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Die Erfindung beschreibt ein polyzentrisches Dreh-Gleitgelenk für eine Knieorthese sowie eine Knieorthese mit zwei derartigen Dreh- Gleitgelenken.
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Beispielhaft aus der
DE 10 2006 021 789 A1 ist eine Gelenkorthese mit einem Oberteil und einem Unterteil, die über eine Gelenkeinrichtung um zumindest eine Schwenkachse schwenkbar miteinander verbunden sind, aufgebaut aus zwei Lagerscheiben, die beidseitig an den Schienen anliegen. Die Lagerscheiben sind über Schrauben und Muttern miteinander gekoppelt, wobei die Schrauben einen Lagerbolzen ausbilden, der durch Bohrungen in den Schienen hindurchgeht. Die Lagerscheiben weisen ebenfalls Durchgangsbohrungen auf, sodass zwei Schwenkachsen für die Schienen ausgebildet werden. Die Schienen weisen Verzahnungen auf, die miteinander kämmen, um eine synchronisierte Verschwenkbewegung zwischen dem Oberteil und dem Unterteil zu realisieren. Nachteil dieser Ausgestaltung, wie auch vieler anderer allgemeinbekannter fachüblicher Ausgestaltungen, ist, dass die dort vorgesehenen Gelenke eine physiologische Bewegung eines Kniegelenks, insbesondere ab einem Beugungsübergangswinkel von ca. 30°, nicht mehr realisieren können. Die Dreh-Gleitbewegung des Kniegelenks ab diesem Beugungsübergangswinkel möglichst anatomisch korrekt abzubilden, ist eine stetige Anforderung, insbesondere da, durch eine erzwungene fehlerhafte Bewegung, die Funktion und gewünschte Wirkung einer Knieorthese nicht realisiert wird.
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Aus der
DE 196 05 734 A1 ist eine Kniegelenkorthese bekannt mit einem Unterschenkelteil, einem Oberschenkelteil sowie einem lateralen und einem medialen Orthesengelenk, die das Unterschenkelteil und das Oberschenkelteil miteinander verbinden, wobei das laterale Orthesengelenk von einem Gelenk gebildet ist, das besteht aus zwei ineinandergreifenden Zahnrädern, deren Achsen beidseitig mit jeweils einer Gelenkplatte fest verbunden sind, wobei jedes der beiden Zahnräder jeweils eine Strebe aufweist, die zur festen Verbindung des lateralen Orthesengelenks mit dem Unterschenkelteil und dem Oberschenkelteil dient, das mediale Orthesengelenk von einem einachsigen Gelenk gebildet ist, das besteht aus einem U-förmigen Oberteil, das ein Unterteil umfaßt, wobei Oberteil und Unterteil gelenkig durch einen Zapfen miteinander verbunden sind.
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Die
DE 199 45 829 A1 offenbart ein Knieorthesengelenk mit Befestigungsmitteln für das Ober- und Unterschenkelteil einer Orthese, die über mindestens eine zweiteilige Schiene den Ober- und Unterschenkel verbindet, wobei ein Ober- und Unterschenkelteil aufeinander abrollen, wobei die gelenkbildenden Bahnkurven eines Oberschenkelteiles und Unterschenkelteiles zur Gewährleistung des notwendigen Formschlusses über einen Steg mit Führungen verbunden sind. Der Steg ist mittels eines Lagerzapfens am Oberschenkelteil gelagert und durch die Führungszapfen und die Führungen am Oberschenkelteil oder Unterschenkelteil oder Steg mit einem Ober- und Unterschenkelteil verbunden, so daß eine kinematisch zwangsgeführte Bewegung eines Ober- und Unterschenkelteiles erfolgt.
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Die
DE 10 2004 046 743 A1 offenbart eine Knieorthese mit einem femuralen und einem tibialen Orthesenteil, die über seitliche Gelenke miteinander verbunden sind, wobei die Abwinklung der Gelenke jeweils durch zwei Führungsbahnen, insbesondere Führungsschlitze, einerseits und diesen jeweils zugeordnete Nocken, insbesondere Stiftfolger, andererseits definiert ist, wobei die Führungsbahnen, insbesondere Führungsschlitze, sich längs zweier sich in einem Punkt schneidender Rastpolkurven, insbesondere Rastpolkreise, erstrecken.
