CN104797216A - 矫形外科技术上的装置 - Google Patents

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CN104797216A
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F·特里勒
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Abstract

本发明涉及一种矫形外科技术上的装置，用于患者的矫形供给或假肢供给，该矫形外科技术上的装置具有：膝关节(10)，所述膝关节具有近中上部件(11)和可摆动地布置在其上的远中下部件(13)；踝关节(20)；远中可固定在所述踝关节(20)上的、可摆动的足部件(23)；和布置在所述踝关节(20)和所述膝关节(10)之间的小腿部件(14)，其中，所述膝关节(10)的上部件(11)或固定在其上的大腿部件与所述足部件(23)通过力传递装置(3；30、31、32、35；40、41、42)耦合，所述大腿部件可固定在患者身体上，所述力传递装置在膝盖屈曲时造成所述足部件(23)足底屈曲。

Description

矫形外科技术上的装置
技术领域
本发明涉及一种矫形外科技术上的装置，其用于患者的矫形供给或假肢供给，其具有：膝关节，该膝关节具有近中上部件和可绕膝盖轴摆动地布置在该上部件上的远中下部件；具有踝关节轴的踝关节；远中地布置在踝关节上的、可绕踝关节轴摆动的足部件；布置在踝关节和膝关节之间的小腿部件。该装置是可以通过近中地布置在膝盖关节上的大腿部件能固定在患者身体上。
背景技术
矫形器的任务是用于引导或支持现有肢体的运动或支撑和支持肢体，假肢代替不存在的肢体。腿部假肢存在于不同的实施形式中，所谓的KAFO(膝踝足矫形器(英文：knee angle foot orthosis))既支撑足又支撑踝关节和膝关节。通常把足放在足板上，一个或多个小腿夹板平行于小腿延伸，大约在膝盖轴的区域内设置膝关节，在一个或多个大腿夹板上安装固定装置，它们用于将假肢固定在大腿上。同样可以在小腿夹板以及足板上设置固定装置，以便可以将矫形器固定在对应的腿上。
具有假膝关节的假肢装置具有假足，该假足通过小腿管固定在假膝关节上。相对于假膝关节近中地设置一个用于假肢的固定装置，该假肢通常构造成大腿筒，大腿残端可以插入该大腿筒中。作为假膝关节可以使用不同的构造形式，其中包括单轴假膝关节、具有阻尼装置的多中心膝关节、电脑控制或驱动的主动假膝关节。假足可以刚性或铰接地固定在小腿管上，假足也可以马达式驱动。
FR 2,549,719 A1涉及一种假肢，其具有假膝关节和铰接固定在小腿管上的假足。相对于踝关节轴后侧布置一连接杆，该连接杆通过杠杆机构与假膝关节耦合。如果假膝关节弯曲，那么假足抬起并造成背侧屈曲。
US 2008/0269913 A1涉及一种人造腿，其具有假膝关节和假足。一个连接杆相对于膝盖轴前侧地铰接在假膝关节上，从而使得在膝盖屈曲时连接杆在小腿管中的一个导向件中移动。运动通过牵拉元件导向假足，从而使得足尖在膝盖屈曲时抬起。
US 2009/0265018 A1涉及一种受驱动的腿假肢和一种用于控制该腿假肢的方法，以实现近乎自然的步态。假肢膝关节和踝关节都设有独立的马达式驱动装置。通过传感器在不同内模式控制程序的基础上执行实时控制。
EP 0 041 052 B1涉及一种用于下肢的假肢，其中大腿筒和小腿通过啮合关节相互耦合。一个弹簧加载的活塞杆在膝盖屈曲时抬起足趾。
DE 47 53 03 B1涉及一种人造腿，其中小腿部件和大腿部件通过两个铰接杆彼此相连，用于在假膝关节弯曲时造成背侧屈曲。
在具有膝关节和踝关节功能分离的假肢装置中，在运动期间经常布置阻尼，从而使得动能转换成热能。如果存在膝关节和踝关节的功能连接，那么膝关节的运动能被引导到踝关节上。
发明内容
本发明的任务在于在结构耗费尽可能少的情况下实现膝关节和踝关节之间的耦合，通过这种耦合，膝盖的运动能可以用于踝运动，该踝运动造成近乎自然的步态并且在站立阶段结束时将身体重心的竖直运动最小化。
