CN1337866A - 膝盖支撑或替代构件 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种辅助或替代膝盖的构件,它包括至少一个关节的至少一个近部(5),第一啮合面沿与运动的瞬态中心的移动相对应的路线延伸,它由上述至少一个近部(5)上的韧带交点的投影形成,在膝盖运动时位于在上述至少一个关节的远部(6)的上方;第二啮合面沿与运动的瞬态中心的移动相对应的路线延伸,它由上述至少一个远部(6)上的韧带交点的投影形成、在膝盖运动时支撑在第一啮合面上,保持装置(23、24)防止膝盖运动时在第一和第二啮合面之间的相互滑动。

Description

膝盖支撑或替代构件

本发明关于膝盖支撑或替代构件，它包括：

至少一个关节，每个关节包括至少一个近部和至少一个以相对的关节式连接的远部，

接头，用来将上述关节的至少一个近部附着到下肢的大腿上、和将上述关节的至少一个远部附着到上述下肢的胫骨部分上，和

相对的关节式连接件的导向装置，它允许弯曲-伸展的相对运动、与滑动相关联的前后滚动、在上述大腿和胫骨之间的转动和/或内翻；因此允许在膝盖的前后垂直平面的横向看，像交叉的韧带所得到的关节那样，接近活生生的膝盖的生理运动。

在本发明的术语中，膝盖支撑构件应解释为膝盖假体(orfhesis)、替代构件应解释为膝盖假体或膝盖内假体。

在下面的文件中，下肢的大腿和胫骨部分不仅指现有的肢体部分、而且指替代该肢体的上和/或下的刚性部分。

因此，近部可以是装到腿上的上部的刚性部分或装到腿上可作为腿长度的延伸；远部可以是装到胫骨上的下部的刚性部分、或装到胫骨上可作为胫骨长度的延伸。

在下面的文件中，弯曲和伸展指的是大腿和胫骨部分之间绕着通过膝盖左右的水平轴的相对运动，转动指的是在这些部分之间绕着垂直轴的相对运动。内翻运动指的是在这些部分之间围绕着前后水平轴的运动。最后滚动和前后滑动指的是胫骨和大腿部分的端部在前后平面内的相对运动。

假体是保持残疾人有毛病的肢体的运动和关节功能的矫形构件，这种构件由两个刚性部分制成，由膝盖高度的关节互相连接、装到腿的一侧或双侧上。整个构件可用带子或模制件附着到大腿和腿上。用作下肢的假体通常是装在膝盖上两个对称的关节，仅允许弯曲-伸展运动，最好同时具有近部在远部上的前后移动(参见EP-A-0297766，US-A-3779654)。然而膝盖的生理运动是三维的，这些假体不可避免地要压迫韧带，这将有损于医疗或外科治疗的目的。

从别的资料中我们知道，有一种装有带槽的平板的多轴的假体，它一前一后地操作，因此允许胫骨在没有滑动的情况下的弯曲开始后相对于大腿滑动。

还有一种多轴的三维的膝盖支柱(参见Orthotic公司第二代多轴膝盖支柱，温哥华、加拿大)它包括在有毛病的膝盖的一侧上可调节的关节。在该关节中，两个球形部分一前一后地操作，它们具有绕一根轴以偏置方式安置的圆弧形槽。在开始弯曲时，近部移动，一旦它到达它的带槽部分限位处，弯曲在第二个球部上的槽上进行，因此提供了非生理运动的三维运动。事实上由韧带杆系统产生的膝盖的生理运动包括与转动和内翻运动结合的前后滚动和滑动。根据大多数研究表明，转动和内翻运动主要发生在弯曲开始时，这些已知的构件是不能产生这种运动的。

在另一种已知的假体中，导向装置包括带槽的球壳，它们一个工作在另一个内(US-A-5107824)。事实上这个构件的外关节的壳的中心位于内关节壳中心的另一位置，由于该内外壳还由包住胫骨和腿的刚性带整体地联在一起，因此该构件不可避免地会受到束缚。另外，壳的球面形状和一个非常整齐地装到另一个上妨碍了模仿膝盖的生理运动可得到的复杂迹线的运动。