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In Kenntnis des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gelenk für eine Knieorthese und eine Knieorthese hiermit vorzustellen, wobei das Gelenk die physiologische Bewegung des Kniegelenks auch ab dem Beugungsübergangswinkel verbessert nachbildet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Dreh- Gleitgelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Knieorthese gemäß Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Erfindung beschreibt ein polyzentrisches Dreh- Gleitgelenk mit einem ersten und einem zweiten Gelenkarm und mit zwei Lagerscheiben, zwischen denen die jeweiligen Endabschnitte der Gelenkarme angeordnet sind, mit einer Anfangslage der beiden Gelenkarme, bei der diese zueinander fluchtend eine Linie bilden, und mit einer Endlage, bei der die beiden Gelenkarme zueinander einen Endwinkel einschließen, wobei der erste Gelenkarm in seinem ersten Endabschnitt eine erste Verzahnung und der zweite Gelenkarm in seinem dem ersten Endabschnitt des ersten Gelenkarms zugwandten zweiten Endabschnitt eine zweite Verzahnung aufweist, wobei die erste und zweite Verzahnung ineinandergreifen und wobei bei einer Drehung des jeweiligen Gelenkarmes aus der Anfangslage bis in einen Bereich eines jeweiligen Übergangswinkels diese Drehung um eine erste Drehachse erfolgt und ab dem Bereich des Übergangswinkels die Drehung in eine Drehung um eine zweite Drehachse übergeht. Hierbei weist jeder Endabschnitt eine Ausnehmung auf, in der ein darin beweglicher Formkörper angeordnet ist, durch den sowohl die jeweils zugeordnete erste wie auch die zweite Drehachse verläuft. Weiterhin ist der jeweilige Formkörper dann mit den Lagerscheiben drehbar um die erste Drehachse mechanisch verbunden, wobei dieser Formkörper bei der Drehung um die erste Drehachse eine erste Position in der Ausnehmung einnimmt und der Formkörper bei einer Drehung um die zweite Drehachse mit einer ersten Gleitfläche entlang einer zweiten Gleitfläche des Gelenkarms, korrespondierend zur zugeordneten Verzahnung des jeweiligen Gelenkarms, seine Position gleitend verschiebt.
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Vorteilhafterweise beträgt der jeweilige Übergangswinkel 25° und der Bereich des Übergangswinkels ± 8° insbesondere ± 4°. Der Übergangswinkel kann für beide Gelenkarme gleich sein. Für eine besonders präzise Annäherung an die physiologische Bewegung des Kniegelenks können die Übergangswinkel beider Gelenkarme unterschiedlich sein. Es ist nicht zwangsläufig notwendig, dass die Summe der Übergangswinkel gleich dem o.g. Beugungsübergangswinkel des Übergangs in die Dreh-Gleitbewegung entspricht, da dieser Übergang stetig erfolgt und somit auch mit den genannten Übergangswinkeln eine sehr gute Annährung an die physiologische Bewegung des Kniegelenks erfolgt.
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Es ist bevorzugt, wenn die Zähne der jeweiligen Verzahnung einer hyperbel- oder parabelartigen Kurve folgen, wobei die jeweiligen Scheitelpunkte der Kurve einander in der Anfangslage gegenüberstehen.
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Zur Erhöhung der Präzision des Übergangs von der ersten zur zweiten Drehachse kann es vorteilhaft sein, wenn eine Führungseinrichtung angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, im Bereich des Übergangswinkels den Wechsel der Drehung von der ersten zur zweiten Drehachse zu erzwingen. Diese ist bevorzugt ausgebildet als ein erster Zapfen, der aus dem Endabschnitt des jeweiligen Gelenkarms in Richtung der Lagerscheibe hervorsteht und wobei die Lagerscheibe eine erste Führungsnut für diesen ersten Zapfen aufweist, oder als ein erster Zapfen der aus der Lagerscheibe in Richtung des zugeordneten Gelenkarms hervorsteht und wobei dieser Gelenkarm eine erste Führungsnut für diesen ersten Zapfen aufweist.
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Hierbei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Formkörper einen zweiten Zapfen aufweist, durch den die zweite Drehachse verläuft und der in einer zugeordneten zweiten Führungsnut der Lagerscheibe angeordnet ist, wobei dieser zweite Zapfen dazu ausgebildet ist, bei der Drehung um die erste Drehachse von einer Anfangs- zu einer Endposition zu gleiten und bei der Drehung um die zweite Drehachse in dieser Endposition zu verharren.
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Die Erfindung beschreibt weiterhin eine Knieorthese mit zwei dieser erfindungsgemäßen Dreh- Gleitgelenke, mit einer ansonsten fachüblichen Oberschenkelmanschette und einer ebenso fachüblichen Unterschenkelmanschette, wobei die Oberschenkelmanschette mit der Unterschenkelmanschette mit den Dreh-Gleitgelenken verbunden und dazu ausgebildet ist, dass die physiologische Bewegung eines mit dieser Knieorthese stabilisierten Kniegelenks ermöglicht ist.
