DE19645494A1 - Hüftgelenk für eine Reziproke Orthese zur Stabilisierung der unteren Extremitäten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hüftgelenk für eine Reziproke Orthese zur Stabilisierung der unteren Extremitäten, wobei für jede Extremität ein reziprok gekoppeltes Gehgelenk und ein während des Gehens über eine Verriegelungseinrichtung arretierbares Sitzgelenk vorgesehen sind.

Die Orthesen der genannten Gattung sind hüftübergreifende Korsette, welche über eine entsprechende Verbindungsmechanik beide Hüftgelenke derart miteinander koppeln, daß Personen, die unter Lähmungen der unteren Extremitäten leiden, das reziproke Gehen er­ möglicht wird.

Herkömmliche Reziproke Gehorthesen weisen Hüftgelenke auf, die lediglich eine Flexion/Extension der Hüfte zulassen, während beim Gehen normalerweise zur Flexion/Ex­ tension gleichzeitig Bewegungen um die übrigen Raumachsen stattfinden. Diese Ein­ schränkung führt zu einem sogenannten "Robotergang", bei dem das Becken ausschließlich orthogonal zur Bewegungsrichtung orientiert und die für den menschlichen Gang typische Rotation des Beckens in Fortbewegungsrichtung um seine Vertikalachse nicht möglich ist. Es ergeben sich zudem unnötige vertikale Bewegungen des Körperschwerpunktes, verbunden mit erhöhtem Energieverbrauch und mit schädlichen Aufsetzimpulsen der Fersen beim Gehen.

Eine Möglichkeit, eine Annäherung an ein physiologisches Gangbild zu erreichen, ist eine geneigte Anordnung der Achse eines Gehgelenks, um die Bewegungen um alle drei Raum­ achsen miteinander zu koppeln. Eine derartige Lösung, bei der die Achse des Gehgelenks um 45° zur waagerechten Ebene geneigt ist, wurde von David Scrutton in dem Artikel "A Reciprocating Brace with Polyplanar Hip Hinges used on Spina Bifida Children", ver­ öffentlicht, in "Physiotherapy", 1971, Nr. 57, Seite 61ff. Die hier beschriebene Lösung berücksichtigt auch bereits, daß die Neigung der Achse des Gehgelenks die Anordnung eines zusätzlichen Sitzgelenks erforderlich macht, dessen Achse waagerecht angeordnet ist.

Während des Gehens muß das Sitzgelenk im übrigen arretiert sein. Problematisch ist es, daß das Sitzgelenk zum Hinsetzen entriegelt werden muß, wobei dann die Hände gerade in diesem kritischen Moment zum Abstützen des Körpers nicht zur Verfügung stehen. Aufgrund dieses entscheidenden und für den Benutzer gefährlichen Nachteils konnte sich die beschriebene Lösung in der Praxis nicht durchsetzen.

Aus der DE 41 08 863 A1 ist eine Reziproke Gehorthese bekannt geworden, die für jede Extremität lediglich ein Gelenk aufweist, das die Funktionen des Gehens und des Sitzens erfüllen muß. Der Nachteil ist auch hier, daß die Entriegelung des Gelenkes stets direkt erfolgt, wobei abhängig vom Grad der Belastung hohe Schaltkräfte zu überwinden sind.

Außerdem erfolgt bei jeder Entriegelung eine unmittelbare Reaktion des Gelenkes, und die zur Entriegelung benötigten Hände stehen nicht zum Abstützen des Körpers zur Verfügung.

Eine aus der DE 38 21 409 A1 bekannt gewordene Reziproke Gehorthese weist die gleichen Nachteile auf, wie der Gegenstand der vorstehend gewürdigten DE 41 08 863 A1. Die zusätzliche Verriegelung im Kniebereich löst die beschriebenen Probleme nicht.