假体是使一个部分或整个腿失去的人能保持行走能力的假肢构件。在假肢的顶部具有一套子和膝盖轴的高度上的关节能使假肢弯曲，并使残疾人能使其重量支撑在他的残肢上。对长截肢的或超过膝盖关节的大腿假肢来说，重要的是安置一个生理状态的假肢关节。该假肢关节放置在膝盖生理轴线的下方，会使行走不舒服，由于大腿部分比胫骨部分不正常地加长了，会使站立时看上去很不美观。

最后人们知道了如在本文开始时描述的膝盖支撑和替代构件(参见WO94/09729)。这些构件中，通过采用每个关节导向装置的重量支承面的特殊构形，能使各关节件以与交叉杆系统产生的同样的方式进行相互运动。由于采用了弯曲的、复杂的表面，它能在与弯曲-伸展程度成比例地改变运动辐度的同时产生与转动和内翻相结合的弯曲。

在用上述已知的构件进行实验的时候，已显示出即使上面建议的技术方案处于最好状态，关节仍会遇到在关节构件之间或者卡住、或者不受控制地滑动的情况。为了克服机构卡住的情况就会产生导向面过度磨损或韧带受力的情况。

在本发明中，重要的是应注意到：在上面已定义的、并与胫骨和大腿之间的相对运动有关的“滑动：前-后滑动”和仅与构件的部件相关的“关节构件的不受控制的滑动”之间的区别。

本发明的目的是研制一种膝盖支撑或替代构件，它能克服上述缺陷，特别能引导上述关节构件，使它们不会被卡住或出现相对的不受控制的滑动。同时又允许大腿和胫骨之间的生理的和相对的运动、特别是它们的前-后滑动。

为解决这些问题，按照本发明我们提供了一种本文开头描述的膝盖支撑或替代构件，该构件还包括：

在至少一个关节的至少一个近部上，一个第一啮合面在一条迹线的长度上延伸，该迹线与在上述相对运动期间由上述至少一个近部的上述韧带跨越的投影线形成的瞬态运动中心的移动相对应；和

在至少一个关节的至少一个远部上，第二啮合面在一条迹线的长度上延伸，该迹线与在上述相对运动期间由上述至少一个远部的上述韧带跨越的投影成形成的瞬态运动中心的移动相对应，使第二啮合面在该相对运动期间与第一啮合面并置，

和防止在第一和第二啮合面之间在相对运动期间相互滑动的保持装置。

正如上面所述，膝盖的生理运动包括多个同时发生的运动，这可通过特殊的骨端构形和用十字形带子将它们固定在一起来做到。

附图1表示从侧面看的膝盖G的前后平面，在图示的位置，交叉的杆状体AO和BC大致代表腿伸展位置的十字韧带。字母a表示后十字韧带、c表示前十字韧带，字母b(AB)表示骨节间的顶部，字母d(CO)表示胫骨上部平面。图1的右部是膝盖的后部，用虚线表示。

骨节间顶部AB是在矫形术的行话中称为“固定平面”的部分，而胫骨上部平面是被称为“移动平面”的部分。

图1表示固定平面相对于移动平面在膝盖的相对运动期间的三种不同的移动位置，在图示中，移动平面保持静止不动。

正如图中看到的，固定和移动平面的瞬态转动中心是杆状件AO和AC的交点I，在如图1所示的固定平面的移动期间，由移动平面中的I的连续的位置形成一条曲线，该曲线被称为基部并标记为IB。

该图还示出移动平面相对于固定平面在膝盖的相对运动期间的移动位置，固定平面保持静止不动。杆状物AO和AC的交点I构成沿一条曲线的连续的位置，该曲线称作滚动曲线。记作IR。

