CN1937973A - 具有可调性能的假足 - Google Patents
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Abstract
一种假足(100)结合有足龙骨件(101)和其下端连接到足龙骨件以形成假足的踝关节的弹性小腿胫骨件(105)。足龙骨件具有前足和后足部分以及在前足和后足部分之间延伸的中足部分。小腿胫骨件通过胫骨件的前向凸出的弯曲部分(106)从所述足龙骨件向上延伸,并且通过与足的前足部分一体形成的连接件(107)固定到足龙骨件。胫骨件的下端为反向弯曲(110)并由连接件的反向弯曲部分(112)收容。
Description
技术领域
本发明涉及一种可提供由于涉及应用力学而增强的动态响应能力的高性能假足。
背景技术
在Martin等人的美国专利No.5897594中公开了一种用于假腿的无关节式人造足。与早期的具有设置了关节以模仿踝功能的刚性结构的人造足的解决方案不同,Martin等人的无关节式人造足采用了设置于足模制物中的弹性的足嵌件。该嵌件在纵向截面上为大致C形设计,具有朝向后方的开口,采用其上方C形肢状物来承接假腿的负载,并通过其下方C形肢状物来将该负载传递到与之相连的板簧上。在从下方看去时,板簧为凸起的设计,并且基本上平行于脚底区域延伸,向前超过足嵌件而进入到足尖区域中。Martin等人的发明的目的是针对减小脚跟的冲击、弹性、跟-趾行走以及横向稳定性来改善无关节式人造足,从而允许穿用者可自然地行走,其意图是允许穿用者正常行走,并且还可进行身体锻炼以及进行体育运动。然而,这种公知的人造足的动态响应特性是有限的。并且没有模仿人足、踝以及胫骨件和软继承组织的人体生物力学功能。Martin等人的人造足以及其他使用这种踝设计以及刚性暂用假肢作为胫骨件的现有技术假足不能存储足够的弹性能量以便在步态中产生正常的踝关节矢状平面动态功率。测试已经显示具有这种设计的现有技术假足在步态中仅产生正常踝关节矢状平面动态功率的大约25%。
VanL.Philips提出了另外的假足,据称其能够给截肢者提供可从事多种活动的灵活性和机动性,这些活动在过去因结构限制和现有技术假体的相应性能而无法进行。这些已知的假足可支持跑步、跳跃和其它活动,据报道,它可以与穿用者正常足相同的方式来使用。例如可参见美国专利No.6071313;No.5993488;No.5899944;No.5800569;No.5800568;No.5728177;No.5728176;No.5824112;N0.5593457;No.5514185;No.5181932;和No.4822363。这些假体具有由复合材料制成的足、踝和胫骨件,其中踝的机械形式为后面向凸出的曲面。测试已经显示了具有这种设计的现有技术假体在步态中产生正常人踝关节矢状平面动态功率的大约40%。需要提供一种能够改善截肢者在例如行走、跑步、跳跃、短跑、起跑、制动以及急停活动的性能的高性能假体。
发明内容
为了允许截肢者得到更高水平的性能和功能,需要有具有增强的应用力学特性的高性能假足,该足在性能上优于人足并且也优于现技术假足。对截肢者来说感兴趣的是穿上具有增强的应用力学特性、高、低动态响应以及可以精确调整以增强活动的水平和垂直分量的定位可调性的高性能假足,这些在本质上是任务特定型的。
本发明的假足旨在满足这些需求。根据本申请所公开的一个示例性实施例,本发明的假足包括纵向延伸的足龙骨件,其具有位于一端的前足部分、位于另一端的后足部分,以及在前足和后足部分之间延伸并向上拱起的相对长的中足部分。还提供了包括向下凸出的弯曲下端的小腿胫骨件(calf shank)。可调节的紧固装置将小腿胫骨件的弯曲下端连接到足龙骨件的向上拱起的中足部分上,从而形成了假足的踝关节区域。该小腿胫骨件是形成假体的踝和胫骨件的弹性构件,该弹性构件从足龙骨件经由该构件的前面向的凸出弯曲部分向上延伸。有利的是,利用这种机械形式方位,该机械形式的角速度响应后期中间站立加载时的压缩作用力而增加。结果,增强了假体在步态中的踝关节矢状平面动态功率。
该可调紧固装置允许在足龙骨件的纵向上调节小腿胫骨件和足龙骨件相互之间的定位,以便调整该假足的性能。通过在足龙骨件的纵向上调节相对的足龙骨件的向上拱起的中足部分和小腿胫骨件的向下凸出的弯曲下端相互之间的定位,就可将假足的动态响应特性和运动输出改变成针对所需/所希望的水平和垂直线速度的任务特定型。公开了一种具有高、低动态响应能力以及双平面运动特性的多用途假足,其增强了参与日常生活、体育和/或娱乐活动的截肢者的功能输出。还公开了一种尤其用于短跑的假足。
在若干实施例中,小腿胫骨件具有以螺旋形式反向弯曲下端,小腿胫骨件从该螺旋中朝向前上方延伸到其直立上端处。这样产生了在将小腿胫骨件固定到足龙骨件上时在其下端处具有整体式踝的小腿胫骨件,并具有类似于本发明的抛物线形小腿胫骨件的可变半径响应输出。通过连接件将具有螺旋下端的小腿胫骨件固定到足龙骨件上。连接件可以包括在步态中限制小腿胫骨件的背屈的阻挡件。在若干实施例中,连接件与足龙骨件的前足部分一体形成。根据本发明另一特征,该连接件向后延伸为足龙骨件的中足部分以及部分后足部分上方的悬臂。连接件可以反向向上弯曲,以形成面向收容小腿胫骨件的下端的前面向凹面,小腿胫骨件的反向弯曲下端在其端部由连接件支撑。形成的假体增强的效率。
通过对本发明的所公开示例性实施例的详细描述并参照附图,可以更加清楚本发明的这些和其它的目的、特征及优点。
附图说明
图1是示意性图示,显示了本发明假足的足龙骨件和小腿胫骨件的两个相邻并相互靠着的曲率半径R1和R2,其在步态中产生了该足箭头B方向上的动态响应能力和运动输出,该箭头B的方向垂直于连接两个半径的切线A;
图2是类似于图1的视图,但是显示了在根据本发明的假足中改变了这两个半径的定位,以提高该足在步态中的动态响应能力和运动输出的水平分量而降低其垂直分量,因此,垂直于切线A1的箭头B1比图1所示的情形更水平指向;
图3是根据本发明一个示例性实施例的假足的侧视图,其具有用于将假足紧固到截肢者小腿上的暂用假肢转接器和与之相连的暂用假肢;
图4是带有图3所示的暂用假肢转接器和暂用假肢的假足的正视图;
图5是图3和4所示实施例的顶视图;
图6是本发明的尤其用于短跑的另一足龙骨件的侧视图,其可应用在本发明的假足中;
图7是图6所示足龙骨件的顶视图;
图8是图3所示假足中的足龙骨件的底视图,其提供了高、低动态响应特性和双平面运动性能;
图9是用于假足的本发明另一足龙骨件的侧视图,其尤其适用于足部做过Symes切断术的截肢者进行短跑;
图10是图9所示足龙骨件的顶视图;
图11是用于Symes截肢者的本发明假足的足龙骨件的另一变型,该足龙骨件为假足提供了高、低动态响应特性以及双平面运动性能;
图12是图11所示足龙骨件的顶视图;
图13是本发明足龙骨件的侧视图,其中龙骨件的厚度从龙骨的中足部分到后足部分变细,例如逐渐减小;
图14是足龙骨件的另一形式的侧视图,其中该厚度从龙骨件的中足朝向前足和后足均变细;
图15是本发明假足的抛物线形小腿胫骨件的从稍上方到正面看去的侧视图,小腿胫骨件的厚度朝向其上端变细;
图16是与图15类似的侧视图,但显示了从中间朝向其上端和下端均变细的另一小腿胫骨件;
图17是用于假足的C形小腿胫骨件的侧视图,该小腿胫骨件的厚度从中间朝向其上端和下端变细;
图18是用于假足的C形小腿胫骨件的另一实例的侧视图,该小腿胫骨件的厚度从其中间部分到其上端逐渐减小;
图19是用于假足的S形小腿胫骨件的侧视图,其厚度从其中间到两个端部逐渐减小;
图20是S形小腿胫骨件的另一实例,其厚度仅在其上端处变细;
图21是用于本发明假足的在各端处变细的J形小腿胫骨件的侧视图;
图22是与图21类似的视图,但是显示了在厚度上仅朝向其上端逐渐减小的J形小腿胫骨件;
图23是从稍上方看去的金属合金或塑料连接件的侧视图,其用在如在图3所示的将小腿胫骨件紧固到足龙骨件上的本发明的可调紧固装置中;
图24是应用在图3-5所示假足上的暂用假肢转接器的从侧面和稍靠正面看去的视图,该转接器还可应用在图28和29所示的足上,以将足连接到附在截肢者腿上的暂用假肢上;
图25是与图3所示类似的本发明另一假足的侧视图,但其显示了带有两个纵向隔开的可松开紧固件的连接件,这两个紧固件分别将连接件连接到小腿胫骨件和足龙骨件上;
图26是图25所示连接件的放大侧视图;
图27是图25所示假足的小腿胫骨件的放大侧视图;
图28是假足的另一实施例的侧视图,其中小腿胫骨件应用在足的装饰罩内;