Eine in der EP 0 704 194 A1 offenbarte Reziproke Orthese weist zwei Gehgelenke als Ersatz für eine schräggestellte Achse auf, auch hier erfolgt folglich jedoch keine Funktionstrennung für die Funktionen Gehen und Sitzen. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß eine Entriegelung zum Hinsetzen auch hier nicht kontrolliert durchgeführt werden kann.

Auch die aus der US 2 573 866 bekannt gewordene Gehorthese weist für jede Extremität nur ein Gehgelenk für die Hüfte auf. Es ergeben sich auch hier die Nachteile, daß die Entriegelung zum Hinsetzen belastungsabhängig ist und daß die Entriegelung stets ohne Verzögerung erfolgt. Die Hände stehen also zum Abstützen des Körpers nicht zur Verfügung.

Alle Lösungsversuche konnten bisher keine sichere Verzögerung der Freigabe des Gelenks erreichen. Durch die DE 43 25 655 A1 ist zwar bereits ein Orthesengelenk mit einer belastungsunabhängigen Entriegelung bekannt geworden, weiches mit geringem Kraftauf­ wand entsperrbar ist. Eine verzögerten Freigabe des Gelenks wird jedoch auch hier nicht erreicht.

Alle bekannten Lösungen weisen den Nachteil auf, daß die verwendeten Schlösser zur Arretierung des orthetischen Hüftgelenks schwierig zu betätigen sind, was insbesondere auch für Kinder ein Problem darstellt. Die Schlösser geben das Gelenk im Moment des Schaltens frei, was zu einem gefährlichen instabilen Stand des Benutzers führt, der insbesondere kritisch ist, da die schaltende Hand zum Festhalten an einer Unterstützung nicht frei ist. Dieses schränkt die Möglichkeiten der Nutzung derartiger Orthesen ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hüftgelenk für eine Reziproke Orthese mit einem Gehgelenk und einem Sitzgelenk so zu gestalten, daß eine Entriegelung des Sitzge­ lenkes nach einer vorherigen Aktivierung zum Hinsetzen selbsttätig erfolgt, so daß die Hände zum Abstützen des Körpers frei sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.

Dadurch, daß die Verriegelungseinrichtung zwei in ihrer Bewegung gekoppelte Verriege­ lungselemente aufweist, mittels der das Sitzgelenk oder das Gehgelenk, die korrespon­ dierende Verriegelungsausnehmungen aufweisen, wechselnd verriegelbar sind, daß akti­ vierbare Betätigungselemente vorgesehen sind, über die die Verriegelungselemente wechselnd im Bereich einer der Verriegelungsausnehmungen entweder des Sitzgelenks oder des Gehgelenks in eine Bereitschaftstellung bringbar sind, während der das verriegelte Sitzgelenk oder das Gehgelenk verriegelt bleibt, und daß bei Erreichen einer vorbestimmten Stellung des jeweils freien Gelenks das Verriegelungselement in dessen Verriegelungsaus­ nehmung eingreifen kann und dann das Gelenk verriegelt, wird erreicht, daß entweder das Sitzgelenk oder das Gehgelenk verriegelt ist, wobei die Entriegelung des Sitzgelenks nach erfolgter Aktivierung der Verriegelungseinrichtung selbsttätig und gleichzeitig mit der in einer bestimmten Position eintretenden Verriegelung des Gehgelenks erfolgt.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, daß die Achse des Gehgelenks zur horizontalen Ebene, d. h. zur Achse des Sitzgelenks geneigt ist, wobei die Achsen des Geh­ gelenks und des Sitzgelenks jeder Extremität durch den Bereich des angenommenen Drehzentrum des Hüftgelenks verlaufen. Vorzugsweise schneiden sich die Achsen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Achse des Gehgelenks zur horizontalen Ebene in einem Winkel von 30° bis 40°, vorzugsweise 35°, geneigt ist. Wie sich gezeigt hat, ist bei einer derartigen Gestaltung der Orthese, verbunden mit dem Vorteil einer einfachen und sicheren Bedienbarkeit, ein besonders günstiger Bewegungsablauf erzielbar.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, daß die Verriegelungseinrichtung als um eine Drehachse verschwenkbarer Riegel mit zwei beidseitig angeordneten Verriege­ lungselementen ausgebildet ist. Außerdem sind die aktivierbaren Betätigungselemente vorzugsweise als Zugfedern ausgebildet, die an dem verschwenkbaren Riegel angreifen, wobei an der einen Zugfeder ein Zug zur Herstellung der Bereitschaftsstellung angeordnet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und werden im fol­ genden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1, eine perspektivische Darstellung eines Hüftgelenks;

