CN112888405A - 矫形外科技术关节和矫形外科技术装置 - Google Patents

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D·赖特尔
R·奥伯格
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Abstract

本发明涉及一种矫形外科技术关节，其具有：第一构件(2)；第二构件(4)，所述第二构件能绕着摆动轴(8)摆动地布置在第一构件(2)上；和至少一个阻尼器，所述阻尼器设置并且布置用于阻尼第一构件相对于第二构件的摆动；和执行器(10)，该执行器用于使第一构件(2)相对于第二构件(4)在至少一个方向上摆动。根据本发明设置，所述执行器(10)能松开地在内侧或外侧布置在第一构件(2)或第二构件(4)上。

Description

矫形外科技术关节和矫形外科技术装置
技术领域
本发明涉及一种矫形外科技术关节，其具有：第一构件；第二构件，所述第二构件能绕着摆动轴摆动地布置在第一构件上；和执行器，该执行器用于使第一构件相对于第二构件在至少一个方向上摆动。此外，本发明涉及一种具有至少一个所述关节的矫形外科技术装置。
背景技术
根据权利要求1的前序部分所述的矫形外科技术关节例如由WO 2016/094413A1已知。
矫形外科技术关节、例如假体膝关节很久以来由现有技术已知并且在不同的实施方式中被提供。所谓的被动的矫形外科技术关节在此不是具有自己的传动装置，而是仅仅具有阻尼器，通过所述阻尼器可以阻尼两个构件相对彼此的摆动运动。通过阻尼器可以实现在具有所述膝关节的假体的佩戴者的情况中或多或少自然的步态。现代的被动的矫形外科技术关节可以设计为使得所述阻尼能够被调节。由此可以例如在液压切换回路中开启或关闭节流阀，以便减小或增大由液压阻尼器产生的阻尼。为了这能在准确的时间点例如在行走周期中实现，矫形外科技术关节可以具有至少一个传感器，所述传感器的测量值由电子数据处理装置评估并且用于控制阻尼器，所述电子数据处理装置承担电子控制任务。虽然所述关节通常需要自己的供电装置，但所述关节还是被动的矫形外科技术关节。然而阻尼器也在被动的矫形外科技术关节情况中不是强制必需的。也存在下述被动的关节，所述被动的关节在没有阻尼器的情况下是足够的，从而两个构件可以自由地摆动。
主动的矫形外科技术关节具有自己的例如呈电动机或泵形式的执行器，通过所述执行器主动地操纵矫形外科技术关节，也就是说，通过操纵执行器可以使第一构件相对于第二构件绕着摆动轴摆动。执行器附加地或替换地也可以作为阻尼器抵抗摆动，这例如在人造膝关节中在上坡行走时是有利的。
然而主动地使矫形外科技术关节运动的可能性对于使用者通常仅仅在确定的运动情况、治疗阶段或锻炼状态中是需要的或有利的。在此表明有利的是，执行器是可接通和可关闭的。因此执行器可以被置于主动状态中，在所述主动状态中所述执行器设置用于使第一构件相对于第二构件在至少一个方向上摆动。然而执行器附加地能够被置于被动状态中，在所述被动状态中不影响矫形外科技术关节的运动，从而主动的矫形外科技术关节在执行器的这种状态中变成被动的矫形外科技术关节。
然而不利的是，在这种出自现有技术的关节的情况中执行器自身具有增大的重量并且此外布置在小腿上，从而也需要增大的扭矩，以便使第一构件相对于第二构件绕着摆动轴摆动。整个矫形外科技术关节在结构上是耗费的并且由此成本高昂的并且此外是重的。
发明内容
本发明的任务在于，消除或者至少减小的现有技术的缺点。
本发明通过根据权利要求1的前序部分所述的矫形外科技术关节解决所提出的任务，所述矫形外科技术关节的特征在于，执行器能松开地在内侧或外侧布置在第一构件和/或二构件上。
