DE19945829A1 - Knee orthesis joint with thigh and lower leg parts, has bridge piece, guides, bearing pin, and guide pins - Google Patents

Knee orthesis joint with thigh and lower leg parts, has bridge piece, guides, bearing pin, and guide pins

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Abstract

The thigh and lower leg part of the orthesis are joined by at least one two-part rail (1,2). The trajectories (8,9) of a thigh part and a lower leg part are joined by a bridge piece (3) with guides (11,12). A bearing pin (4) mounts the bridge piece on the thigh part. Guide pins (5,6) and the guides on the thigh part or lower leg part or bridge piece are joined to a thigh and lower leg part.

Description

Die Erfindung betrifft ein Knieorthesengelenk, dessen Kinematik der anatomischen Bewegung des orthetisch zu versorgenden Kniegelenkes angepaßt ist.The invention relates to a knee orthosis joint, the kinematics of the anatomical Movement of the orthopedic knee joint is adapted.

Die in der Praxis eingesetzten und in der Literatur beschriebenen Kniegelenkorthesen besitzen zwei Orthesengelenke, die mittels der Anatomie angepaßter Gelenkschienen mit dem Ober- und Unterschenkel verbunden sind.The knee joint orthoses used in practice and described in the literature have two orthotic joints, which are articulated by means of anatomy are connected to the upper and lower leg.

Biomechanische Untersuchungen haben nachgewiesen, daß das menschliche Kniegelenk eine mehrdimensionale Bewegung vollzieht. Im Kniegelenk erfolgt während der Beugung und Streckung eine Lageänderung der Achse. Diese Bewegung wird als Roll-Gleit-Bewegung beschrieben. Die Verlagerung der Achse ist durch das Gelenkprofil bedingt. Die Verlagerung des Drehpunktes im Kniegelenk wird von Müller, Werner [In: "Das Knie - Form, Funktion und ligamentäre Wiederherstellungschirurgie" Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York 1982] als Gang- und Rastpolkurve beschrieben. Die Gangpolkurve entsteht bei feststehender Tibia und bewegtem Femur und stellt die Verlagerung der Achse (Momentanpol) dar. Die Rastpolkurve ergibt sich bei feststehendem Femur und bewegter Tibia (kinematische Umkehr).Biomechanical studies have shown that the human knee moves in several dimensions. In the knee joint, the axis changes position during flexion and extension. This movement is described as a roll-slide movement. The displacement of the axis is due to the joint profile. The shifting of the fulcrum in the knee joint is described by Müller, Werner [In: "The knee - form, function and ligamentary reconstructive surgery" Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York 1982 ] as a gait and rest pole curve. The gait curve arises when the tibia is stationary and the femur is moving and represents the displacement of the axis (instantaneous pole). The locking pole curve arises when the femur is stationary and the tibia is moving (kinematic reversal).

Auf der Orthesenaußenseite verlagert sich der Drehpunkt in Form der Gangpolkurve in Abhängigkeit von der Gelenkgröße um durchschnittlich etwa 14 mm nach dorsal und ungefähr 3 mm nach caudal. Die Lageänderung der Achse auf der Ortheseninnenseite ist ähnlich.On the outside of the orthosis, the fulcrum shifts in the form of the gait curve depending on the joint size by an average of about 14 mm dorsally and about 3 mm caudal. The change in position of the axis on the inside of the orthosis is similar.

Zur Stabilisierung des verletzen und/oder gegebenenfalls operativ rekonstruierten Kniegelenkes werden funktionelle Orthesen eingesetzt.To stabilize the injured and / or, if necessary, surgically reconstructed Functional orthoses are used in the knee joint.