在两个平面的相互移动期间，滚动平面在基部上在没有运动平面上的滑动的情况下滚动，这仅是由将这些平面保持在一起的杆状系统的交叉的杆状物的交点而产生的。

如果将这些理论知识用于膝盖关节上，就意味着仅是十字韧带的交叉而产生了纯粹的滚动。运动中心离相交点越远，与滚动有关的滑动量越大。

因此我们计划在本发明中采用具有远部和近部的支撑或替代构件的关节，远部和近部由啮合面按迹线一个在另一个上运动，该迹线与基部和交叉韧带运动的滚动曲线相对应。另外，为了防止这些表面之间的任何滑动，提供了保持装置。这些装置和啮合面的迹线约束了它们的关节的实际的杆状系统的瞬态中心，该迹线是该关节部分中的交叉韧带的瞬态中心的投影，该关节随着纯粹的滚动迹线运动，避免了关节构件的不利的相互滑动，并能控制膝盖相对运动的前后滚动所必需的大腿和胫骨的滑动。

按照本发明的一个实施例，保持装置包括安装在上述第一啮合面的至少一部分上的第一匹配装置，安装到上述第二啮合面上的至少一部分上的第二匹配装置，在上述相对运动期间第二匹配装置与第一匹配装置一起操作。

应该看到，在匹配装置一起操作的情况下，按照本发明，可以认为：两个远部和近部的啮合表面是虚拟的，它们位于匹配装置的节线上。

按照本发明的一个有利的实施例，上述第一和第二匹配装置包括一起操作的钝齿，齿的根部和齿间间距沿迹线横向、从关节的内侧到外侧增大。

正如在WO94/09729中说明的，为了增强膝盖的转动和内翻，最好前后平面的任一侧上的两个关节应该是不同的。当上述两种运动出现在弯曲开始时，在钝齿开始啮合的任何情况下，这些齿最好具有向外加宽的形状。

按照本发明的一个特殊的实施例，上述第一和第二啮合面是光滑的。于是保持装置可以有利地包括至少一根具有第一端和第二端的带子，上述至少一根带子的第一端，附着到上述至少一个近部的靠近上述第一啮合面的端部的地方，上述至少一根带子的第二端附着到上述至少一个远部的靠近上述第二啮合表面的端部的地方。该端安置成朝向上述至少一根带子附着到近部上的第一啮合面的端部。

虽然本发明的构件的关节构件可以转动和内翻不是必不可少的，很显然最好它们能提供转动和内翻。因此最好如WO94/09729的例子中描述的那样每个关节备有上述导向装置，该导向装置包括；在一个关节构件上具有预定弯曲度的至少一个导向面，在另一关节构件上的至少一个导向件，对这些关节构件还具有在大腿和胫骨部分之间进行上述相对运动期间一起操作的、具有预定弯曲度的横向并置表面。上述横向并置的表面具有相互不同的复杂的弯曲度，通过这样设置在大腿和胫骨之间的运动期间使它们仅部分接触、至少在三个点上接触，这是有利的。

按照本发明的一个改进的实施例，上述第一和第二匹配装置的迹线这样延伸、使之与相应关节构件配合的弯曲度相一致。这些匹配装置不会在其整个长度上形成直线轨迹，事实上它们会随着与关节导向装置设定的相对应的复杂曲线运行，并且不会妨碍与导向装置一致的稳定生理运动，同时还可阻止关节构件之间的不利的滑动。

在从属于权利要求1的权利要求中展示了本发明的其它实施例。

图1表示由膝关节构成的交叉杆系统运动的前后垂直平面投影的理论视图，

图2表示本发明构件的双关节的透视图，

图3表示本发明构件的一个实施例的透视图，

图4表示本发明的两个匹配装置的透视图，

图5表示本发明构件改型的分解透视图。

图2表示一个膝盖支撑或替换件，它包括双关节1和2，该双关节1和2在以图示的方式、但也不仅限于图示方式延伸通过膝盖的中心的前后垂直平面的任一侧。当然一个构件可以包括本发明的单关节。