图29是图28所示假足的顶视图;
图30是图28和29所示假足沿图29中的线30-30的截面图。
图31A和31B是不同厚度的楔块的截面图,其可用在图30所示的连接件的背屈阻挡件中;
图32是假足另一实施例的侧视图,其中小腿胫骨件的下端以螺旋形式反向弯曲并且由与足龙骨件的前足部分一体形成的连接件收容并支撑;
图33是图32的假体的前视图;
图34是图32的假体的后视图;
图35是假体的另一实施例的侧视图,其中足龙骨件的后侧部件接合到与足龙骨件的前足部分一体形成的连接件的反向弯曲上端;
图36是本发明另一形式的侧视图,其中连接件与足龙骨件一体形成;
图37是本发明的假体的又一变形的侧视图,其中连接件在其后端由紧固件接合到足龙骨件;
图38是假体的另一实施例的侧视图,显示了在足龙骨件的后端接合到足龙骨件的连接件;
图39是显示为与足龙骨件及其连接件分解的图35-38的实施例的小腿胫骨件和后小腿装置的侧视图;
图40是结合若干实施例的特征的本发明的附加实施例的假足的左侧以及后侧的透视图。
具体实施方式
现在参照附图,从图3到5中的示例性实施例中可以看到,假足1包括纵向延伸的足龙骨件2,该足龙骨件2具有位于一端的前足部分3、位于另一端的后足部分4,以及在前足和后足部分之间延伸的向上拱起的中足部分5。在该示例性实施例中,中足部分5在前足和后足部分之间在其整个纵向范围上向上凸出弯曲。
足1的直立小腿胫骨件6通过可松开的紧固件8和连接件11而在其向下凸出的弯曲下端7的一部分处连接到龙骨件中足部分5的贴近的后表面上。在该示例性实施例中,紧固件8是带有螺母和垫圈的单个螺栓,然而它也可以是可松开的压板或其它紧固件,用来在紧固件拧紧时将小腿胫骨件可靠地定位和保持在足龙骨件上。
参见图8,在龙骨件中足部分5的贴近后表面上形成有纵向延伸的开口9。在小腿胫骨件6的弯曲下端7内也形成有例如图15所示的纵向延伸的开口10。可松开的紧固件8延伸穿过开口9和10,这样,在将紧固件8松开或释放时便可在图5中纵向方向A-A上调整小腿胫骨件和足龙骨件相互之间的定位,从而假足的性能调节为任务特定型的。因而,紧固件8、连接件11以及纵向延伸的开口9和10构成了用于将小腿胫骨件连接到足龙骨件上以形成假足的踝关节区域的可调紧固装置。
通过考虑图1和2可以看到调整小腿胫骨件6和足龙骨件2的定位的效果,其中两个相互紧邻的半径R1和R2代表足龙骨件中间部分5和小腿胫骨件6的相邻且相互面对的拱形或凸出弯曲的表面。当把两个这种半径看作相互紧邻时,在与画在两个半径之间的图1中的切线A和图2中的切线A1垂直的方向上存在运动能力。这两个半径之间的相互关系决定了运动输出的方向。结果,足1的动态响应力的施加取决于这种关系。凹面的半径越大,动态响应能力就越强。然而,半径越小,响应就越快。
本发明假足中的小腿胫骨件和足龙骨件的定位能力可允许半径移动,以便在体育运动中对足的水平或垂直线速度施加影响。例如,为了增强假足1的水平线速度能力,可进行定位变更以影响小腿胫骨件半径和足龙骨件半径的关系。换句话说,为了增强水平线速度特性,与图1相比,图2中足龙骨件的底部半径R2比其起始位置更靠近远端。这就将足1的动态响应特性和运动输出改变成更指向水平方向,从而可通过相同的作用力来获得更大的水平线速度。
当截肢者的需求涉及到水平和垂直的线速度时,他/她可通过实践来找到能满足其需求的用于各种运动的设置。例如,跳高运动员和篮球运动员比短跑运动员需要更多的垂直升程。连接件11是夹在相连的足龙骨件2和小腿胫骨件6之间的塑料或金属合金的定位连接件(参见图3、4和23)。可松开的紧固件8延伸穿过连接件中的孔12。连接件沿小腿胫骨件和龙骨件中足部分5的贴近后表面的相连部分而延伸。
小腿胫骨件6的弯曲下端7为抛物线形,该抛物线的最小曲率半径位于下端,并且以抛物线形最初向前、然后向上延伸。如图3所示,小腿胫骨件的曲率形成了向后的凹度。抛物线形状是有利的,因为它具有增强的动态响应特性,产生了与其相对更大半径的近端相关联的提高的水平线速度,同时在其下端具有更小的曲率半径,以实现更快的响应特性。抛物线形状的上端处的更大曲率半径使得参见图1和2来介绍的切线A通过定位变化保持更加垂直定向,这可以产生提高的水平线速度。
抛物线形的小腿胫骨件通过其自身的压缩或卷曲而在人的步态中对初始触地力作出响应。这就使抛物线的半径变小,因而降低了对压缩的阻力。相反,由于抛物线形小腿胫骨件通过伸展而在人的步态中对脚跟离地的地面反作用力(GRF)作出响应。这就使抛物线的半径变大,因此阻力比前述压缩阻力更大。这些阻力与人步态中的人的小腿前、后部小腿肌肉的功能相关。在人的步态中初始接触到脚掌时,较小的小腿前部肌肉群通过偏置收缩来对GRF作出响应,从而将足放到地面上,并且产生了背屈力矩。在从脚掌到脚趾离地时,较大的小腿后部肌肉群同样通过偏置收缩来对GRF作出响应,并产生了更大的足底屈曲力矩。这种力矩的大小与小腿前部和后部的肌肉群的大小差异有关。结果,可以模仿假体小腿胫骨件对人步态中的背屈力矩和足底屈曲力矩的阻力,并可实现正常的步态。抛物线形式变化的阻力性能可以模仿人步态以及跑步和跳跃活动中的人体小腿肌肉组织功能,结果就可实现假体的功效。测试显示根据本发明的假足产生非病态人踝关节动态功率的86%,比上述类型的具有后面向凸出弯曲踝以及胫骨件的传统假足的测试中所述获得的动态功率多两倍。应该相信,这种由本发明假体所产生的矢状平面动态功率的戏剧性改进的至少一个因素在于本发明的前凸出弯曲弹性踝以及整体式弹性胫骨件,角速度在后期中间站立加载的压缩作用力得到增强的,而在现有技术中,假体角速度响应这种加载而减小。本发明的这种改进降低了用户行走时的能量损耗,增加了行走速度并且产生了更正常的步态。
人大约每小时步行3英里。可4分钟跑一英里的赛跑运动员每小时可跑12英里,可10秒钟跑100米的短跑运动员每小时可跑21英里。这是一个1∶4∶7的比例。随着运动速度的提高,每项任务的水平分量变得更大。因此,可以预先确定假体小腿胫骨件的半径的大小。行走者比一英里赛跑运动员和短跑运动员需要更小半径的抛物线形的小腿胫骨件。短跑运动员需要七倍大的抛物线形小腿胫骨件。这种关系显示了对于行走者、跑步者和短跑运动员来说如何确定抛物线的半径。这是很重要的,因为短跑运动员具有增大的运动范围要求,并且他们的小腿胫骨件必须更强壮,以接受与此活动有关的增大负载。更宽或更大的抛物线形小腿胫骨件将会是相对更平的曲线,这相当于具有增大运动范围的更大的结构强度。
暂用假肢转接器13通过紧固件14连接在小腿胫骨件6的上端。转接器13转而通过紧固件16紧固到暂用假肢15的下端上。暂用假肢15通过连接到腿残端上的支承结构(未示出)紧固到截肢者的下肢上。
在该示例性实施例中,足龙骨件2的前足、中足和后足部分由一体弹性材料形成。例如,可以采用实质上为塑料的材料的实心件,其具有在被地面反作用力偏转时保持形状的特性。更具体地说,足龙骨件还有小腿胫骨件可由具有由聚合母体材料层压而成的具有加强纤维的层压复合材料形成。尤其是可使用与热固性环氧树脂层压在一起的高强度石墨或商品名称为Delran的挤压塑料或脱气的聚氨酯共聚物来形成足龙骨件以及小腿胫骨件。与这些材料相关的功能性质提供了具有低重量和最小蠕变的高强度。利用假体工业标准在真空下层压热固性环氧树脂。可将聚氨酯共聚物浇注到阴模中,并对挤压塑料进行机加工。每种材料的使用都具有其优点和缺点。已经发现,用于足龙骨件和小腿胫骨件的层压复合材料还可优选为由增强纤维和热塑性聚合母体材料按照工业标准制成的热成型(预浸渍)层压复合材料,以实现优良的机械伸展性质。合适的可买到的这种复合材料为由美国马里兰州Havre de Grace的Cytec Fiberite公司制造的CYLON。作为备选方案,在本实施例以及其他实施例中公开的足龙骨件和小腿胫骨件弹性金属合金制成,例如进行溶解加热处理和过老化(STOA)并且根据在表面增加压应力而增加疲劳寿命的规格进行喷丸硬化的5等级钛。
由于涉及刚度、挠度和强度,弹性材料的物理性质全部由材料的厚度决定。较薄材料比同样密度的较厚材料更容易偏转。所采用的材料及物理性能与假足龙骨件和小腿胫骨件的刚度和挠度特性相关。在图3到5所示的示例性实施例中,足龙骨件和小腿胫骨件的厚度是一致的或均匀的,但是,厚度可在这些部件的长度上以下面将讨论的方式变化,例如可使后足和前足区域更薄一些,并且对中足区域的偏转更敏感。
为了帮助向假足1提供高、低动态响应能力,将中足部分5形成为纵向的拱形,使得纵向拱形的内侧比纵向拱形的外侧具有相对更高的动态响应能力。为此,在该示例性实施例中,纵向拱形的凹面的内侧在半径上比其外侧更大。
