CN104203165B - 用于动态地治疗膝部的矫形装置 - Google Patents

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Abstract

一种设置用于动态地治疗膝部的矫形装置(110)。装置包括：铰链组件(120)，框架，其具有彼此间隔开并且通过铰链组件(120)相连的上部裤口(112)和下部裤口(114)，和动态壳体(116)，其与框架相连并且沿着支架的第一侧而延伸。调节系统(118)与动态壳体(116)相连并且包括将壳体(116)与所述铰链组件(120)操作式相连的拉紧元件(126)。调节系统(118)设置为增加和降低拉紧元件(126)中的拉力。随着所述矫形装置从伸展方向进入到弯曲方向，动态壳体(116)被拉向前部平面。

Description

用于动态地治疗膝部的矫形装置
技术领域
本公开涉及一种矫形装置，并且特别涉及一种用于动态地治疗或支撑受伤的膝部的矫形装置。
背景技术
膝关节(股骨和胫骨)的稳定性被理解为主要由四个关键韧带产生：前十字韧带(ACL)、后十字韧带(PCL)、内侧副韧带(MCL)和外侧副韧带(LCL)。ACL是非常熟知的，这在某种程度上是由于可以非常常见地诊断出ACL受伤。ACL可抑制胫骨相对于股骨向前(前侧)滑动得过远。相反，如图1所示，PCL可阻止胫骨相对于股骨向后(后侧)滑动得过远。
PCL撕裂通过受伤的严重性程度(I、II或III)而分级。该分级通过与对侧膝部的胫骨相比胫骨向后移位的增加程度而分类。通常，受伤的等级与以下内容相对应：
等级1：韧带轻微受伤并且被略微拉伸，但仍能帮助保持膝关节稳定。1-5mm。
等级2：韧带被拉伸到其变松弛的程度。这通常称之为韧带部分撕裂。6-10mm。
等级3：这种类型的受伤通常称之为韧带彻底撕裂。韧带已经被撕裂成两部分，并且膝关节不稳定。10mm以及更大。
如图2所示，PCL受伤典型地是在跌倒中产生的，在所述跌倒中，胫骨被迫相对于股骨而向后移动。另一个常见的方式是，在机动车事故中，当膝部受到撞击时会发生这种受伤。
PCL膝部受伤通常不进行手术治疗，并且常见的处理方式是使PCL自愈。当PCL撕裂时，胫骨的近端具有向后移动的趋势，这会导致愈合中的PCL上的拉伸，并且导致比受伤之前长的愈合后的PCL。结果，愈合后的膝部可经受一定程度的松弛，其中在愈合后，胫骨的近端会向后移动，因此会导致病人感到不稳定，并且增加再次受伤的风险。
可使用能在整个运动范围中给上部腓肠的后部提供支撑的矫形装置、例如膝部支架来阻止这种所不希望的移动。在手术后的病人(或甚至最近受伤的病人，所述病人没有进行手术或将要进行手术)中，这可减缓处于愈合期的PCL的拉长，并且阻止上文所描述的移动问题。在具有处于拉长状态中愈合的PCL的病人中，支架可阻止上文描述的所不希望的移动，给予病人额外的稳定感，并且降低再次受伤的风险。
不幸地是，由于差的诊断方法，PCL撕裂的年度数量是不确定的(估计在所有韧带受伤的3％到20％之间)。以往，PCL受伤被认为是具有良性的临床结果。因此，如果诊断出PCL撕裂后，不会对其进行处理，这是由于其处于关节腔的外侧并且具有自愈能力。不幸地是，当放任其自愈时，PCL典型地会以拉长长度的方式愈合，这会导致关节的不稳定。
最近的估计显示出美国每年被诊断为PCL撕裂的数量接近25000。当与ACL撕裂的数量相比时，其所占的比例约为10％。仍然存在的疑问是，有多少膝部没有被诊断。问题是，如果没有努力将韧带修复为保持其正常的长度，韧带会在拉伸位置中愈合，这会导致在股骨和胫骨关节面之间的多余的运动；这会提高膝部中导致骨关节炎的退行性病变的可能性。
对于一些严重的受伤，或对于与其他类型的受伤相结合的PCL受伤，一些医生已经提出了PCL重建。虽然一些体外生物力学研究已经报道了在带有孤立式受伤的模型中，PCL重建可恢复膝部的生物力学，但是PCL受伤的实际手术治疗是成问题的；大量的病人在手术后要继续承受膝部松弛的后遗症。
PCL上的载荷显示为本质上是动态的。例如，随着膝部从完全伸展位置到弯曲90度的运动，在正常完好的PCL韧带上的拉力会增加。这种增加的拉力有助于将胫骨保持在相对于股骨的适当位置。当PCL受损时，其不能提供这种增加的拉力，并且可允许胫骨向后移动。如上文所述，如果支架可以适当的方式向后部腓肠提供额外的力，则其可提供有效地使股骨和胫骨共同定位所必须的力。已经发现，在急性PCL受伤的治疗中，病人不良后果的一个可能原因是在愈合期间动态载荷向后拉动胫骨，并且导致PCL在拉长的长度中愈合。这也可导致进一步发生骨关节炎的几率增加。
