DE2740804A1

DE2740804A1 - Beinprothese mit kniegelenk

Info

Publication number: DE2740804A1
Application number: DE19772740804
Authority: DE
Inventors: Brian Geoffrey Blatchford; Paul Ashton Tucker
Original assignee: Chas A Blatchford and Sons Ltd
Current assignee: Chas A Blatchford and Sons Ltd
Priority date: 1976-09-13
Filing date: 1977-09-10
Publication date: 1978-03-16
Also published as: GB1534181A; FR2391707B1; FR2391707A1; DE2740804C2

Description

B 728 S/rd OY._Seote.iber 1977

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden ι·® (061 zi) 565382

Chas. A. Blatchford 4 Sons Ltd. Lister Road
Basingstoke
Hampshire, England

Beinprothese mit Kniegelenk

Priorität: britische Patentanmeldung 37 774/76 vom 13. September 1976

Die Erfindung bezieht sich auf eine Beinprothese mit Oberschenkelteil und Unterschenkelteil als Prothesenelemente und mit einem stabilisierten Kniegelnk-Mechanismus. Hierbei ist die Bezeichnung "stabilisierter Kniegelenk-Mechanismus" als ein Mechanismus zu verstehen, der dem gegenseitigen Beugen der Protheseneleraente Widerstand entgegensetzt wenn die Prothese unter Last steht, d.h. wenn sie zumindest einen Teil des Gewichtes dem Amputierten trägt.

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Ein bekannter stabilisierter Kniegelenkmechanisraus dieser Art weist eine mit dem Unterschenkelteil der Prothese verbundene Bremstrommel und ein mit dem Oberschenkelteil der Prothese verbundenes, flexibles, die Bremstrommel umgebendes Bremsband auf. Dieser bekannte Mechanismus gestattet ein gewisses Mass relativer Bewegung (andere als Rotationsbewegung) zwischen dem Oberschenkelteil und dem Unterschenkelteil und ist so angeordnet, dass der Unterschenkelteil und der Oberschenkelteil sich aufeinander zu bewegen und das Spannen des Bremsbandes um die Bremstrommel herum veranlassen, wenn die Prothese unter Last steht. Das Bremsband enthält eine Lage von Reibmaterial, die auf die Trommel greift und Widerstand gegen das Beugen der Prothese bietet.

Die Grössenabmessungen dieses bekannten, in Prothesen für oberhalb des Knies amputierten Patienten benutzten Mechanismus sind jedoch derart, dass dieser Mechanismus nur angepasst werden kann, wenn der Amputationsstumpf kürzer als eine vorgegebene Länge ist hinsichtlich des erforderlichen Mindestraumes für den Mechanismus zwischen dem Stumpfende und dem Kniemittelpunkt. Für die Anpassung an einen längeren Amputationsstumpf ist ein kompakterer Mechanismus notwendig.

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Das Maß, um das die Grössenabmessungen dieses und anderer Kniegelenkmechanismen wirksam vermindert werden können, ist beschränkt durch die Notwendigkeit einer ausreichend grossen Reibungsfläche, durch die Notwendigkeit, dass die Kniegelenkeinheit fest und sicher sein muss und durch das Vorhandensein des Bremsbandes und seiner zugeordneten Teile ausserhalb der Bremstrommel.

Der bekannte Kniegelenkmechanismus hat auch den Nachteil, dass er zum Einbau in endoskeletale Prothesen, d.h. Prothesen mit geschlossener äusserer Abdeckung, ungeeignet ist. Die Verankerungspunkte des Bremsbandes liegen ausserhalb des Trommeldurchmessers und notwendigerweise an der Vorderseite des Knies, wo bei Benutzung von endoskeletaler Abdeckung am wenigsten Platz verfügbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Beinprothese mit stabilisiertem Kniemechanismus zu schaffen, der grundsätzlich kompakteren Aufbau als der bekannte Kniemechanismus dieser Art aufweist. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Brerastrommelhohl ist und als mit ihr zusammenwirkendes Bremselement in ihrem Inneren einen Bremsschuh enthält, bei derartiger Ausbildung, dass sich der Bremsschuh unter auf die Prothe-