中足部分5的纵向拱形凹面的内侧与外侧半径大小之间的相互关系进一步限定为足龙骨件2的前后足底面的承重表面区域。在图8中中足部分5的前部上的线T1-T2代表前足底面承重区域。线P1-P2代表中足部分5的后足底面承重区。T1-P1之间的距离代表足侧面上的足底承重表面。P2-T2之间的距离代表足2内侧上的足底承重表面。T1-P1和P2-T2所代表的距离决定了半径大小,并且结果,可通过使这两条线T1-T2和P1-P2会聚或发散来确定并影响高、低动态响应的相互关系。结果,可在结构设计中确定高、低动态响应。
后足部分4的后端17成形为向上弯曲的拱形,可在脚跟冲击期间通过压缩反作用地面反作用力作出以便进行减震。后足部分4所形成的脚跟形成有后外角部18,该角部18比内侧角部19更靠后侧和更靠外侧,以促进后足在步态的初始接触阶段中进行外翻。前足部分3的前端20成形为向上弯曲的拱形,以模拟在步态最后站立阶段中的脚跟抬起脚趾离地位置中处于背屈状态下的人脚趾。在前足和后足的下部设有作为缓冲垫的橡胶或泡沫衬垫53和54。
假足的增强的双平面运动能力由在前足部分3的背面和足底面之间延伸穿过前足部分3的内侧和外侧伸展接合孔21和22产生。伸展连接部分23和24从相应孔中向前延伸到前足部分的前边沿,以形成内侧、中部和外侧的伸展支撑25、26和27,其产生足龙骨件的前足部分的增强的双平面运动能力。伸展接合孔21和22沿图5中的线B-B定位在相对于足龙骨件纵向轴线A-A成35°的α角延伸的横向平面内,其中内侧伸展接合孔21比外侧伸展接合孔22更靠前。
在图5中,线B-B相对纵向轴线A-A的角α可小至15°,并仍然可得到高、低动态响应。随着该角α的变化,图8中的线T1-T2的角Z也会改变。投射在矢状面上的伸展接合孔21和22相对于横向平面倾斜成45°角,其中孔的背面比足底面更靠前。采用这种设置,从可松开的紧固件8到外侧伸展接合孔22的距离比从可松开的紧固件到内侧伸展接合孔21的距离更短,使得假足1的外侧部分比内侧具有更短的脚趾杠杆(toe lever),以实现中足的高和低的动态响应。此外,线T1所代表的从可松开的紧固件8到外侧足底承重表面的距离比线T2所代表的从可松开的紧固件到内侧足底承重表面的距离更短,使得假足1的外侧部分具有比内侧更短的脚趾杠杆,以实现中足的高、低动态响应。
足龙骨件2的后足部分4的前部还包括在后足部分4的背面和足底面之间延伸穿过后足部分4的伸展接合孔28。伸展连接部分29从孔28向后延伸到后足部分的后边沿,以形成伸展支撑30和31。这样产生了假足的后足部分的增强双平面运动能力。
在图3中,足龙骨件2的中足部分5和前足部分3的背面形成了朝上的凹面32,使得它能够在功能上模仿人足的第五趾运动轴线。也就是说,凹面32具有定位成相对于足龙骨件纵向轴线A-A成15°到35°的角β的纵向轴线C-C,其中,内侧比外侧更靠前,以便促进步态的第五趾运动和处于人足中的第二到第五趾骨的旋转的倾斜的低速档旋转轴线中一样。
当截肢者在不平的地势上行走或运动员在足上向内或向外急停时,便可理解到双平面运动能力的重要性。地面作用力矢量的方向从矢状定位改变到具有额平面分量。地面将在与足向外作用相反的方向上向内作用。结果,小腿胫骨件向内侧倾斜,并且重力施加到足龙骨件的内侧结构上。响应于这些压力,足龙骨件2的内侧伸展连接支撑25和31背屈(向上偏转)并内翻,而外侧伸展连接支撑27和30足底屈曲(向下偏转)并外翻。这一运动用来将脚掌的足底面放在地面上(足底触地)。
参见图6和7,在本发明的假足中可以使用本发明的尤其适用于短跑的另一足龙骨件33。在短跑中,身体的重心变成基本上仅沿矢状面定位。假足不需要具有低动态响应特性。结果,不需要象在足龙骨件2中那样的前足、中足凹面的纵向轴线的15°到35°的外部旋转定位。更确切的,如在图6和7中所示,凹面的纵向轴线D-D的方位应当变成与额平面平行。这就使得短跑足仅在矢状方向作出反应。另外,沿着线E-E的前足和中足部分中的伸展接合孔34和35的方位平行于额平面,即外侧孔35向前移动到与内侧孔34成一直线,并平行于额平面。足龙骨件33的前末端36也制成为与额平面平行。足龙骨件的后末端脚跟区域37也平行于额平面。这些修改会对假足的多用途性能带来不利影响。然而,它的性能特征是针对特定任务的。短跑足龙骨件33的另一个变型在该假足的前足部分的脚趾区域中,其中将足龙骨件2中的15°背屈增大为足龙骨件33中的25-40°背屈。
图9和10显示了本发明的另一足龙骨件38,它可用在尤其适用于做过Symes切断术的截肢者进行短跑的假足中。为此,足龙骨件38的中足部分包括靠后的向上凹面39,其中可通过可松开的紧固件来将小腿胫骨件的弯曲下端连接到足龙骨件上。所有的下肢截肢者都可采用这种足龙骨件。足龙骨件38可适用于与Symes级截肢者相关的较长余肢。它的性能特征在动态响应性能方面快得多。它的应用并不专门用于这种程度的截肢。可将其应用在所有穿过胫骨和穿过股骨的截肢状况中。在图11和12的示例性实施例中,足龙骨件40还具有用于Symes截肢者的凹面41,该足龙骨件向假足提供了与图3-5和8所示示例性实施例中的相似的高、低动态响应特性,以及双平面运动性能。
用于假足1的几个足龙骨件的功能特征与形状和设计特征相关,它们涉凹面、凸面、半径大小、伸展、压缩以及材料的物理性能,所有这些性质涉及到对行走、跑步和跳跃活动中的地面作用力作出反应。
图13中的足龙骨件42与图3-5和8所示示例性实施例中的相类似,不同之处在于,足龙骨件的厚度从中足部分朝向后足的后部变细。图14中的足龙骨件43的厚度在其前端和后端处逐渐减小或变细。图15中的小腿胫骨件44和图16中的小腿胫骨件45显示了厚度上的类似变化,它们都可以用在假足1中。足龙骨件和小腿胫骨件的每一项设计都会产生不同的功能输出,这是因为这些功能输出涉及到水平和垂直的线速度,而这些速度在不同的运动任务中对于提高性能来说是特定的。多种小腿胫骨件结构以及足龙骨件和小腿胫骨件之间的设置调整的能力产生了假足小腿胫骨件的关系,该关系使得截肢者和/或修复学家具备在各种各样的体育和休闲活动中的一种选出活动中将假足调节到最高性能的能力。
在图17-22中显示了用于假足1的其它小腿胫骨件,包括C形小腿胫骨件46和47,S形小腿胫骨件48和49,以及J形小腿胫骨件50和51。小腿胫骨件的上端还可包括笔直的垂直端,其带有连接到该最近末端上的棱形连板。可将公锥形螺栓(male pyramid)穿过该小腿胫骨件的垂直端而形成螺栓接合。还可在小腿胫骨件的近端和远端处的延伸开口内设置用来接收相邻公锥形螺栓和远端足龙骨件的塑料或铝填充物。本发明的假足是优选由标准化的单元或尺寸构造成的模块化系统,以便满足使用中的灵活性和多样性。
所有与轨道相关的赛跑运动都是以逆时针方向进行的。本发明的另一可选特征考虑到了作用在沿着这种弯曲路径前进的足上的力。当物体沿弯曲路径运动时,向心加速度朝向旋转中心起作用。牛顿第三定律适合于能量作用。存在有相等且相反的反作用力。因此,对每一“向心”力来说,都存在有一个“离心”力。向心力朝向旋转中心作用,而离心力即反作用力远离旋转中心作用。当运动员在跑道上围绕曲线跑步时,向心力会将跑步者拉向曲线的中心,而离心力会将跑步者拉离曲线的中心。为了抵消试图让跑步者向外倾斜的离心力,跑步者要向内倾斜。如果跑步者在跑道上的旋转方向一直是逆时针的,则左侧是跑道的内侧。结果,根据本发明的特征,可将左、右假足小腿胫骨件的左侧制成为比右侧更厚,以增强截肢跑步者的曲线性能。
在若干实施例中,足龙骨件2、33、38、42和43均是29厘米长,其与鞋子1的长度成一定比例以便在图3、4和5以及不同小腿胫骨件和足龙骨件的若干视图中按比例示出。然而,本领域的普通技术人员容易理解,假足的具体尺寸可根据要配备此足的截肢者的大小、重量和其它特征的情况而变。人足、踝、胫骨件以及软支撑组织在步态以及跑动周期内加载动态功率。长度上更长的假体小腿胫骨件具有弹性能量储存能力。结果,更多踝关节动态功率应用到从事行走、跑、跳跃的工作。因而,假体小腿胫骨件可以连接到截肢者剩余肢体关节槽的最近区域,例如连接到胫骨结节高度。
现在来看假足1在行走和跑步站立阶段的步态周期内的工作情况。涉及到惯性、加速度以及作用力与反作用力定律的牛顿运动三定律是足2的运动学基础。从牛顿第三定律即作用力与反作用力定律中已知,地面对足的作用力与足对地面的作用力方向相等且大小相反。它们称为地面反作用力。关于人的步态、跑步以及跳跃活动已经进行了许多科学研究。测力板的研究向我们显示,在步态中遵循牛顿第三定律。从这些研究中可以知道地面对足的作用力的方向。