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Vorteilhafterweise weist die Oberschenkelmanschette, wie auch die Unterschenkelmanschette, Fixiereinrichtungen zur Fixierung der Knieorthese auf.
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Alle hier im Singular genannten Merkmale können selbstverständlich, soweit technisch möglich und vorteilhaft, auch mehrfach vorhanden sein. Es versteht sich weiterhin, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung, gleich ob sie im Rahmen des Dreh-Gleitgelenks oder der Knieorthese genannt sind, einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend genannten und erläuterten, sich nicht selbstverständlich ausschließenden, Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar.
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Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung oder von Teilen hiervon. Dabei zeigt:
- 1 eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen polyzentrischen Dreh-Gleitgelenks.
- 2 die Komponenten dieses polyzentrischen Dreh-Gleitgelenks.
- 3 bis 5 das polyzentrische Dreh-Gleitgelenk in verschiedenen Winkelpositionen der Gelenkarme zueinander.
- 6 verschiedene Bewegungswinkel anhand eines Ausschnitts des polyzentrischen Dreh-Gleitgelenks.
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1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen polyzentrischen Dreh-Gleitgelenks für eine erfindungsgemäße Knieorthese eines menschlichen Patienten bzw. Trägers der Knieorthese, während 2 die Komponenten dieses polyzentrischen Dreh-Gleitgelenks in unmontiertem Zustand zeigt. Dargestellt sind hier ein erster Gelenkarm 1, der dem Oberschenkel eines Trägers einer hiermit hergestellten Knieorthese zugeordnet ist, sowie ein zweiter Gelenkarm 2, der dem Unterschenkel des Trägers zugeordnet ist. Beide Gelenkarme 1, 2 sind grundsätzlich spiegelbildlich zueinander aufgebaut, weshalb im Folgenden, wie auch in den weiteren Figuren, soweit nicht das Zusammenwirken der beiden Gelenkarme 1, 2 beschrieben wird, sich die Beschreibung auf einen Gelenkarm beschränkt.
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Der Gelenkarm 1, 2 weist einen Endabschnitt 10, 20 auf, der seinerseits eine Verzahnung 100, 200 aufweist, wobei eine erste Verzahnung 100 an dem ersten Gelenkarm 1 angeordnet ist sowie eine zweite 200 an dem zweiten Gelenkarm 2 und beide Verzahnungen 100, 200 derart ausgebildet sind, dass sie ineinandergreifen. Die Anordnung der Zähne der jeweiligen Verzahnung 100, 200 weist hier einen hyperbelartigen Kurvenverlauf auf. In anderen Worten sitzen die Zähne auf einer hyperbelartigen Kurve. Die jeweiligen Scheitelpunkte der Kurven stehen hierbei einander in der Anfangslage der beiden Gelenkarme 1, 2 gegenüber.
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Der Gelenkarm 1, 2 weist in seinem Endabschnitt 10, 20 eine Ausnehmung 12, 22 auf in der ein darin beweglicher Formkörper 4 angeordnet ist. Aus Gründen der Überschicht und zur Verdeutlichung seiner Ausgestaltung ist der Formkörper 4 des zweiten Gelenkarms 2 hier außerhalb der zugeordneten Ausnehmung 22 dargestellt. Durch den Formkörper 4 verlaufen sowohl die erste D1, D3 wie auch die zweite Drehachse D2, D4 der Bewegung des Gelenkarms 1, 2.
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Der Formkörper 4 weist weiterhin eine erste Gleitfläche 420 auf, die einer zweiten Gleitfläche 220 des Gelenkarms 2, angeordnet in der Ausnehmung 22, zugeordnet ist. Die Bewegung wird bei den weiteren Figuren ausführlicher beschrieben. Weiterhin weist der Gelenkarm 1, 2 einen ersten Zapfen 134, 234 einer Führungseinrichtung auf, dessen Wirkungsweise ebenfalls bei den weiteren Figuren beschrieben wird.
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Weiterhin dargestellt ist eine Lagerschale 3, wobei eine zweite grundsätzlich identisch zu dieser vorhanden ist. Zwischen diesen Lagerschalen 3 sind die Endabschnitte 10, 20 der Gelenkarme 1, 2 angeordnet. Die Lagerschale 3 weist eine, hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit, durchgehende erste Führungsnut 34 der Führungseinrichtung auf, in der der erste Zapfen 134, 234 geführt wird.
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Die Lagerschale 3 weist weiterhin eine zweite, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, nicht durchgehende Führungsnut 32 auf, die dazu ausgebildet ist, einen zweiten Zapfen 432, denjenigen des zugeordneten Formkörpers 4, aufzunehmen.