根据本发明，这通过一种具有主权利要求特征的矫形外科技术上的装置来解决。本发明的有利的设计方案和改进方案在从属权利要求、说明书以及附图中公开。
根据本发明的矫形外科技术上的装置用于患者的矫形供给或假肢供给，该装置具有：膝关节，该膝关节具有近中上部件和可摆动地、尤其是可绕固定或瞬时的膝盖轴摆动地布置在该上部件上的远中下部件；和踝关节，该踝关节尤其是具有固定或瞬时的踝关节轴；远中地布置在踝关节上的、可摆动的足部件；和布置在踝关节和膝关节之间的小腿部件，该装置布置：膝关节的上部件或固定在其上的大腿部件与足部件通过力传递装置耦合，该力传递装置在膝盖屈曲时造成足部件的足底屈曲。通过将膝关节的上部件或近中地布置在膝关节上的、例如大腿夹板或大腿筒的大腿部件与足部件通过力传递装置耦合可以将膝盖的运动能用于踝运动，其中，该大腿部件可以固定在患者身体上，该力传递装置在膝盖屈曲时造成足部件的足底屈曲。在自然步态中在站立阶段结束时进行足底屈曲，以延长膝盖弯曲时的腿长，类似于该自然步态，通过力传递装置使足部件足底地变化。由此延长了足部件地面接触的持续时间，从而将身体重心的竖直运动最小化。通过膝盖屈曲与足部件足底屈曲的能量耦合，在低设备耗费的情况下实现高能效。如果在摆动阶段期间扩展膝关节，那么可以进行运动反转，从而使得引发足部件的背侧屈曲。同样可以在达到预先确定的弯曲角度后进行假足的激发的转换，从而使得在达到弯曲角度后执行背侧屈曲，以便缩短有效腿长并在摆动阶段中，尤其是在腿前置时避免绊倒或挂在障碍物上。足底屈曲在此是指这样的运动，在该运动中，足部件朝地面方向摆动，从而使得小腿部件和足部件之间的角度增大。背侧屈曲是相反方向的运动，在该运动中足背或脚面朝胫骨或小腿部件的方向运动并且足背或脚面与小腿部件之间的角度减小。各个部件之间的可摆动连接可以通过一个唯一的固定轴来实现，即一个只允许转动运动的并且位态稳定地固定在至少一个部件上的轴。替换地可以在多中心关节上实现可位移的瞬时转动轴，该瞬时转动轴基于多导杆式关节上的多中心支承没有相对于至少一个部件位置固定，而是在摆动运动过程中游走。因此产生一个虚拟转动轴，上部件相对于下部件或小腿部件相对于足部件绕该转动轴摆动。也可能的是，两个部件彼此的可摆动连接通过弹性体关节进行，从而使得不存在固定限定的转轴动，而是在弹形体关节之内在不同负载情况下形成不同的转动轴，例如在不同的横向力或在扭转力的情况下绕一个在近中-远中方向上延伸的轴。
力传递装置可以构造成液压系统，从而使得通过活塞杆、液压线路和阀可以进行非常节省空间的、简单的从膝关节到足部件的力传递。同样可以非常容易地通过一个转换阀执行从足底屈曲到背侧屈曲的转换，该转换阀可以机械式或电操控。替换或补充地可以设置一机械耦合装置，该耦合装置可以构造得传递拉力和/或压力。机械耦合装置具有构造方式牢固的优点，其具有高可用性和简单的维修可能性。基于机械耦合装置中的运动部件可能擦到或夹住衣服或假肢外套。
机械耦合装置可以支承在相对于膝盖轴背侧或腹侧伸出的第一支承部位上并且支承在相对于踝关节轴的腹侧或背侧的第二支承部位上，其中，这些支承部位位于膝盖轴和踝关节轴之间的所述一条连接线的不同侧上。在一个背侧突出的第一支承部位上，耦合装置在膝盖屈曲的情况下负载压力并且将膝盖屈曲时的力在站立阶段结束时传递到相对于踝关节轴腹侧放置的第二支承部位上，从而使得绕踝关节轴产生力矩。当第一支承部位反转布置时，即相对于膝盖轴腹侧布置，力矩产生通过传递拉力的耦合装置实现。
机械耦合装置可以构造成铰接杆或牵拉器件，这取决于耦合装置在上部件和足部件上的布置是如何构造的。在作为铰接杆的设计中可能的是，铰接杆允许压力传递或拉力传递，直到一定的膝盖角度，从达到预先确定的膝盖角度开始，铰接杆在关节中弯折，从而使得不再能进行实质性力传递或进行了力方向反转。铰接杆弯折所处的膝关节角度由耦合装置的上部的铰接点和下部的铰接点之间的几何关系以及在必要情况下由关节的预夹紧决定。铰接杆从起始位置出发只能在一个方向上弯折，从而使得在到达预先确定的膝盖角度之前一直可以安全地力传递并且可以安全地进行回归到起始位置中。踝关节可以在朝背侧屈曲方向的预夹紧作用下站立，以便能够在取消通过耦合装置或液压系统的力导入的情况下没有力方向反转地造成背侧屈曲。