可将行走/跑步活动的站立阶段进一步分解成减速和加速阶段。当假足接触地面时,足向前对地面施加力,地面以相等且方向相反的方式进行反作用,也就是说,地面对假足向后施加作用。这一作用力使假足运动。行走和跑步活动的站立阶段分析从图5和8中的作为后外角部18的接触点开始,其比足的内侧更向后和向外偏移。在初始接触时,这种偏移导致足向外翻,而小腿胫骨件向足底屈曲。小腿胫骨件总是在寻找可通过其胫骨来传递体重的位置,例如,其倾向于将其较长的垂直件置于可抵抗地面作用力的位置。这就是为何它使向后的足底屈曲移动到可抵抗向后作用在足上的地面反作用力。
地面作用力导致小腿胫骨件44、45、46、47、50和51以及其他实施例中的小腿胫骨件压缩,并且其近端向后移动。在小腿胫骨件48和49中,如果远端凹面响应地面反作用力压缩,则近端凹面会伸展,整个小腿胫骨件单元将向后移动。初始加载的地面作用力导致小腿胫骨件压缩,并且其近端向后移动。小腿胫骨件较小半径压缩,以模拟人的踝关节足底屈曲,通过压缩来将前足放在地面上。同时,龙骨件的后侧17即后足4通过压缩而向上压。这两种压缩作用力起作吸震的作用。一旦小腿胫骨件停止运动到足底屈曲中并且地面对足向后施加作用,那么后外侧脚跟18的偏移可进一步增强这种吸震作用,该偏移会导致足外翻,也起到吸震的作用。
然后,足龙骨件和小腿胫骨件的已压缩件开始卸载,即它们设法回到其初始形状并释放掉所储存的能量,这导致小腿胫骨件的近端以加速的方式向前移动。当小腿胫骨件接近其垂直的初始位置时,地面作用力由对足向后作用改变为对足垂直向上作用。由于假足具有后侧和前侧足底面承重区域,并且这些区域由非承重的长拱形中间部分相连,因此来自假肢的垂直方向的作用力促使该长拱形的中间部分通过伸展来承受负荷。后侧和前侧承重表面是分开的。由于地面作用力在性质上从垂直地转变成指向前侧,因此这些垂直方向的作用力存储在足的长拱形中间部分内。小腿胫骨件下端伸展,以模拟踝的背屈。这会导致假足枢轴转动而离开前侧足底承重表面。当发生重量卸载时,中足部分5的长拱形从伸展态中产生变化并试图回到初始形状,这样可产生模拟的足底屈肌肌肉群突然释放。这就将所储存的垂直压缩力能量释放出来,以增强伸展性能。
足龙骨件和小腿胫骨件的长拱形可阻碍它们各自结构的伸展。结果,小腿胫骨件的向前运动被阻止,足就开始枢轴转动而离开前侧足底承重表面。在图3-5和8、图11和12、图13和图14的示例性实施例所示的足龙骨件中,足龙骨件的中足部分的伸展具有高、低响应能力。由于这些足龙骨件的中足与前足过渡区域从足长轴线向外偏离15°到35°,因此内侧长拱形部分比外侧长拱形部分更长。这是很重要的,因为在正常的足中,在加速或减速过程中要使用到足的内侧。
假足的更长内侧拱形具有比外侧更大的动态响应特性。在慢速的行走或跑步时,采用了外侧更短的脚趾杠杆。身体的重心以正弦曲线在空间中运动。它向内侧、外侧、近端和远端运动。在慢速地行走或跑步时,身体的重心比在快速行走或跑步时更向内侧和外侧运动。此外,动量或惯性更小,并且克服更高动态响应能力的能力更小。本发明的假足适合于适应这些应用力学中的这些原理。
此外,在人的步态周期内,在站立中期,身体的重心尽可能远地位于外侧。从站立中期到脚趾离地,身体的重心(BCG)从外侧移向内侧。结果,身体的重心运动越过足龙骨件2的侧面。首先(低速档)以及随着BCG向前运动,其在足龙骨件2上向内侧移动(高速档)。结果,假足龙骨件2具有自动变速的作用。也就是说,截肢者所走的每一步均从低速档开始,并运动到高速档。
当地面作用力在假足上向前施加作用且假足在地面上被向后施加作用时,由于脚跟开始提升,因此中足部分的长拱形的前部的轮廓形成为可垂直于足底面来施加这些后面向的作用力。这是施加这些作用力的最有效果和最有效率的方法。关于假足的后侧后足部分存在相同的情况。它还成形为使得在初始接触时的向后指向的地面作用力与足龙骨件的垂直其施力方向的足底面相反。
在脚跟提升、脚趾离地的行走和跑步活动的随后阶段中,前足部分的趾区域产生15°-35°的背屈。这种向上延伸的弓形允许向前地面作用力来压缩足的该区域。这种压缩比伸展受到更少的阻力,并且在假足的步态和跑步的摇摆阶段中实现平稳的过渡。在步态站立阶段的随后过程中,伸展的小腿胫骨件和伸展的中足长拱形部分将它们储存的能量释放出来,增加到截肢者的要摆动下肢的推进力中。
在人步态中的一个主要推进机理称作主动推进阶段。当脚跟抬起时,身体重量处于支撑下肢之前,且重心下降。当身体重量落在图5中的线C-C处的前足摇轴时,存在有向下的加速度,这会导致身体受到最大的垂直作用力。与脚跟提起相关的腿在踝之前的加速度会带来作用于地面上的向后剪力。当压力中心向前侧移动到趾骨头的旋转轴线时,其结果会是产生还更大的背屈扭矩。这样就产生了完全向前下落的情况,生成了在行走中所用的主要前进作用力。在主动推进期间,有效踝功能的标志是脚跟抬起、较小的踝关节运动,以及大致居中的踝位置。稳定的中足对于正常顺序的脚跟抬起是必需的。
在前面提到的几个实施例中,足龙骨件的后足的后部和前足区域结合伸展接合孔和伸展接合支撑。当在不平坦的地势上步态中,伸展接合孔的方位起到斜接铰链的作用,增强了双平面运动性能,以便改善足底面的整体接触特性。
图9-12中的Symes足龙骨件在动态响应性能方面是显著不同的,这是因为这些性能与行走、跑步和跳跃活动相关。这些足龙骨件在四个显著特征上不同。这些情况包括在中足部分的贴近后部中存在有凹面,其可比平坦表面更好地适应Symes远端残肢形状。这种凹面还可使足龙骨件的高度降低,其可适应与Symes级截肢者相关的更长残肢。定位凹面要求拱形足龙骨件的中间部分的对应前侧和后侧半径更具活动性,并且尺寸更小。结果,所有中足长拱形半径和后足半径都是更密且更小的。这会显著地影响动态响应特性。更小的半径导致更小的动态响应。然而,假足对所有上述行走、跑步和跳跃的地面作用力的响应更快。结果是具有更小动态响应的更快的足。
采用本发明的假足便可通过定位变更来实现增强的任务特定型运动性能,这是因为这些定位变更会影响各任务的垂直和水平分量。人足是多功能的单元,其可行走、跑步和跳跃。另一方面,人的胫腓骨小腿胫骨结构不是多功能的单元。它是可在行走、跑步和跳跃活动中平行于其较长的近端-远端方位施加其作用力的简单杠杆。它是不可压缩的结构,并且不能存储能量。另一方面,本发明的假足具有动态响应能力,这是因为这些动态响应能力与运动员的行走、跑步和跳跃活动的水平和垂直线速度分量相关,并且优于人的胫骨和腓骨。结果就可以增强截肢者的运动性能。为此,根据本发明,可松开紧固件8并沿足龙骨件的纵向来调整小腿胫骨件和足龙骨件相互之间的定位。在图1和2中显示了这种变化。然后,在调整后的位置上用紧固件8将小腿胫骨件紧固到足龙骨件上。在调整期间,紧固件8的螺栓可相对于分别位于足龙骨件和小腿胫骨件内的相对且较长的纵向延伸开口9和10中的一个或两个滑动。
增强了跑步者的性能特征的定位变更是一种足龙骨件相对于小腿胫骨件向前滑动且足底在小腿胫骨件上屈曲的定位变更,其中跑步者以脚掌来与地面进行初始接触,如同中足触地的跑步者一样。这种新的关系提高了跑步的水平分量。换句话说,由于小腿胫骨件的底面向足屈曲,并且与最初的脚跟接触相反,足以脚掌位置与地面接触,因此地面会直接向后对足施加作用,而足会向前对地面施加作用。这会使得小腿胫骨件向前(通过伸展)和向下快速运动。通过会阻碍小腿胫骨件的初始运动方向的伸展而产生了动态响应力。结果,足就在趾骨足底面承重区域上枢轴转动。这会导致龙骨件的中足区域伸展,伸展比压缩受到的更大阻碍。小腿胫骨件的伸展和中足的伸展的总效应是小腿胫骨件的进一步向前运动受到阻碍,这便允许使用者体内的膝伸展结构和臀伸展结构以更有效的方式向前和朝向近端来移动身体的重心(即水平速度增加)。在这种情况下,与跟趾跑步者相比,重心更向前而非更向上,跟趾跑步者的小腿胫骨件的向前运动受到小腿胫骨件的更少阻碍,并且开始受到比脚掌着地跑步者更多的背屈(垂直的)。
为在功能上分析该短跑用足,对小腿胫骨件和足龙骨件进行了定位变更。可以采用所有凹面均具有平行于额平面的纵向轴线方位的足龙骨件的优点。小腿胫骨件是足底屈曲的,并可在足龙骨件上向后滑动。与带有类似于例如在图3-5和8中所示的多用途足龙骨件的平足跑步者相比,这使远端圆进一步减小。结果,实现了进一步增强的水平运动,并且将动态响应融入到这种增强的水平能力中。