适当设计的动态支架可阻止或减缓这种发病。如果需要手术，则这种支架可在PCL的整个愈合过程中对重建的PCL提供保护。由于PCL在关节腔之外并且有能力自愈，因此这种支架有可能避免对手术治疗的需求。对于之前具有PCL受伤并且由于没有进行随后的手术介入而经受关节松弛的病人来说，这种支架也可提供增加的稳定性和信心。最终，这种矫形装置可使具有所有程度的PCL受伤的病人受益。另一个不良结果的原因是重力原因。随着病人通过膝部伸展而仰卧以及举起腿，胫骨会向后落回。当病人处于非负重的手术后阶段(在此阶段中，病人可通过简单地躺在床上而经常经受这种胫骨后移)，这种效果是经常出现的。
胫骨向后移动对于愈合中的PCL是不利的，并且可导致产生韧带非解剖学拉长的过度拉力。存在有多个市售PCL支架选择，但是已知的解决方法缺乏特定的关键功能需求。因此，这里建议提供一种示例性PCL支架形式的矫形装置，其可满足特定的关键功能需求，以便有效地治疗膝部的PCL受伤。至少一个这种建议的装置将有助于手术后或非手术的急性PCL受伤的功能康复。另一建议是，对于带有不良愈合/延长的PCL的病人，保持股骨和胫骨的适当骨对齐。因此，所建议的装置对于所有新近PCL受伤的病人和所有没有接受保全PCL长度手术的病人是适用的。
发明内容
根据这里所描述的多种矫形装置实施方案，可将示例性的PCL支架用在至少以下三种情况中：(1)在手术后，在愈合过程期间(3-6个月)保护PCL，使得一旦已经确认PCL恰当地愈合后，则可不再需要支架，除非病人需要将支架以在活动期间提供额外的稳定性；(2)保护非手术的PCL，其中支架可提供动态稳定性，允许PCL在适当的拉力下愈合而不需要手术；以及(3)对于PCL已经在拉长位置中愈合的个体来说则保护PCL，其中支架为了活动而对PCL提供动态稳定性。
根据矫形装置的一个实施方案，矫形装置为设置用于动态地治疗膝部的膝部支架。支撑件具有中轴和前部-后部平面，所述前部-后部平面与中轴平行和相交，并且将所述装置分成第一侧和第二侧。支架具有将装置分成内侧和外侧的内侧-外侧平面，其大体取向为垂直于前部-后部平面。
支架包括铰链组件和框架，框架具有彼此间隔开并且通过铰链组件相连的上部裤口和下部裤口。动态腓肠壳体与框架相连，并且沿着支架的第一侧延伸。调节系统与动态腓肠壳体相连，并且包括将动态腓肠壳体和铰链组件操作式地相连的拉紧元件。随着矫形装置从伸展方位进入到弯曲方位，动态腓肠壳体被向前拉伸，在矢状面中的胫骨近端上产生向前指向的力。从这种方位已经发现，随着膝部弯曲时拉紧元件的缩短，会产生增加的腓肠载荷，这又向前促动胫骨以补偿受损的PCL。
支架还包括将下部裤口与铰链组件相连的支柱段，并且拉紧元件沿着支柱段的至少一部分延伸。在设置支架以治疗受损的PCL的情况中，拉紧元件沿着支柱段的前部侧而延伸。动态腓肠壳体固定于支柱段，并且拉紧元件沿着动态腓肠壳体的至少一部分而延伸，同时当动态腓肠壳体构造为治疗PCL时，其处于支架的远端后部侧上。
根据一个实施方案，拉紧元件具有固定于铰链组件的第一端部。铰链组件可包括一对旋转轴线，拉紧元件可在旋转轴线之间延伸。当装置处于伸展方位中时，铰链组件优选地处于沿着前部-后部平面；拉紧元件与前部-后部平面在铰链组件中交叉。此外，铰链组件可限定一对旋转轴线和大体垂直于旋转轴线的主轴。拉紧元件可在旋转轴线对之间延伸并且与主轴相交。
铰链组件可包括限定了拉紧元件延伸穿过的进入口的铰链盖。进入孔优选地处于前部-后部平面的第二侧上，并且因此处于与动态腓肠壳体相反侧的前部-后部平面的侧部上。铰链盖可限定中部口，拉紧元件会由此而延伸到铰链组件内，并且固定在铰链盖的中部口处或附近。
调节系统可包括设置用于增加或降低拉紧元件中的拉力的收紧装置。根据一个变体，收紧装置为转盘式拉紧装置，其设置用于拉紧元件的棘轮转动调节的预选择和增加。在这种变体中，拉紧元件优选为可由转盘式拉紧装置缠绕或解绕的线缆。在一些变体中，收紧装置包括允许调节拉紧元件中的拉力的束带或其他棘轮件、例如线性棘轮，或其结合。
支架还可包括狭长形支柱段，其将下部裤口与铰链组件相连并且具有引导件，所述引导件将拉紧元件从大体垂直于支柱段的外向方向定向到大体平行于支柱段的纵向方向。
此外，支架可包括从处于装置第二侧部上的上部裤口朝向装置的第一侧延伸的翼。携带有衬垫的束带、壳体或其结合可从其相反的内侧和外侧上的上部裤口延伸并且越过翼。
