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Die
Erfindung betrifft eine Knieorthese mit einem femuralen und einem
tibialen Orthesenteil gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Knieorthesen
der genannten Art werden therapeutisch sowie postoperativ zur Unterstützung und Sicherung
des Gelenksystems am Knie verwendet. Die Orthese, die hierzu mittels
wenigstens einer Manschette sowohl am Oberschenkel als auch am Unterschenkel
befestigt wird, weist ein Gelenksystem auf, das einen anatomisch
korrekten Bewegungsablauf des Kniegelenks nachahmen soll. Wesentlich
ist hierbei, daß das
Kniegelenk, das üblicherweise
nach einer Verletzung oder einer Operation geschwächt oder
geschädigt
ist, nicht durch Inkongruenzen zwischen der funktionellen Anatomie
des menschlichen Kniegelenks und der technischen Gelenkführung durch
die Knieorthese mechanisch gestreßt wird. Solche Inkongruenzen
können,
sofern eine anatomisch korrekte Führung des Orthesengelenks nicht gewährleistet
ist, zu Scher-, Stauch- und/oder Zugbeanspruchungen des menschlichen
Kniegelenks führen,
was, besonders wenn die Orthese fest am Bein verankert ist, im schlimmsten
Fall zu einer weiteren Schädigung
des Kniegelenks führt,
was es unbedingt zu vermeiden gilt.
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Eine
anatomisch und funktionell korrekte Nachahmung des menschlichen
Beugebewegungsablaufs am Knie ist deshalb äußerst schwierig, weil die Circumferenz
des femuralen Kondylus doppelt so lang ist wie die tibiale Gelenksfläche, so
daß eine
reine Abrollbewegung des Gelenks unmöglich ist. So zeigen Untersuchungen
der realen Bewegungsabläufe
zwischen dem femuralen und dem tibialen Kondylus, daß der femurale
Kondylus auf der Tibia rollt und gleitet, so daß eine posteriore Luxation
verhindert wird. Bei der Beugung wird hierbei gezielt das vordere
Kreuzband beansprucht, das den femuralen Kondylus nach anterior
zieht bzw. anterior hält.
Dies bedeutet mit anderen Worten, daß bei der Beugung das vordere
Kreuzband für
das nach vorne Gleiten des femuralten Kondylus verantwortlich ist,
während das
hintere Kreuzband bei einer Streckung posterior in analoger Weise
wirkt.
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Um
diesen äußerst komplexen
Bewegungsablauf nachzuahmen, werden für Kniegelenke polyzentrische
Gelenke verwendet, mittels derer es möglich ist, die vorgenannten
Inkongruenzen zwischen der funktionellen Anatomie des menschlichen
Kniegelenks und der technischen Gelenkführung der Knieorthese zu vermeiden.
Diese polyzentrischen Gelenke weisen keinen fest definierten Drehpunkt, sondern
einen sich im Verlauf einer Beuge- bzw. Streckbewegung des Beins
ständig
in seiner Lage verändernden
Drehpunkt auf. Somit ist der jeweilige Momentan-Drehpunkt des Kniegelenks,
respektive des die Beugebewegung des Knies nachahmenden Orthesengelenks,
in seiner Lage im zwei- bzw. dreidimensionalen Raum vom Beugewinkel
des Gelenks abhängig,
wobei die Vielzahl der jeweiligen Drehpunkte eine Kurve, die auch
als Zentrode bezeichnet wird, beschreibt.
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Eine
Realisierung eines solchen polyzentrischen Gelenksystems ist beispielsweise
in der
EP 0 361 405
B1 und der damit korrespondierenden DE 689 28 511 T2 beschrieben,
die sich mit einer Knieorthese mit einer gesteuerten Mehrachsenbewegung befaßt. Der
dortige Gelenkmechanismus, der in
9 dargestellt
ist, umfaßt
zwei Nockenschlitze
13a,
13b und zwei Nockenstiftfolger
A, B, die an einander zugeordneten Gelenkteilen
13,
11 befestigt sind,
wobei der eine Nockenschlitz
13a in einer Querebene angeordnet
ist und dazu dient, die Vorwärtsbewegung
des oberen Gelenkteils
11 zu ermöglichen, während der zweite Nockenschlitz
13b in
einer Längsorientierung
angeordnet ist und ein langes Bogensegment für eine unizentrische Phase
der Gelenkarthrokinematik zur Verfügung stellt. Zu Beginn einer
Beugebewegung bewegt sich bei dortigem. Gelenkmechanismus der obere
Nockenstiftfolger B in dem sich in Längsrichtung erstreckenden gebogenen Schlitz
13b nach
unten vorne. Im Verlauf dieser Bewegung nähert sich der obere Nockenstiftfolger
B dem unteren in der horizontalen Querebene angeordneten Nockenschlitz
13a,
wobei sich der in diesem unteren Nockenschlitz
13a geführte Nockenstiftfolger
A nach hinten verlagert.