为了可以对患者的愿望及其身体状况进行调节，至少所述第一支承部位构造得可调节，从而使得第一支承部位与膝关节轴或踝关节轴的距离可以调节。除距离外，与对应轴的位置也可以可调节地设计，以便可以根据膝盖屈曲调节足部件的足底屈曲或位移的程度。根据杠杆比的不同可以调节较大或较小的足底屈曲。
在液压力传递装置的情况下可以设置一控制装置和在必要情况下至少一个切换阀，以便能够实现或中断力传递。力传递的中断或实现可以在传感器值、角度位置和/或特别负载状况的基础上进行，例如根据膝盖角度、踝关节角度或测得的力或力矩。控制装置可以机械或电控制。在机械控制的情况下可以例如在膝关节上连接一控制装置并且该控制装置例如构造成控制盘、控制凸轮或类似物，从而使得根据达到的膝盖角度导入一定的液压反应。可以为踝关节设置相应的设计方案。从达到一定的角度开始然后可以中断力传递或通过转换以如下方式进行运动反转，即在达到预先确定的膝盖角度时导入背侧屈曲。在小腿部件在摆动阶段中运动回转时也可以通过转换以如下方式进行阀调节，即在膝关节的扩展运动下造成背侧屈曲。如果使用这样的传感器，这些传感器检测确定的负载、运动、角度或其他测量参数，那么可以利用检测到的传感器值，以便控制力传递，即能够实现、中断力传递或仅传递一部分力。传感器与控制装置耦合，该控制装置接收、处理传感器信号并通过致动器来调节即打开或关闭例如一个阀，以便改变流体流。
在上部件或大腿部件以及在小腿部件或下部件或足部件上可以各布置一个缸-活塞单元，它们通过至少一个液压线路相互连接。通过膝盖运动施加压力到上部的液压单元上，该压力通过相应的线路和在必要情况下通过一阀组导向下部的液压单元，以便激发所述足部件。
缸-活塞单元可以通过阀并联或交叉地彼此连接，同样可能的是，通过控制装置进行个别调节直到截止所述缸-活塞单元，以便能够根据对应的膝盖位置、运动方向、运动速度、运动加速度或行走状况实现释放或激发所述足部件。
可以设置传感器装置，用于检测膝盖角度、角速度或角加速度，该传感器装置与一个控制装置连接，用于调节一个阀或多个阀，从而使得设置有电子控制的阀连接，以便控制液压或机械的力传递。
该力传递装置可以截止朝背侧屈曲方向的力传递，以便阻止在站立阶段期间的位移导致无希望的膝关节弯曲。可以设置，最大背侧屈曲位置构造成可变能调节的，也就是设置一个背侧屈曲止挡块，该背侧屈曲止挡块可调节，以便可以进行对对应的使用者或使用条件的适配。背侧屈曲止挡块可以构造成机械止挡块或通过阀的关闭实现。
足部件可以配置有一个复位装置，以便造成足部件的背侧屈曲。复位装置可以例如构造成弹簧或弹性体元件，所述弹簧或弹性体元件与足底屈曲相反作用。踝关节可以构造成弹性关节，在该弹性关节内布置弹性元件，例如弹性体本体，其中，通过该弹性关节施加复位力到足部件上，从而使得足部件无需外力作用移回到起始位置中。
一种实施方式设置，在踝关节内有至少一个阻尼器，该阻尼器与背侧屈曲相反作用，从而使得可以在足底屈曲之后无需大幅摆动地实施了复位运动。
附图说明
下面，根据附图详细描述本发明的实施例。其中：
图1示出了踝角度走向和膝盖角度走向；
图2示出了装置的立体图；
图3示出了根据图2的装置在伸展位置中的侧视图；
图3a示出了根据图3的立体图；
图4示出了根据图3的装置在弯入位置中；
图5示出了液压力传递的原理图；
图6示出了具有液压单元的假肢装置的示意图；
图7示出了根据图6的实施方式的立体图；
图8示出了根据图6的实施方式的镜反射图；
图8a示出了图8的截面图；
图9示出了缸-活塞单元的截面图；
图10示出了缸-活塞单元的立体全貌图；
图11示出了装入的缸-活塞单元在伸展状态下的横截面图；
图12示出了根据图11的装置，弯曲角度为60°；
图13示出了根据图11的装置，弯曲角度为120°；
图14示出了表面侧缸-活塞单元在背侧变化位置中的截面图；
图15示出了根据图14在足底变化位置中的实施方式；
图16示出了不同切换可能性的示意图；