Fig. 2, einen Reziprok-Mechanismus einer Orthese beim parallelen Stand;

Fig. 3, den Reziprok-Mechanismus gem. Fig. 2, bei verdrehter Hüfte;

Fig. 4, einen Querschnitt durch ein Hüftgelenk in der Gehstellung;

Fig. 5, das Hüftgelenk gem. Fig. 1, geschaltet für die Sitzstellung;

Fig. 6, das Hüftgelenk gem. Fig. 1, in der Sitzstellung;

Fig. 7, eine Verriegelungseinrichtung in der Gehstellung, in schematischer Darstellung;

Fig. 8, die Verriegelungseinrichtung gem. Fig. 7, geschaltet für die Sitzstellung;

Fig. 9, die Verriegelungseinrichtung gem. Fig. 7, in der Sitzstellung.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Drehzentrum eines Hüftgelenks für eine Reziproke Orthese zur Stabilisierung der unteren Extremitäten bezeichnet. An einem Beckenkorb 2 ist ein Oberteil 3 des Hüftgelenks befestigt, durch das eine in einer horizontalen Ebene verlaufende Achse 4 eines Sitzgelenks 19 hindurchgeführt ist. An der Achse 4 des Sitzgelenks 19 ist außerdem ein Mittelteil 5 des Hüftgelenks angelenkt und so mit dem Oberteil 3 gelenkig verbunden.

Im unteren Bereich des Mittelteils 5 ist ein Gehgelenk 20 angeordnet, dessen Achse 11 in einem Winkel von 30° bis 40°, vorzugsweise 35°, zu der Achse 4 des Sitzgelenks 19 verläuft. Die Achse 4 des Sitzgelenks 19 und die Achse 11 des Gehgelenks 20 schneiden sich im Drehzentrum 1 des Hüftgelenks. Um die Achse 11 des Gehgelenks 20 ist außer dem Mittelteil 5 ein Unterteil 12 des Hüftgelenks verschwenkbar angeordnet. Am Unterteil 12 ist im übrigen eine Oberschenkelschiene 14 befestigt. Am oberen Ende 8 des als zweiseitiger Hebel ausgebildeten Unterteils 12 ist ein Lenker 15 eines Reziprok-Mechanismus an einem Anlenkpunkt 10 angelenkt.

Der Reziprok-Mechanismus weist ein Übertragungsglied 16 auf, das über ein Scharnier 17 mit dem Beckenkorb 2 verbunden ist. Die Übertragungsglieder 16 der Hüftgelenke auf beiden Körperseiten sind über ein angelenktes Übertragungsprofil 18 miteinander verbunden.

In dem Mittelteil 5 des Hüftgelenks ist auf einer Drehachse 21 ein Riegel 6 verschwenkbar gelagert, der zwei Verriegelungselemente 29 und 30 aufweist und eine Verriegelungs­ einrichtung für das Hüftgelenk bildet. Auf der Drehachse 21 des Riegels 6 ist eine Drehfeder 7 angeordnet, die zwischen dem Mittelteil 5 und dem Riegel 6 verspannt ist und auf diesen eine Rücksteilkraft ausübt. Der Riegel 6 greift wechselnd mit seinem Verriegelungselement 29 in eine Ausnehmung 22 im Oberteil 3 des Hüftgelenks oder mit seinem Verriege­ lungselement 30 in eine Ausnehmung 23 im Unterteil 12 des Hüftgelenks ein. An einem Arm 24 des Riegels 6 greift über eine Zugfeder 25 ein Zug 13 an, über den eine Aktivierung des Riegels 6 möglich ist. Der Zug 13 ist durch eine Bohrung 26 im Mittelteil 5 des Hüftgelenks hindurch nach außen in den Griffbereich des Benutzers der Orthese geführt. Am Arm 24 des Riegels 6 greift in entgegengesetzter Richtung zu der über den Zug 13 aktivierbaren Zugfeder 25 eine an das Oberteil 3 des Hüftgelenks geführte und dort befestigte Zugfeder 28 an.

