接件16附接至上部区段12和下部区段14。在优选实施方式中使用单一中间联接件16，但亦可以与优选的侧面联接件相同的方式使用多个联接件。

在该假体10中使用的四杆连接件几何结构产生在支撑相中位于膝关节上方并通过屈曲而向下移动的旋转中心。更具体而言，旋转中心由与侧面联接件和中间联接件共线的直线的交点所限定。图8为呈现动态旋转中心的优选路径的曲线图，但还包括可通过略为改变孔的几何结构而实现的备选路径。除了这些细微变化之外，几何结构还可跨x轴或y轴反折以对膝关节的行为产生更显著的修改。一般而言，对四杆联接件几何结构的使用创造出非常稳定而简单的膝部。

用于上述区段和联接件的材料优选地为诸如尼龙6-6之类坚固而耐久的聚合物，但亦可备选地为任何适合的材料，包括任何数目的聚合物、金属和陶瓷。此外，所有组件均由相同材料构建而成，但亦可由不同材料构建。最后，所使用的材料优选地为自润滑材料，诸如充油尼龙等。这创造出集成的支承面并消除了对轴套或轴承的需求。然而，膝关节亦可由“干式”材料构建而成。

如图9中所示，上述区段12、14与联接件16、18a、18b之间的连接利用螺母、螺栓和垫圈。螺母和螺栓优选地由钢构建，并且垫圈优选地由尼龙构建，但它们亦可由任何适当的材料所构建。备选地，区段与联接件之间的连接可利用扣入凹窝之中的突出物，从而避免对额外硬件的需求。其他替代方案包括作为区段或联接件本身一部分的榫钉，或者对构件加以附接并允许旋转的任何其他种类的机构。优选地，膝关节假体10避免使用任何轴承，但亦可实现轴承以提高旋转易度。

还可使用添加于移动部件之间的垫圈或其他中间材料，以便减少由于联接件16、18a、18b摩擦上部区段12和下部区段14的壁而产生的磨损和噪声。

膝关节的优选实施方式还具有可调节式稳定机构，该稳定机构允许可变的膝关节完全伸展角度。这是通过使用如图10中所示的可调节式螺栓36而实现的。螺栓36提供由其放置深度所确定的无限数目的位置。备选地，可以通过使用固定在上部区段12与下部区段14之间的垫圈或垫片来实现可调节的稳定性。例如，可以在螺栓36将缓冲器32固定地耦合至上部区段12之前，将一个或多个垫圈或垫片放置在槽34的顶部34a与缓冲器32之间。这些垫片可具有不同尺寸或不连续厚度，其可继而堆叠至期望的高度。备选地，膝关节可利用台阶式楔块32a来调节其固有稳定性。在图11A-图11C中呈现了该楔块的优选实施方式。如图示中所见，楔块32a具有台阶，这些台阶对应于有限数目的可调节位置。该台阶式楔块32a用螺栓36附接至上部区段12，该螺栓36附接至上部区段12内的螺母64。备选地，螺栓36可直接拧入上部区段12本身。除了与上部区段12相接合之外，台阶式楔块32a还可通过相同手段中的任一种而附接至下部区段14。

如图12A和图12B中所示，膝关节假体10的优选实施方式还包括内部弹簧，以便在使用者步态的伸展相期间辅助使用者。该弹簧可采取诸如板簧66等柔性构件的形式。当膝部假体屈曲时，该板簧66提供阻力并促使关节假体10伸展。该板簧66优选地由薄钢片所构成，但亦可由任何其他合适的材料构建而成。在优选的实施方式中，板簧66用螺栓固定至下部区段12并压在中间联接件16上。备选地，板簧66可埋置于下部区段12本身之中以保持固定，或者利用粘合剂来固定就位。在其他实施方式中，板簧66可附接至诸如上部区段12等不同的联接，并压在诸如侧面联接件18a或18b等不同的联接上。作为另一备选，板簧66可位于膝关节的外部。此类实施方式的一个可能性可涉及关节假体10后侧上的板簧66，该板簧66附接至上部区段12和下部区段14，使得板簧66在膝部假体屈曲时压在区段12、区段14上。此外，该伸展辅助装置可利用所有不同种类的弹簧，诸如促使膝部伸展的内部压缩弦或外部弹性带。为防止感觉到膝关节假体10松垮或松弛以及促使步态更为自然，对膝部伸展的辅助十分重要。若无此类机构，使用者一般将会需要将他的腿向前猛送来确保膝关节假体10达到完全伸展并从而当向前迈步时在冲击下保持稳定。