图17示出了阀组件的示意图；
图18示出了关于时间的膝盖角度和踝角度视图；以及
图19示出了关于时间的叠加的踝角度走向。
具体实施方式
图1中示出了在一个过程周期期间关于时间的不同角度的视图。从足跟踩地直到重新踩地的一步的时间内，自然的膝盖角度KA和自然的踝角度AA用虚线表示，假膝盖角度PKA和假踝角度PAA用线段表示。自然的膝盖角度KA可以非常良好地通过假肢装置近似实现，这种近似实现由膝盖角度KA和假膝盖角度PKA的几乎相同的走向和小的差异角得出，而假踝角度PKA严重偏离自然的踝角度AA，偏离的程度由差异角ΔPF示出。在足趾离地、即所谓toe off前不久大约在过程周期的三分之二时达到最大偏差，在过程周期中在自然过程阶段中最大足底屈曲处在从站立中的初始位置出发的大致30°时，与之相反，假肢的最大足底屈曲处在大约2°时，这是由足部件动力学决定的。
为了实现尽可能自然步态，在第一个实施方式中，以根据图2的小腿假肢的设计提供一种矫形外科技术上的装置1，其具有膝关节10，该膝关节具有近中上部件11和绕膝盖轴12铰接固定在该上部件上的下部件13。小腿部件14固定在远中下部件13上，所述小腿部件建立与踝关节20的连接并绕踝关节轴22可摆动地支承在足部件23上。在示出的实施例中，足部件23构造成用于针对假足的校准核心的接收部并具有支架25，该支架在示出的实施例中沿行走方向向前指向，即前侧定向。下部件13和小腿部件14具有狭缝导向部，从而这两个部件在彼此上可移动地支承，以便在希望或需要的情况下可以进行长度适配。下部件13由两块侧板构成，这些侧板固定在同样是构造成侧板的小腿部件14上，这些侧板弥补式地相互重叠。在下部件13上设置有止档块16，用于限界最大扩展角度，同样在小腿部件14上设置有踝止档块26，该踝止档块限界足部件23的最大背侧屈曲。
上部件11可绕膝盖轴12顺时针摆动地受支承，在该上部件上布置在行走方向上朝后指向，即后侧定向的支架15，在该支架中构造一长孔导向件，在该长孔导向件中支承一用于力传递装置3的远中铰接点17。该铰接点17可移动地布置在长孔导向件之内并且在那里由矫形外科技师固定在对患者正确的位置上。在示出的实施例中构造为铰接杆形式的机械耦合元件的力传递装置3的具体构造将在后面详细说明。
耦合元件的下端部铰接、但不可移动地支承在远中支架25上的远中铰接点27中。通过在膝盖轴12和踝关节轴22之间的连接线后侧和前侧布置铰接点17、27，基于关于膝盖轴12偏心支承的近中铰接点17沿顺时针方向旋转，膝关节10的弯入导致耦合元件移动并且远中支架25绕踝关节轴22逆时针方向转动，从而使得具有固定在其上、未示出的假足的足部件23在膝盖屈曲时朝足底方向变化。
图3中示出了根据图2的假肢1位于起始位置中的侧面截面图，该起始位置相应于站立。膝关节10处于最大扩展中并且踝关节20的支架25基本垂直于小腿部件14的和下部件13的纵长延伸和膝盖轴12与踝关节轴22的连接线。
在远中支架15上可以识别用于近中铰接点17的长孔导向件，同样可以识别近中杠杆长度X，该杠杆长度可以被可变地调节。在远中支架25上画出了踝杠杆长度Y，该踝杠杆长度表示远中铰接点27和踝关节轴22之间的距离。同样可以很好的识别机械力传递装置3，其具有远中套管30，该套管铰接地支承在踝支架25上，该机械力传递装置还具有对向螺纹的双螺栓31以及近中套管32，该套管绕铰接轴33可摆动地支承在搭扣件35上。在搭扣件35上构造有止挡块34，其阻止近中套管32沿顺时针方向绕轴33偏转超过预先设定的角度。
图3a中示出了假肢1根据图3的立体图。在立体图中可以很好地看出，踝支架25构造成一侧敞开的叉子，该叉子具有两条腿，远中套管30在远中铰接点27上可摆动地支承在这两条腿之间。远中套管30和近中套管32都具有内螺纹，双螺栓31旋入所述内螺纹。近中套管32绕铰接轴33支承在搭扣件35上，该搭扣件又固定在近中支架15上。上部件10通过销轴绕摆动轴12铰接地布置在下部件13上，止挡块34阻止近中套管32沿顺时针方向绕铰接轴33摆动超过固定的程度，该程度由止挡块34确定。