根据一个实施方案，支架的第一侧处于装置的后部侧上，并且上部裤口和下部裤口处于支架的第一侧上，特别是当支架构造为治疗PCL时。上部裤口可具有比内侧支柱更向近端延伸的外侧支柱，因此在上部裤口的外侧处产生了顶点。如上文提到，动态腓肠壳体同样处于后部侧上。装置还包括处于装置的前部侧上的上部束带和下部束带，其各自与上部裤口和下部裤口相连，并且围绕装置的第二侧延伸。
支架也可包括处于装置的第二侧上的下部胫骨壳体。下部胫骨壳体可具有半刚性和弹性的大体V形插入件。下部胫骨壳体设置为随着装置从伸展方位进入到弯曲方位而抵触动态腓肠壳体。此外，在PCL支架的方位中，下部壳体作为胫骨壳体而调整，使得V形插入件会阻止传统束带在腿前面的相应于胫骨的端部处导致的尖锐的压力点，并且由于与动态腓肠壳体的反作用力而将压力更均匀地分散在小腿上。
矫形装置可通过切换动态腓肠壳体的位置、拉紧元件的取向以及裤口、壳体和束带的位置而适合于治疗其他的膝部疾病。
在不同的实施方案中，矫形装置设置为可与动态腓肠壳体相抵触的动态股骨壳体，在其中动态股骨壳体和腓肠壳体通过调节系统彼此相连。根据一个变体，动态股骨壳体处于前部-后部平面的前部侧上，但动态腓肠壳体处于前部-后部平面的后部侧上。
附图说明
根据下文说明、所附的权利要求和相应的附图可更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。
图1是与股骨和胫骨相接合的后十字韧带(PCL)的示意图。
图2是PCL型受伤和在这种受伤期间膝部的示意图。
图3是用于治疗PCL的矫形装置的实施方案的透视图。
图4是图3的实施方案的前部立视图。
图5是图3的实施方案的后部立视图。
图6是图3的实施方案在伸展位置中的侧向立视图。
图7是图3的实施方案在弯曲位置中的侧向立视图。
图8以上方透视图的方式示意性地详细显示了图3的实施方案在伸展位置中的铰链组件和拉紧元件。
图9以下方透视图的方式详细显示了在伸展位置中的图3实施方案的变体。
图10是在弯曲位置中的图3实施方案的变体的细节图。
图11是图3实施方案中的用于动态拉紧系统的调节机构的铰链壳的立视图。
图12说明了随着腿从伸展进入弯曲，彼此相作用的调节系统和动态拉紧系统与施加在第一壳体和第二壳体上的力的水平相结合的实施例。
图13是用于图3的实施方案中的动态拉紧系统的调节机构的变体的立视图。
图14是用于图3的实施方案中的动态拉紧系统的调节机构的另一变体的立视图。
图15是用于治疗PCL的矫形装置的另一实施方案的透视图。
图16是图15的实施方案在伸展位置中的侧部立视图。
图17是图15的实施方案在伸展位置中的前部立视图。
图18是图15的实施方案中的铰链的立视图。
图19是图18的铰链实施方案中的铰链盖的内部立体细节图。
图20是图19的铰链盖的外部立体细节图。
图21是图15中的下部胫骨壳体的细节透视图。
图22是显示了通过图21的胫骨壳体施加在小腿上的力的示意图。
图23是描绘了随着膝部从伸展到弯曲等等，载荷与时间的曲线图。
图24是显示了图15的矫形装置处于弯曲中的示意图。
应当注意地是，附图没有按照比例来绘制，而是作为替代地绘制用于更好地理解其部件，并且不意在限制范围，而是提供示例性的说明。
具体实施方式
A.总述
通过结合相应的附图来阅读下文说明，可更好地理解这里所描述的不同实施方案，在所述附图中相同的附图标记指代类似的元件。
B.实施方案的环境和背景
这里描述了多个矫形装置的实施方案和由此使用的部件，特别集中地描述了用于膝关节和周围区域的装置和部件。矫形装置的实施方案可用于保护、阻止或治疗功能。尽管在用于旨在治疗后十字韧带(PCL)的优选实施方案的背景中描述了该矫形装置，但是这里描述的很多特征可扩展为固定其他关节和身体部分以及膝部其他并发症的矫形装置和部件。
矫形装置的实施方案和由此使用的部件可设计为适应不同类型、形状和尺寸的人体关节和附件。此外，可将实施方案改进，以将实施方案的束带系统施加的主要的力定向在任何所希望的位置处，以将装置固定到腿上而稳定膝部。
膝关节包括处在股骨和胫骨之间的外侧和内侧两个接头，以及处在髌骨和股骨之间的一个滑动关节。膝部的主要运动包括弯曲和伸展，所述弯曲为胫骨相对于股骨的向后转动，所述伸展为胫骨相对于股骨的向前转动。
为了便于说明，这里所描述的每个矫形装置的实施方案或其部件可被分为由通用人体解剖用语表示的部分。这些解剖用语提供用于将装置实施方案的不同元件彼此区分开，但是不能将此认为是限制了本公开的范围。
这些用语中的每一个例如用于指代人腿，其通过大体沿着膝部的在股骨和胫骨之间的半月板而延伸的近端-远端平面而分成类似的部分。用语“近端”和“远端”通常是指装置的对应于腿的相对于腿与身体连接点的位置的位置。用语“上部”和“下部”可与“近端”和“远端”结合使用，以暗示“近端”和“远端”的位置梯度。在这里使用了装置与膝关节相对应的位置，以大体界定装置的近端部分和远端部分。