通过所述构型实现了多个优点。通过执行器的能松开的布置对于不应使用执行器的情况可以容易地移除所述执行器，从而在接着形成的被动的矫形外科技术关节中不存在附加的重量，所述附加的重量由不需要的执行器引起。通过将所述关节布置在内侧或外侧、即沿着摆动轴错开，还使得当第一构件相对于第二构件绕着摆动轴摆动时不产生附加的扭矩或转动惯量。特别有利地，执行器在此能够不仅固定在内侧而且固定在外侧。这例如在使用矫形外科技术关节作为膝关节的情况中是有利的，因为不仅右膝关节而且左膝关节可以配备有相同的执行器。被动的膝关节有利地相对于矢状面对称地构造并且不仅在内侧而且在外侧具有相应的耦合装置，传动装置可以与所述耦合装置连接。以所述方式强烈地减少所需的耦合适配器或执行器壳体或执行器的数量。
附加地通过根据本发明的构型实现，例如可在马达功率上不同的执行器能够布置在第一构件或第二构件上。以所述方式可以例如考虑锻炼进度。当例如实现锻炼成效时，则在可以随着时间在主动的矫形外科技术关节的情况中减小例如患者需要的马达功率。通过矫形外科技术关节的根据本发明的构型可以将执行器容易地从第一构件或者从第二构件移除并且通过另外的执行器具有更小的或者必要时增大的马达功率替代。当假体佩戴者(至少根据本发明的矫形外科技术关节使用在所述假体佩戴者的假体中)想游泳或洗澡时，这例如也是有利的。在这种情况中，可包含例如电动机的执行器可以容易地从第一构件或者从第二构件拆下并且矫形外科技术关节作为被动的矫形外科技术关节在水中被使用。
优选地，矫形外科技术关节具有至少一个阻尼器，所述阻尼器设置并且布置用于阻尼第一构件相对于第二构件的摆动。在此，由阻尼器引起的阻尼优选地能够被调节。特别优选地，所述阻尼在第一构件相对于第二构件摆动期间能够被调节。
在一个优选的构型中，执行器的输出轴平行于摆动轴延伸。特别优选地，输出轴与摆动轴共轴地延伸。这实现执行器在第一构件和/或第二构件附近在一侧、即内侧或外侧布置，摆动轴延伸通过所述布置。摆动轴在此并非必需是单独的构件。也可以设计为理论上的摆动轴线，第一构件相对于第二构件的摆动绕着所述摆动轴线进行。通过执行器沿着所述摆动轴布置使由传动装置的重量引起的附加的扭矩最小化而根本不改变转动惯量，所述扭矩必须施加以使第一构件相对于第二构件摆动。在最优的布置中不需要附加的扭矩并且不改变转动惯量。
然而也可以有利的是，执行器的输出轴不平行于摆动轴延伸。在这种情况中，输出轴的方向和摆动轴的方向之间优选地为直角。
优选地，执行器具有例如呈马达形式的驱动装置及传动装置。所述马达和传动装置有利地分别设计为能够彼此松开放入模块。优选地，传动装置布置在第一构件或第二构件上。马达优选地布置在传动装置上。通过马达和传动装置的模块化的设计方案可以在马达和/或传动装置的受限的选择的情况中提供由传动装置和马达组成的多个组合，以便考虑患者的个别需求。
优选地，执行器具有弹性元件、特别是弹簧、例如扭簧，和/或执行器具有串联弹性执行器和/或并联弹性执行器。
优选地，传动装置是自锁的。
特别优选地，执行器具有电池模块，所述电池模块有利地能松开地布置在马达或传动装置上。在优选的构型中，传动装置布置在第一构件或第二构件上，而马达布置在传动装置上并且电池模块布置在马达上。这具有很大的优点是，电池模块可以例如在空的电池或空的蓄电池的情况中容易地并且以低的装配耗费由另外的电池模块替代。电池模块自身可以有利地通过单独的充电站被充电，而不必为此与矫形外科技术关节的马达、传动装置或另外的构件接触。如果存在在此所述类型的矫形外科技术关节的假体的佩戴者带有两个电池模块，则所述电池模块中的一个充电电池模块可以被充电，而另一个电池模块给马达供应电能。马达有利地是电动机、例如旋转马达。