正如在WO94/09729中详细说明的，为了增强转动和内翻能力，位于膝盖两侧的两个关节1和2最好是不同的。因此，在图2所示的例子中，位于膝盖内侧的关节1比关节2要小。啮合面30和31安置成沿基部的迹线和每个关节的滚动曲线，这样每个关节的近部和远部在它们移动的瞬态中心上通过、相互并置一起工作。

在该示例性的实施例中具有的保持装置没有滑动地，以钝齿型匹配装置3、4保持住相互并置的啮合表面。因此，在本例中的啮合表面是虚拟的、并与钝齿3和4的节线30、31相对应。由于采用了这些匹配装置3，在关节结合件之间就不再可能有不受控制的滑动。

应该看到，啮合表面可如图2所示的例子那样在整个长度上装有钝齿，也可仅其部分上装有钝齿。

图3表示一个分解的关节，它包括近部5和远部6，它们相互接合在一起。

部分示出的接头7可将近部5装到下肢的大腿部分上。图中未示出的类似或不同的接头用来将远部6装到下肢的胫骨上。这些接头要求并不严格，它们可以是带子、带状物或类似件。

如果该构件包括多个关节，为使关节的近部相互连在一起，可制备多个接头8，同样也可制备多个接头(未示出)将关节的远部相互连在一起。这些接头可以是刚性的、也可是柔性的结构。在任何情况下，它们都不是非常重要的。

在假肢的关节中总应制备导向装置。正如上面说明的，一些导向装置仅允许与滑动相联合的前后滚动和弯曲，另一些导向装置还允许转动和内翻，这就可产生更接近生理运动的运动类型。

图3示出的关节具有WO94/09729中提供的那种导向装置。

作为导向装置，图3所示的近部5包括由复杂弯曲度的槽9形成的导向面，从远部6伸出的暗销形式的导向件10可在槽中滑动。导向件10由螺母11保持在槽9中，使它可在槽9中滑动。

作为导向装置，图3所示的远部6包括由复杂弯曲度的槽12形成的导向面，从近部5伸出的暗销形式的导向件13可在槽中滑动。导向件13由螺母14保持在槽12中，使它可在槽12中滑动。

近部5和远部6还具有垂直并置的表面15、16，它们分别相互相对另一侧上的表面17和18。图示例子中的表面不是平的，正如在WO94/09729中详细描述的，在下肢的大腿和胫骨部分之间移动时，通过至少三个点的部分接触，这些表面具有相互不同的复杂的弯曲度。

在图示的示例性实施例中，近部5由用胶接或焊接方法相互连接在一起的两块板19和20，板20的下端边缘是钝齿23，钝齿节线沿着滚动曲线31的弯曲度延伸、弯曲度跟随着该板的瞬态移动中心。板19比板20稍向下突出，可以看见槽9和纵向并置面16。

同样地远部6包括也以某种方式相互连接在一起的两块板21和22，板22的上端边缘是钝齿24，钝齿节线沿基部30的弯曲度延伸，使弯曲度跟随着该板的瞬态移动中心，板21比板22稍微向上突出，可以看见槽12和纵向并置面17。

当这些部分组装在一起、在钝齿23和24的节线30和31的高度上的啮合面作相对移动时，钝齿23和24能沿着板20和22的上、下边缘一起操作，相应的并置面16和18、15和17也能一起操作。

因此，已知的导向装置将在安装该构件的关节和膝盖上传输能转动和内翻的杆式运动。按照本发明，杆的运动的瞬态中心将由受到钝齿的约束而跟着纯粹滚动。因此，将不会出现在先有技术的构件上某些接头出现的不受控制的滑动和暗销在槽中偶然被卡住的情况。

可以看到，人们已知道用齿轮的齿装配到膝盖支撑件的一个关节的圆形表面上(参见US-A-2883982，US-A-3779654，US-A-5038763和DE-A-19605734)，然而，这些钝齿并未安置成沿关节瞬态中心的迹线，因此它们挤压膝盖。另外，它们产生的方式通常不允许除弯曲-伸直移动和非生理性的前后滚动外的任何其它运动。