通过前部-后部平面，也可认为膝部装置的实施方案落入到“前部”部分和“后部”部分中。前部-后部平面大体相应于人腿的沿人体的中心纵轴而延伸的冠状面或前部平面。因此，后部侧或后部元件处于这种前部-后部平面之后，但是前部侧或前部元件处于前部-后部平面之前。
这里通常用来区分装置的侧部的用语“向里”或“内部”可指向装置的后部侧，并且特别是与装置穿着者的腿相邻。与之相反，用语“向外”或“外部”用于指代装置的与向里侧相反的侧部。
用语“内侧”和“外侧”是相对性用语，其通常理解为说明相对于中部矢状面或中线的位置。因此，位于接近中线的元件被称为“内侧的”，以及远离中线的元件被认为是“外侧的”。用语“中部”指代沿关节中线的区域，因此区分并分开了内侧区域和外侧区域。
通过这些用语，装置的前部部分具有以下象限：(I)近端-内侧、(II)远端-内侧、(III)远端-外侧和(IV)近端-外侧。装置的后部部分具有以下象限：(V)近端-内侧、(VI)远端-内侧、(VII)远端-外侧和(VIII)近端-外侧。结构件和其特征(无论其整体或部分)将落入到这样一个象限中，并且特别是参照这种象限来理解。
装置具有中轴X-X，当处于伸展位置中时，所述中轴形成在前部-后部平面和内侧-外侧平面的相交处。
这里可使用用语“刚性”和“柔性”以区分支架的部分的特征。用语“刚性”意在说明框架大体上无弯曲。在“刚性”框架件的背景中，意在说明如果以足够的力来弯曲框架，则其可折断。另一方面，用语“柔性”意在说明能够重复弯曲的特征。用语“弹性”可用于将这种柔性特征限定为能大体返回到初始形状而没有永久性变形。
这里所描述的解剖用语和特征用语并不意欲偏离这些用语的一般含义，例如矫形领域的技术人员易于理解的含义。此外，这里所描述的实施方案的元件意在包括大体相应于上述解剖部分的实施方案。换句话说，应理解地是，这里所描述的装置实施方案的元件可偏离上述解剖部分限定的精确含义。
C.矫形装置的实施方案
根据图3-7所示的第一实施方案，矫形装置10设置为PCL支架的形式。支架10包括上部或近端的第一裤口12和下部或远端的第二裤口14，每一个裤口均固定于处于支架的外侧和内侧上的一对支柱组件19上。每个支柱组件19包括通过铰链组件20相连的上部或近端的第一支柱段22和下部或远端的第二支柱段24。第一裤口12和第二裤口14优选地处于接近第一支柱段22和第二支柱段24的与铰链组件20相反侧的端部部分处并固定于其上。在这种实施方案中，第一裤口12和第二裤口14相对于支柱组件19保持为静止。
第一上部束带38围绕支架的前部侧延伸，并且与第一裤口12相连以有效地形成围绕支架的上部端部的圆形环。类似地是，第二下部束带40围绕支架的后部侧延伸，并且与第二裤口14相连以有效地形成围绕支架的下部端部的圆形环。
支架包括位于第一裤口12和铰链组件20之间的第一前部动态股骨壳体16，以及位于在第二裤口14和铰链组件20之间的第二后部动态腓肠壳体18。第一动态壳体16和第二动态壳体18动态地固定于调节系统26，在调整调节系统26时，所述调节系统会促使第一动态壳体16和第二动态壳体18朝向彼此。
第一裤口12优选地设置在支架的后部侧上，使得所述第一裤口会抵触处于支架前部侧上的第一动态壳体16。同样，第二裤口14优选地设置在支架的前部侧上，而第二动态壳体18位于支架的后部侧上。第一裤口12优选地与第一动态壳体间隔开距离23，同样地，第二裤口14优选地与第二动态壳体间隔开距离25，精确的距离可根据支架的尺寸和穿着者的腿的长度而变化。
如所述，可包括适当的裤口和壳体衬里42，以便当束带和拉紧元件在穿着者的腿上收紧时向穿着者提供压力缓解。铰链组件20可同样包括向膝部外侧和内侧提供缓冲的骨节衬垫44。裤口和壳体可包括通气特征，例如一系列的或成特定排列的开口，以便当将支架穿在穿着者的腿上时允许较好的呼吸能力。
裤口和壳体可由多个具有不同刚度或硬度的材料或部分形成。例如，每个动态壳体的芯48可具有比由较小刚度的材料制成的边缘部分50更大的刚度。在美国专利7727174和7749183以及美国专利申请公开2009/0076426中可找到用于形成这种多重材料或裤口部分和壳体的不同结合和方法。