In der in Fig. 4 dargestellten Stellung des Hüftgelenks der Orthese ist das Gehgelenk 20 entriegelt und frei beweglich. Das Sitzgelenk ist durch das in die Ausnehmung 22 ein­ greifende Verriegelungselement 29 des Riegels 6 arretiert. In der Fig. 7 ist der in dieser Position befindliche Riegel 6 vergrößert dargestellt. Hier hält eine Zugfeder 28, die in ihrer Funktion der Drehfeder 7 der in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Lösung entspricht, das Verriegelungselement 29 des Riegels 6 sicher in der Ausnehmung 22, so daß das Sitzgelenk 19 verriegelt ist.

Sofern zum Hinsetzen eine Freigabe des Sitzgelenks 19 erforderlich ist, so wird der Zug 13 betätigt und die Zugfeder 25 unter Spannung gesetzt, die höher ist als die von der Zugfeder 28 bzw. Drehfeder 7 aufgebrachte Gegenkraft. Die Folge ist, daß, wie insbesondere auch aus der Fig. 8 ersichtlich, sich der Riegel 6 mit seinem Verriegelungselement 30 gegen das Unterteil 12 legt. Die Ausnehmung 23 im Unterteil 12 befindet sich jedoch nur bei paralleler Beinstellung im Bereich des Verriegelungselementes 30 des Riegels 6. Das be­ deutet, daß sich das Verriegelungselementes 30 in der Regel, wie in der Fig. 8 dargestellt, lediglich gegen das Unterteil 12 legt, wobei das Verriegelungselement 29 des Riegels 6 vorerst in der Ausnehmung 22 des Sitzgelenks 19 verbleibt.

Das Sitzgelenk 19 bleibt folglich auch weiterhin sicher verriegelt. Das bedeutet, daß nach dem Schaltvorgang der Benutzer seine Hände wieder z. B. an eine Gehhilfe legen und dann die Beine parallel stellen kann. Die Ausnehmung 23 des Unterteils 12 ist so gestaltet, daß erst in exakt dieser Stellung das Verriegelungselement 30 des Riegels 6 in die Ausnehmung 23 des Unterteils 12 eintreten kann. Als Folge wird das Gehgelenk 20 arretiert und gleichzeitig das Sitzgelenk 19 freigegeben, da das Verriegelungselement 29 des Riegels 6 aus der Aus­ nehmung 22 austritt. Diese Stellung des Riegels 6 ist in der Fig. 9 dargestellt. Der Benutzer kann jetzt die Hüfte beugen und sich problemlos, seinen Körper mit beiden Händen sicher abstützend, setzen.

Der Riegel 6 kann im übrigen durchaus durch unterschiedliche Mechanismen realisiert werden, wobei lediglich sichergestellt werden muß, daß der Vorgang der Verriegelung und Entriegelung des Sitzgelenks 19 und des Gehgelenks 20 stets gleichzeitig erfolgt. Wenn erwünscht, kann eine gleichzeitige Entriegelung eines Knieschlosses z. B. über einen mit dem Sitzgelenk 19 verbundenen Bowdenzug erfolgen.