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Nachteilig
bei der dortigen Konstruktion ist die Tatsache, daß sich bei
einer Beugung der femur- und tibiaseitigen Orthesenteile
11,
13 gleichzeitig
beide Nockenstiftfolger A, B in den zugehörigen Nockenschlitzen
13a,
13b bewegen,
wobei die Bewegungen der Nockenstiftfolger A, B in unterschiedliche Richtungen
erfolgen, die durch die Nockenschlitze
13a,
13b vorgegeben
sind. Die exakte Einhaltung der Bahnen der Nockenstiftfolger A,
B in den Nockenschlitzen
13a,
13b ist nur möglich, indem
die Nockenstiftfolger A, B seitlich an den Begrenzungen der Nockenschlitze
13a,
13b entlang
gleiten, wobei eine bewegungshemmende Reibung der Nockenstiftfolger
A, B an den Rändern
der Nockenschlitze
13a,
13b mit einer damit einhergehenden
Abnutzung der Nockenstiftfolger A, B und der Ränder auftritt. Des weiteren
ist aus
9 deutlich zu erkennen, daß der mit
A bezeichnete untere, in der horizontalen Querebene verlaufende
Nockenstiftfolger bei einer aus der gestreckten Lage des Beins beginnenden
Beugung zunächst
in die in der Zeichnung dargestellte rechte untere Ecke des horizontalen
Nockenschlitzes
13a gedrängt wird, wobei ein hoher Druck
auf die untere Kante des Nockenschlitzes
13a ausgeübt wird,
so daß eine
Sperrung der Beugung zu befürchten
ist. Diese Problematik verstärkt
sich mit zunehmender Verwendung der dort beschriebenen Knieorthese,
da der Verschleiß aufgrund
der fortgesetzten Reibung in sich verstärkender Weise zunimmt. Somit
ist die Funktionsfähigkeit
der in der
EP 0 361
405 B1 beschriebenen Knieorthese nicht dauerhaft gewährleistet,
wobei ein relativ häufiger
Austausch des dortigen Gelenkmechanismus notwendig ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Knieorthese mit einer
polyzentrischen Gelenkführung
zur Verfügung
zu stellen, mittels der ein anatomisch korrekter Beugeverlauf sichergestellt
und die vorgenannten Probleme bei einer gleichzeitigen kostengünstigen
Herstellbarkeit vermieden werden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Knieorthese gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
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Insbesondere
wird die Aufgabe durch eine Knieorthese mit einem femuralen und
einem tibialen Orthesenteil gelöst,
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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Ein
wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, daß die Führungsschlitze als Rastpolkreise
mit einem einheitlichen Radius ausgebildet sind, entlang derer sich
jeweils der dem Rastpolkreis zugeordnete Stiftfolger bewegt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
erstrecken sich die beiden Führungsbahnen,
insbesondere Führungsschlitze,
unter Ausbildung einer durchgehenden triangelförmigen Nockenführung jeweils
bis zum Schnittpunkt der zugeordneten Polkurven. Des weiteren liegen
dem Schnittpunkt der Polkurven abgewandte Enden der beiden Führungsbahnen,
insbesondere Führungsschlitze,
und der Schnittpunkt der Polkurven an den Ecken eines gedachten
gleichseitigen Dreiecks, wobei der Abstand der den jeweiligen Führungsbahnen
zugeordneten Nocken, insbesondere Stiftfolgern, der Schenkellänge des
gedachten gleichseitigen Dreiecks entspricht.
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Auf
diese äußerst einfache
Weise ist gewährleistet,
daß bei
einer Beugung des Orthesengelenks jeweils nur ein Stiftfolger auf
einer konzentrischen Kreisbahn, nämlich dem der Führungsbahn zugeordneten
Abschnitt eines Rastpolkreises, bewegt wird, wobei der jeweils andere
Stiftfolger den jeweiligen Drehpunkt bildet. Ein gegenseitiges Sperren der
Stiftfolger ist somit sicher ausgeschlossen.