Kniegelenkorthesen bestehen aus je einem den Oberschenkel und Unterschenkel teilweise oder ganz umfassenden festen Rahmen, Platte, Hülse u. ä. bzw. aus einer Tasche und einem Gurtsystem. Beide Teile sind durch Gelenke auf der Medial- und Lateralseite miteinander verbunden oder nur einseitig angebracht.Knee joint orthoses consist of one thigh and one lower leg partially or completely comprehensive solid frame, plate, sleeve u. Ä. or from a Bag and a belt system. Both parts are on the medial and by joints Lateral side joined together or only attached on one side.

Bei den in der Literatur beschriebenen Produkten sind die Orthesengelenke häufig baugleich und besitzen einachsige, mehrachsige oder polyzentrische Gelenke, teils mit wanderndem Drehpunkt, der jedoch nicht der Gangpolkurve folgt.The orthotic joints are common in the products described in the literature identical in construction and have uniaxial, multiaxial or polycentric joints, some with moving pivot point, but which does not follow the gear pole curve.

Die Offenlegungsschrift DE 196 37 728 beschreibt ein einachsiges Orthesengelenk mit einem exzentrischen Drehlager zur optimalen Einstellung der Achse. Eine Nachführung der Achse während der Beugung und Streckung wird dabei nicht realisiert, so daß die Bewegung im Kniegelenk disproportioniert gegenüber den Orthesengelenken verläuft, welches zu Bewegungsbehinderungen, Spannungen und Schmerzen führen kann. Gleichzeitig wird die Stabilität der Verbindung der Orthese zum Bein geschwächt.The published patent application DE 196 37 728 describes a uniaxial orthotic joint an eccentric pivot bearing for optimal axis adjustment. A It does not track the axis during flexion and extension realized so that the movement in the knee joint is disproportionate to the  Orthotic joints runs, which leads to movement impairments, tensions and Pain can result. At the same time, the stability of the connection of the orthosis weakened to the leg.

Die Offenlegungsschriften DE 195 13 268 und DE 196 05 734 beinhalten duale Orthesengelenke bei denen Zahnsegmente nach dem Prinzip eines Planetengetriebes durch eine Gelenkplatte (Steg) verbunden sind. Dabei erfolgt die Bewegung der Achse auf einem Kreisbogen.The published documents DE 195 13 268 and DE 196 05 734 contain duals Orthotic joints with tooth segments based on the principle of a planetary gear are connected by a hinge plate (web). The axis moves on an arc.

In der Offenlegungsschrift DE 196 05 734 ist ferner die Konstruktion eines zweiachsigen Orthesengelenkes auf der Basis der bereits erwähnten Zahnsegmente an der Orthesenaußenseite und eines einachsigen Gelenkes an der Ortheseninnenseite beschrieben. Diese Kombination unterstützt die Schlußrotation des Unterschenkels. Die anatomisch korrekte Bewegung wie sie als Gangpolkurve im Rahmen biomechanischer Untersuchungen ermittelt wurde, wird in beiden Fällen nicht erreicht.In the published patent application DE 196 05 734 is also the construction of a biaxial Orthotic joint on the basis of the tooth segments already mentioned on the Outside of the orthosis and a uniaxial joint on the inside of the orthosis described. This combination supports the final rotation of the lower leg. The anatomically correct movement as a gait curve in the frame biomechanical examinations was not achieved in either case.

In den Offenlegungsschriften DE 43 09 577 und DE 40 04 988 werden Orthesen mit 4- Gelenk-Mechanismus dargestellt, die der Anordnung der Kreuzbänder nachempfunden sind. Kinematisch handelt es sich dabei um überschlagende 4- Gelenk-Getriebe. Auch diese Orthesengelenke führen das Kniegelenk nicht in anatomisch vorgeschriebener Bewegung.In the published documents DE 43 09 577 and DE 40 04 988 orthoses with 4- Joint mechanism depicted the arrangement of the cruciate ligaments are modeled. Kinematically, these are overriding 4- Articulated gear. These orthotic joints also do not lead to the knee joint anatomically prescribed movement.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Knieorthesengelenk zu schaffen, das in der Lage ist, die anatomisch korrekte Verlagerung der Gelenkachse beim Beugen und Strecken des Kniegelenkes, wie sie als Gang- bzw. Rastpolkurve im Rahmen biomechanischer Untersuchungen ermittelt wurde, zu gewährleisten.The present invention has for its object to a knee orthosis joint create that is capable of the anatomically correct displacement of the joint axis when bending and stretching the knee joint, as they are in the gait or locking pole curve Was determined within the framework of biomechanical investigations.