在一个优选的构型中，执行器具有第一耦合元件，所述第一耦合元件与第二耦合元件相互作用，所述第二耦合元件布置在第一构件或第二构件上。这在此可以例如涉及两个耦合元件之间的端面啮合、磁性耦合、具有爪齿耦合的周向啮合或者其他类型的耦合。
优选地，第一耦合元件是携动件，所述携动件能够被置于在第一状态中并且在第二状态中。在第一状态中所述携动件这样与第二耦合元件相互作用，以使得执行器使第一构件相对于第二构件在第一方向上摆动。为此，携动件可以例如贴靠在第一构件或第二构件的第二耦合元件的一侧上。如果此时操纵执行器，则携动件绕着摆动轴旋转，并且以所述方式也使第二耦合元件运动。所述第二耦合元件与这两个构件中的与执行器未连接的构件无相对转动地连接。如果执行器例如与第一构件连接，则第二耦合元件是第二构件的耦合元件并且反之亦然。通过使携动件绕着摆动轴旋转由此也使第二耦合元件绕着摆动轴运动并且导致第一构件相对于第二构件绕着共同的摆动轴摆动。
在携动件的第二状态中，所述携动件有利地不影响两个构件相对彼此的运动。所述携动件优选地不接触第二耦合元件。在这种意义中，矫形外科技术关节由此是被动的矫形外科技术关节，因为虽然存在执行器，但是不设置用于引起两个构件相对彼此摆动。
在一个特别优选的构型中，携动件还能够被置于第三状态中，在所述第三状态中所述携动件与第二耦合元件这样相互作用，以使得执行器使第一构件相对于第二构件在第二方向上摆动。所述第二方向有利地与第一方向相反。
特别优选地，携动件也可以构造为使得其能够布置在第四状态中，在所述第四状态中所述携动件可以使第一构件相对于第二构件在两个方向上摆动，这根据执行器在哪个方向上被驱动。
携动件可被置于的不同状态可以例如是携动件相对于布置有该携动件的构件的不同位置和/或定向。
优选地，执行器与第一构件或第二构件之间的接口是防水的。矫形外科技术关节以所述方式也可以在水下、例如在游泳时、在浴室里或在淋浴时被使用。
优选地，所述关节是矫形器关节、特别是矫形器膝关节或矫形器髋关节，或者是假体关节、特别是假体膝关节。
在一个优选的构型中，执行器能够被置于主动状态和被动状态中。在主动状态中，执行器特别是其马达设置用于将力施加给第一构件和/或第二构件，以便由此使第一构件相对于第二构件在至少一个方向上摆动。在被动状态中，执行器为此不能施加所述力。以所述方式能实现，当包含矫形外科技术关节的矫形外科技术装置的佩戴者不或者至少不持续需要通过执行器的辅助时，则保护执行器的供能装置、例如用于电动机的蓄电池。
优选地，当执行器被置于主动状态中时，则减小阻尼。特别优选地，所述阻尼如此程度地被减小，例如这能够通过已存在的阻尼器实现。因此，例如布置在液压阻尼器中的节流阀例如如此程度地被开启，以便如此程度地减小阻尼。在一个优选的构型中实现减小阻尼，其方式是，将执行器置于主动状态中。这可以例如通过如下方式实现，即操纵操作元件以将执行器置于主动状态中，该操作元件也影响阻尼，其方式是，例如开启阻尼器的液压阀或气动阀并且由此减小或消除流动阻力。
优选地，通过操纵操作元件能够将执行器从被动状态置于主动状态和/或从主动状态置于被动状态中。操作元件可以例如直接布置在矫形外科技术关节上、优选地在所述矫形外科技术关节的执行器上、特别优选地在所述矫形外科技术关节的马达上。所述操作元件可以是开关、例如翻转开关或旋转开关、按钮、杠杆或者其他机械元件。除此以外或者取而代之地，例如以绳索传动装置或线缆形式存在的牵拉元件也可以例如用作操作元件。如果将拉力施加给牵拉元件，则由此操纵操作元件。所述绳索传动系统例如已知用于操纵假手。用作操作元件的绳索传动装置在这种情况中通常布置在无需服务的肩膀上，从而通过该肩膀的运动可以假手张开或合拢。类似地在所述类型的矫形外科技术关节的情况中也是可能的。如果矫形外科技术关节例如布置在用于上肢的矫形器或假体中，则牵拉元件可以例如布置在相应无需服务的肢体的肩膀上。