调节系统26包括拉紧元件29，例如线缆，所述拉紧元件固定于收紧装置28并且由收紧装置28调节，以便调节线缆29的长度。在一个优选的实施方案中，收紧装置28是转盘式拉紧装置28，其设置为在将拉紧元件拉紧时增加并预选择调节量。转盘拉紧装置可顺时针转动，以减小线缆29的长度并且因此增加调节系统20的整体拉力。为了降低调节系统的整体拉力，可逆时针地转动转盘式拉紧装置28，以便增加线缆29的长度。转盘拉紧装置可由BOA科技公司提供，并且也在US 2009/0287128中进行了公开。拉紧装置不限于上文提供的实施例，并且可包括束带、线缆、托架、钩-环紧固系统，或者棘轮器件例如线性棘轮、阶梯棘轮或棘轮扣，或其结合，这些拉紧装置允许调节拉紧元件的拉力。
第一动态壳体16和第二动态壳体18可沿着由第一动态壳体16和第二动态壳体18形成的槽27而滑动式和转动式固定于支柱组件19。随着调整转盘式拉紧装置28以调节线缆29中的拉力，第一动态壳体16和第二动态壳体18被朝向彼此促动，同时沿着槽27滑动，并且有效地相对于支柱组件19而移动。动态壳体也能够相对于支柱组件而转动，以便容纳膝部和腿的弯曲。
转盘式拉紧装置28优选居中地固定于第一动态壳体16的前部或外表面上，并且线缆29从转盘式拉紧装置28的外侧和内侧延伸到第一支柱段22。上部动态壳体16可包括将线缆29的方向保持为朝向支柱段22的上部引导通道34。线缆29通过上部引导件30而接收在第一支柱段22上，所述上部引导件30又引导线缆29朝向铰链组件20。线缆29穿过铰链组件20，并且延伸到处于第二支柱段24上的下部引导件32，所述下部引导件32又引导线缆29围绕第二动态壳体18，并且穿过处于或形成在第二动态壳体18的前部或外表面上的下部引导通道36。
可注意到，线缆29的端部优选地保持在转盘式拉紧装置28中，并且线缆29的处于转盘式拉紧装置28之外的部分围绕支架连续地延伸而不中断。通过转盘式拉紧装置28来拉紧线缆29会同时地发生在经过第一动态壳体16和第二动态壳体18处。尽管这是优选的实施方案，但是应注意到矫形装置不限于单个线缆或单个转盘式拉紧装置，可使用多个线缆和转盘式拉紧装置以相对于支柱组件来促动或移动第一动态壳体和第二动态壳体。
图8-10从支架的外部示例性地显示了线缆29和铰链组件20。根据图8，引导件30显示为具有引导路径54，所述引导路径54引导线缆29从第一动态壳体16的前部表面沿着第一支柱段22延伸，并且经过通过由铰链组件20的面板52部分地形成的一系列上部开口56中的一个而进入到铰链组件20中。图9显示了线缆29从由面板52形成的一系列下部开口58中的一个而离开铰链组件20。图10显示了当膝部弯曲(可与图8和9中的伸展位置中的支架相比)时，线缆29相对于支柱组件19的路径。
图11、13和14显示了不同动态收紧装置的实施方案的关于铰链组件如何可动态地与线缆接合的内部方面。首先，如图11所示，收紧装置倚靠铰链盖52，并形成多个固定的通道路径60、62、64、66，所述通道路径沿着狭长的通道68延伸，并且在下部开口56和上部开口58处从铰链组件处开口。例如，线缆29在上部开口56中的相应一个开口处进入到通道路径60中，以使得所述线缆由相应的狭长通道68来保持，并且在下部开口58中的相应一个开口处脱离铰链组件。铰链盖52包括可接收实际铰链机构的腔70，所述实际铰链机构用于将第一支柱段和第二支柱段彼此固定，并且模拟膝部的运动。
通道路径60、62、64、66处于铰链盖52的前部侧上，并且相对于由铰链纵向主轴Y-Y界定的铰链中心而偏移。通道路径相对于铰链中心的关系决定了调节系统产生的力的水平和因此由第一动态壳体和第二动态壳体施加在支架穿着者的胫骨上的力的水平。线缆相对于铰链中心延伸的位置可改变铰链的偏移，并且因此影响可对腿起作用的动态力。
结果是，通道路径在铰链轴的前面越远，线缆的偏移越大，并且因此可同时施加在第二动态壳体和第一动态壳体上的动态力会更大，因此对于相同的运动范围来说会产生更大的PCL稳定力。通过线缆相对于铰链中心的偏移而产生的动态力与由转盘拉紧装置仅拉紧线缆而产生的力是分离的并且不同。
如图7所示，与图6相比，当支架处于伸展或弯曲时(如力箭头A、B所示)，动态壳体可由调节系统收紧。当膝部弯曲时，动态收紧装置会产生旋转力或动态力，使得如果调节系统被拉紧并且动态收紧装置依靠安装线缆而向前朝向铰链中心，则除了力A、B之外，力C、D也会向前推动胫骨，以便大体上动态地辅助膝部松弛和PCL。
图12说明了随着腿从伸展进入弯曲，彼此相作用的调节系统和动态拉紧系统与施加在第一壳体和第二壳体上的力的水平相结合的实施例。在实施例1的第一设置中，线缆设置在距铰链中心最远的通道路径中，并且调节系统被拉紧。这种结合导致通过第一动态壳体和第二动态壳体而施加在与股骨相连的胫骨上的高动态力。但是，由于在腿上已经存在着归因于在腿弯曲之前调节系统中的拉力的力，因此起始拉力也是最高的。