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Da
der Bewegungsablauf des in dem Führungsschlitz
bewegten Stiftfolgers durch seine Verbindung mit dem Orthosenteil
einerseits und dem als Drehpunkt dienenden anderen Stiftfolger andererseits
genau definiert ist, ist eine Anlage des bewegten Stiftfolgers an
den Rändern
des Führungsschlitzes
nicht zwingend notwendig, so daß ein
Verschleiß des
Stiftfolgers sowie der Ränder
vermieden wird.
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Im
Verlauf der Beugung des Orthesengelenks dient der eine Stiftfolger
solange als Drehpunkt für
die Bewegung des anderen Stiftfolgers entlang des Führungsschlitzes,
bis der bewegte Stiftfolger ausgehend vom Schnittpunkt der beiden
Führungsschlitze
das jeweilige Ende des dem Stiftfolger zugeordneten Führungsschlitzes
erreicht, woraufhin der andere, bisher als Drehpunkt dienende Stiftfolger sich
nunmehr vom Ende des diesem zugeordneten Führungsschlitzes bis zum Schnittpunkt
der Polkurven bewegt.
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Da
die beiden Führungsschlitze
durch Segmente von Rastpolkreisen mit jeweils identischem Radius
gebildet werden, deren jeweiliger Mittelpunkt durch einen Endbereich
des jeweils gegenüberliegenden
Führungsschlitzes
definiert wird, ist ein hinsichtlich der Stiftfolger und der Führungsschlitze
nahezu reibungsfreier harmonischer Bewegungsverlauf möglich und
vorgegeben, der einem anatomisch korrekten Beugebewegungsablauf
des menschlichen Knies entspricht.
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Da
in jeder Phase der Beugebewegung jeweils nur ein Stiftfolger in
dem ihm zugeordneten Führungsschlitz
bewegt wird, ist ein Versperren, Verhaken oder Verkanten wie gemäß dem in 9 dargestellten
Stand der Technik erfindungsgemäß nicht möglich.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung liegt der Schnittpunkt der den beiden Führungsbahnen
zugeordneten Polkurven anterior, wobei die sich durch den Schnittpunkt
hindurch erstreckende Winkelhalbierende der entlang des gedachten
gleichseitigen Dreiecks liegenden Polkurven zwischen den beiden
Führungsbahnen
in Richtung von posterior nach anterior nach unten geneigt ist.
Auf diese Weise wird ein aufrechtes Stehen sowie ein Überstrecken des
Beins bis zu einer Hyperextension von bis zu –10° ermöglicht.
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Des
weiteren schließt
die Winkelhalbierende mit der Längsachse
der gestreckten Knieorthese an der anterioren femuralen Seite einen
Winkel (α)
von 100° bis
120°, insbesondere
einen Winkel von etwa 110°,
ein.
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Die
beiden Führungsbahnen
der Stiftfolger erstrecken sich erfindungsgemäß über einen Bogenwinkel β von bis
zu 60°,
so daß eine übergangsloser Drehpunktverlagerung
möglich
ist. Diese Drehpunktverlagerung findet in vorteilhafter Weise dann
statt, wenn das Kniegelenk bezüglich
maximaler Streckung und maximaler Beugung zur Hälfte gebeugt ist. Somit findet
die Verlagerung des Drehpunkts in einer Stellung minimaler Belastung
des Kniegelenks statt, was zu einer besonderen Leichtgängigkeit
und Verschleißfreiheit
des erfindungsgemäßen Orthesengelenks
maßgeblich
beiträgt.
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Wie
bereits vorerwähnt,
ist mit der erfindungsgemäßen Knieorthese
eine Hyperextension von bis zu –10° möglich. Dies
wird dadurch erreicht, daß die
Lage der beiden Führungsbahnen
bzw. der diesen zugeordneten Nocken so aufeinander abgestimmt ist,
daß die
Verbindungslinie zwischen den beiden Nocken, insbesondere Stiftfolgern,
in gestrecktem Zustand in Richtung von posterior nach anterior nach
oben geneigt ist. Die Neigung, die mit einem Winkel γ ausgedrückt ist,
beträgt
vorzugsweise 5° ≤ γ ≤ 20°. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
beträgt
der Winkel γ etwa
8° bis 12°, insbesondere
10°.