在小腿部件14上固定有机械式背侧屈曲止挡块26，通过该背侧屈曲止挡块确定足部件23的最大背侧屈曲。背侧屈曲止挡块26可调节地构造，从而使得可以可变地调节所述最大背侧屈曲。
图4示出了位于弯曲状态中的假肢1。在图3中膝盖角度α为0°，而在图4中设置膝盖角度为大约50°。足底屈曲角度β在根据图3的位置为0°，在图4中大约为25°，这些可以通过在对应支架15、25中的不同的杠杆长度X、Y被改变。如果踝支架25上的杠杆长度Y也可以调节的话，那么传动比可以结合长度适配通过双螺栓31简单且多样地执行。起始位置，即根据膝盖角度α位于根据图3位置中的足底屈曲角度β可以通过双螺栓31以及近中铰接点17的位置在长孔引导件内调节。如果双螺栓31从套管30、32中的螺纹向外转动出来，那么力传递装置3变长，从而在铰接点17、27位置不变的情况下，足部件23朝足底方向变化，反转地在转动方向相反时导入背侧屈曲。
图4中示出了对于本实施例的最大膝盖角度α，直至该膝盖角度可以通过由两个套管30、32、双螺栓31以及搭扣件35构成的力传递装置将一压力传递到远中支架25上，而远中套管32不会绕轴33摆动。在搭扣件35中可以构造一止挡块，同样可以通过其他装置阻止搭扣件35相对于支架15继续旋转，从而在膝关节10中继续弯曲时搭扣件35的远中端部沿顺时针方向位移，从而使得力传递装置3发生折合，这导致两个铰接点17、27之间的有效长度缩短。这导致足底屈曲角度β缩小，这可以通过预紧装置，例如弹簧形式来支持。通过缩小足底屈曲角度β，有效腿长缩小，其方式是，使未示出的假足的足尖朝背侧屈曲方向运动和抬高，从而使得当在膝关节10中执行扩展运动时，可以进行摆动阶段中的较简单摇摆。
原则上也可以将支架15、25朝对应反转的方向定向，即近中支架15朝前侧方向并且远中支架25朝后侧方向，在此，当膝关节10弯曲时，力传递装置3基本上以传递拉力的方式工作。
图5中示出了液压力传递装置3的原理结构。此处也在膝关节10和踝关节20上设置有支架15、25，在膝关节10的一个非常简单的实施方式中，下部件13可以同时构成膝关节10和踝关节20之间的连接部。通常，膝关节10构造成单独构件并具有上部件11和下部件13，在该下部件上可以通过固定器件固定小腿管或小腿部件14，该小腿管或小腿部件又固定在一个假足的踝关节20的固定器件上。在所示实施例中，在近中铰接点17以及下部件13上支承有第一液压缸-活塞单元40。远中缸-活塞单元41通过液压线路42与近中缸-活塞单元40处于流体技术上的连接中，这些液压线路汇入阀组43中。远中缸-活塞单元41可能地支承在下部件13或小腿部件上以及在支架25上支承在远中铰接点27上。如果膝关节10弯曲，那么活塞在近中活塞-缸装置40内向下移动，液压流体被通过线路42引导到阀组43内并从此处引导到远中活塞-缸单元41的上部腔体内，从而造成足部件23绕踝关节轴22的足底屈曲。
在所示实施例中，两个液压单元40、41构造成两个同步运转缸，其容积和直径设计得相同。通过膝关节10和踝关节20上的不同的杠杆可以实现个别的转换。
在阀组43中可以设置多个阀和不同的阀，以便彼此任意连接所有缸容积，以便可以在所需膝盖角度位置上调节不同的足底屈曲角度β。在阀组43内可以存在比例阀，通过这些比例阀可以进行节流，从而使得可以提供不同的液压阻力。通过各个缸的不同连接，可以根据运动形式和运动阶段的不同与膝盖角度α相关地实现足部件23的预期调节。
图6中示出了具有液压力传递的假肢装置的示意侧视图。和根据图2的实施例相似，在近中支架15内设置长孔引导件，近中活塞-缸单元40的上部件铰接点17支承在该长孔引导件内。通过固定装置可以调节杠杆长度X进而机械式转换。在膝关节10的上部件11上固定有金字塔转接器，在膝关节10的具有侧板的下部件13上支承有高度可调的小腿部件14，远中活塞-缸单元41布置在这些小腿部件14之间。下部的铰接点27可转动但不可调节地支承在远中支架25上，在该支架上可以布置传感器，例如以应变测量条形式的传感器，以便检测负载。阀组43设有控制装置44，在该控制装置中安装有一个切换电子装置，从而使得可以个别和根据传感器数据评价来操控布置在阀组43内的阀，用于在缸-活塞单元40、41中不同地耦合这些缸。