转到实施例2，线缆再次被设置在距离铰链中心最远的通道路径中；但是当腿处于伸展时，调节系统不收紧，并且在腿上没有有效地施加任何拉力。随着腿弯曲，会再次在腿上施加高的拉力，但是由于在腿上没有归因于在弯曲之前调节系统的拉力，使得该力小于实施例1中的力。
根据实施例3，线缆设置在较接近铰链中心的通道路径中，并且当腿伸展时，调节系统再次不拉紧，并且没有在腿上有效地施加任何拉力。在腿上施加了比实施例2中的力更小的力。
最后，在实施例4中，线缆设置为沿着铰链中心，并且调节系统不施加初始拉力。通过这种结构，随着腿弯曲，动态拉紧系统施加很少或不施加动态拉紧力。
当调整穿着者的腿上支架时，需要考虑关于调整的特定因素，这些因素包括膝部松弛、穿着者的活动性，以及穿着者的腿和解剖学上的尺寸。支架可适合允许医生设置支架上的拉力，特别是通过调节系统、动态拉紧系统或两者，并且以保证穿着者可在一定程度上看到或听到支架的正确调节。
保证支架的正确调节量的一个选择是在线缆上设置一系列标记，例如数字或符号，可依靠所述标记来匹配特定的载荷，其中在伸展和一定范围的弯曲中，支架可在穿着者上施加所述特定的载荷。另一选择是，在线缆中提供通过声音或视觉来说明膝部和腿上的载荷是否太高的载荷传感器。但是另一选择是，提供一些传感器，其可追踪线缆的距离或动态壳体之间的关系，使得线缆或壳体的调节不会超过特定的阈值。
图13显示了动态收紧装置53的另一实施方案，其具有滑动式安装在片体72上的可运动的凸轮件74。凸轮件74在沿铰链轴Y-Y而设置的上部支撑或铆钉76和下部支撑或铆钉78之间运动，并且通过所述上部支撑或铆钉76和下部支撑或铆钉78而限制为向上或向下运动，在所述凸轮件74中存在有臂82。凸轮件可与轴承滑动式接合，或作为替代，轴承实际是与凸轮件的任何运动无关的铆钉。片体72包至少一个允许凸轮件74相对于片体72滑动的狭槽82。至少一个紧固件84将凸轮件74锁定到位置中，以将凸轮件74的面86设置为接收线缆29。这种实施方案允许凸轮件有多个位置，并且允许将线缆拉离铰链轴而仅受臂80的长度限制。
图14显示了另一个实施方案，其中可转动的凸轮件88设置成围绕着轴承78。凸轮件88可安装为围绕轴承76、78中的一个，以将线缆29拉离铰链中心。凸轮件88包括线缆围绕其而延伸的面90，以及用于将轴承78和凸轮件88固定到固定位置中的紧固件92。
应注意地是，该装置不限于将第一支柱段和第二支柱段彼此固定并且模拟膝部运动的实际铰链机构。作为替代地是，图11、13和14中的实施方案仅主要指用于将线缆与铰链组件动态接合的器件。
图15-17说明了根据本公开的形式为PCL支架的矫形装置的另一实施方案。该实施方案包括彼此间隔开的上部裤口112和下部裤口114，所述上部裤口和下部裤口可在膝部前面FK和膝部后面BK之间通过铰链120并通过上部支柱122和下部支柱124相连。上部裤口122和下部裤口124设置在装置的后部侧上，各自处于大腿UL和小腿LL上(这部分地因穿戴装置的缘故)，并且考虑到调节系统118，其也易于支撑腿和将支架保持在腿上。
上部裤口112具有大体位于后外侧并且部分地由外侧件113形成的峰侧，所述峰侧比内侧件117更高并且与滑动件115相连。这种设置的上部裤口的优点在于，随着侧部的杆或外侧件113增高，其有助于内侧和外侧的稳定性。这种设置也允许覆盖更多的股骨和大腿软组织，以便更好地将压力分散在大腿UL上。内侧件117的降低的高度在内侧上提供了降低的轮廓，这对于改善左腿和右腿软组织之间的舒适性是非常需要的，因而最小化了裤口的侧部以避免碰到另一腿的内侧。
为了使上部裤口112和下部裤口114相互作用，支架包括上部股骨壳体128和下部胫骨壳体130，所述上部股骨壳体通过束带136与上部支柱122相连并且覆盖有衬垫139，所述下部胫骨壳体包括大体V形的插入件152，并且通过束带148和托架150(例如D形环)与下部裤口114或下部支柱124相连。下部胫骨壳体同样可覆盖有衬垫131。衬垫包裹体135优选地围绕小腿LL周向地延伸，并且在动态腓肠壳体116和下部裤口114之间延伸。衬垫包裹体135可在小腿上调节和收紧，并且可整体式连接在相应于动态壳体和下部裤口的位置之间。
支架110包括上部翼132，其大体上从上部裤口112处延伸，并且朝向支架前部侧的至少一部分凸出并围绕其包裹。衬垫137与翼132相结合地提供，并且翼比衬垫137的刚度和弹性更大。束带145可延伸越过翼132或与翼相连，以围绕支架的前部侧而延伸。作为替代地是，束带145可与衬垫137相连，或形成衬垫137的一部分，以将包裹体限定在大腿的周围。