短跑运动员具有增加的运动、作用力和动量(惯性)的范围,其中动量是主导力。由于他们的站立阶段中的减速阶段短于其加速阶段,因此可实现增加的水平线速度。这意味着在初始接触中,当脚趾接触地面时,地面会向后对足施加作用,而足会向前对地面施加作用。与脚掌着地跑步者的初始接触相比,具有增加的作用力和动量的小腿胫骨件就被迫进入到还更大的屈曲和向下运动中。由于这些作用力的结果,通过伸展来对足的长拱形凹面加载,并且通过伸展来对小腿胫骨件加载。这些伸展作用力比与跑步相关的所有其它上述作用力受到更大程度的阻碍。结果,足的动态响应能力与所施加的力成比例。人的胫腓骨小腿胫骨响应只与能量力势有关,它是笔直的结构且不能储存能量。在短跑中,本发明假足内的这些伸展力比所有其它与行走和跑步相关的上述力更大。结果,足的动态响应能力与所施加的力成比例,并且与人体功能相比,有可能实现增强的截肢者运动性能。
除了在小腿胫骨件和足龙骨件之间的可调紧固结构以及用于与暂用假肢下端相连的小腿胫骨件上端结构之外,图25所示的假足53与在图3所示的类似。在该示例性实施例中,足龙骨件54通过塑料或金属合金的连接件56可调节地连接到小腿胫骨件55上。连接件通过相应的可松开紧固件57和58连接到足龙骨件和小腿胫骨件上,这些紧固件57和58在沿着足龙骨件纵向的方向上在连接件中相互间隔开。将连接件连接到小腿胫骨件上的紧固件58比将足龙骨件和连接件相连的紧固件57更靠后。通过以这种方式提高小腿胫骨件的有效长度,可以增加小腿胫骨件本身的动态响应能力。与其它示例性实施例中的一样,可以与在小腿胫骨件和足龙骨件中的纵向延伸开口协同操作,以便进行定位变更。
小腿胫骨件55的上端形成有用于容纳暂用假肢15的延伸开口59。一旦容纳到开口中,就可将暂用假肢可靠地夹紧到小腿胫骨件上,这可通过上紧螺栓60和61以沿着开口将小腿胫骨件的自由边62和63拉到一起来实现。通过松开螺栓、使暂用假肢相对于小腿胫骨件滑入到所需位置,并通过上紧螺栓来将暂用假肢重新夹紧到调整后的位置上,就可以容易地调整这种暂用假肢的连接。
在图28-31B中显示了根据本发明的另一实施例的假足70。假足70包括足龙骨件71、小腿胫骨件72和连接件73。假足70与图25-27所示实施例中的假足53类似,不同之处在于,小腿胫骨件72形成有向下且向前凸出的螺旋75形式的弯曲下端74。如图28所示,小腿胫骨件从螺旋开始向前上方延伸到其直立的上端。如上文所提到的,小腿胫骨件可优选由金属如钛形成,然而也可采用其它弹性材料来形成半刚性、弹性的小腿胫骨件。
当小腿胫骨件从其径向内端76向外螺旋延伸,以及当小腿胫骨件从其螺旋下端向上延伸到其可以在纵向方向上弯曲或笔直的上端时,小腿胫骨件下端处的螺旋形状具有逐渐增大的曲率半径。已经发现,这种结构可为假足提供整体式的踝和小腿胫骨件,并且具有类似于本发明的抛物线形小腿胫骨件的可调半径的响应输出,同时可允许连接件73和小腿胫骨件72在足龙骨件71上更靠后。结果,参见图28,可将小腿胫骨件和连接件更居中地隐蔽在装饰罩77的踝和腿之中。
如图30所示,连接件73可由塑料或金属合金形成,并可通过螺纹紧固件78在其前端处可调节地紧固到足龙骨件71的后侧。足龙骨件在其向上拱起部分中具有纵向延伸的开口79,该开口79可容纳紧固件78,以允许通过在上述其它实施例中所述的方式来调整小腿胫骨件和足龙骨件相互之间在纵向方向上的定位,例如沿着图29中的线30-30上。
连接件后端包括横向件80,其通过在其各端处的金属螺钉83和84紧固在连接件的两个纵向延伸的板81和82之间。如图30所示,螺旋75的径向内端76通过螺纹紧固件85紧固到连接件的横向件80上。从其与横向件的连接点开始,小腿胫骨件在足龙骨件的脚跟部分之上围绕径向内端76螺旋式延伸,并从螺旋中穿过开口85以及板81和82之间的位于横向件80之前的连接件而向前上方延伸。如图28和30所示,位于连接件73前端的横向件86通过位于各端处的紧固件87和88紧固在板81和82之间。紧固件78容纳在横向件86的螺孔内。
横向件86的后面支撑了例如由塑料或橡胶形成的楔块89,其在标号90处以粘合方式连接到横向件上。楔块用作阻挡件,以便在步态中限制向上延伸的小腿胫骨件的背屈。可选择楔块的大小,在图31A中如标号89′所示的较宽楔块,或在图31B中如标号89″所示的较窄楔块,以允许进行所需背屈量的调整。可一次使用多个楔块,它们一个位于另一个之上,且以粘合方式连接到连接件上,以便降低可允许的背屈。
如图28所示,可通过由紧固件93和94紧固到小腿胫骨件上端的转接器92来将附在截肢者的下肢残端上的未示出的假体关节槽连接到小腿胫骨件72的上端。转接器具有倒棱形的连接接头91,其与附在转接器上表面上的连板相连。棱形接头由位于下垂假体关节槽上的互补形关节槽式接头来容纳,以便将假足和假体关节槽相连。
图32-34的本发明实施例的假足100包括纵向延伸的足龙骨件101,该足龙骨件101具有位于一端的前足部分102、位于相对端的后足部分103以及延伸在前足和后足部分之间延伸的中足部分104。直立的小腿胫骨件105在小腿胫骨件的下端固定到足龙骨件上以便形成假足的踝关节并且通过小腿胫骨件向前凸出的弯曲部分106从足龙骨件向上延伸。小腿胫骨件通过与足龙骨件的前足部分102一体形成的连接件107固定到足龙骨件。连接件从前足部分向后延伸,作为中足部分104和后足部分103的一部分上的悬臂。足龙骨件的后足部分和中足部分一体形成并且由紧固件108和109连接到一体形成的前足部分和连接件。
小腿胫骨件105的下端以螺旋110的形式反向弯曲。螺旋110的径向内端由延伸通过小腿胫骨件内的表面开口和连接件的螺栓和螺母形式的连接器111紧固到连接件。连接件后侧部分112反向弯曲以便收容小腿胫骨件的螺旋下端,其由连接器111支撑在弯曲部分112的上端。
通过紧固件114和115连接到足龙骨件的连接件的阻挡件113限制小腿胫骨件的背屈。人足和小腿形状的小腿胫骨件的装饰用覆盖物前侧任选定位坐在足龙骨件101上并且至少在小腿胫骨件105的下端,并且小腿胫骨件以结合图28的实施例所显示并描述的方式从足龙骨件向上延伸到小腿覆盖物内。
图32-34的实施例的假足100增强的弹跳效率的足龙骨件。通过使用一体形成的前足部分和连接件增加弹性足龙骨件从趾区域到与小腿胫骨件下端的连接位置的长度产生显著的弹簧应变率增益。当在步态的中间站立阶段对足龙骨件的趾区域加载,悬臂式连接件的朝下的凹面伸展并且位于连接件后端的反向弯曲并前面向的凹面压缩,足龙骨件的连接件的各弹性屈曲在步态中辅助肢体向前推进的方向上为卸载过程的后续释放存储能量。由假体中小腿胫骨件的下端所形成的踝代替人踝关节功能,该假体有助于节约向前的动量和惯性。在本实施例中的足龙骨件结构不局限于所示的结构,而是可以是上文所示的任何足龙骨件结构,包括例如具有高-低档或者仅高档、具有一个或多个伸展关节或者由多个纵向端形成的那些龙骨件。类似地,本实施例地小腿胫骨件可以具有例如位于踝上方的上端以及从足龙骨件向上延伸的前面向凸出的弯曲部分延伸,这些部件以与例如本申请所公开的其他任何实施例中的结构不同的方式进行配置。小腿胫骨件的上端可以通过转接器连接到人的下肢的关节槽,例如图3、图27或图28中的转接器或其他公知转接器。
图32-34的假足100进一步包括后小腿装置114以便通过步态中小腿胫骨件上端的前向运动存储附加能量。也就是说,在步态的主动推进阶段,弹性假体的作用力加载伸展小腿胫骨件的前面向凸出的弯曲部分106形成的胫骨件105的矢状平面凹面,这导致小腿胫骨件上端相对小腿胫骨件下端和足龙骨件的向前移动。装置114的优选为带片形式的挠性延伸件116通过紧固件119连接到小腿胫骨件的上部并且通过如上文所描述的连接器111连接到假足的下部,也就是胫骨件的连接件107和下端110。可以是弹性和/或非弹性的挠性带的长度在步态中拉紧并且长度上固定或者可以通过使用带的重叠长度之间的滑动调节器117来进行调节。
曲线弹簧118的底部可调节地支撑在小腿胫骨件地上端,例如在腿胫骨件和利用紧固件119固定到小腿胫骨件上的转接器(未图示)。弹簧的下自由端定位成与挠性带接触。当带拉紧时,弹簧变更带的纵向范围的方向。步态中小腿胫骨件上端的前向运动拉紧/进一步拉紧(如带初始预加载成拉紧状态)带并且加载/进一步加载弹簧以便在步态中的假足作用力加载时存储能量。该存储的能量由弹簧在假足的作用力卸载时送回以便增加在步态中由假足产生的用于推进力的动态功率。