如图14所示，在膝关节假体10b的另一实施方式中，可使用重力激活式闩锁68来确保关节在使用者步态的支撑相期间保持伸展。当在支撑相中时，重力向下拉动闩锁68以抵靠桩70，以便防止关节假体10b中的任何屈曲。一旦使用者在向前迈步的过程中抬起膝部假体10b，则重力将闩锁68拉离桩70，从而释放膝部假体10b并允许关节假体10b屈曲。在该机构的优选实施方式中，闩锁68通过螺栓72附接至上部区段12并围绕轴承74旋转，而桩70为插入下部区段14之中的简单榫钉。然而，还可以通过诸如销钉等其他手段来附接闩锁68，这将无需使用轴承。所述桩还可以是下部区段14本身的一部分，机械加工到该部件中而不作为单独的嵌件。此外，闩锁和销钉的位置可位于膝部假体10上的各个部位，包括位于区段12、14或联接件16、18a、18b之中任一个的内部或外部。最后，尽管一个这样的机构是优选的，但亦可潜在地使用多个闩锁。重力激活式闩锁68是膝上假体10b的有用组件，这是因为其在支撑相期间提供额外的稳定性并确保膝部假体10b不会弯曲。在另一实施方式中，重力激活将不依赖闩锁，而是通过重量激活的摩擦。在该情况下，使用者向下的力将膝关节锁定就位并防止弯曲。

作为重力激活式机构的备选，可以使用手动锁。对锁的使用在使用者期望增加稳定性时是有利的。膝部锁定机构可涉及使用翼形螺钉来紧固4个螺栓中之一以便将关节锁定就位。备选地，可由患者使用和促动销钉，该销钉可提供膝关节的两个或更多个旋转组件的机械锁定。在其优选实施方式中，销钉能够平移穿过侧面联接件而进入下部区段或上部区段中的一组不连续孔，以便可将膝部屈曲限制在设定的角度。

图15A-图15H示出了根据本发明另一实施方式的膝上假体100。该膝上假体100与上述膝上假体10在许多方面都相似，例如，两个假体均为“多中心”。膝上假体100可提供比块状的膝上假体10更为圆润和美观的感受。如图15A中所示，膝部假体100包含：上部区段102，其具有圆润的正面102a和穹状顶部102b；下部区段104，其具有圆柱形主体；中间联接件106，其将上部区段102和下部区段104的中间部分可枢转地耦合起来；两个侧面联接件108，其将上部区段102和下部区段104的侧面可枢转地耦合起来；以及角锥体接合器120，其耦合至上部区段102并适于耦合至用于患者腿部的承窝。如图15B中所示，下部区段104将要被附接至塔架110，该塔架110附接至足部假体。

图15C示出了膝上假体100的分解图。再次地，假体100和上文所述假体10的许多组件可能相似，并且假体100主要包含上部区段102、下部区段104、中间联接件106以及两个侧面联接件108。上部区段102和下部区段104各自具有通孔，中间联接件销钉105穿过该通孔以将中间联接件106耦合至上部区段102和下部区段104。上部区段102和下部区段104各自还具有附加通孔，侧面联接件销钉107穿过该附加通孔以将两个侧面联接件108耦合至上部区段102和下部区段104。机械螺钉116将侧面联接件108相对于上部区段102、下部区段104以及侧面联接件销钉107固定就位。假体100还包含板簧112用以在使用者步态的伸展相期间辅助使用者。板簧112利用按钮螺钉111耦合至中间联接件106，但能够以类似于上文参考板簧66所描述的方式得到修改。假体100还包含装设在上部区段102与下部区段104之间的缓冲器114来缓冲假体。缓冲器114利用角锥体螺栓121、缓冲器垫圈113和弹簧锁垫圈115耦合至上部区段102。缓冲器114可在许多方面与上文所述缓冲器32相似。角锥体螺栓121还将角锥体接合器120耦合至上部区段102。如图15B中所示，装设在下部区段104内的是塔架套环接合器117，其用于将塔架110耦合至下部区段104。塔架套环接合器117能够与螺栓118和锁紧螺母119一起充当夹钳，以便将塔架110相对于下部区段104固定就位。在许多实施方式中，塔架套环接合器117由具有在邵氏A硬度标度上为70-90(优选地为85)的范围内的硬度的聚氨酯所制成，并且塔架110由钢或不锈钢所制成。为了进一步清晰起见，图15D示出了假体100的侧视图并指明了许多以上组件，而图15E示出了假体100沿着图15D中的直线15E截取的截面。