Diese Aufgabe soll auch erfüllt werden, wenn die Orthese nur auf einer Seite ein Gelenk aufweist.This task should also be accomplished if the orthosis is only on one side Has joint.

Diese Aufgabe wird durch ein Knieorthesengelenk gelöst, wie es im Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Knieorthesengelenkes sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a knee orthosis as in claim 1 is marked. Further advantageous configurations of the knee orthosis joint are the subject of the subclaims.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemäßen Orthesengelenkes in den Zeichnungen dargestellt und erläutert.Below are preferred embodiments of the invention Orthotic joint shown and explained in the drawings.

Die Fig. 1 bis 15 zeigen das Knieorthesengelenk für das linke Bein von der lateralen Seite bei 10° Überstreckung, 60° und 120° Beugung. Figs. 1 to 15 show the Knieorthesengelenk for the left leg from the lateral side at 10 ° of hyperextension, 60 ° and 120 ° of flexion.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Orthesengelenk besteht aus einem Oberschenkelteil (1), einem Unterschenkelteil (2) mit den gelenkbildenden Bahnkurven (8 und 9), die über Stege (3) und Zapfen (4, 5 und 6) verbunden sind. Der Lagerzapfen (4) fixiert das Oberschenkelteil (1) drehgelenkig am Steg (3). Der Führungszapfen (5) ist drehbar oder fest im Unterschenkelteil (2) gelagert. Der Steg (3) ist mit einer Längsführung (11) auf den Führungszapfen (5) aufgesetzt. Der Führungszapfen (6) ist im Steg (3) drehbar oder fest angeordnet und besitzt im Unterschenkelteil (2) eine Kurvenbahnführung (12). Zur besser Stabilisierung des Orthesengelenkes sind ein oder mehrere Stege (3) vorhanden, die das Oberschenkelteil (1) und Unterschenkelteil (2) Verbinden. The orthotic joint shown in Figs. 1 to 3 consists of a thigh part ( 1 ), a lower leg part ( 2 ) with the joint-forming trajectories ( 8 and 9 ), which are connected via webs ( 3 ) and pins ( 4 , 5 and 6 ) . The bearing pin ( 4 ) fixes the thigh part ( 1 ) on the web ( 3 ) in a pivotable manner. The guide pin ( 5 ) is rotatably or fixedly mounted in the lower leg part ( 2 ). The web ( 3 ) is placed on the guide pin ( 5 ) with a longitudinal guide ( 11 ). The guide pin ( 6 ) is rotatably or fixedly arranged in the web ( 3 ) and has a curved track guide ( 12 ) in the lower leg part ( 2 ). For better stabilization of the orthotic joint, one or more webs ( 3 ) are present, which connect the thigh part ( 1 ) and lower leg part ( 2 ).

Die Kurve (10) stellt eine anatomische Bahnkurve der Kniegelenkachse dar, wie sie im Rahmen biomechanischer Untersuchungen als Gangpolkurve bestimmt wurde. Sie ermöglicht eine Verlagerung der Gelenkachse während der Bewegung mit einer physiologischen Amplitude im vertralen und dorsalen Kurvenbereich.The curve ( 10 ) represents an anatomical trajectory of the knee joint axis as it was determined in the course of biomechanical examinations as a gait curve. It enables the joint axis to be shifted during movement with a physiological amplitude in the familiar and dorsal curve area.

