DE102015008031A1

DE102015008031A1 - Knieorthese zum Aufbringen einer nach vorn oder hinten gerichteten Translationskraft

Info

Publication number: DE102015008031A1
Application number: DE102015008031.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Jörg Weber; Janine Sauer; Andrea Müller
Original assignee: Albrecht GmbH
Current assignee: Albrecht GmbH
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2015-06-24
Publication date: 2016-12-29
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: DE102015008031B4

Abstract

Eine Knieorthese weist eine Translationskraftaufbringungseinrichtung zum Aufbringen einer nach vorn oder hinten gerichteten Translationskraft (5) auf einen proximalen Abschnitt eines Unterschenkels (3) auf. Die Translationskraftaufbringungseinrichtung umfasst einen schwenkbaren Translationsarm (9) sowie eine Feder (45) zum Aufbringen einer Federkraft auf den Translationsarm (9). Ein Federhalteelement (43) ist relativ zur Unterschenkelschiene (10) bewegbar und mittels eines Getriebes mit der Unterschenkelschiene (10) derart bewegungsgekoppelt, dass durch die Schwenkbewegung der Unterschenkelschiene (10) eine Zwangsänderung der Relativposition des Federhalteelements (43) relativ zum Translationsarm (9) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Knieorthese zum Aufbringen einer nach vorn oder hinten gerichteten Translationskraft auf einen proximalen Abschnitt eines Unterschenkels gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Auf dem Gebiet von Knieinstabilitäten bereiten insbesondere hintere Kreuzbandläsionen große medizinische Probleme. Obwohl es ausgereifte chirurgische Rekonstruktionsverfahren für hintere Kreuzbandrupturen und andere Läsionen der hinteren Kreuzbänder gibt, wird das operative Ergebnis häufig nach einigen Monaten wieder dadurch verschlechtert oder völlig zunichte gemacht, dass das genähte oder rekonstruierte Band beispielsweise aufgrund der Schwerkraft des Unterschenkels, die bei einem auf dem Rücken liegenden Patienten in dorsaler Richtung wirkt, oder aufgrund des Muskelzugs in unerwünschter Weise wieder gedehnt wird. Hierdurch kommt es zu einer Fehlstellung der Tibia 4 zum Femur 2, wie in 16 in gestrichelten Linien dargestellt ist. Die durchgezogenen Linien in 16 zeigen dagegen die Tibia 4 und den Unterschenkel 3 im Normalzustand. Die Gefahr einer derartigen Fehlstellung, d. h. des Absenkens der Tibia 4 relativ zum Femur, besteht selbstverständlich auch dann, wenn eine hintere Kreuzbandläsion nicht operativ, sondern konservativ behandelt wird.
Bei einer vorderen Kreuzbandinstabilität kann das Problem auftreten, dass die Tibia relativ zum Femur zu weit ventral zu liegen kommt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Tibiagelenkfläche des Patienten so geneigt ist, dass bei aufrechtem Stand, bei dem das Femur auf die schräge Tibiagelenkfläche drückt, auf die Tibia eine Kraft in ventraler Richtung ausübt. Ist das vordere Kreuzband instabil, wird dadurch die Tibia im Kniegelenkbereich in unerwünschter Weise nach vorn, d. h. in 16 nach oben verschoben.
Aus der Patentschrift EP 1 114 619 A1 ist bereits eine Vorrichtung zum Aufbringen einer ventral oder dorsal gerichteten Translationskraft auf den Unterschenkel im Bereich des Kniegelenks bekannt, die dieser unerwünschten Verlagerung der Tibia entgegenwirken soll. Diese bekannte Vorrichtung weist medial und lateral im Bereich des Oberschenkels angeordnete Oberschenkelschienen auf, die mittels einer Manschette am Oberschenkel befestigt werden können. Am distalen Ende der Oberschenkelschienen, die sich seitlich neben dem Knie befinden, ist ein L-förmiger Schwenkhebel gelenkig angebracht, welcher mittels einer Feder entweder in ventraler oder dorsaler Richtung vorgespannt ist. Dieser Schwenkhebel unter- oder übergreift einen seitlich von einer Unterschenkelmanschette abstehenden Bolzen in einem knienahen Bereich des Unterschenkels. Je nachdem wie die Vorspannung der Feder gerichtet ist, wird hierdurch das obere Ende der Tibia entweder nach vorn, d. h. in ventraler Richtung, oder nach hinten, d. h. in dorsaler Richtung, gedrängt, um einer unerwünschten Dehnung eines lädierten hinteren bzw. vorderen Kreuzbandes und einer damit verbundenen translatorischen Verschiebung der Tibia in dorsaler bzw. ventraler Richtung entgegenzuwirken. Problematisch ist bei dieser bekannten Vorrichtung jedoch, dass durch die Federkraft auf den Unterschenkel eine permanente Kraft in Extensions- bzw. Flexionsrichtung ausgeübt wird, d. h. ein Drehmoment, welches den Unterschenkel permanent zu strecken bzw. zu beugen versucht. Ein freies, ungehindertes Strecken bzw. Beugen des Knies ist daher mit dieser bekannten Vorrichtung nicht möglich.