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senelemente ausgeübter Last als Widerstand gegen Beugen des Kniegelenks an die Innenfläche der Bremstrommel legt. Bei einem solchen Kniegelenkmechanismus ist es möglich, den Abstand zwischen dem Kniemittelpunkt und dem unteren Ende des Oberschenkelteils oder sonstigen oberen Prothesenelements zu verringern. Der Mechanismus kann, abgesehen von den Verbindungsteilen der Bremstrommel und des Bremsschuhs zu der Prothese, vollständig innerhalb der geometrischen Hülle eines Zylinders untergebracht werden. Auf diese Welse kann bei gegebenem, verfügbarem Platz eine grössere Trommel angepasst und damit eine grössere Reibungsfläche erreicht werden als mit einem Mechanismus, der ein äusseres Bremsband aufweist.

Vorzugsweise können das obere und untere Prothesenelement dazu ausgebildet sein, sich unter auf die Prothese ausgeübter Last aufeinanderzu zu bewegen, wobei diese (als Komplianz bekannte) Bewegung veranlasst, dass der Bremsschuh in Reibungsberührung mit der Trommel gebracht wird. Die Trommel kann starr mit dem oberen Prothesenelement sein, während der Bremsschuh ein zumindest teilweise zylindrisches Element mit äusserer Reibungsoberfläche oder mit einer Lage aus Reibmaterial an der äusseren Oberfläche sein kann. Der Bremsschuh ist dann schwenkbar

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mit dem unteren Prothesenelement derart verbunden, dass die relative Annäherungsbewegung der Prothesenelemente eine Ausdehnung des Bremsschuhe innerhalb der Trommel und Reibungsberührung mit der in der Trommel angebrachten Reibungseinlage hervorruft.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Komplianz durch schwenkbares Anbringen des unteren Prothesenelements an dem äusseren Ende eines Radiusarmelementes erzeugt, dessen inneres Ende mit dem oberen Prothesen element schwenkbar mit einer Achse verbunden ist, die in der Mittelachse der Bremstrommel liegt, wobei die Schwenkachse des unteren Prothesenelements und des Armelementes parallel zu der Trommelachse und an dieser vorbeilaufend angeordnet ist, sowie aus Gründen des kompakten Aufbaues innerhalb des durch die Trommel gebildeten geometrischen Zylinders.

Um das Freigeben der Trommel zu erleichtern, kann eine Löseeinrichtung vorgesehen sein. Eine solche Löseeinrichtung kann eine oder mehrere Druckfedern enthalten, die beispielsweise auf das Radiusarmelement entgegen der relativen Annäherungsbewegung der Prothesenelemente einwirken.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Teiles einer Beinprothese gemäss der Erfindung in vollständig gestreckter Stellung;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht entsprechend Figur 1 Jedoch in vollständig gebeugter Stellung der Prothese;

Fig. 3 eine vergrösserte, teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teiles der Prothese

nach Figur 1 mit Darstellung der Löseeinrichtung;

Fig. 4 einen Schnitt in den durch A-A in Figur 3

angedeuteten Ebenen und

Fig. 5 eine vergrösserte und vereinfachte Seitenansicht von Bremstrommel, Bremsschuh und Radiusarmelement mit Darstellung einer Ausführungsform der Justiereinrichtung.

In Figur 1 ist ein Kniegelenkrahmen 1 zu sehen, der den unteren Teil des einen Protheseneleraents, im vorliegenden Fall des Oberschenkelteils, bildet. Ein Gelenksattel 2 ist auf einem Rohr 3 angebracht und bildet den oberen