翼设置为与简单的束带相比覆盖大腿的更多表面(特别是在腿的前部侧上)，并且用于容纳股骨周围的软组织，且阻止束带陷入到软组织中。在很多传统的支架中，束带具有没入或深深地压入大腿的软组织内的趋势，这会导致不舒服，并且可导致与大腿的不稳定的连接。翼特别地设置在至少内侧和外侧上，并且到达大腿的前部侧的部分中，以避免传统束带趋向于深深地压入到软组织内的位置。
调节系统118设置在动态腓肠壳体116上，所述动态腓肠壳体大体设置在穿着者的后腓肠的上部和肉质部分上。动态壳体116通过束带144与下部支柱124相连，并且可转动地相连或以相对于下部支柱124方向固定地相连。
调节系统118包括拉紧元件126，例如这里上文其他实施方案中所描述的线缆。当支架设置为伸展时，线缆126从收紧装置118中沿大体向外的方向延伸穿过位于动态壳体116上的引导件134，并且通过位于下部支柱124上的引导件141转向为大体纵向方向，到达处于铰链120的铰链盖140上的孔138。调节系统可根据这里所描述的任一个实施例来设置。
引导件134可包括用于将线缆126引导到下部支柱124的任意数量类型的引导件。优选地，线缆126设置为相对于下部支柱124向外，并且由位于下部支柱124上的引导件或一系列引导件141而接收。引导件134、141可包括处于大体上在垂直于引导件134的方向中引导线缆的支柱上的管体、托架、通道和任何其他类型的形式，这些形式的引导件允许在直线的方向(引导件134的情况)和曲线的或改变的方向(引导件141的情况)中引导线缆。尽管图16的实施方案显示了随着线缆126接近铰链120，线缆126大体与下部支柱124的前部侧并行延伸，但应注意地是，也可沿着下部支柱使用其他引导件，以将线缆保持在这种方向中，或在替代性的方向中。
根据图18-20，铰链组件120包括铰链头部部分158、160，所述铰链头部部分具有沿着铰链组件的竖直轴或主轴Y-Y对齐的旋转轴线A、B。铰链盖140包括位于铰链120的前部侧上沿下部拐角处的进入口138，以及线缆126延伸穿过的主轴。线缆在铰链盖140上的定位点156处定位。线缆126设置为在旋转轴线A、B之间延伸，并且至少越过下部轴线B，使得随着铰链从伸展进入到弯曲，线缆126被拉而越过下部轴线B。
进入口和轴线之间的关系与上文中根据图11、13和14描述的实施方案的讨论和根据图12的曲线的讨论类似。换句话说，进入口的位置会由于拉紧元件的长度而影响动态壳体施加的力的水平。
从图19中的铰链盖140的内侧看，铰链盖140包括通道166，线缆126穿过所述通道而延伸到与铰链盖140的外部侧相连通的孔168。图20显示了线缆126，由于具有配合到形成在铰链盖的外部侧上的狭槽154内的固定件156，使得可以将线缆126的上端部保持在铰链120处。
图21显示了适合于将载荷更均匀地分散在胫骨前部的下部胫骨壳体130。胫骨壳体130包括大体保持为V形的半刚性或柔性的插入件152。衬垫131提供了在下部胫骨壳体130的后部侧上并且适合于设置为与穿着者的胫骨前部相邻。束带133围绕下部胫骨壳体130的前部侧延伸，并且通过环体143可滑动地保持在下部胫骨壳体130上，所述环体允许调整束带，同时将下部胫骨壳体稳定地保持在穿着者的腿上。束带133通过托架150与下部裤口114相连。
如图22示意性地显示，V形的插入件152是有利的，这是由于其避免了在胫骨前部TB上形成直接的压力点PP，特别是考虑到随着膝部弯曲，由动态壳体施加的前部压力而产生的抵触力。在前部尖端上的压力点PP可在胫骨TB上产生过度的压力，并且因此伤害使用者。插入件152的形状和因此下部胫骨壳体130在压力点PP的两侧上形成较大的载荷LB承受区，而不是在胫骨前部TB的尖端，并且通过在胫骨TB的侧部上产生更大的表面区域而允许束带133舒适地围绕穿着者的腓骨FB和胫骨TB而延伸。
根据图23，表格显示了随着膝部从伸展进入到弯曲并且再返回的腓肠载荷(胫骨后部近端上的向前指向的估计载荷)和大腿载荷(股骨前部远端上的向后指向的反作用力)。上部实曲线代表了腓肠，并且下部曲线代表了大腿。载荷是根据时间而绘制。载荷峰值发生在弯曲峰值处，这限定为大约90度，如图24中带有弯曲的支架110的前膝部FK和后膝部BK。通过该曲线，可发现随着线缆缩短，当膝部弯曲时，会发生腓肠载荷增加，所述腓肠载荷增加又会向前促动胫骨以补偿受损的PCL，因此动态地治疗膝部。

Claims (14)