Aus der WO 2004/056293 A1 ist eine Knieorthese gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei der, wie aus 17 ersichtlich, im Bereich des Unterschenkels 3 eine längere Unterschenkelschiene 10 und ein kürzerer Translationsarm 9 vorgesehen sind, die relativ zueinander schwenkbar sind. Der kürzere Translationsarm 9 ist mit seinem distalen Ende an einer schalenartigen Unterschenkelbefestigungseinrichtung 12 in einem knienahen Bereich angelenkt und mittels einer im Bereich der Gelenkeinrichtung angeordneten Feder nach vorn oder hinten vorgespannt, wodurch auf den knienahen Bereich des Unterschenkels 3 eine nach vorn oder hinten gerichtete Translationskraft 5 unabhängig vom Extensions- bzw. Flexionswinkel des Kniegelenks ausgeübt wird. Die Unterschenkelschiene 10 ist damit frei gegenüber einer Oberschenkelschiene 6 schwenkbar, die mittels einer Oberschenkelbefestigungseinrichtung 7 in Form einer Manschette am Oberschenkel 1 befestigbar ist. Die Feder besteht dort aus einer Spiralfeder, die mit ihrem Ende an einem am Federgehäuse arretierbaren Einstellzahnrad und mit ihrem äußeren Ende an einem Federhalteelement in der Form eines Kopplungsstifts festgelegt ist, der an der Unterschenkelschiene befestigt ist.
Diese bekannte Knieorthese übt in bereits vorteilhafter Weise auf den knienahen Bereich des Unterschenkels eine einstellbare, statische Translationskraft aus.
Medizinische Untersuchungen haben gezeigt, dass auf die Kreuzbänder in Abhängigkeit des Beugewinkels des Kniegelenks unterschiedlich hohe Kräfte wirken. Insbesondere erhöhen sich mit zunehmender Flexion des Kniegelenks die Zugkräfte auf das hintere Kreuzband. Bei einer Schädigung eines Kreuzbandes, insbesondere bei einem Riss des hinteren Kreuzbandes, wird es daher in gewissen Fällen ebenfalls als vorteilhaft angesehen, eine dynamische Translationskraft aufzubringen, welche sich an den Beugewinkel des Knies anpasst und für eine konstante Entlastung des geschädigten Kreuzbandes sorgt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Knieorthese der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf möglichst präzise und zuverlässige Weise die auf den proximalen Endbereich des Unterschenkels aufgebrachte Translationskraft in Abhängigkeit des Beugewinkels des Knies in vorbestimmter Weise ändert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Knieorthese mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist ein Federhalteelement vorgesehen, das relativ zur Unterschenkelschiene bewegbar und mittels eines Getriebes mit der Unterschenkelschiene derart bewegungsgekoppelt ist, dass durch die Schwenkbewegung der Unterschenkelschiene eine Zwangsänderung der Relativposition des Federhalteelements relativ zum Translationsarm erfolgt.
Für die Erfindung ist es somit charakteristisch, dass die Bewegung der Unterschenkelschiene über ein von der Unterschenkelschiene angetriebenes Getriebe auf die Feder übertragen wird, wobei mittels des Getriebes das Federhalteelement, an dem ein Ende der Feder festgelegt ist, in Abhängigkeit des Beugewinkels der Knieorthese verlagert wird. Diese Verlagerung erfolgt derart, dass sich die von der Feder auf den Translationsarm übertragene Kraft, welche den Translationsarm relativ zur Unterschenkelschiene zu schwenken versucht, in Abhängigkeit des Beugewinkels in vorbestimmter Weise ändert. Hierdurch kann die Translationskraft zuverlässig und präzise in Abhängigkeit des Beugewinkels gesteuert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Federhalteelement mit der Unterschenkelschiene derart bewegungsgekoppelt, dass bei zunehmender Flexion der Knieorthese die nach vorne gerichtete Translationskraft zunimmt. Hierdurch kann das hintere Kreuzband in jeder Stellung des Kniegelenks konstant entlastet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Federhalteelement zwischen einer ersten Position, in der die Federkraft parallel oder schräg zur Längsrichtung des Translationsarms gerichtet ist, und weiteren Positionen schwenkbar, in denen sich der Winkel zwischen Federkraft und Translationsarm zunehmend 90° annähert. Da bei einem Winkel von 90° das federkraftbedingte Drehmoment auf dem Translationsarm maximal ist und mit kleiner werdendem Winkel abnimmt, kann auf diese Weise das Drehmoment und damit die Translationskraft gezielt gesteuert werden.