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Dargestellt ist weiterhin eine, beispielhaft nur dem zweiten Gelenkarm 2 zugeordnete, Vertiefung 300 der Lagerscheibe 3 in der der Formkörper 4, der dazu eine größere Dicke als der Gelenkarm 2 aufweist, teilweise angeordnet ist. Diese Vertiefung 300 dient ebenfalls der Beschränkung der Beweglichkeit des Formkörpers 4.
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3 bis 5 zeigen das polyzentrische Dreh-Gleitgelenk gemäß 1 und 2 in verschiedenen Winkelpositionen der Gelenkarme 1, 2 zueinander. Bezüglich der Bezugszeichen wird insbesondere auf 2 verwiesen.
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In 3 ist das polyzentrische Dreh-Gleitgelenk in einer Anfangslage mit zwei fluchtenden Gelenkarmen 1, 2 und nur einer der beiden Lagerschalen 3, dargestellt. Dies entspricht in der Anwendung einer damit hergestellten Knieorthese dem Stehen des Patienten, ohne dass das Bein abgewinkelt ist. Es ist hier ersichtlich, wie die beiden Verzahnungen 100, 200 der Endabschnitte 10, 20 der Gelenkarme 1, 2 ineinandergreifen und somit bei einer Bewegung, vgl. auch 4 und 5, zusammenwirken und die Gelenkarme 1, 2 gegenüber der Lagerschale 3, bzw. präziser gegenüber den Lagerschalen, gekoppelt beweglich sind. Die Zähne dienen hier im Wesentlichen der Kopplung der Bewegung, weniger der Führung dieser Bewegung.
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Dargestellt ist hier die Führungseinrichtung mit einem ersten Zapfen 134, 234 des Gelenkarms 1, 2, der in Richtung der Lagerscheibe 3 hervorsteht, und der zugeordneten ersten Führungsnut 34 der Lagerscheibe 3. Der erste Zapfen 134, 234 befindet sich hier in einer ersten Position in der ersten Führungsnut 34.
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Weiterhin dargestellt ist der Formkörper 4, der sowohl um die erste Drehachse D1, D3 wie auch gegenüber der Lagerscheibe 3 drehbar, um diese erste Drehachse D1, D3 angeordnet ist. Seine Drehbewegung gegenüber der Lagerscheibe 3 ist eingeschränkt, da er einen zweiten Zapfen 432 aufweist, der in der zweiten Führungsnut 32 beweglich angeordnet ist. Durch diesen zweiten Zapfen 432 verläuft zudem die zweite Drehachse D2, D4. Der zweite Zapfen 432 befindet sich hier in seiner Anfangsposition in der zweiten Führungsnut 32.
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In 4 ist das polyzentrische Dreh-Gleitgelenk dargestellt, wobei die beiden Gelenkarme 1, 2 gegenüber der Lagerscheibe 3 bis zum Übergangswinkel um die jeweilige erste Drehachse D1, D3 verdreht sind. Dies entspricht in der Anwendung einer damit hergestellten Knieorthese dem Abwinkeln des Kniegelenks des Patienten bis zum Beugungsübergangswinkel oder auch bis zu vorzugsweise 10° darüber hinaus.
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Es ist wiederum ersichtlich, wie die beiden Verzahnungen 100, 200 der Endabschnitte 10, 20 der Gelenkarme 1 ,2 ineinandergreifen und somit bei einer Bewegung zusammenwirken und die Gelenkarme 1, 2 gegenüber der Lagerschale 3 gekoppelt beweglich sind.
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Dargestellt ist weiterhin der erste Zapfen 134, 234 des Gelenkarms 1, 2 der in der zugeordneten ersten Führungsnut 34 der Lagerscheibe 3 einen Teil einer Kreisbahn beschrieben hat. Die erste Führungsnut 34 weist hier einen Knick auf, der dazu führt, dass die Bewegung um die erste Drehachse D1, D3 nicht weiter erfolgen kann. Zudem befindet sich auch der zweite Zapfen 432, derjenige des Formkörpers 4, in seiner Endposition, die ebenfalls und grundsätzlich unabhängig von der Führungseinrichtung mit ersten Zapfen 134, 234 und erster Führungsnut 34, dafür sorgt, dass die Bewegung um die erste Drehachse D1, D3 hier endet. Die Führungseinrichtung mit erstem Zapfen 134, 234 und erster Führungsnut 32, kann insbesondere für einen gleitenden Übergang von der Drehung um die erste Drehachse D1, D3 zu einer Drehung um die zweite Drehachse D2, D4 sorgen.