Der Mittelpunkt des Lagerzapfens (4) beschreibt bei schlupffreiem Abrollen der Bahnkurven (8 und 9) eine Bahnkurve (10), die der physiologischen Bewegung der Achse des Kniegelenkes entspricht.The center of the bearing journal ( 4 ) describes a path curve ( 10 ) which corresponds to the physiological movement of the axis of the knee joint when the path curves ( 8 and 9 ) roll off without slipping.

Diese Bewegung wird erfindungsgemäß durch die Bahnkurven (8 und 9) am Oberschenkelteil (1) und Unterschenkelteil (2) erreicht. Die Bewegung des Lagerzapfens (4) auf der Kurve (10) läßt sich durch die verschiedensten Kombinationen der Form der Bahnkurven (8 und 9) realisieren. Die Bahnkurve (8) am Oberschenkelteil (1) ist im Ausführungsbeispiel als Kreisbogen gestaltet. Die Bahnkurve (9) am Unterschenkelteil (2) ist für die Bewegung des Lagerzapfens (4) auf der Bewegungsbahn (10) der Gelenkachse in Abhängigkeit von der Bahnkurve (8) konstruiert. Die Bahnkurven des Oberschenkelteiles (1) und Unterschenkelteiles (2) sind zur schlupffreien Gewährleistung der Abrollbewegung mit jeweils einer Verzahnung oder anderen schlupfmindernden Oberflächen versehen. Zur Sicherung des schlupffreien Abrollens ist das Oberschenkelteil (1) über den Steg (3) und den Zapfen (4, 5, und 6) mit dem Unterschenkelteil (2) verbunden. Der Drehpunkt des Steges (3) befindet sich auf dem Führungszapfen (5). Zur Gewährleistung der notwendigen Ausgleichsbewegung besitzt der Steg (3) im Bereich des Führungszapfens (5) ein Langloch (11). Die Bewegungssicherung erfolgt durch die Kurvenführung (12) im Unterschenkelteil (2).This movement is achieved according to the invention by the trajectory curves ( 8 and 9 ) on the thigh part ( 1 ) and lower leg part ( 2 ). The movement of the bearing pin ( 4 ) on the curve ( 10 ) can be realized by the most varied combinations of the shape of the path curves ( 8 and 9 ). The path curve ( 8 ) on the thigh part ( 1 ) is designed as a circular arc in the exemplary embodiment. The path curve ( 9 ) on the lower leg part ( 2 ) is designed for the movement of the bearing journal ( 4 ) on the movement path ( 10 ) of the joint axis as a function of the path curve ( 8 ). The trajectory curves of the thigh part ( 1 ) and lower leg part ( 2 ) are provided with a toothing or other slip-reducing surfaces to ensure the rolling movement without slipping. To ensure slip-free rolling, the thigh part ( 1 ) is connected to the lower leg part ( 2 ) via the web ( 3 ) and the pin (4, 5, and 6). The fulcrum of the web ( 3 ) is on the guide pin ( 5 ). To ensure the necessary compensating movement, the web ( 3 ) has an elongated hole ( 11 ) in the region of the guide pin ( 5 ). The movement is secured by the curve guide ( 12 ) in the lower leg part ( 2 ).

Durch Bohrungen (13) und Stifte (7) im Unterschenkelteil (2) oder anderer Arretierungen kann die Extension und Flexion des Knieorthesengelenkes auf einfache Weise in Stufen begrenzt werden. Diese Arretierungen können auch am Steg oder Oberschenkelteil (1) angebracht werden.The bores ( 13 ) and pins ( 7 ) in the lower leg part ( 2 ) or other locks can be used to limit the extension and flexion of the knee orthosis joint in steps in a simple manner. These locks can also be attached to the bar or thigh part ( 1 ).