图7中示出了根据图6的实施例的立体图，从该图中可以看出，液压-缸单元40、41布置在构造成侧板的小腿部件14和下部件13之间。阀组43同样布置在侧板之间。
图8中示出了本发明的一种变型方案，其中膝关节10和踝关节20中，角度传感器50与控制单元44耦合，从而使得可以根据膝盖角度α和足底屈曲角度β在阀组43内根据角度对阀执行连接。同样可以设置其他传感器，例如位态传感器或力或力矩传感器，以便确定并为了控制阀使用空间内的位态、力或力矩。
图8a中示出了图8的截面图。在绕摆动轴12铰接支承在下部件13上的上部件11和扩展止挡块16中，在图8a中可以识别出具有用于近中铰接点17的长孔导向件的近中支架15。在近中铰接点17上固定着近中缸-活塞单元40的活塞杆420。在该活塞杆420上固定着活塞410，该活塞在活塞-缸单元40的壳体400内被引导。在所示的、膝关节10完全扩展的位置中，近中缸-活塞单元40的活塞410位于近中止挡块上。液压流体通过未示出的液压线路在屈曲运动的情况下被从远中缸腔导向远中缸-活塞单元41，这些液压线路汇入阀组43中并通过控制单元44经由相应的活塞打开、完全关闭或部分关闭。从所示出的中性位置出发，当膝关节10弯曲时，液压流体被引导到远中缸-活塞单元41的近中缸腔内，从而使得远中活塞杆420朝向远中支承部位27位移，从而使得出现绕踝关节轴22的足底屈曲。
图9示出了具有壳体400的缸-活塞单元的细节图，在该壳体中活塞410固定在活塞杆420上。两个端部止挡块430限制了由壳体400限定的容积。由壳体400形成的缸被盖子440封闭。在这些盖子中集成滑动轴承450以及拆卸器460。在两个缸的每个端部上设置有软管接头470，这些软管接头与未示出的液压线路42连接，所述两个缸通过活塞410分开。在活塞杆420上布置有支承销轴480，该支承销轴可以布置在支架15、25的铰接点17、27中的一个上。支承销轴480作为铰接头可以设有两个用于支承在支架15、25上的轴销轴，根据图10的立体图示出了第二支承部位。壳体400中的轴销轴490用于在下部件13的或小腿部件14的侧板中的支承。
图11至13中示出了近中活塞-缸单元40在不同膝盖角度位置上的截面图。在图11中所示的位置中，膝盖角度为0°，壳体400内的活塞410于是位于近中端部止挡块上的最大位置中。全部液压流体被从近中缸中压出，并远中缸的容积是最大的。
图12中示出了膝盖角度α为60°的膝盖角度位置。活塞410远离壳体400的中部，从而使得近中缸比远中缸具有更大的容积。通过膝关节弯曲，活塞410在缸内向下运动并且液压流体从下部的缸通过阀被导向未示出的远中活塞-缸单元41。
图13示出了膝盖角度α为120°的膝关节位置，就像该位置例如在跪下或蹲下时占据的那样。活塞410的位置相应于图12中的位置，但是活塞410在膝盖角度α为90°的位置中已经达到过一次所述远中端部止挡块。在经过90°膝盖角度α时，活塞410的运动反转可以引起在踝关节20控制下的运动反转或通过阀切换被平衡。
图14示出了活塞-缸单元41在踝关节20上具有背侧屈曲的布置，在该背侧屈曲的情况下，活塞410定位在近中端部止挡块430附近。图15示出了最大变化的踝关节20，例如在膝盖角度α为90°的情况下。
图16示出了不同连接可能性的示意图。软管接头470可以被并联，同样可能的是，远中活塞-缸单元41的软管接头470通过交叉装置与近中活塞-缸单元40的软管接头470连接。同样可能的是，活塞-缸单元40、41相互独立地连接，从而使得这些单元之间没有功能性连接。由此，膝关节10和踝关节20可以相互独立地自由运动，在必要情况下可以通过节流阀调整膝关节10和/或踝关节20中的阻尼。如果近中活塞-缸单元40打开，而远中活塞-缸单元截止，那么膝关节10可以自由运动并且踝关节20僵直，当两个活塞-缸单元40、41截止时，两个关节都僵直。