图4表示从钝齿24、24′一部分上方看的透视图，钝齿沿两个关节1和2的每一个的基部配合，两个关节位于前后平面25的每一侧上。

这些钝齿24、24′分别沿相应关节的每个远部的板22和22′的上边缘排列，这些板的上边缘在图4中由点划线示出，该点划线与该远部复杂的弯曲形状相对应的曲折轨迹相一致。

在图4的右侧，关节1位于更靠内的地方、即离将结构分为两个的前后平面的最近的地方。可以看出，钝齿24′与钝齿24不同。间距b亦即钝齿的一个齿顶到下一齿顶的距离在远离将结构分成两个的平面、即钝齿位于更外部时增大了。类似地在同样的钝齿上，该间距横向向外加宽了。同样，齿d的根部、即一个齿侧的根部和该齿相对侧的根部之间的距离在更外部的钝齿上增大了，这些间距也横向地向同样的钝齿外部增大。

相应的钝齿沿近部的下边缘安置。

钝齿的复杂的弯曲形状、齿根部间距和尺寸的增加与钝齿之间的距离增大成比例，将结构分成两个的平面能使钝齿顺利地滚动，同时以极佳的生理方式控制关节的相对运动。

应该看到，本发明不仅限于上面描述的实施例，可以在不超出所附权利要求设定的内容的情况进行可以想到的多种修改。

显然，为了形成一个整体的结构5或6，并不绝对需要用板19和20、及板21和22，可以将板19和21仅用作关节导向、由板20和21形成的单独机构仅用于瞬态中心的滚动并因此控制导向装置。

虽然图3所示的关节是假体关节，本专业技术人员将立即会想到它可用作一种取代装置。

在钝齿的端部、亦即完成弯曲相对应的部分上，间距b和齿的根部d可以是一个常数，这是有利的，因为人们知道，在膝盖的相对运动的这一段中，不再有转动和内翻运动的任何变化。

还可设想仅在一个关节部分、如槽9或12中的单个槽形中的导向面具有单根相应的导向件10或13，匹配装置足以确保在另一个关节上的相应的导向面不是绝对必要的。

还可以使具有钝齿的配合的板是平的，不具有任何复杂的弯曲度。在此情况下，钝齿可具有恒定尺寸的间距和齿根。

图5表示本发明的一种构件，其中啮合面32和33是光滑的。这些表面的每一个分别包括两个轨迹34、35和36、37，它们分别位于板38、39和40、41的端部，在膝盖弯曲时沿着瞬态中心的迹线延伸。

阻止近部5和远部6的啮合面之间滑动的保持装置包括图中示出的带子42和43。

带子42的一端通过将螺钉44拧入靠近匹配轨迹34的一边缘的板上的螺纹孔45附着到近部的板38上。在其另一端通过将螺钉44拧入靠近匹配轨迹36的一边缘的板上的螺纹孔46来附着到远部6的板40上，匹配轨迹36定位成朝向带子42附着的匹配轨迹的边缘。

带子43的一端通过将螺钉48拧入靠近匹配轨迹35的一个边缘的板上的螺纹孔49中来附着到近部5的板39上。在其另一端通过将螺钉50拧入靠近匹配轨迹37的一个边缘的板上的螺纹孔中来附着到远部的板41上。匹配轨迹37定位成朝向带子43附着的匹配轨迹35的边缘。

尽管以分解形式示出了板40和41，应该看到，在图示的例子中，它们像板38和39一样互相联结在一起。在板之间安置的带子能在关节移动时避免近部和远部之间的滑动，同时杆系统的瞬态中心进行纯粹的滚动，在该运动中，带子42和43包在第一和第二啮合面32和33之间。

在图示的例子中，仅在远部上具有槽12形的导向面，近部5的导杆13可在其中滑动。在这个例子中，相互相对直立的垂直并置的表面15和17最好是平面。

Claims (12)