Vorteilhafterweise bestehen das Federhalteelement aus einem Schwenkhebel und das Getriebe aus einem Übersetzungsgetriebe, das die Winkelgeschwindigkeit der Unterschenkelschiene in einem vorbestimmten Verhältnis auf den Schwenkhebel überträgt. Alternativ kann das Federhalteelement auch aus anderen Elementen, beispielsweise aus einer drehbaren Scheibe, bestehen.
Beispielsweise kann das Übersetzungsverhältnis 1:2 betragen. Dies bedeutet, dass eine Schwenkbewegung der Unterschenkelschiene relativ zur Oberschenkelschiene von 90° eine Schwenkbewegung des Federhalteelements um 180° bewirkt. Da sich der Translationsarm, bedingt durch die Unterschenkelbefestigungsvorrichtung (Unterschenkelschale) zumindest annähernd wie die Unterschenkelschiene bewegt, wird hierdurch die Richtung der auf den Tranlationsarm einwirkenden Federkraft gezielt geändert.
Andere Übersetzungsverhältnisse sind ohne weiteres möglich. Beispielsweise können die Übersetzungsverhältnisse zwischen 1:0,5 und 1:2,5 variieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Feder mit einem ersten Ende am Translationsarm und mit einem zweiten Ende am Federhalteelement befestigt. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, dass das erste Ende der Feder über Zwischenelemente mit dem Translationsarm in Wirkverbindung steht.
Vorteilhafterweise weist der Translationsarm eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Befestigungseinrichtungen zum Befestigen der Feder auf. Hierdurch kann der Abstand des Kraftangriffspunkts, an dem die Feder am Translationsarm angreift, zum Drehzentrum des Translationsarms verändert werden, wodurch das Drehmoment des Translationsarms und damit die Translationskraft verändert werden kann.
Vorteilhafterweise ist das Federhalteelement an einem Zahnrad befestigt, das über das Getriebe mit der Unterschenkelschiene drehgekoppelt ist. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung der entsprechenden Komponenten. Alternativ ist es jedoch auch möglich, das Federhalteelement auf andere Weise relativ zum Translationsarm zu bewegen, beispielsweise mittels einer Kulissenführung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Gelenkeinrichtung eine fest mit der Oberschenkelschiene verbundene Haltestruktur, in der die Unterschenkelschiene mittels einer Welle schwenkbar gelagert ist, mit der die Unterschenkelschiene drehgekoppelt und die als Antriebswelle für ein Antriebszahnrad des Getriebes ausgebildet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1: eine Seitenansicht eines Beins mit angelegter Knieorthese gemäß der Erfindung;
2: eine rückseitige Ansicht des Beins und der erfindungsgemäßen Knieorthese;
3: die Knieorthese von 2 in Alleinstellung ohne Oberschenkel- und Unterschenkelbefestigungseinrichtungen;
4: die Einzelheit IV von 3 in vergrößerter Darstellung;
5: einen etwas schematisierten Schnitt schräg von der Seite längs der Linie V-V von 4;
6: einen Schnitt längs der Linie VI-VI von 4;
7: eine etwas schematisierte räumliche Darstellung der Knieorthese im Bereich der Gelenkeinrichtung;
8: eine Seitenansicht der Unterschenkelschiene in Alleinstellung;
9: eine Seitenansicht der Oberschenkelschiene in Alleinstellung;
10 und 11: Seitenansichten zweier Haltescheiben;
12: eine Seitenansicht des Federhalteelements;
13 bis 15: schematische Darstellungen der Translationskrafterzeugungseinrichtung in verschiedenen Winkelstellungen des Translationsarms;
16: eine schematische Darstellung des Beins eines Menschen im Bereich des Kniegelenks mit Femur und Tibia, wobei Unterschenkel und Tibia in der Normalstellung und in einer dorsal verschobenen Stellung dargestellt sind; und
17: eine Seitenansicht einer am Bein angelegten Knieorthese gemäß dem Stand der Technik.