通过与膝盖角度α相关地在踝关节20中进行受控制的屈曲和扩展以及通过与膝盖屈曲相关地耦合足底屈曲可以实现，将膝盖的动能用于踝运动。由此在站立阶段结束时的膝盖弯曲的情况下实现了有效腿长的延长并由此延长了地面接触持续时间，从而在所述过程期间最小化身体重心的竖直运动。这导致接近自然步态。通过摆动阶段中的背侧屈曲可以实现，又缩短有效腿长，以便使绊倒可能性最小化。基于在损失功率最小情况下的机械能直接转化而可行的是，与已知矫形装置、尤其是具有马达式调节装置的假肢相比获得了在相对低重量下的高能效。
图17中在对应的中性位置中示意性示出了两个缸-活塞单元40、41，这两个缸-活塞单元配置给膝关节或踝关节。分别从壳体400中伸出的活塞杆420例如分别固定在支架15、25上，以便能够实现力传递，活塞-缸单元的另一个端部支承在下部件或小腿部件上。
液压线路42将缸腔相互并联连接，液压线路42相互之间通过两个横向线路连接，对角线路使背离活塞杆420的缸腔与远中缸-活塞单元41的面朝活塞杆420的缸腔连接。
在每个液压线路42中至少布置一个阀431、432、433、434、435、436，以便能够实现不同的连接。例如如果阀433、434、435打开并且其余阀431、432、436关闭，得到并联连接，该并联连接造成：上部的活塞410向左位移导致下部的活塞410向右位移。为产生反向运动，缸-活塞单元40、42必须交叉连接，为此关闭阀431、434和435，而阀432、433和436敞开。
如果阀433、434和436关闭，这导致近中活塞-缸单元40与远中缸-活塞单元41的脱耦。通过部分关闭打开的阀431、432和435可以适配阻止位移的阻力。
如果仅打开上部的阀431，那么踝关节保持僵直，与之相反，膝关节可以弯曲，阻止弯曲的阻力通过打开的阀431的液压阻力得到。当阀432、435保持打开并且其余阀保持关闭时，可以实现僵直的膝关节和能运动的踝关节。
图18示出了在一个过程周期上在具有根据本发明的耦合装置的假肢膝关节情况下的膝盖角度KA和踝角度AA的走向。当足跟踩地、即所谓的heel strike后，例如逆着弹簧力获得踝关节的足底屈曲PF，该弹簧力将踝关节保持在起始位置中。足跟踩地后的足底屈曲通过膝盖弯曲的力的传输通过力传递装置造成并与复位弹簧的沿背侧屈曲方向起作用的力叠加，这在进一步流程中在脚步持续大约四分之一后导致沿相反反向起作用的力消除。然后踝关节角度又是0°。在膝关节上，在脚步持续大约10％时达到初始局部最大值之后的同时减小踝关节角度的情况下得到初始的站立阶段屈曲。当达到膝关节最大扩展之后，在脚步持续大约三分之一之后，力导入点游走到踝关节之前，由此出现背侧屈曲DF。在脚步持续大约一半之后，膝盖角度KA增大，同时导入足底屈曲，该足底屈曲将在膝盖屈曲时产生的力传导到踝关节上。在脚步持续大约三分之二之后发生踝关节与膝关节的脱耦DC，从而使得膝关节可以自由向后摆动，而踝关节在达到最大足底屈曲之后返回运动到起始位置中。由于不存在阻尼器的缘故，回归运动以消减的摆动的形式进行。
图19示出了在一个脚步持续时间上的不同的踝关节角度走向，其中，曲线A和B表示用根据本发明的装置达到的角度走向，曲线C表示传统的踝关节走向。在地面接触GC结束时，即末端站立阶段结束时，曲线A和B达到8°到10°之间的足底屈曲角度，而传统的踝关节具有大约8°的背侧屈曲。在力传递装置与踝关节脱耦DC之后进行曲线B上的相对快的背侧屈曲，这是因为那里没有阻尼装置，曲线A设置了阻尼，在曲线C中在地面接触结束之后非常快地又达到起始状态。

Claims (15)

1.一种矫形外科技术上的装置，其用于患者的矫形供给或假肢供给，所述矫形外科技术上的装置具有：
·一膝关节(10)，所述膝关节具有一近中上部件(11)和一能摆动地布置在该近中上部件上的远中下部件(13)，
·一踝关节(20)，
·一远中地能固定在所述踝关节(20)上的、能摆动的足部件(23)，和
·一布置在所述踝关节(20)和所述膝关节(10)之间的小腿部件(14)，
其特征在于，所述膝关节(10)的所述上部件(11)或一固定在所述上部件上的大腿部件与所述足部件(23)通过一力传递装置(3；30、31、32、35；40、41、42)耦合，所述大腿部件能固定在患者身体上，所述力传递装置在膝盖屈曲时造成所述足部件(23)的足底屈曲。