1.膝盖支撑或替代件包括：

至少一个关节(1、2)，每个关节包括至少一个近部(5)和至少一个以相对的关节式连接的远部(6)，

接头(7)，用来将上述关节的至少一个近部(5)附着到下肢的大腿上、和将上述关节的至少一个远部(6)附着到上述下肢的胫骨部分上，和

相对的关节式连接件的导向装置，它允许弯曲伸展的相对运动、与滑动相关联的前后滚动、在上述大腿和胫骨部之间的转动和/或内翻；因此允许在膝盖的前后垂直平面横向看，像交叉韧带所得到的关节那样，接近活生生地重现膝盖的生理运动。

其特征在于：它还包括在至少一个关节(1、2)的至少一个近部(5)上的第一啮合面(31、32)，该啮合面在一条迹线的长度上延伸，该迹线与在上述相对运动期间，由上述至少一个近部(5)上的上述韧带相交点的投影形成的瞬态运动中心的移动相对应；和

在至少一个关节(1、2)的至少一个远部(6)上的第二啮合面(30、33)，该啮合面在一条迹线的长度上延伸，该迹线与在上述相对运动期间，由上述至少一个远部(6)的上述韧带相交点的投影形成的上述瞬态运动中心的移动相对应，该第二啮合面在该相对运动期间与第一啮合面并置；

和防止在第一啮合面和第二啮合面(30、31、32、33)之间在相对运动期间的滑动的保持装置。

2.按照权利要求1的构件，其特征在于：上述保持装置包括安置在上述第一啮合面(31)的至少一部分上的第一匹配装置(3、23)，和安置在第二啮合面(30)上的至少一部分上的第二匹配装置(4、24)，在上述相对运动期间第二匹配装置与第一匹配装置相互合作进行操作。

3.按照权利要求2的构件，其特征在于：上述第一和第二匹配装置(3、23、4、24′)包括一起操作的钝齿，其中齿根(d)和间距(b)相对于上述迹线的横向、从关节的内侧到外侧移动时增大。

4.按照权利要求1的构件，其特征在于第一和第二啮合面(32、33)是光滑的。

5.按照权利要求4的构件，其特征在于；保持装置包括至少一根具有第一和第二端的带子(42、43)，上述至少一根带子(42、43)的第一端附着到上述至少一个近部(5)的靠近上述第一啮合面(32)的一端上，上述至少一根带子(42、43)的第二端附着到上述至少一个远部(6)的靠近上述第二啮合面(33)的一端上，上述第二啮合面安置成面向上述至少一根带子(42、43)附着到上述近部的第一啮合面的端部。

6.按照权利要求5的构件，其特征在于每根上述带子(42、43)在上述相对运动期间包在第一和第二啮合面(32、33)之间。

7.按照权利要求1～6中任何一个的构件，其特征在于：上述每个关节的导向装置包括在一个关节式连接件上的预定弯曲度的至少一个导向面(9、12)和在另一个关节式连接件上的至少一个导向件(10、13)；这些关节式连接件还具有预定弯曲度的纵向并置的面(15、16、17、18)，它们在上述相对运动期间在大腿和胫骨部分之间一起操作。

8.按照权利要求7的构件，其特征在于：上述垂直的并置面(15、16、17、18)具有相互不同的复杂的弯曲度，在大腿和胫骨部分之间的运动期间，这些表面在至少三点上产生部分接触。

9.按照权利要求2和3中任何一个的构件，其特征在于：它包括导向装置和在一个关节的相同的近部(5)上的上述第一匹配装置(3、23)。

10.按照权利要求2、3和9的任何一个的构件，其特征在于：它包括导向构件和在相同的远部(6)上的上述第二匹配装置(4、24)。

11.按照权利要求1～10的任何一个的膝盖支撑和替代构件，包括：至少一个上述关节和至少一个位于上述前后垂直平面任一侧上的另外的上述关节。

12.按照权利要求11的构件，其特征在于：它包括相应地附着关节近部的第一固定装置(8)，和相应地附着关节远部的第二固定装置。

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