Aus den 1 und 2 ist eine Knieorthese ersichtlich, mit der auf einen Unterschenkel 3 in einem knienahen Bereich eine der Tibiaabsenkung entgegenwirkende, nach vorn (ventral) gerichtete dynamische Translationskraft aufgebracht werden kann, um eine Absenkung der Tibia auch bei geschwächten Kreuzbändern von vorne herein nicht entstehen zu lassen oder eine Absenkung rückgängig zu machen. Die durch die Knieorthese aufgebrachte Translationskraft ist hierbei durch den Pfeil 5 gekennzeichnet.
Die Knieorthese umfasst zwei Oberschenkelschienen 6, die medial und lateral längs des Oberschenkels verlaufen und mittels einer Oberschenkelbefestigungseinrichtung 7 am Oberschenkel 1 befestigbar sind. Zweckmäßigerweise besteht die Oberschenkelbefestigungseinrichtung 7 aus einer zumindest die Vorderseite des Oberschenkels 1 umfassenden Schale, die mittels um die Rückseite des Oberschenkels 1 herumgeführter, Klettverschlüsse aufweisender Bänder 8 am Oberschenkel 1 fixierbar ist.
Der distale Endbereich der Oberschenkelschienen 6, der sich seitlich neben dem Kniegelenk befindet, ist Teil von Gelenkeinrichtungen 11, mit denen Unterschenkelschienen 10 sowie Translationsarme 9 schwenkbar an den Oberschenkelschienen 6 befestigt sind. Die Schwenkachse ist mit 14 bezeichnet. Sowohl die Unterschenkelschienen 10 als auch die Translationsarme 9 sind relativ zu den Oberschenkelschienen 6 frei schwenkbar, d. h. es wirkt zwischen den Oberschenkelschienen 6 einerseits und den Unterschenkelschienen 10 bzw. Translationsarmen 9 andererseits keine Federkraft. Dagegen ist, wie noch näher erläutert wird, zwischen dem Translationsarm 9 und der Unterschenkelschiene 10 eine Federkraft wirksam, welche den Translationsarm 9 im Gegenuhrzeigersinn und die Unterschenkelschiene 10 im Uhrzeigersinn zu drehen versucht.
Die beiden distalen Enden der Unterschenkelschienen 10 und Translationsarme 9 wirken auf eine Unterschenkelbefestigungseinrichtung 12 ein, die aus einer dorsal, d. h. im Wadenbereich angeordneten Halbschale 15 besteht, die sich von einem knienahen Bereich längs des Unterschenkels 3 in distaler Richtung erstreckt. Die Halbschale 15 ist mittels eines einen Klettverschluss aufweisenden Haltebands 16 am Unterschenkel 3 befestigbar.
Das distale Ende der Translationsarme 9 ist, wie aus den 1 und 2 ersichtlich, mit Bolzen 17 in Kopplungseingriff, die sich im knienahen Endbereich der Unterschenkelbefestigungseinrichtung 12 von dieser aus seitlich nach außen erstrecken. Wird auf den Translationsarm 9 mittels einer in 1 nicht eingezeichneten Feder eine Vorspannkraft aufgebracht, welche den Translationsarm 9 im Gegenuhrzeigersinn um die Schwenkachse 14 zu drehen versucht, drückt der Translationsarm 9 den Bolzen 17 und damit das proximale Ende der Halbschale 15 nach vorn, wodurch die gewünschte Translationskraft 5 auf die Tibia erzeugt wird.
Die Unterschenkelschienen 10 sind an ihrem distalen Ende mittels Bolzen 18 in einem distalen Endbereich der Unterschenkelbefestigungseinrichtung 12 schwenkbar angelenkt. Die Halbschale 15 lässt sich somit um die Bolzen 18 schwenken, wie durch den Pfeil 19 angedeutet. Aufgrund des Abstandes der Bolzen 17 und 18 in Längsrichtung des Unterschenkels 3 kann die Halbschale 15 somit eine Schwenk- bzw. Kippbewegung im Uhrzeigersinn ausüben, wenn auf die Bolzen 17 mittels der Translationsarme 9 eine Kraft in ventraler Richtung ausgeübt wird.
Der Begriff ”Translationsarm” ist im Rahmen der Erfindung somit so zu verstehen, dass es sich um einen Schienenarm oder Schwenkhebel handelt, der auf die Halbschale 15 eine Translationskraft 5 ausübt bzw. überträgt.
Die in den 1 bis 3 dargestellte Knieorthese umfasst zwei Schienenanordnungen mit jeweils einer Oberschenkelschiene 6, Unterschenkelschiene 10, Gelenkeinrichtung 11 und einer Translationskraftaufbringungseinrichtung. Die beiden Schienenanordnungen verlaufen lateral und medial neben dem Bein und sind spiegelbildlich zueinander angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, dass nur eine derartige Schienenanordnung nur auf einer Seite des Beins vorgesehen wird.