替代所述机械操作元件或者除了所述机械操作元件以外，优选地设置电子操作元件。所述电子操作元件可以例如是显示在矫形外科技术关节的显示器中的元件，如果该显示器例如设计为触摸板或触摸屏。特别优选地，然而电子操作元件不是直接布置在矫形外科技术关节上，而是例如布置在外部装置上。特别优选地，在此将操作元件集成到App或计算机程序产品中，所述App或计算机程序产品设置并且实施在外部电子数据处理装置、例如个人电脑、笔记本电脑或者特别是智能手机上。通过操纵例如在智能手机的App中的操作元件可以将执行器从主动状态置于被动状态中或者从被动状态置于主动状态中。以所述方式，矫形外科技术关节的使用者可以个别地决定，该使用者当前是否需要执行器的辅助。如果必须将驱动装置从主动状态置于被动状态中或者从被动状态置于主动状态中，则使用者可以自动地、快速地、容易地并且可靠地做到这种操作。
如果马达处于主动状态中，则表明有利的是，所述马达不持续施加用于使第一构件相对于第二构件摆动所需的力。如果矫形外科技术关节例如是膝关节，则可以有利的是，用于摆动所需的执行器辅助例如仅仅在步行周期的确定的阶段中被施加。这可以例如是摆动阶段，在所述摆动阶段中膝关节通过执行器的辅助而伸开、即伸展。有利地，矫形外科技术关节因此具有电子控制装置、特别是电子数据处理装置和至少一个传感器，所述至少一个传感器设置用于，探测对于关节运动意义重大的参量。所述参量可以例如是矫形外科技术关节的关节角度、所述关节角度的改变、加速度或力矩变化曲线。电子控制装置可以基于所述测量值和由此在传感器中产生的传感器数据控制执行器。这根据至少一个传感器的传感器数据实现。以所述方式，例如存储在电能存储器、例如蓄电池中的提供给执行器的能量这样被使用，以使得执行器可以尽可能长时间地、即在尽可能多个步行周期中被使用。以所述方式可以避免或者至少减少能量浪费。
在一个优选的构型中，执行器在主动状态中能够以多个模式运行。所述构型的构思在于，根据配备有在此所述类型的矫形外科技术关节的矫形外科技术装置的相应的运动状态，不同的辅助模式是需要的或有利的。因此，在步行周期内的、传动装置应提供辅助的时间点与矫形外科技术装置的佩戴者实施哪种运动相关。因此可以例如通过至少一个传感器探测，佩戴者是否例如沿着平面、沿着斜坡或者沿着阶梯行走。可以确定不同的行走速度。此外，例如也可以确定矫形外科技术装置和矫形外科技术关节的佩戴者所承受的重量。通过电子控制装置可以根据所述测量数据中的单个测量数据、多个测量数据或者所有测量数据设置执行器的相应的运行模式。
替换地或附加地有利的是，当也通过操纵操作元件可以将执行器从一个模式置于另一个模式种。该操作元件在此可以是相同的操作元件，通过操纵该操作元件也能够将传动装置从被动状态置于主动状态中。当然也可以设置不同的操作元件。
此外，本发明通过一种矫形外科技术装置、特别是矫形器或假体解决所提出的任务，所述矫形外科技术装置具有在此所述类型的至少一个矫形外科技术关节。
附图说明
下面借助附图详细地说明本发明的一个实施例。附图中：
图1示出根据本发明的第一实施例的关节的，
图2以分解图示出执行器的耦合的示意图，和
图3以示意图示出耦合元件的三个不同的状态。
具体实施方式