Vor dem Aufstehen erfolgt die dann erforderliche Vorbereitung der Verriegelung des Sitzgelenks 19 und der Entriegelung des Gehgelenks 20 durch Freigabe des Zuges 13. Als Folge wird die Zugfeder 25 entspannt, so daß die Zugfeder 28 den Riegel 6 verschwenken kann. Als Folge wird dessen Verriegelungselement 29 gegen das Oberteil 3 des Hüftgelenks gezogen. Die Verriegelungsausnehmung 22 ist so ausgebildet, daß erst nach dem Aufstehen, sobald die Hüfte gestreckt und das Sitzgelenk 19 entsprechend verschwenkt wird, das Verriegelungselement 29 in die Verriegelungsausnehmung 22 eintreten kann. Das Sitzgelenk 19 wird dann verriegelt, während gleichzeitig erst dann das Gehgelenk 20 vom Verriegelungselement 30 freigegeben wird.

Die reziproke Verbindung der beiden Hüftgelenke der Orthese ist, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, vorzugsweise über einen Hebel-Mechanismus sichergestellt. Die Anlenkung erfolgt dabei in einem Anlenkpunkt 10, der in parallelem Stand auf der Achse des Sitz­ gelenks 19 liegt. Dieses ermöglicht eine Drehung um das Sitzgelenk 19, d. h. ein Beugen der Hüfte zum Setzen, ohne Veränderung des Anlenkpunktes 10. Es ist somit möglich, auf eine Entkoppelung von dem Reziprok-Mechanismus während des Sitzens zu verzichten.

Der Anlenkpunkt 10 ist über einen Lenker 15, der an beiden Enden mit einem Gelenk mit drei Freiheitsgeraden ausgestattet ist, an ein Übertragungsglied 16 gekoppelt. Dieses ist über das Scharnier 17 mit dem Beckenkorb 2 verbunden. Die Übertragungsglieder 16 der Hüftgelenke auf beiden Körperseiten sind über das Übertragungsprofil 18 miteinander verbunden. Bei einer Beugung der einen Hüfte entsteht so eine annähernd laterale Bewegung des Übertragungsprofils 18, das über den contra-lateralen Mechanismus eine Streckung der Hüfte bewirkt und somit den reziproken Gang ermöglicht. Als Alternative ist eine Verbindung über allgemein übliche Bowdenzüge ebenfalls möglich.

Mit der Erfindung wird ein Gelenk, vorzugsweise das Hüftgelenk einer Reziproken Gehorthese, zur Verfügung gestellt, welche eine Schaltung des Gelenks zum Transfer Stehen/Sitzen und umgekehrt mit einer definierten belastungsunabhängigen Kraft ermög­ licht. Die Freigabe des verriegelten Gelenks wird dabei nach dem Schaltvorgang, d. h. nach einer Betätigung des Zuges 13, durch Veränderung der Schrittstellung eingeleitet, so daß die Hände für eine Standsicherung an z. B. einer Gehhilfe zur Verfügung stehen. Dieses wird durch eine Funktionstrennung erreicht, die für die Funktionen Gehen und Sitzen jeweils ein Sitzgelenk 19 und ein Gehgelenk 20 zur Verfügung stellt. Die Arretierung bzw. Freigabe des Sitzgelenks 19 und des Gehgelenks 20 ist in der Form gekoppelt, daß eine gleichzeitige Freigabe beider Gelenke nicht möglich ist. Die Freigabe des Sitzgelenks 19 und die damit gekoppelte Arretierung des Gehgelenks 20 ist nur bei paralleler Beinstellung und bei gestreckter Hüfte möglich. Umgekehrt ist auch die Freigabe des Gehgelenks 20 und die damit gekoppelte Arretierung des Sitzgelenks 19 ebenfalls nur in dieser Haltung möglich. Durch den Schaltvorgang wird lediglich die den Riegel 6 in Position haltende Kraft derart ver­ ändert, daß der Mechanismus bestrebt ist, das jeweils zum Zeitpunkt des Schaltens freie Gelenk zu arretieren.