当使用滑动调节器117使带116变短以便在使用假足前初始将带预加载到拉紧状态,带的拉紧用于辅助弹性胫骨件上端的后向移动以及在使用假体的过程中控制小腿胫骨件的前向移动。辅助后向移动可以有助于在步态的初始站立阶段在脚跟着地时获得快速的脚掌响应,该响应出现在足的脚底屈曲出现的足跟着时出现在人足和踝中。
在使用后小腿装置114的假体的使用过程中,弹性小腿胫骨件上端的辅助后向移动以及控制前向移动分别对改变步态中的假足的踝扭矩比是有效的,其影响响应在人使用假足过程中的作用力加载以及卸载的小腿胫骨件的上端的纵向移动的矢状平面屈曲特征变换。由在步态的后期站立中出现的峰值背屈踝扭矩除以足跟着地后在初始脚掌加载响应中产生的脚底屈曲扭矩所限定的步态中人脚的正常生理踝扭矩比报道为11.33比1。使用后小腿装置114改变小腿胫骨件的上端的纵向移动的矢状平面屈曲特征的目的是增加假体的踝扭矩比以便模仿步态中人足中出现的踝扭矩比。这对于利用假体实现正常步态并且对于具有一个真足和一个假足的人在步态中实现对称是重要的。优选的是,通过使用后小腿装置114控制前向运动并可能地富足后向运动,增加假体的踝扭矩比,使得在假体出现的峰值背屈踝扭矩比其中的脚底屈曲踝扭矩大一个数量级。更优选的,踝扭矩比增加到大约11∶1,以便可与报道的踝11.33∶1的自然扭矩比相比较。
后小腿装置的另一目的是增强假足在步态中的效率,通过在假体的作用力加载过程中在装置弹簧118内存储附加能量并且并在作用力卸载过程中返回所存储的弹性能量来增加步态中由假足产生的用作推进力的动态功率。该装置114在假足中在步态中对人足、踝和小腿起作用的的人体小腿肌肉组织的目的,也就是利用在足的作用力加载过程中的体内势能的形成,并且在足的作用力卸载过程中将势能转换成用于推进力的动能来在人体上有效产生推进力。例如具有后小腿装置的本发明的假足接近甚至超越人足的效率对于截肢者恢复“正常功能”是很重要的。通过后小腿装置114控制小腿胫骨件105的上端的前向移动有效限制了小腿胫骨件的上端的前向移动范围。通过其弹性纵向拱形在连接件107中的伸展以及连接件的反向弯曲部分112的伸展,假足100的足龙骨件也对上文所讨论的步态中的作用力加载过程的能量存储作出贡献。这种势能在步态的作用力卸载过程中作为动态功率返回以便产生推进力。
图35中的假体120包括足龙骨件121、小腿胫骨件122以及后小腿装置123。转接器124由适当的紧固件(未图示)连接到小腿胫骨件的上端以便将假体固定到人下肢的关节槽以便进行使用。和图32-34的实施例一样,假体连接件125与足龙骨件的前足部分126一体形成。足龙骨件的后足部分127通过紧固件装置128接合到连接件的反向弯曲部分的上端,在连接到连接件和小腿胫骨件之前在图39以分解方式显示的。紧固件配置包括靠着小腿胫骨件下端的反向弯曲螺旋的径向内端的径向内部件129,以及靠着后足部分127的径向外部件130。例如贯穿螺栓和螺母的机械紧固件(未图示)延伸经过部件129和130的对齐的开口以及夹在紧固装置之间并由其彼此接合后足部分、连接件以及小腿胫骨件下端的互补弯曲部分。
假足120后小腿装置123包括其一端支撑在小腿胫骨件上端以便随其运动的盘簧131。盘簧的第二自由端具有由金属夹具133固定与其上的挠性延伸带132的一端。如图35所示,该夹具在其一端连接到带的第一端而在其另一端与盘簧的自由端钩成夹紧啮合。挠性带132的中间部分向下延伸到足龙骨件和小腿胫骨件的下端,在此处挠性带132绕安装在紧固件装置128的部件130上的筒形销135形式的返回点134延伸。为了使带相对销的滑动阻力最小,销134可以转动安装到部件130内。带的第二端在胫骨件的后表面和互补形状的弹簧保持件135之间夹紧保持在小腿胫骨件的上端,该弹簧保持件135向下延伸开胫骨件的长度。弹簧保持件135的上端通过适当紧固件(未图示)固定在盘簧的上端和胫骨件的上端之间。可以是弹性和/或非弹性的挠性带的长度在步态中拉紧。该长度可以是固定的,或者例如通过使用滑动调节器进行调节,该滑动调节器位于在与金属夹具133的连接点相邻的带的重叠长度之间。
在步态中胫骨件的上端相对足龙骨件和胫骨件下端的前向移动通过盘簧131的伸展和保持件135的下端的后向挠曲被可屈服限制,以便在步态的后期中间站立阶段中的假体的作用力加载过程中存储能量,所存储的能量在作用力卸载过程中释放,由此对假体的踝动力产生作出贡献并且增强效率。在本实施例中,盘簧131由弹簧钢形成,但是可以使用其他金属合金或非金属,例如塑料。在本实施例中,弹簧保持件135由包裹在环氧树脂中的碳素纤维制成,但是可以使用其他材料,包括金属合金以及塑料。和图32-34中的带116一样,挠性带132由宽度为5/8英寸并且厚度为1/16英寸的织造凯夫拉尔(Kevlar)材料制成(DuPont公司生产),但是可以使用其他材料和尺寸,这对于本领域技术人员来说是显而易见的。带132的第一端延伸通过金属夹具133一端上的开口并且对折返回到带上,其中它由滑动调节器或其他紧固件可调节地保持。
在图36的实施例中的假体140使用小腿胫骨件122以及与图35的假体120一同使用的后小腿装置123。假足140的足龙骨件141包括通过紧固件装置128连接到小腿胫骨件的下端的反向弯曲连接件142,以便收容并支撑小腿胫骨件的螺旋下端。在本发明的这种形式中,连接件与足龙骨件的前足部分143和后足部分144一体形成。
图37的实施例的假足150与图35和36的假足一样,不同之处在于,连接件151形成为独立的元件,其后端由紧固件153固定到足龙骨件152,形成足龙骨件的前足、中足和后足部分155、156和157。紧固件153的连接区域在小腿胫骨件和连接件的连接点后侧以便增加足龙骨件的有效长度以及其在步态的后期中间站立阶段的弹簧应变率。这种效果在图38的实施例中更大,其中假体161的连接件160延伸到足龙骨件163的后端,在此处它通过紧固件164连接到足龙骨件。该紧固件可以是机械紧固件,例如包含卷制的碳素纤维和环氧树脂的复合材料或者卷制的芬芳聚酰胺纤维(例如,DuPont生产的Kevlar)和环氧树脂成分的复合材料的螺栓和螺母或者其他紧固件。延伸连接件的下前端165以便作为背屈时小腿胫骨件的前向运动的阻挡件。作为备选方案,可以提供如图32-34的实施例中提供为113的独立阻挡件。在图35和36的实施例中还可以使用任意类型阻挡件。
图40的假足170类似于图28-31B的实施例中的假足。该假体170包括足龙骨件171、小腿胫骨件172以及连接件173。胫骨件172形成由向下的前面向凸出的弯曲下端174,该弯曲下端174以螺旋175的形式反向弯曲。小腿胫骨件从螺旋向上延伸到其直立的上端,小腿胫骨件可以是在纵向方向弯曲的或者笔直的。
小腿胫骨件下端的螺旋形状的曲率半径随小腿胫骨件从径向内上端176向外螺旋延伸而逐渐增加,在径向内上端176,小腿胫骨件由和图32-38的实施例一样延伸通过小腿胫骨件和连接件的面向开口的螺纹螺栓和螺母形式的连接器紧固到连接件上。
连接件173用于作为螺旋175的容器,并且通过和图30一样的螺纹紧固件可调节地紧固到足龙骨件171。如结合其他实施例所解释的,足龙骨件在其向上供起的部分具有纵向延伸的开口,该开口容纳紧固件以便允许调节小腿胫骨件和足龙骨件在纵向方向上彼此之间的定位。代替图28-30中纵向延伸的板81和82,连接件173形成有开口侧以及由连接件的侧向间隔的内侧边缘177所侧向限定的前面向的开口。和图28-30的实施例一样,小腿胫骨件向上延伸通过前面向的开口。和图28-30一样,可以提供阻挡件以便步态中的小腿胫骨件的背屈。
和图35-39的实施例一样,转接器124由适当的紧固件(未图示)连接到小腿胫骨件的上端以便将假体固定到人下肢上的关节槽来进行使用。假足170上的后小腿装置178与图35中的装置123相同,并且包括在其一端支撑到小腿胫骨件的上端上以便随其移动的盘簧179。盘簧的第二/自由端具有由金属夹具181固定到其上的挠性延伸件/带180的一端。和图35中的后小腿装置一样,夹具在其一端连接到带的第一端并且在其另一端钩成与盘簧的自由端成夹紧啮合。挠性带180的中间部分向下延伸到足龙骨件和小腿胫骨件的下端,在此处其绕安装在接合连接件和小腿胫骨件的下端的紧固件装置184的部件183上的筒形销形式的返回点182延伸。销182可以旋转固定在部件183内,以便使滑动阻力最小化。带的第二端在胫骨件和盘簧之间夹紧保持在小腿胫骨件的上端。和图35的实施例一样,挠性带的长度可以固定或者可通过使用滑动调节器(未图示)进行调节。如针对图35的实施例所讨论的,装置178用于在步态的后其中间站立阶段的作用力加载过程中存储能量,所存储的能量在作用力卸载过程中释放,由此对矢状平面踝动力产生作出贡献。