图1示出呈人造膝关节形式的矫形外科技术关节，所述矫形外科技术关节具有第一构件2和布置在所述第一构件上的第二构件4。在所示的实施例中，小腿元件可以布置在第一构件2的下端部上，而金字塔适配器6布置在第二构件4的上端部上，另外的假体部件、例如大腿筒可以布置在所述金字塔适配器上。
所述关节具有未示出的阻尼器。第一构件2相对于第二构件4能绕着摆动轴8摆动地支承。所述关节是主动的关节，所述主动的关节具有执行器10，所述执行器在所示的实施例中具有传动装置12和马达14。传动装置12布置在固定元件16上并且能容易地松开地构造。马达14能容易地松开地布置在传动装置12上，从而例如马达14可以单独地或者以与传动装置12的组合例如被更换成传动装置和马达的另外的构型。
所述关节对称地构造。在图1中在左侧传动装置12和马达14布置在固定元件16上，而右侧也构造有相应的固定元件16，但却未布置构件。
图2以放大的分解图示出一个区段。首先可以看到固定元件16，所述固定元件通过螺栓18无相对转动地布置在第一构件2上。所述固定元件具有环形的凸出部20，第二耦合元件22布置在所述凸出部内部，所述第二耦合元件与第二构件4无相对转动地连接。第一耦合元件24位于传动装置12上，所述第一耦合元件在图1示意性地示出的装配状态中插入到环形的凸出部20中。根据第一耦合元件24相对于第二耦合元件22的位置和定位可以实现耦合元件的不同的状态。
这在图3中示意性地示出。相应地示出沿着摆动轴8的示意图。可看到环形的凸出部20，在所述凸出部中第二耦合元件22相应地处于上部区域中。在左视图中示出这样的第一耦合元件24，即所述第一耦合元件通过弹性阻尼元件26分隔开地贴靠在第二耦合元件22上。如果此时马达14或另外的执行器10这样被驱动，以使得与传动装置12或执行器10的另外的构件无相对转动地连接的第一耦合元件24沿着逆时针方向运动，则也使第二耦合元件22运动并且驱动所述关节。如果执行器10沿着相反方向被驱动，从而使第一耦合元件24沿着顺时针方向运动，则不进行扭矩传递，从而不驱动所述关节。
在图3的中间部分中示出另外的视图。第二耦合元件22在此在环形的凸出部20内部也处于上部分中。第一耦合元件24此时处于第二耦合元件22的左边，通过弹性阻尼元件26也与所述第二耦合元件分隔开。第二耦合元件22此时运动，当执行器10这样运行，以使得第一耦合元件24沿着顺时针方向运动。
在图3的右边的视图中，第一耦合元件24根本不贴靠在所述弹性阻尼元件26中的一个弹性阻尼元件上。与通过执行器10使第一耦合元件24沿着哪个方向运动无关地，不发生第二耦合元件22的运动并且由此也不发生对关节的操纵。
附图标记列表
2 第一构件
4 第二构件
6 金字塔适配器
8 摆动轴
10 执行器
12 传动装置
14 马达
16 固定元件
18 螺栓
20 凸出部
22 第二耦合元件
24 第一耦合元件
26 弹性阻尼元件。

Claims (17)

1.一种矫形外科技术关节，其具有：
·第一构件(2)，
·第二构件(4)，所述第二构件能绕着摆动轴(8)摆动地布置在所述第一构件(2)上，和
·执行器(10)，该执行器用于使所述第一构件(2)相对于所述第二构件(4)在至少一个方向上摆动，
其特征在于，
所述执行器(10)能松开地在内侧或外侧布置在所述第一构件(2)或所述第二构件(4)上。
2.根据权利要求1所述的矫形外科技术关节，其特征在于，所述关节具有至少一个阻尼器，所述阻尼器设置并且布置用于阻尼所述第一构件(2)相对于所述第二构件(4)的摆动。
3.根据权利要求2所述的矫形外科技术关节，其特征在于，由所述阻尼器引起的阻尼优选地在所述第一构件(2)相对于所述第二构件(4)摆动期间能够被调节。