Die Teile (1) und (2) sind als anatomisch angepaßte Gelenkschienen fest oder verstellbar an gelenkführende Teile, Orthesenrahmen, -taschen, Schalen, Platten, Stäben oder anderen Verbindungsmitteln am Ober- und Unterschenkel zu befestigen.The parts ( 1 ) and ( 2 ) are to be fixed as anatomically adapted articulated splints, fixed or adjustable, to articulated parts, orthotic frames, pockets, shells, plates, rods or other connecting means on the upper and lower legs.

Die Kombination von Orthesengelenken mit verschiedenen Bahnkurven (10) auf der Orthesenaußen- und -innenseite ermöglicht die Anpassung an verschiedene Gelenkgrößen und dadurch die physiologische Verlagerung der Achse des Orthesengelenkes.The combination of orthotic joints with different trajectory curves ( 10 ) on the inside and outside of the orthosis enables adaptation to different joint sizes and thereby the physiological shifting of the axis of the orthotic joint.

Die Anpassung an verschiedene physiologische Bahnkurven (10) der Kniegelenkachse läßt sich bei der beschriebenen vorteilhaften Lösung durch den Austausch des Unterschenkelteiles (2) einfach realisieren.The adaptation to different physiological trajectory curves ( 10 ) of the knee joint axis can be easily achieved in the described advantageous solution by exchanging the lower leg part ( 2 ).

Die Fig. 4 bis 12 zeigen weitere mögliche Anordnungen der Führungen (11 und 12) am Oberschenkelteil (1) und/oder Steg (3). Mit entsprechenden gelenkbildenden Bahnkurven (8 und 9) am Ober- und Unterschenkelteil ist die Funktion des Gelenkes gewährleistet. FIGS. 4 to 12 show further possible arrangements of the guides (11 and 12) on the thigh part (1) and / or web (3). The function of the joint is ensured with appropriate joint-forming trajectory curves ( 8 and 9 ) on the upper and lower leg part.

Die Fig. 13 bis 15 zeigen eine Lösung des Problems, bei der die gelenkbildenden Bahnkurven (8 und 9) eines Oberschenkelteiles (1) und Unterschenkelteiles (2) zur Gewährleistung des notwendigen Formschlusses über einen dreiteiligen Steg (3) mittels Lagerzapfen (4 und 6) mit einem Ober- und Unterschenkelteil (1 und 2) verbunden sind und der Steg (3) aus den Führungselementen (3.2 und 3.3) und dem feder-elastischen Element (3.1) besteht, so daß eine kinematisch zwangsgeführte Bewegung des Ober- und Unterschenkelteiles erfolgt. Dabei entfallen die Führungen (11 und 12) und der Zapfen (5). Figs. 13 to 15 show a solution to the problem, wherein the articulating path curves (8 and 9) of a thigh part (1) and the lower leg part (2), ensuring the necessary form-fit via a three-part web (3) by means of bearing pins (4 and 6 ) are connected to an upper and lower leg part ( 1 and 2 ) and the web ( 3 ) consists of the guide elements ( 3.2 and 3.3 ) and the spring-elastic element ( 3.1 ), so that a kinematically positively guided movement of the upper and lower leg part he follows. The guides ( 11 and 12 ) and the pin ( 5 ) are omitted.

Der Steg (3) kann so geformt sein, daß er das Gelenk seitlich stabilisiert und abdeckt. Die seitliche Stabilisierung kann ebenfalls durch eine gabelförmige Überlappung der Teile (1 und 2) im Bereich der Bahnkurven (8 und 9) erfolgen.The web ( 3 ) can be shaped so that it laterally stabilizes and covers the joint. The lateral stabilization can also be achieved by a fork-shaped overlap of the parts ( 1 and 2 ) in the region of the path curves ( 8 and 9 ).

Am Unterschenkelteil (2) können Schalen befestigt sein, die alle beweglichen Gelenkteile zum Schutz der Kleidung des Patienten abdecken und das Gelenk stabilisieren und den Steg führen.Shells can be attached to the lower leg part ( 2 ), which cover all movable joint parts to protect the patient's clothing and stabilize the joint and guide the bar.