图40中的假体170与图28-30中的假体70的不同之处在于,假体170的踝在地面上比假体70的踝更高。注意到反向弯曲下端,因为连接件173的向上并向后延伸的结构,图40中的螺旋踝关节174在图40的足龙骨件171的向上供起的中间部分的上方,而图28-30的假体70的螺旋74的下端75低于足龙骨件的向上供起的中间部分。应该意识到,这种地面上方的踝区域的高度影响在步态的站立阶段出现的踝矢状平面的角度变化。踝区域的更高设置增加角度变化而踝的更低设置减小角度变化。因而,对于在胫骨件的近端出现的同样大小的角度变化,如图40的踝的更高设置具有更大的角速度。这种角速度的变化使非常显著的,例如两英寸的踝高度比三又二分之一英寸的踝高度的角度变化小35%。本发明假体中的踝高度由多种因素决定,包括连接件的尺寸和结构、纵向拱形高度、足龙骨件的前足、中足以及后足部分的长度等,这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
这就推导出本示例性实施例的描述。尽管已经参照多个示范性实施例对本发明进行了描述,但是应该注意到,本领域技术人员可以设计出落在本发明原理的精神和范围内的多种其他修改和实施例。例如,本发明的假足的小腿胫骨件的下端不局限于抛物线形状或螺旋形状,而可以是双曲线或以其他形式的向下凸出弯曲配置以便在连接到足龙骨件时产生所需要的足动作输出,由此形成足的踝关节区域。后小腿装置不局限于使用带作为挠性延伸件,因为可以使用其他构件,例如挠性钢绳。同样,装置中的弹簧结构可以不同于所示的弹簧结构。例如,横向延伸到假体的纵向范围的金属或塑料弹性管可以插入到延伸件和胫骨件的上部之间来存储和释放能量。包括用于构造的材料在内的各实施例的特征可以彼此结合使用。更具体地,在不脱离本发明精神的情况下在前述公开内容、附图以及所述权利要求的范围内可以对主题结合配置的部件和/或配置进行合理的变化和修改。除了对部件和/或配置的变化和修改外,选择性使用对于本领域技术人员来说也是显而易见的。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于下肢假体的系统,包括:
纵向延伸的足,所述足具有位于一端的前足部分、位于相对端的后足部分以及在所述前足和后足部分之间延伸的中足部分;
固定到所述足上的踝;
从所述踝向上延伸的直立胫骨件;
其中所述踝和所述胫骨件由弹性构件形成,所述弹性构件通过面向该构件的凸出弯曲的卷曲部分的前部从所述足向上延伸,并且
其中所述构件通过与所述足的前足部分一体形成的连接件固定到所述足上。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述连接件从所述前足部分向后延伸,作为所述足的中足部分和部分后足部分上的悬臂。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于:所述足的后足部分和中足部分一体形成并且连接到所述一体形成的前足部分和连接件。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述弹性构件的下端反向弯曲。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于:所述连接件收容所述弹性构件的反向弯曲下端。
6.根据权利要求4所述的系统,其特征在于:所述弹性构件的反向弯曲下端为螺旋形式以形成所述卷曲部分。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于:所述弹性构件的螺旋的径向内端紧固到所述连接件。
8.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述连接件包括阻挡件以便限制所述弹性构件的背屈。
9.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:进一步包括人足和小腿形状的装饰覆盖物,所述装饰覆盖物位于所述足、所述踝以及至少所述胫骨件的下端上,所述胫骨件从所述踝向上延伸到所述小腿覆盖物内。
10.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:进一步包括位于所述假体上的后小腿装置,以便在所述假体的作用力加载过程中存储能量并且在作用力卸载过程中返回所存储的能量以便增加步态中由所述假体产生的用于推进力的动态功率。
11.根据权利要求10所述的系统,其特征在于:所述装置包括至少一个在所述胫骨件的上端和所述假体的下端之间延伸的延伸件以及至少一个由所述至少一个延伸件弹性偏置的弹簧,其响应所述胫骨件的上端的前向运动以便存储能量。
12.根据权利要求11所述的系统,其特征在于:所述至少一个弹簧包括具有与所述延伸件连接的自由端的盘簧,所述盘簧在步态中响应所述胫骨件的上端的前向运动而弹性伸展以便存储能量。
13.一种假足,包括:
纵向延伸的的足龙骨件,所述足龙骨件具有位于一端的前足部分、位于相对端的后足部分以及在所述前足和后足部分之间延伸的中足部分;
直立弹性小腿胫骨件,所述小腿胫骨件的下端固定在所述足龙骨件上,所述下端形成所述假足的弹性踝关节区域并且通过面向所述弹性小腿胫骨件的凸出弯曲部分的前部从所述足龙骨件向上延伸;
所述小腿胫骨件通过连接件固定到所述足龙骨件,所述连接件与所述足龙骨件的前足部分一体形成。
14.根据权利要求13所述的假足,其特征在于:所述连接件所述前足部分向后延伸,作为所述足龙骨件的中足部分和部分后足部分上的悬臂。
15.根据权利要求14所述的假足,其特征在于:所述足龙骨件的后足部分和中足部分一体形成并且连接所述一体形成的前足部分和连接件。
16.根据权利要求13所述的假足,其特征在于:所述小腿胫骨件的下端反向弯曲。
17.根据权利要求16所述的假足,其特征在于:所述连接件收容所述小腿胫骨件的反向弯曲下端。
18.根据权利要求16所述的假足,其特征在于:所述小腿胫骨件的反向弯曲下端为螺旋形式。
19.根据权利要求18所述的假足,其特征在于:所述小腿胫骨件的螺旋的径向内端紧固到所述连接件。
20.根据权利要求13所述的假足,其特征在于:所述连接件包括阻挡件以便限制所述小腿胫骨件的背屈。
21.根据权利要求13所述的假足,其特征在于:进一步包括人足和小腿形状的装饰覆盖物,所述装饰覆盖物位于所述足龙骨件和至少所述小腿胫骨件的下端上,并且所述小腿胫骨件从所述足龙骨件向上延伸到所述小腿物内。
22.根据权利要求13所述的假足,其特征在于:进一步包括位于所述假足上的后小腿装置以便在所述假足作用力加载过程中存储能量并且在作用力卸载过程中返回所存储的能量以便增加步态中由所述假足产生的用于推进力的动态功率。
23.根据权利要求22所述的假足,其特征在于:所述装置包括至少一个在所述小腿胫骨件的上部和所述假足的下部之间延伸的延伸件以及至少一个由所述至少一个延伸件弹性偏置的弹簧,其响应所述胫骨件的上端的前向移动以便存储能量。
24.根据权利要求23所述的假足,其特征在于:所述至少一个弹簧包括具有连接到所述延伸件的自由端的盘簧,所述盘簧响应步态中所述胫骨件的上端的前向移动而弹性伸展以便存储能量。
25.一种用于下肢假体的系统,包括:
纵向延伸的足;
固定到所述足的踝;
从所述踝向上延伸的直立胫骨件;
其中所述踝和所述胫骨件由弹性构件形成,所述弹性构件具有固定到所述足的反向弯曲下端以形成所述踝并且通过面向所述构件的凸出弯曲的卷曲部分的前部从所述足向上延伸,和
其中所述弹性构件通过收容所述构件的反向弯曲下端的连接件固定到所述足。
26.根据权利要求25所述的系统,其特征在于:所述弹性构件的反向弯曲下端为螺旋形式以形成所述卷曲部分。
Claims (46)
1.一种用于下肢假体的系统,包括:
纵向延伸的的足,所述足具有位于一端的前足部分、位于相对端的后足部分以及在所述前足和后足部分之间延伸的中足部分;
固定到所述足上的踝;
从所述踝向上延伸的直立胫骨件;