Im Folgenden wird anhand der 3 bis 12 der Aufbau einer der Schienenanordnungen näher erläutert.
Die in 9 einzeln dargestellte Oberschenkelschiene 6 weist einen scheibenförmigen Endabschnitt 19 auf, der denjenigen Teil der Gelenkeinrichtung 11 darstellt, der dem Knie am nächsten ist. Von diesem Endabschnitt 19 erstrecken sich drei hülsenförmige Abstandshalter 20 (6 und 7) seitlich nach außen, die im Randbereich des scheibenförmigen Endabschnitts 19 an diesem befestigt sind.
Auf den Abstandshaltern 20 liegt eine erste, ebene Haltescheibe 21 (11) auf, die von den Abstandshaltern 20 parallel zum scheibenförmigen Endabschnitt 19 und auf Abstand zu diesem gehalten wird.
Zwischen dem scheibenförmigen Endabschnitt 19 und der ersten Haltescheibe 21 wird somit ein erster Freiraum 22 geschaffen, der zur Aufnahme von drei Zahnrädern 24, 25, 26 dient. Diese drei Zahnräder sind Teil eines Getriebes, das später noch näher erläutert wird.
Wie aus 11 ersichtlich, weist die erste Haltescheibe 21 eine zentrale Bohrung 27 auf, durch die eine zentrale Welle 28 (7) hindurchgeführt werden kann. Randnahe Bohrungen 29 dienen zum Hindurchführen nicht dargestellter Befestigungsschrauben, die durch die Abstandshalter 20 hindurchgeführt und am scheibenförmigen Endabschnitt 19 der Oberschenkelschiene 6 befestigt sind.
Von der ersten Haltescheibe 21 erstrecken sich zwei weitere hülsenförmige Abstandshalter 30 seitlich nach außen, wobei die beiden Abstandshalter 30 mit zwei von den drei Abstandshalter 29 fluchten. Die Abstandshalter 30 halten, wie aus 7 ersichtlich, eine zweite, ebene Haltescheibe 31 auf Abstand zur ersten Haltescheibe 21, so dass dazwischen ein zweiter Freiraum 32 geschaffen wird.
Die zweite Haltescheibe 31 ist in 10 dargestellt. Wie ersichtlich, weist die zweite Haltescheibe 31 eine zentrale Bohrung 33 auf, die zur Bohrung 27 der ersten Haltescheibe 21 fluchtet und zum Hindurchführen und drehbaren Lagerung der zentralen Welle 28 dient. Zwei randnahe Bohrungen 34 dienen zum Hindurchführen der Befestigungsschrauben, die sich durch die Abstandshalter 30, die erste Haltescheibe 21 und die Abstandshalter 20 hindurch erstrecken.
Die zentrale Welle 28 erstreckt sich über die zweite Haltescheibe 31 hinaus seitlich nach außen und ist dort mit einem scheibenförmigen proximalen Endabschnitt 35 der Unterschenkelschiene 10 (8) drehfest verbunden. Die Unterschenkelschiene 10 ist somit mittels der zentralen Welle 28 schwenkbar an einer Haltestruktur gelagert, die fest mit der Oberschenkelschiene 6 verbunden ist und den scheibenförmigen Endabschnitt 19, die erste und zweite Haltescheibe 21, 31 sowie der Abstandshalter 20, 30 umfasst.
Das knienahe Ende der zentralen Welle 28 ist weiterhin in einer zentralen Bohrung 36 (9) des scheibenförmigen Endabschnitts 19 der Oberschenkelschiene 6 drehbar gelagert.
Das im ersten Freiraum 22 angeordnete Getriebe umfasst ein Antriebszahnrad 24, das drehfest auf der zentralen Welle 28 angeordnet ist. Es handelt sich hierbei um das größte Zahnrad des Getriebes und hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel dreißig Zähne. Dieses Antriebszahnrad 24 ist mit einem zweiten Zahnrad 25 in Eingriff, das um eine zur Schwenkachse 14 parallele Drehachse 37 drehbar ist. Das zweite Zahnrad 25 weist eine geringere Anzahl von Zähnen als das Antriebszahnrad 24 auf, beispielsweise fünfzehn Zähne. Weiterhin ist das zweite Zahnrad 25 einerseits in der ersten Haltescheibe 21 und andererseits im scheibenförmigen Endabschnitt 19 der Oberschenkelschiene 6 drehbar gelagert, wozu diese eine entsprechende Lagerbohrung 38 (9) aufweist. Das Übersetzungsverhältnis zwischen zweitem Zahnrad 25 und Antriebszahnrad 24 beträgt 1:2, d. h. das zweite Zahnrad 25 dreht sich doppelt so schnell wie das Antriebszahnrad 24 bzw. die zentrale Welle 28.