Claims (3)

1. Knieorthesengelenk mit Befestigungsmitteln für das Ober- und Unterschenkelteil einer Orthese, die über mindestens eine zweiteilige Schiene (1, 2) den Ober- und Unterschenkel verbindet, wobei ein Ober- und Unterschenkelteil aufeinander abrollen, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkbildenden Bahnkurven (8 und 9) eines Oberschenkelteiles (1) und Unterschenkelteiles (2) zur Gewährleistung des notwendigen Formschlusses über einen Steg (3) mit Führungen (11 und 12) verbunden sind. Der Steg (3) ist mittels eines Lagerzapfens (4) am Oberschenkelteil (1) gelagert und durch die Führungszapfen (5, 6) und die Führungen (11 und 12) am Oberschenkelteil (1) oder Unterschenkelteil (2) oder Steg (3) mit einem Ober- und Unterschenkelteil (1, 2) verbunden, so daß eine kinematisch zwangsgeführte Bewegung eines Ober- und Unterschenkelteiles erfolgt.1. knee orthosis joint with fastening means for the upper and lower leg part of an orthosis, which connects the upper and lower leg via at least one two-part rail ( 1 , 2 ), wherein an upper and lower leg part roll on one another, characterized in that the joint-forming trajectory curves ( 8 and 9 ) a thigh part ( 1 ) and lower leg part ( 2 ) are connected to guides ( 11 and 12 ) via a web ( 3 ) to ensure the necessary positive locking. The web ( 3 ) is mounted on the thigh part ( 1 ) by means of a bearing pin ( 4 ) and by means of the guide pin ( 5 , 6 ) and the guides ( 11 and 12 ) on the thigh part ( 1 ) or lower leg part ( 2 ) or web ( 3 ) connected to an upper and lower leg part ( 1 , 2 ) so that a kinematically positively guided movement of an upper and lower leg part takes place. 2. Knieorthesengelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnkurven (8 und 9) des Oberschenkelteiles (1) und Unterschenkelteiles (2) als Kurvenscheiben ausgeführt sind, die durch Spannelemente kraftschlüssig schlupffrei aufeinander abrollen.2. Knee orthosis joint according to claim 1, characterized in that the trajectory curves ( 8 and 9 ) of the thigh part ( 1 ) and lower leg part ( 2 ) are designed as cams which roll non-slip on one another by means of tensioning elements. 3. Knieorthesengelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkbildenden Bahnkurven (8 und 9) eines Oberschenkelteiles (1) und Unterschenkelteiles (2) zur Gewährleistung des notwendigen Formschlusses über den dreiteiligen Steg (3) mittels Lagerzapfen (4 und 6) mit einem Ober- und Unterschenkelteil (1, 2) verbunden sind und der Steg (3) aus den Führungselementen (3.2 und 3.3) und dem feder-elastischen Element (3.1) besteht oder ein einteiliger feder-elastischer Steg das Oberschenkelteil mit dem Unterschenkelteil verbindet, so daß eine kinematisch zwangsgeführte Bewegung eines Ober- und Unterschenkelteiles erfolgt.3. Knee orthosis joint according to claim 1, characterized in that the joint-forming trajectory ( 8 and 9 ) of a thigh part ( 1 ) and lower leg part ( 2 ) to ensure the necessary positive connection via the three-part web ( 3 ) by means of bearing pins ( 4 and 6 ) with one Upper and lower leg part ( 1 , 2 ) are connected and the web ( 3 ) consists of the guide elements ( 3.2 and 3.3 ) and the spring-elastic element ( 3.1 ) or a one-piece spring-elastic web connects the thigh part to the lower leg part, so that a kinematically positive movement of an upper and lower leg part takes place.
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