2.根据权利要求1所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，所述力传递装置(3；30、31、32、35；40、41、42)构造成液压系统或构造成传递拉力和/或压力的机械耦合装置。
3.根据权利要求2所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，所述机械耦合装置(30、31、32、35)支承在相对膝盖轴(12)背侧或腹侧伸出的第一支承部位(15)上并支承在相对踝关节轴腹侧或背侧的第二支承部位(25)上，其中，这些支承部位(15、25)位于膝盖轴(12)和踝关节轴(22)之间的一条连接线的不同侧上。
4.根据权利要求2或3所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，所述机械耦合装置(30、31、32、35)构造成铰接杆或牵拉器件。
5.根据权利要求3或4所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，至少所述第一支承部位(15)构造得能调节。
6.根据权利要求2所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，液压的所述力传递装置(40、41、42)具有一控制装置(44)，以便能够实现或中断力传递。
7.根据权利要求6所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，所述控制装置(44)与至少一个传感器(50)耦合，以便根据传感器值控制力传递。
8.根据权利要求2、6或7所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，在所述上部件(11)或所述大腿部件和在所述小腿部件(14)或所述足部件(23)上各布置一个缸-活塞单元(40、41)，这些缸-活塞单元通过至少一个液压线路(42)相互连接。
9.根据权利要求8所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，所述缸-活塞单元(40、41)能够通过阀(43)彼此并联连接或通过交叉装置彼此连接或能够个别地调节。
10.根据权利要求6至9中任意一项所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，设置有一传感器装置(50)，其用于检测膝盖角度(α)和/或足底屈曲角度(β)，所述传感器装置与一控制装置(44)连接，用于调节一个所述阀(43)或多个所述阀(43)。
11.根据上述权利要求之一所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，所述力传递装置(3；30、31、32、35；40、41、42)截止朝背侧屈曲方向的力传递。
12.根据上述权利要求之一所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，所述足部件(23)的最大背侧屈曲位置构造得能可变地调节。
13.根据上述权利要求之一所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，所述足部件(23)配置有一复位装置，以便造成所述足部件(23)的背侧屈曲。
14.根据上述权利要求之一所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，所述踝关节(20)构造成弹性关节并在偏离起始位置时施加复位力。
15.根据上述权利要求之一所述的矫形外科技术上的装置，其特征在于，在所述踝关节(20)中存在至少一个阻尼器，所述至少一个阻尼器与背侧屈曲相反作用。
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