Durch die Funktionstrennung im Hüftgelenk, d. h. durch Anordnung eines Sitzgelenks 19 und eines Gehgelenks 20, ist es außerdem möglich geworden, die Achse 11 des Gehgelenks 20, vorzugsweise in der Frontalebene, distal zu neigen. Die Achse 11 des Gehgelenks 11 schneidet sich mit der Achse 4 des Sitzgelenks 19 im oder nahe dem Drehzentrum 1 des Hüftgelenks. Eine Drehung der Hüfte um die geneigte Achse 11 bewirkt eine gekoppelte Drehung um alle drei Raumachsen. Die Art der Koppelung wird dabei durch die Lage der Achse 11 des Gehgelenks 20 bestimmt. Je nach Lage der Achse 11 wird ein Beugen der Hüfte z. B. mit extern er Rotation, sowie Abduktion der Hüfte gekoppelt. Umgekehrt kann eine Streckung der Hüfte zu einer internen Rotation, sowie ebenfalls einer Abduktion führen. Das so entstehende Bewegungsmuster der Hüfte ähnelt der eines normalen Bildes weit mehr als die reine Beugung und Streckung und ermöglicht so ein physiologisch günstig es Gangbild. Wie sich gezeigt hat, ist es hier besonders vorteilhaft, wenn die Achse des Gehgelenks zur horizontalen Ebene, d. h. zur Achse des Sitzgelenks, in einem Winkel von 30° bis 40°, vorzugsweise 35°, geneigt ist.

Claims (6)

1. Hüftgelenk für eine Reziproke Orthese zur Stabilisierung der unteren Extremitäten, wobei für jede Extremität ein reziprok gekoppeltes Gehgelenk (20) und ein während des Gehens über eine Verriegelungseinrichtung arretierbares Sitzgelenk (19) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung (Riegel 6) zwei in ihrer Bewegung gekoppelte Verriegelungselemente (29, 30) aufweist, mittels der das Sitzgelenk (19) oder das Gehgelenk (20), die korrespondierende Verriegelungsausnehmungen (22, 23) aufweisen, wechselnd verriegelbar sind, daß aktivierbare Betätigungselemente (25, 28) vorgesehen sind, über die die Verriegelungselemente (29, 30) wechselnd im Bereich einer der Verriegelungsausnehmungen (22, 23) entweder des Sitzgelenks (19) oder des Gehgelenks (20) in eine Bereitschaftsstellung bringbar sind, während der das verriegelte Sitzgelenk (19) oder Gehgelenk (20) verriegelt bleibt, und daß bei Erreichen einer vorbestimmten Stellung des jeweils freien Gelenks (19 oder 20) das Verriegelungselement (29 oder 30) in dessen Verriegelungsausnehmung (22 oder 23) eingreifen kann und dann das Gelenk (19 oder 20) verriegelt, derart, daß entweder das Sitzgelenk (19) oder des Gehgelenk (20) verriegelt ist.

2. Hüftgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (11) des Gehgelenks (20) zur horizontalen Ebene, d. h. zur Achse des Sitzgelenks (19), geneigt ist, wobei die Achsen (11, 4) des Gehgelenks (20) und des Sitzgelenks (19) jeder Extremität durch den Bereich des angenommenen Drehzentrums (1) des Hüftgelenks verlaufen.

3. Hüftgelenk nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (11) des Gehgelenks (20) zur horizontalen Ebene in einem Winkel von 30° bis 40°, geneigt ist.

4. Hüftgelenk nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (11) des Gehgelenkes (20) zur horizontalen Ebene in einem Winkel von 35° geneigt ist.

5. Hüftgelenk nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung als um eine Drehachse (21) verschwenkbarer Riegel (6) mit zwei beidseitig angeordneten Verriegelungselementen (29, 30) ausgebildet ist.

6. Hüftgelenk nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aktivierbaren Betätigungselemente als Zugfedern (25, 28) ausgebildet sind, die an dem verschwenkbaren Riegel (6) angreifen, wobei an der einen Zugfeder (25) ein Zug (13) zur Herstellung der Bereitschaftsstellung angeordnet ist.