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In 5 ist das polyzentrische Dreh-Gleitgelenk dargestellt, wobei die beiden Gelenkarme 1, 2 gegenüber der Lagerscheibe 3 über den Übergangswinkel hinaus und nun um die zweite Drehachse D2, D4 verdreht sind. Dies entspricht in der Anwendung einer damit hergestellten Knieorthese dem weiteren Abwinkeln des Kniegelenks des Patienten.
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Es ist wiederum ersichtlich, wie die beiden Verzahnungen 100, 200 der Endabschnitte 10, 20 der Gelenkarme 1, 2 ineinandergreifen und somit bei einer Bewegung zusammenwirken und die Gelenkarme 1 ,2 gegenüber der Lagerschale 3 gekoppelt beweglich sind.
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Dargestellt ist ebenfalls der erste Zapfen 134, 234 des Gelenkarms 1, 2 der in der zugeordneten ersten Führungsnut 34 der Lagerscheibe 3 einen Teil einer weiteren Kreisbahn beschrieben hat, ohne dass die Bewegung der Gelenkarme 1, 2 bereits eine Endlage erreicht hätten. Der zweite Zapfen 432, derjenige des Formkörpers 4, befindet sich nach wie vor in seiner Endposition in der zugeordneten zweiten Führungsnut 32.
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Der Formkörper 4 wurde hierbei in der Ausnehmung 12, 22 des Gelenkarms 1, 2 relativ zu diesem bei der Drehung um die zweite Drehachse D2, D4 mit der ersten Gleitfläche 420 entlang der zweiten Gleitfläche 220 des Gelenkarms 2, korrespondierend zur zugeordneten Verzahnung 100, 200 des jeweiligen Gelenkarms 1, 2, gleitend verschoben.
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6 zeigt verschiedene Drehwinkel W15, W30, W45, W60 anhand eines Ausschnitts des polyzentrischen Dreh-Gleitgelenks. Dargestellt sind Drehwinkel W15, W30, W45, W60 des ersten Gelenkarms 1 relativ zur Lagerscheibe 3 von 0°, 15°, 30°, 45° und 60°. Weiterhin dargestellt ist eine Längsachse des Gelenkarms, die bei 0° Stellung senkrecht auf eine dazu orthogonale Querachse trifft. Dieser Treffpunkt entspricht auch dem Fluchtpunkt der Längsachsen der beiden Gelenkarme 1, 2. Die Bewegung dieses Fluchtpunkts verdeutlicht die Wirkung der Drehung um die beiden Drehachsen D1, D2. Eine Drehbewegung um die erste Drehachse D1, also bis zum Übergangswinkel von hier 30°, resultiert in einer ersten relativen Verschiebung X15, X30 des Fluchtpunktes relative zum Drehwinkel W15, W30, W45, W60, während die Drehbewegung um die zweite Drehachse D2, also ab 30°, in einer zweiten, wesentlich größeren relativen Verschiebung X45, X60 des Fluchtpunkts resultiert. Diese Veränderung der relativen Verschiebung passt somit die Funktion des erfindungsgemäßen polyzentrischen Dreh-Gleitgelenks besonders gut an die physiologische Bewegung des Kniegelenks an, wodurch die Nachteile des o.g. Standes der Technik signifikant verringert werden.
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Es wird hier nochmals ausgehend von 6a über 6b zu 6c sehr deutlich die Bewegung um die erste Drehachse D1 ersichtlich, bei der der zweite Zapfen 432, derjenige des Formkörpers 4, ausgehend von einer Anfangsposition eine Bewegung entlang einer Kreisbahn in seine Endposition beschreibt. Hierbei verharrt der Formkörper 4 in seiner relativen Position zum Gelenkarm 1, während er sich relativ zur Lagerscheibe 3 um die erste Drehachse D1 dreht.
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Am Übergangswinkel, dargestellt in 6c, geht die Drehung um eine erste Drehachse D1 in die Drehung um die zweite Drehachse D2 über.
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Diese Bewegung um die zweite Drehachse D2 ist ausgehend von 6c über 6d zu 6e sehr gut ersichtlich. Hierbei verharrt der zweite Zapfen 432, derjenige des Formkörpers 4, in seiner Endposition. Bei dieser Drehung um die zweite Drehachse D2 verharrt der Formkörper 4 selbst in seiner relativen Position zur Lagerscheibe 3, während seine erste Gleitfläche entlang einer zweiten Gleitfläche des Gelenkarms 1 korrespondierend zur zugeordneten Verzahnung 100 des Gelenkarms 1 die Position gleitend verschiebt.