4.根据权利要求1，2或3所述的矫形外科技术关节，其特征在于，所述执行器(10)的输出轴平行于所述摆动轴(8)延伸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的矫形外科技术关节，其特征在于，所述执行器(10)具有马达(14)和传动装置(12)，所述马达和所述传动装置优选地分别设计为能够彼此松开的模块。
6.根据前述权利要求中任一项所述的矫形外科技术关节，其特征在于，所述执行器(10)具有弹性元件、特别是弹簧、例如扭簧和/或具有串联弹性执行器和/或并联弹性执行器。
7.根据权利要求5或6所述的矫形外科技术关节，其特征在于，所述传动装置是自锁的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的矫形外科技术关节，其特征在于，所述执行器(10)具有电池模块，所述电池模块优选地能松开地布置在所述马达(14)或所述传动装置(12)上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的矫形外科技术关节，其特征在于，所述执行器(10)具有第一耦合元件(24)，所述第一耦合元件与所述第一构件(2)或所述第二构件(4)的第二耦合元件(22)相互作用。
10.根据权利要求所述的矫形外科技术关节9，其特征在于，所述第一耦合元件(24)是携动件，所述携动件能够被置于第一状态和第二状态中，在所述第一状态中所述携动件与所述第二耦合元件(22)相互作用，以使得所述执行器(10)使所述第一构件(2)相对于所述第二构件(4)在第一方向上摆动。
11.根据权利要求所述的矫形外科技术关节10，其特征在于，所述携动件能够被置于第三状态中，在所述第三状态中所述携动件与所述第二耦合元件(22)相互作用，以使得所述执行器(10)使所述第一构件(2)相对于所述第二构件(4)在第二方向上摆动。
12.根据前述权利要求中任一项所述的矫形外科技术关节，其特征在于，所述执行器(10)与所述第一构件(2)或所述第二构件(4)之间的接口是防水的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的矫形外科技术关节，其特征在于，所述关节是矫形器关节、特别是矫形器膝关节或矫形器髋关节，或者是假体关节、特别是假体膝关节。
14.根据前述权利要求中任一项所述的矫形外科技术关节，其特征在于，所述执行器(10)能够被置于主动状态和被动状态中，其中优选地，当所述执行器(10)被置于主动状态中时，则减小所述阻尼。
15.根据权利要求14所述的矫形外科技术关节，其特征在于，通过操纵操作元件、特别是布置在所述关节上、优选地布置在所述执行器(10)上的开关、按钮或杠杆、绳索传动装置或线缆、或者例如在移动式电子数据处理装置、特别是智能手机上的App中的电子操作元件能够将所述执行器(10)从所述被动状态置于所述主动状态中和/或从所述主动状态置于所述被动状态中。
16.根据权利要求14或15所述的矫形外科技术关节，其特征在于，所述关节具有电子控制装置、特别是电子数据处理装置和至少一个传感器，所述至少一个传感器设置用于探测与对于关节运动意义重大的的参量，并且所述电子控制装置设置用于根据所述至少一个传感器的传感器数据控制所述执行器(10)。
17.一种矫形外科技术装置、特别是矫形器或假体，其具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的矫形外科技术关节。
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