Das dritte Zahnrad 26, das auch als Abtriebszahnrad bezeichnet werden kann und das letzte Zahnrad im Getriebestrang darstellt, ist wiederum um eine Drehachse 39 drehbar, die parallel zur Drehachse 37 ist. Das dritte Zahnrad 26 ist wiederum einerseits in der ersten Haltescheibe 21 und andererseits im scheibenförmigen Endabschnitt 19 der Oberschenkelschiene 6 drehbar gelagert, die hierzu eine Lagerbohrung 40 aufweist (9). Das dritte Zahnrad 26 ist mit dem zweiten Zahnrad 25 in Eingriff und wird von diesem angetrieben. Weiterhin hat das dritte Zahnrad 26 im vorliegenden Ausführungsbeispiel die gleiche Zähnezahl wie das zweite Zahnrad 25, so dass sich das dritte Zahnrad 26 ebenfalls mit der doppelten Geschwindigkeit wie das Antriebszahnrad 25 und in gleicher Richtung dreht.
Die Lagerung des dritten Zahnrads 26 in der ersten Haltescheibe 21 erfolgt mittels einer Welle 41, die sich durch eine Bohrung 42 (11) der ersten Haltescheibe 21 hindurch nach außen erstreckt und über die erste Haltescheibe 21 übersteht.
Am freien Ende der Welle 41 ist, wie aus den 5 und 7 ersichtlich, ein als Schwenkhebel ausgebildetes Federhalteelement 43 drehfest befestigt. Ein Drehen der Welle 41 bewirkt somit eine entsprechende Schwenkbewegung des Federhalteelements 43. Das Federhalteelement 43 besteht, wie aus 12 ersichtlich, aus einem gebogenen bzw. L-förmig abgewinkelten Hebel, wobei die Welle 41 mit einem Endbereich des Hebels gekoppelt ist. Im gegenüberliegenden Endbereich des Federhalteelements 43 weist das Federhalteelement 43 ein Kopplungsmittel auf, das im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem seitlich vorragenden Stift 44 (7) besteht, an dem ein Ende einer Feder 45 befestigt werden kann.
Bei der Feder 45 handelt es sich um eine auf Zug beanspruchbare Schraubenfeder.
Wie weiterhin aus den 5 und 7 ersichtlich, ist der Translationsarm 9 ebenfalls im zweiten Freiraum 32 angeordnet und endseitig auf der zentralen Welle 28 frei drehbar gelagert. Der Translationsarm 9 weist ein Kopplungsmittel in der Form eines Stifts 46 auf, das zum Befestigen des zweiten Endes der Feder 45 dient. Der Stift 46 und damit der Anlenkpunkt der Feder 45 ist beabstandet zur Schwenkachse 14 des Translationsarms 9 angeordnet, so dass durch die Zugkraft der Feder 45 ein Drehmoment auf den Translationsarm 9 ausgeübt wird, das gemäß der Darstellung in 5 versucht, den Translationsarm 9 im Gegenuhrzeigersinn um die zentrale Welle 28 herum zu drehen.
Die Kraft, mit welcher die Feder 45 den Translationsarm 9 zu drehen versucht, ist dabei vom Winkel abhängig, welchen die Feder 45 bzw. die Federkraft zum Translationsarm 9 einnimmt. Verläuft die Richtung der Federkraft senkrecht zur Längsrichtung des Translationsarms 9, d. h. tangential zu einem Kreis, den ein erster Federanlenkpunkt 47 (Stift 46) um die Schwenkachse 14 herum beschreibt, ist die Schwenkkraft maximal. Je weiter dieser Winkel von 90° entfernt ist, umso mehr nimmt die Schwenkkraft ab. Dieser Umstand wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Knieorthese genutzt, um eine vom Beugewinkel des Unterschenkels 3 relativ zum Oberschenkel abhängige Translationskraft 5 auf den proximalen Endbereich des Unterschenkels 3 aufzubringen.
Dies wird im Folgenden anhand der 13 bis 15 näher erläutert, welche die Translationskrafterzeugungseinrichtung in unterschiedlichen Winkelstellungen des Translationsarms 9 zeigt. Da die durch den Translationsarm 9 aufgebrachte, in ventraler Richtung wirkende Translationskraft 5 nur zu einer geringen Relativbewegung zwischen dem Translationsarm 9 und der Unterschenkelschiene 10 führt, entspricht die in den 13 bis 15 gezeigte Schwenkbewegung des Translationsarms 9 auch weitgehend der Schwenkbewegung der nicht dargestellten Unterschenkelschiene 10.