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Des
weiteren sei erwähnt,
daß die
Führungsbahnen
bzw. die durchgehende Nockenführung
Teil einer dem femuralen oder tibialen Orthesenteil zugeordneten
ersten Schiene und die Nocken Teil einer dem jeweils anderen Orthesenteil
zugeordneten zweiten Schiene ist. Dies bedeutet mit anderen Worten,
daß die
Nockenführung
entweder, wie erfindungsgemäß in den
Zeichnungen dargestellt, am tibialen Orthesenteil vorgesehen sein
kann, während
die Nocken am femuralen Orthesenteil angebracht sind. Die erfindungsgemäße Funktion
der Knieorthese ist jedoch auch gegeben, wenn die Nockenführung am femuralen
Orthesenteil und die jeweils zugeordneten Nocken am tibialen Orthesenteil
angebracht sind. Somit ist die Funktionalität der erfindungsgemäßen Knieorthese
schwerkraftunabhängig
und insofern auch bei liegenden Patienten oder Patienten mit hochgelagertem
Bein anwendbar, ohne daß ein
Verhaken oder ungewolltes Einrasten zu befürchten ist.
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Des
weiteren sind dem erfindungsgemäßen Orthesengelenk
posteriore und/oder anteriore Anschlagmittel zur Begrenzung der
Abwinklung und/oder der Streckung zugeordnet. Diese bestehen gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung aus einfachen Bohrungen, die in den jeweiligen Orthesenteilen
vorgesehen sind und die Durchführung
eines Begrenzungsstiftes ermöglichen,
an dem die jeweiligen Außenkanten
der femuralen bzw. tibialen Orthesenteile anliegen. Die Bohrungen
sind so angebracht, daß praktisch
alle von einem Orthopäden
als sinnvoll erachtete Begrenzungswinkel für die Abwinklung und/oder die
Streckung fixiert werden können
bzw. eine Beugung oder Streckung des Kniegelenks nur innerhalb vorgegebener
Grenzen möglich
ist, so daß die
Knieorthese individuell auf unterschiedlichste Stützfunktionen
eingestellt werden kann.
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Im übrigen ist
an den Gelenken zumindest eine seitliche äußere Abdeckung vorgesehen,
die insbesondere mittels einer Schnapp-, Hak- oder Rasthalterung
ausgestattet ist. Hierfür
kommen beispielsweise Druckknöpfe
oder auch eine einfache Klettverbindung in Frage.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben,
das anhand der Abbildungen näher
erläutert
wird. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines tibialen Orthesenteils;
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2 eine
schematische Darstellung eines femuralen Orthesenteils;
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3–8 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Knieorthese mit unterschiedlichen
Beugungswinkeln; und
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9 ein
Knieorthesengelenk gemäß dem Stand
der Technik.
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende
Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
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1 zeigt
ein tibiales Orthesenteil 20 mit einer Längsachse 100 sowie
zwei Führungsschlitzen 40 und 50.
Die Führungsschlitze 40 und 50 erstrecken
sich über
einen Abschnitt eines jeweils zugeordneten Rastpolkreises 70, 80 und
schneiden sich in einem Schnittpunkt 60. Auf der dem Schnittpunkt 60 abgewandten
Seite der Führungsschlitze 40, 50 befinden
sich deren jeweilige Enden 41, 51, die als Anschlag
und Drehpunkt für
die in den Führungsschlitzen 40, 50 laufenden
Nocken, insbesondere Stiftfolgen 45, 55 dienen.
Durch die Schnittpunkte der Rastpolkreise 70, 80 sowie
durch den Schnittpunkt 60 der Führungsschlitze 40, 50 erstreckt
sich eine Winkelhalbierende 90. Der Winkel α der Winkelhalbierenden 90 bezüglich der
Längsachse
der Knieorthese 100 beträgt 110°. Zwischen den beiden Führungsbahnen,
bzw. Führungsschlitzen 40, 50 ist
in 1 ein Bogenwinkel β eingezeichnet. Dieser beträgt 60° und definiert
jeweils eine Seite eines gleichseitigen Dreiecks.
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In 2 ist
das dem tibialen Orthesenteil aus 1 zugeordnete
femurale Orthesenteil 10 mit eingezeichneter Längsachse 100 der
Knieorthese dargestellt. Das femurale Orthesenteil weist zwei Bohrungen 46, 56 für die Anbringung
von Nocken bzw. Stiftfolgern 45, 55 auf, die entlang
einer Nockenverbindungslinie 110 angeordnet sind. Die Nockenverbindungslinie 110 schließt mit einer
senkrecht zur Längsachse 100 der
Knieorthese liegenden horizontalen Linie einen Winkel γ von ca.
15° ein.