其中所述踝和所述胫骨件由弹性构件形成,所述弹性构件通过其前面向凸出的弯曲卷曲部分从所述足向上延伸,并且其中所述弹性构件通过与所述足的前足部分一体形成的连接件固定到所述足上。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述连接件从所述前足部分向后延伸,作为所述足的中足部分和部分后足部分上的悬臂。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于:所述足的后足部分和中足部分一体形成并且连接到所述一体形成的前足部分和连接件。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述弹性构件的下端反向弯曲。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于:所述连接件收容所述弹性构件的反向弯曲下端。
6.根据权利要求4所述的系统,其特征在于:所述弹性构件的反向弯曲下端为螺旋形式。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于:所述弹性构件的螺旋的径向内端紧固到所述连接件。
8.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述连接件阻挡件以便限制所述弹性构件的背屈。
9.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:进一步包括人足和小腿形状的装饰覆盖物,所述装饰覆盖物位于所述足、所述踝以及所述胫骨件的下端上,所述胫骨件从所述踝向上延伸到所述小腿覆盖物内。
10.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:进一步包括位于所述假体上的后小腿装置后小腿装置以便在所述假体的作用力加载过程中存储能量并且在作用力卸载过程中返回所存储的能量以便增加步态中由所述假体产生的用于推进力的动态功率。
11.根据权利要求10所述的系统,其特征在于:所述装置包括至少一个在所述胫骨件的上端和所述假体的下端之间延伸的延伸件以及至少一个由所述至少一个延伸件响应所述胫骨件的上端的前向运动弹性偏置以便存储能量的弹簧。
12.根据权利要求11所述的系统,其特征在于:所述至少一个弹簧包括具有与所述延伸件连接的自由端的盘簧,所述盘簧在步态中响应所述胫骨件的上端的前向运动而弹性伸展以便存储能量。
13.一种假足,包括:
纵向延伸的的足龙骨件,所述足龙骨件具有位于一端的前足部分、位于相对端的后足部分以及在所述前足和后足部分之间延伸的中足部分;
直立弹性小腿胫骨件,所述小腿胫骨件的下端固定在所述足龙骨件上,所述下端形成所述假足的弹性踝关节区域并且通过所述弹性小腿胫骨件的前面向凸出的弯曲部分从所述足龙骨件向上延伸;
所述小腿胫骨件通过连接件固定到所述足龙骨件,所述连接件与所述足龙骨件的前足部分一体形成。
14.根据权利要求13所述的假足,其特征在于:所述连接件所述前足部分向后延伸,作为所述足龙骨件的中足部分和部分后足部分上的悬臂。
15.根据权利要求14所述的假足,其特征在于:所述足龙骨件的后足部分和中足部分一体形成并且连接所述一体形成的前足部分和连接件。
16.根据权利要求13所述的假足,其特征在于:所述小腿胫骨件的下端反向弯曲。
17.根据权利要求16所述的假足,其特征在于:所述连接件收容所述小腿胫骨件的反向弯曲下端。
18.根据权利要求16所述的假足,其特征在于:所述小腿胫骨件的反向弯曲下端为螺旋形式。
19.根据权利要求18所述的假足,其特征在于:所述小腿胫骨件的螺旋的径向内端紧固到所述连接件。
20.根据权利要求13所述的假足,其特征在于:所述连接件包括阻挡件以便限制所述小腿胫骨件的背屈。
21.根据权利要求13所述的假足,其特征在于:进一步包括人足和小腿形状的装饰覆盖物,所述装饰覆盖物位于所述足龙骨件和至少所述小腿胫骨件的下端上,并且所述小腿胫骨件从所述足龙骨件向上延伸到所述小腿物内。
22.根据权利要求13所述的假足,其特征在于:进一步包括位于所述假足上的后小腿装置以便在所述假足作用力加载过程中存储能量并且在作用力卸载过程中返回所存储的能量以便增加步态中由所述假足产生的用于推进力的动态功率。
23.根据权利要求22所述的假足,其特征在于:所述装置包括至少一个在所述小腿胫骨件的上部和所述假足的下部之间延伸的延伸件以及至少一个由所述至少一个延伸件响应所述胫骨件的上端的前向移动而弹性偏置以便存储能量的弹簧。
24.根据权利要求23所述的假足,其特征在于:所述至少一个弹簧包括具有连接到所述延伸件的自由端的盘簧,所述盘簧响应步态中所述胫骨件的上端的前向移动而弹性伸展以便存储能量。
25.一种用于下肢假体的系统,包括:
纵向延伸的足;
固定到所述足的踝;
从所述踝向上延伸的直立胫骨件;
其中所述踝和所述胫骨件由弹性构件形成,所述弹性构件具有固定到所述足的反向弯曲下端以形成所述踝并且通过所述弹性构件的前面向凸出的弯曲部分从所述足向上延伸,并且其中所述弹性构件通过收容所述弹性构件的反向弯曲下端的连接件固定到所述足。
26.根据权利要求25所述的系统,其特征在于:所述弹性构件的反向弯曲下端为螺旋形式以形成所述卷曲部分。
27.根据权利要求26所述的系统,其特征在于:所述弹性构件的螺旋的径向内端紧固到所述连接件。
28.根据权利要求25所述的系统,其特征在于:所述连接件包括阻挡件以便限制所述弹性构件的背屈。
29.根据权利要求25所述的系统,其特征在于:进一步包括人足和小腿形状的装饰覆盖物,所述装饰覆盖物位于所述足、踝以及至少所述胫骨件的下端上,并且所述胫骨件从所述踝向上延伸到所述小腿物内。
30.根据权利要求25所述的系统,其特征在于:所述连接件和所述足一体形成。
31.根据权利要求25所述的系统,其特征在于:所述连接件和形成前面向凹面,所述弹性构件的反向弯曲下端收容在所述凹面内。
32.根据权利要求25所述的系统,其特征在于:所述连接件在其后端连接到所述足。
33.根据权利要求25所述的系统,其特征在于:进一步包括位于所述假体上的后小腿装置以便在所述假体的作用力加载过程中存储能量并且在作用力卸载过程中返回所存储的能量以便增加步态中由所述假体产生的用于推进力的动态功率。
34.根据权利要求33所述的系统,其特征在于:所述装置包括至少一个在所述胫骨件的上部和所述假体的下部之间延伸的延伸件以及至少一个由所述至少一个延伸件响应所述胫骨件的上端的前向移动而弹性偏置以便存储能量的弹簧。
35.根据权利要求34所述的系统,其特征在于:所述至少一个弹簧包括具有连接到所述延伸件的自由端的盘簧,所述盘簧响应步态中所述胫骨件的上端的前向移动而弹性伸展以便存储能量。
36.一种假足,包括:
纵向延伸的的足龙骨件;
具有反向弯曲下端的直立小腿胫骨件,所述下端固定在所述足龙骨件上,所述下端形成所述假足的踝关节,所述小腿胫骨件的前面向凸出的弯曲部分从所述足龙骨件向上延伸;
所述小腿胫骨件通过连接件固定到所述足龙骨件,所述连接件与所述足龙骨件的前足部分一体形成。
37.根据权利要求36所述的假足,其特征在于:所述小腿胫骨件的反向弯曲下端为螺旋形式。
38.根据权利要求37所述的假足,其特征在于:所述小腿胫骨件的螺旋的径向内端紧固到所述连接件。
39.根据权利要求36所述的假足,其特征在于:所述连接件包括阻挡件以便限制所述小腿胫骨件的背屈。
40.根据权利要求36所述的假足,其特征在于:进一步包括人足和小腿形状的装饰覆盖物,所述装饰覆盖物位于所述足龙骨件和至少所述小腿胫骨件的下端上,并且所述小腿胫骨件从所述足龙骨件向上延伸到所述小腿物内。
41.根据权利要求36所述的假足,其特征在于:所述连接件和所述足龙骨件一体形成。
42.根据权利要求36所述的假足,其特征在于:所述连接件形成前面向的凹面,所述小腿胫骨件的反向弯曲下端收容在所述凹面内。
43.根据权利要求36所述的假足,其特征在于:所述连接件在其后端连接到所述足龙骨件。
44.根据权利要求36所述的假足,其特征在于:进一步包括位于所述假足上的后小腿装置以便在所述假足作用力加载过程中存储能量并且在作用力卸载过程中返回所存储的能量以便增加步态中由所述假足产生的用于推进力的动态功率。
45.根据权利要求44所述的假足,其特征在于:所述装置包括至少一个在所述小腿胫骨件的上部和所述假足的下部之间延伸的延伸件以及至少一个由所述至少一个延伸件响应所述胫骨件的上端的前向移动而弹性偏置以便存储能量的弹簧。
46.根据权利要求45所述的假足,其特征在于:所述至少一个弹簧包括具有连接到所述延伸件的自由端的盘簧,所述盘簧响应步态中所述胫骨件的上端的前向移动而弹性伸展以便存储能量。
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