In 13 ist die Translationskrafterzeugungseinrichtung in einer Stellung gezeigt, die sie bei gestrecktem Bein, d. h. bei voller Extension, einnimmt, wobei die nicht dargestellte Unterschenkelschiene zumindest weitgehend vertikal ausgerichtet ist. Die in 13 ebenfalls nicht dargestellte Oberschenkelschiene 6 würde dabei zumindest im Wesentlichen von der zentralen Welle 28 vertikal nach oben verlaufen.
In 13 sind das Antriebszahnrad 24, das drehfest mit der zentralen Welle 28 und damit mit der Unterschenkelschiene 10 verbunden ist, das zweite Zahnrad 25, das dritte Zahnrad 26, das drehfest mit dem dritten Zahnrad 26 gekoppelte Federhalteelement 43, die Feder 45 sowie der Translationsarm 9 schematisch dargestellt. Das Federhalteelement 43 ist derart ausgerichtet, dass die Kraftrichtung der Federkraft F_F zum Translationsarm 9 einen Winkel β1 einnimmt, der wesentlich kleiner als 90°, beispielsweise 20–50°, ist. Aufgrund dieser Ausrichtung ist derjenige Anteil F_x der Federkraft F_F, der senkrecht zum Translationsarm 9 verläuft und eine Schwenkbewegung des Translationsarms 9 bewirken kann, klein, während der nicht schwenkwirksame Anteil F_y, der parallel zum Translationsarm 9 verläuft, relativ groß ist. In dieser Stellung, die einem gestreckten Bein entspricht, wird somit lediglich eine relativ kleine Translationskraft 5 erzeugt.
14 zeigt eine Stellung, in welcher der Unterschenkel 3 in einem Winkel von 45° relativ zum Oberschenkel 1 abgewinkelt ist. In diesem Beugezustand des Unterschenkels 3 ist die Unterschenkelschiene 10 ebenfalls um 45° geschwenkt. Gleichzeitig wurde der Translationsarm 9 mittels der Unterschenkelschale 15 bzw. mittels des Bolzens 7 ebenfalls um etwa 45° geschwenkt, wie durch den Pfeil 49 in den 13 und 14 angedeutet ist. Das Schwenken der Unterschenkelschiene 10 bewirkt aufgrund der drehfesten Verbindung mit der zentralen Welle 28 eine entsprechende Drehung des Antriebszahnrads 24. Diese Drehung wird über das zweite Zahnrad 25 auf das dritte Zahnrad 26 übertragen, das aufgrund des Übersetzungsverhältnisses 1:2 um den doppelten Winkelbetrag gedreht wird, d. h. um 90°. Das Federhalteelement 43 wird somit ebenfalls um 90° geschwenkt. Der zweite Federanlenkpunkt 48 wird dabei relativ zum ersten Federanlenkpunkt 47 derart verlagert, dass die Federkraft F_F derart verläuft, dass sie mit dem Translationsarm 9 einen Winkel β2 einnimmt, der zwischen dem Winkel β1 und 90° liegt und im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 70° beträgt. Derjenige Anteil F_x der Federkraft F_F, der senkrecht zum Translationsarm 9 verläuft, erhöht sich hierdurch entsprechend, während der Anteil F_y abnimmt. Die wirksame Translationskraft 5 steigt dadurch entsprechend an.
15 zeigt eine Stellung, in welcher der Unterschenkel 3 in einem Winkel von 90° relativ zum Oberschenkel 1 gebeugt ist. Der Translationsarm 9 befindet sich daher ebenfalls in einer im Vergleich zu 13 um 90° verschwenkten Stellung. In dieser Stellung hat die Unterschenkelschiene 10 das Federhalteelement 43 über die zentrale Welle 28 und die Zahnräder 24–26 um 180° verschwenkt. Hierdurch wurde der zweite Federanlenkpunkt 48 derart relativ zum ersten Federanlenkpunkt 47 verlagert, dass die Federkraft F_F senkrecht zum Translationsarm 9 verläuft. Der Winkel β3 beträgt somit 90°. Die Translationskraft 5 ist maximal.