Ferner weist das femurale Orthesenteil 10 Anschlagmittel 120 in
Form von Bohrungen auf, durch die ein Begrenzungsstift (nicht gezeigt)
geführt
und in diesen arretiert werden kann. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß zur Bildung
der Knieorthese in vorteilhafter Weise auf jeder Seite der Orthese
zwei femurale Orthesenteile 10 vorgesehen sind, zwischen
denen das tibiale Orthesenteil 20 mit Hilfe der Führungsschlitze 40, 50 und
der Stiftfolger 45, 55 geführt wird, so daß ein Begrenzungsstift,
der durch eines der Anschlaglöcher 120 gesteckt
wird, nach einer Vorbeiführung
an dem tibialen Orthesenteil in einem weiteren Anschlagloch 120 eines
zweiten zugeordneten femuralen Orthesenteils 10 gehaltert
wird und somit mit seinen beiden Enden in jeweils einem Anschlagloch 120 verankert
ist.
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In
vorteilhafter Weise weist die Knieorthese beidseitig eine Gelenkkonstruktion
bestehend aus zwei femuralen 10 und einem tibialen Orthesenteil 20 auf,
wobei bei entsprechend steifer Ausführung der Knieorthese auch
eine einseitige Gelenkführung
gegebenenfalls zur Stabilisierung des Kniegelenks und zur Führung desselben
ausreicht.
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Die 3 bis 8 zeigen
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Knieorthesengelenks 30 in
Teilschnittansicht, wobei an einem femuralen Orthesenteil 10 zwei
Stiftfolger 45, 55 angebracht sind, die in, an
einem tibialen Orthesenteil vorgesehenen, Führungsschlitzen 40, 50 verlaufen.
Gemäß 3 ist
das Orthesengelenk 30 mit seinem maximalen Beugewinkel
dargestellt, bei dem der Stiftfolger 55 im Ende 51 des
Führungsschlitzes 50 zu
liegen kommt, während
der Stiftfolger 45 im Schnittpunkt 60 der beiden
Führungsschlitze 40, 50 angeordnet
ist. Wie in den 4, 5 und 6 zu erkennen
ist, verlagert sich der Stiftfolger 45 bei einer Streckung
des Orthesengelenks 30 entlang des Führungsschlitzes 40 nach
hinten in Richtung Ende 41 des Führungsschlitzes 40,
während
der Stiftfolger 55, der im Ende 51 des Führungsschlitzes 50 angeordnet ist,
als Drehpunkt für
die Bewegung des Stiftfolgers 45 entlang des Abschnitts
des Rastpolkreises 80 dient, entlang dessen der Führungsschlitz 40 ausgebildet
ist.
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Im
Zustand des halben maximalen Beugewinkels der Knieorthese sind beide
Stiftfolger 45 und 50 in den jeweils zugeordneten
Enden 41, 51 der jeweiligen Führungsschlitze 40, 50 angeordnet.
Bei einer weiteren Streckung des Orthesengelenks 30 fungiert
nun der im Ende 41 des Führungsschlitzes 40 angeordnete
Stiftfolger 45 als Drehpunkt, wobei sich im Verlauf der
weiteren Streckung der Stiftfolger 55 entlang des rastpolkreisförmigen Führungsschlitzes 50 bis
zum Schnittpunkt 60 der Führungsschlitze 40, 50 bewegt.
Da die Winkelhalbierende 90 zwischen den Führungsschlitzen 40, 50 einerseits
nach unten geneigt ist und sich die Verbindungslinie 110 zwischen
den Stiftfolgern 45, 55 in gestrecktem Zustand in
Richtung von posterior nach anterior nach oben erstreckt, ist eine
Hyperextension von bis zu –10° möglich. Eine
solche Hyperextension ist in 8 dargestellt.
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An
dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß alle oben beschriebenen Teile
für sich
alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den
Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht
werden. Abänderungen
hiervon sind dem Fachmann geläufig.
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- 10
- femurales
Orthesenteil
- 20
- tibiales
Orthesenteil
- 30
- Gelenk
- 40
- Führungsschlitz
- 41
- Ende
des Führungsschlitzes
- 45
- Stiftfolger
- 46
- Bohrung
für Stiftfolger
- 50
- Führungsschlitz
- 55
- Stiftfolger
- 56
- Bohrung
für Stiftfolger
- 60
- Schnittpunkt
- 70
- Rastpolkreis
- 80
- Rastpolkreis
- 90
- Winkelhalbierende
- 100
- Längsachse
der Knieorthese
- 110
- Nockenverbindungslinie
- 120
- Anschlagmittel