1.一种设置用于动态地治疗膝部的矫形装置(110)，所述装置具有中轴，当所述装置(110)处于伸展位置中时，所述中轴形成在所述装置(110)的前部-后部平面和内侧-外侧平面的交叉处，所述前部-后部平面将所述装置分成第一侧和第二侧，并且所述内侧-外侧平面将所述装置分成内侧和外侧，并且大体取向为垂直于前部-后部平面，所述装置包括：
铰链组件(120)；
框架，其具有彼此间隔开并且通过所述铰链组件(120)相连的上部裤口(112)和下部裤口(114)；
动态壳体(116)，其与所述框架相连，并且沿着所述装置的第一侧而延伸；
与所述动态壳体(116)相连的调节系统(118)，其包括将所述动态壳体(116)与所述铰链组件(120)操作式相连的拉紧元件(126)；
其中，随着所述矫形装置从伸展方位进入到弯曲方位，所述动态壳体(116)被拉向所述前部-后部平面，
所述拉紧元件(126)具有固定于所述铰链组件(120)的第一端部(156)，并且所述拉紧元件(126)从所述调节系统(118)经引导件(141)延伸到所述铰链组件(120)处，所述引导件(141)将所述拉紧元件(126)从大体垂直支柱段(124)的向外方向定向为大体平行于所述支柱段(124)的纵向方向。
2.根据权利要求1所述的矫形装置，其特征在于，所述支柱段(124)将所述下部裤口(114)与所述铰链组件(120)相连，并且所述拉紧元件(126)沿着所述支柱段(124)的至少一部分而延伸。
3.根据权利要求2所述的矫形装置，其特征在于，所述动态壳体(116)固定于所述支柱段(124)，并且所述拉紧元件(126)沿着所述动态壳体(116)的至少一部分而延伸。
4.根据权利要求1所述的矫形装置，其特征在于，所述铰链组件(120)包括一对旋转轴线，所述拉紧元件(126)在所述旋转轴线之间延伸。
5.根据权利要求1所述的矫形装置，其特征在于，当所述装置处于伸展方位中时，所述铰链组件(120)大体位于沿着所述前部-后部平面，所述拉紧元件(126)在所述铰链组件(120)内与前部-后部平面交叉。
6.根据权利要求1所述的矫形装置，其特征在于，所述铰链组件(120)限定了一对旋转轴线和大体垂直于所述旋转轴线的主轴，所述拉紧元件(126)在所述旋转轴对之间延伸并且与所述主轴相交。
7.根据权利要求1所述的矫形装置，其特征在于，所述铰链组件(120)包括限定了进入口(138)的铰链盖(140)，所述拉紧元件(126)延伸穿过所述进入口(138)，并且所述进入口(138)处于所述前部-后部平面的第二侧上。
8.根据权利要求1所述的矫形装置，其特征在于，所述铰链组件(120)包括限定了中部口(168)的铰链盖(140)，所述拉紧元件(126)延伸进入到所述铰链组件(120)中，并且固定在所述铰链盖(140)的中部口(168)处或附近。
9.根据权利要求1所述的矫形装置，其特征在于，所述铰链组件(120)包括限定了下部口(138)的铰链盖(140)，所述拉紧元件(126)延伸穿过所述下部口(138)，所述拉紧元件(126)固定在所述铰链盖(140)的中部处或附近。
10.根据权利要求1所述的矫形装置，其特征在于，所述调节系统(118)还包括拉紧装置，所述拉紧装置设置用于增加和降低拉紧元件中的拉力。
11.根据权利要求1所述的矫形装置，其特征在于，狭长的支柱段(124)将所述下部裤口(114)与所述铰链组件(120)相连并且具有引导件(141)，所述引导件将所述拉紧元件(126)从大体垂直于所述支柱段(124)的向外方向定向为大体平行于所述支柱段(124)的纵向方向。
12.根据权利要求1所述的矫形装置，其特征在于，还包括一对从位于所述装置的第二侧上的上部裤口(112)朝向所述装置的第一侧而延伸的翼(132)，以及延伸越过所述翼(132)的束带(145)。
13.根据权利要求1所述的矫形装置，其特征在于，所述第一侧处于所述装置的后部侧上，并且所述上部裤口(112)和下部裤口(114)位于所述装置的第一侧上，所述装置还包括位于所述装置的前部侧的上部束带(136)和下部束带(133)，所述上部束带和下部束带各自与上部裤口(112)和下部裤口(114)相连，并且围绕装置的第二侧延伸。
14.根据权利要求1所述的矫形装置，其特征在于，还包括位于所述装置的第二侧上的下部壳体(130)，所述下部壳体(130)具有大体V形的半刚性和弹性的插入件(152)，所述下部壳体(130)设置为随着装置从伸展方位进入到弯曲方位，其与所述动态壳体(116)相抵触。
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