Aufgrund einer derartigen Verlagerung des zweiten Federanlenkpunkts 48 relativ zum ersten Federanlenkpunkt 47 lässt sich auf einfache Weise eine beugewinkelabhängige Veränderung der Translationskraft 5 bewerkstelligen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dabei die Veränderung der Translationskraft 5 allein durch eine Änderung der Richtung bewirkt, in welcher die Feder 45 am Translationsarm 9 angreift. Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, dass bei einer Flexion bzw. Extension des Kniegelenks auch der gegenseitige Abstand der beiden Federanlenkpunkte 47, 48 verändert wird, wodurch die Translationskraft 5 ebenfalls in Abhängigkeit des Beugewinkels verändert werden kann.
Während im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Knieorthese beschrieben worden ist, bei der die nach vorn wirkende Translationskraft 5 mit zunehmender Beugung des Knies erhöht wird, ist das Prinzip der Erfindung auch bei Knieorthesen anwendbar, bei denen sich eine nach hinten gerichtete Translationskraft mit zunehmender Beugung des Knies erhöht. Grundsätzlich können, je nachdem, wie der zweite Federanlenkpunkt 48 relativ zum ersten Federanlenkpunkt 47 verlagert wird, beliebige dynamische Kraftverläufe in Abhängigkeit des Beugewinkels realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1114619 A1 [0004]
WO 2004/056293 A1 [0005]

Claims

Knieorthese zum Aufbringen einer nach vorn oder hinten gerichteten Translationskraft (5) auf einen proximalen Abschnitt eines Unterschenkels (3), mit mindestens einer Schienenanordnung, die umfasst: – eine Oberschenkelschiene (6), die mittels einer Oberschenkelbefestigungseinrichtung (7) am Oberschenkel (1) befestigbar ist, – eine Unterschenkelschiene (10), die mittels einer Unterschenkelbefestigungseinrichtung (12) am Unterschenkel (3) befestigbar ist, – eine Gelenkeinrichtung (11) zur gelenkigen Verbindung der Unterschenkelschiene (10) mit der Oberschenkelschiene (6), – eine Translationskraftaufbringungseinrichtung zum Aufbringen der nach vorn oder hinten gerichteten Translationskraft (5) auf den proximalen Abschnitt des Unterschenkels (3), – wobei die Translationskraftaufbringungseinrichtung aufweist: – einen schwenkbaren Translationsarm (9), der sich von der Gelenkeinrichtung (11) distal erstreckt und mit der Unterschenkelbefestigungseinrichtung (12) in einem knienahen Bereich in Kopplungseingriff ist, und – eine Feder (45) zur Erzeugung der Translationskraft (5), wobei die Feder (45) einerseits mit dem Translationsarm (9) und andererseits mittels eines Federhalteelements (43) mit der Unterschenkelschiene (10) in Wirkverbindung ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Federhalteelement (43) relativ zur Unterschenkelschiene (10) bewegbar und mittels eines Getriebes mit der Unterschenkelschiene (10) derart bewegungsgekoppelt ist, dass durch die Schwenkbewegung der Unterschenkelschiene (10) eine Zwangsänderung der Relativposition des Federhalteelements (43) relativ zum Translationsarm (9) erfolgt.
Knieorthese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federhalteelement (43) mit der Unterschenkelschiene (10) derart bewegungsgekoppelt ist, dass bei zunehmender Flexion der Knieorthese die nach vorn gerichtete Translationskraft (5) zunimmt.
Knieorthese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federhalteelement (43) zwischen einer ersten Position, in der die Federkraft (F_F) parallel oder schräg zur Längsrichtung des Translationsarms (9) gerichtet ist, und weiteren Positionen schwenkbar ist, in denen sich der Winkel (β) zwischen Federkraft (F_F) und Translationsarm (9) zunehmend 90° annähert.
Knieorthese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federhalteelement (43) aus einem Schwenkhebel und das Getriebe aus einem Übersetzungsgetriebe bestehen, das die Winkelgeschwindigkeit der Unterschenkelschiene (10) in einem vorbestimmten Verhältnis auf den Schwenkhebel überträgt.
Knieorthese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (45) mit einem ersten Ende am Translationsarm (9) und mit einem zweiten Ende am Federhalteelement (43) befestigt ist.
Knieorthese nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Translationsarm (9) eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Befestigungseinrichtungen zum Befestigen der Feder (45) aufweist.
Knieorthese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federhalteelement (43) an einem Zahnrad (26) befestigt ist, das über das Getriebe mit der Unterschenkelschiene (10) drehgekoppelt ist.
Knieorthese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkeinrichtung (11) eine fest mit der Oberschenkelschiene (6) verbundene Haltestruktur umfasst, in der die Unterschenkelschiene (10) mittels einer Welle (28) schwenkbar gelagert ist, mit der die Unterschenkelschiene (10) drehgekoppelt und die als Antriebswelle für ein Antriebszahnrad (24) des Getriebes ausgebildet ist.