如参考图13A-图13D描述的膝部假体10那样，除了包含角锥体接合器120之外，亦可将膝部假体100构造成附接至附加组件，以便将假体100耦合至用于患者腿部的承窝。如图15F-图15H中所示，膝部假体100可利用细长螺栓126、锁紧螺母127、球形垫圈128以及内承窝垫圈129而耦合至内承窝盘122和外承窝盘124。图15G示出了假体100、内承窝盘122以及外承窝盘124的组装件的侧视图。图15H示出了该组装件沿着图15G的直线15H截取的截面。如图15H所示，细长螺栓126还将缓冲器107耦合至上部区段102。外承窝盘122和内承窝盘124可将用于患者腿部的承窝(例如，上述承窝48)夹在中间。在许多实施方式中，构成假体100的中间联接件106、侧面联接件108、板簧112以及各个销钉、螺栓、垫圈和螺钉等是由耐久材料和/或弹性材料制成，诸如由钢(用于板簧112的弹簧钢)或不锈钢制成；而诸如上部区段102、下部区段104、内承窝盘122以及外承窝盘124等其他组件则由相对柔软和轻质的材料制成，诸如由聚合物、尼龙6-6等制成。

上述膝关节的形式可与诸如嵌入式传感器、微处理器控制的促动器以及液压系统等附加集成组件相结合使用。传感器可包括电子组件用以感测患者的活动、脚步数目以及组件内的机械应变和应力。促动器和液压系统可添加对膝关节的额外减震和控制，以便在步态周期的不同点上具有变刚度。

如假肢领域技术人员将从前文详细描述以及从附图和权利要求中所认识到的那样，可对本发明的优选实施方式做出修改和改变而不偏离所附权利要求中所限定的本发明范围。

Claims (28)

1.一种膝上假体，具有完全伸展构造和完全屈曲构造，该膝上假体包含：

上部区段，其具有底面；

下部区段，其具有顶面；

中间联接件，其将所述上部区段的中后区域与所述下部区段的中后区域可枢转地耦合起来；

至少一个侧面联接件，其将所述上部区段的侧面与所述下部区段的侧面可枢转地耦合起来，

其中所述下部区段相对于所述上部区段的旋转中心在所述假体处于所述完全伸展构造时位于该假体上方，并随着该假体从所述完全伸展构造旋转为所述完全屈曲构造而向下移动，并且

其中当该假体在患者身上使用并处于所述完全伸展构造时，由该假体所承担的该患者的大部分重量被直接从所述上部区段的所述底面传递至所述下部区段的所述顶面。

2.根据权利要求1所述的膝上假体，其中所述至少一个侧面联接件包含第一侧面联接件和第二侧面联接件，其中所述第一侧面联接件装设在所述上部区段的第一侧面上和所述下部区段的第一侧面上，并且其中所述第二侧面联接件装设在所述上部区段的所述第一侧面对面的该上部区段的第二侧面上和所述下部区段的所述第一侧面对面的该下部区段的第二侧面上。

3.根据权利要求2所述的膝上假体，还包含将所述第一侧面联接件与所述第二侧面联接件相耦合的盖，所述盖装设在所述上部区段前部和所述下部区段前部的前方。

4.根据权利要求1所述的膝上假体，其中所述中间联接件将所述上部区段的内部中后区域与所述下部区段的内部中后区域可枢转地耦合起来。

5.根据权利要求1所述的膝上假体，其中所述至少一个侧面联接件装设在所述上部区段的侧面和所述下部区段的侧面的外部。

6.根据权利要求1所述的膝上假体，其中所述中间联接件包含具有第一末端和第二末端的杆，所述第一末端可枢转地耦合至所述上部区段的所述中后区域并且所述第二末端可枢转地耦合至所述下部区段的所述中后区域。

7.根据权利要求1所述的膝上假体，其中所述至少一个侧面联接件包含具有第一末端和第二末端的杆，所述第一末端可枢转地耦合至所述上部区段的所述侧面并且所述第二末端可枢转地耦合至所述下部区段的所述侧面。

8.根据权利要求1所述的膝上假体，其中所述上部区段的所述底面和所述下部区段的所述顶面包含允许由所述假体所承担的该患者的大部分重量被直接从所述上部区段的所述底面传递至所述下部区段的所述顶面的曲面、桩、滚子轴承或其他界面。

9.根据权利要求1所述的膝上假体，其中所述上部区段的所述底面和所述下部区段的所述顶面是平坦的。

10.根据权利要求1所述的膝上假体，其中所述上部区段的所述底面和所述下部区段的所述顶面各自包含低摩擦表面。

11.根据权利要求1所述的膝上假体，其中所述上部区段相对于所述下部区段在该假体处于所述完全伸展构造时成0度角。

12.根据权利要求1所述的膝上假体，其中所述上部区段相对于所述下部区段在该假体处于所述完全屈曲构造时成165度角。

13.根据权利要求1所述的膝上假体，还包含装设在所述上部区段的所述底面与所述下部区段的所述顶面之间的缓冲器，该缓冲器适于在该假体被置于所述完全伸展构造时吸收震动和抑制噪声。

14.根据权利要求13所述的膝上假体，其中所述缓冲器耦合至所述上部区段的所述底面。

15.根据权利要求14所述的膝上假体，其中所述缓冲器可拆卸地耦合至所述上部区段的所述底面。

16.根据权利要求15所述的膝上假体，其中所述缓冲器通过螺栓而可拆卸地耦合至所述上部区段的所述底面。

17.根据权利要求16所述的膝上假体，还包含基座构件，该基座构件通过螺栓而耦合至所述上部区段的所述顶面。

18.根据权利要求13所述的膝上假体，其中所述缓冲器为可调节式，用于调节所述上部区段的所述底面与所述下部区段的所述顶面之间的距离。

19.根据权利要求13所述的膝上假体，其中所述缓冲器为可调节式，用于调节在该假体被置于完全伸展构造时所述上部区段相对于所述下部区段的角度。

20.根据权利要求13所述的膝上假体，其中所述缓冲器具有成角度的或台阶式的底面。

21.根据权利要求13所述的膝上假体，其中所述缓冲器包含两层或更多层具有变刚度的材料。

22.根据权利要求1所述的膝上假体，其中该假体被偏斜以处于所述完全伸展构造。

23.根据权利要求1所述的膝上假体，还包含板簧，该板簧将所述上部区段耦合至所述下部区段，并且适于偏斜该假体以使其处于所述完全伸展构造。

24.根据权利要求17所述的膝上假体，其中所述板簧内部地装设在所述上部区段和所述下部区段中。

25.根据权利要求17所述的膝上假体，其中所述板簧包含扁形板簧。

26.一种用于替代膝部以上截肢患者的腿的系统，该系统包含：

根据权利要求1所述的膝上假体；

圆润承窝，适于装配至该患者腿部的残肢；

内盘，适于耦合至所述承窝的内部以及耦合至所述膝上假体以便相对于所述承窝固定所述假体；以及

外盘，适于耦合至所述承窝的外部以及耦合至所述膝上假体以便相对于所述承窝固定所述假体，其中所述承窝的一部分被夹在所述内盘与所述外盘之间。

27.根据权利要求26所述的系统，还包含细长螺栓，该细长螺栓经调节以将所述膝上假体的所述上部区段、所述外盘、所述圆润承窝以及所述内盘可调节地耦合在一起。

28.根据权利要求27所述的系统，还包含缓冲器，该缓冲器通过所述细长螺栓而可调节地耦合至所述膝上假体的所述上部区段的所述底面。

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