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Teil des unteren Prothesenelementes, im vorliegenden Fall des Unterschenkelteiles. Ein Gelenkzapfen 4 ist in Kniegeteikrahmen 1 angebracht, wobei die Achse dieses Zapfens den Kniemittelpunkt 5 bildet und ein Radiusarmelement 6 um diesen Zapfen 1 schwenkbar ist. Das äussere Ende des Radiusarmelementes 6 ist um eine Achse 7 schwenkbar am oberen Ende des Gelenksattels 2 angebracht, wodurch das Radiusarmelement 6 den Gelenksattel 2 mit dem Kniegelenkrahmen 1 verbindet. Die Aufwärtsbewegung des Gelenksattels 2 relativ zum Kniegelenkrahmen veranlasst das Radiusarmelement 6 zu einer Schwenkbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn, um den Kniemittelpunkt 5. Die Achse 7 liegt parallel zur Kniemittelachse 5 und läuft um diese herum. Die Vorderseite der Prothese ist in der Darstellung der Figur 5 rechts. Der Kniegelenkrahmen 1 enthält als einen einstUckigen bzw. starr mit ihm verbundenen Teil eine hohle Bremstrommel 6, deren Mittelachse mit der Kniemittelachse 5 zusammenfällt und in deren Innenseite ein Bremsschuh 9 mit Reibungsbelag 10 angebracht ist. Der Bremsschuh 9 ist an einem Ende schwenkbar mit dem Gelenksattel 2, und zwar schwenkbar um die Achse 7, verbunden. Das andere Ende des Bremsschuhs 9 ist über ein schwenkbares Lenkerelement 11 mit dem Gelenksattel 2 verbunden, wobei dieses Lenkerelement 11 um die Achse 12 relativ zum Bremsschuh 9 und um die Achse

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13 relativ zum Gelenksattel 12 schwenkbar ist. Die Beinprothese nach Figur 1 enthält zusätzlich eine pneumatische Steuervorrichtung 11 für die Schwingphase, eine ansich bekannte Vorrichtung, deren Kolben und Zylinder jeweils bei 15 mit dem Gelenkrahmen 1 und bei 16 mit dem Gelenksattel 2 verbunden sind. Diese Vorrichtung 14 arbeitet in bekannter Weise als eine Rückbewegungsbegrenzung.

Figur 2 zeigt die Prothese geraäss Figur 1 in vollständig gebeugter Stellung mit dem Gelenksattel 2 in Schnittdarstellung , um die Enden des Bremsschuhes 2 freizulegen.

Gemäss Figur 1 ist die Arbeitsweise des Kniemechanismus wie folgt:

Wenn die Prothese belastet wird, bewegt sich der Gelenksattel 2 aufwärts relativ zu dem Gelenkrahmen 1 und ver- anlasst das Radiusarmelement 6 zu einer Verdrehung entgegen dem Uhrzeigersinn um die Kniemittelachse 5 relativ zu dem Kniegelenkrahmen 1 und dem Gelenksattel 2. Die dabei erfolgende relative Aufwärtsbewegung der Achse 7 und deshalb auch des Endteiles 17 (Figur 2) des Brems schuhes 9 zwingt den Bremsschuh dazu, sich auszudehnen und sich gegen die zylindrische Innenfläche 18 der Bremstrommel θ zu bewegen, da eine Drehbewegung des

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Bremsschuhes 2 relativ zum Gelenksattel 2 durch die Verbindung am anderen Ende des Bremsschuhes mit dem Gelenksattel 2 bei 13 unmöglich gemacht wird.

Vorausgesetzt, dass der Unterschenkelteil unter Kraftwirkung steht die bestrebt ist, das Radiusarmelement 6 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Kniemittelachse relativ zum Gelenksattel 2 zu verschwenken, greift die Reibungsauflage unter Reibung auf die Innenfläche 18 der Bremstrommel 8 um sich einer Beugebewegung des Kniegelenkes zu widersetzen, einerlei ob die Prothese gestreckt oder gebeugt wird.

Die Bremswirkung des Kniemechanismus während der Auslagephase erfolgt daher über einen recht weiten Bereich der Kniebewegung von der Streckstellung bis zu einer beträchtliehen Beugestellung (wobei zu verstehen ist, dass die

Last auf der Prothese während eines Schrittes variiert).

Um dem Amputierten zu helfen weitgehend natürlich zu gehen ist es erwünscht, eine Vorrichtung zum Lösen des Bremseffektes in einem richtigen Stadium im Schrittzyklus vorzusehen. Wie in Figur 3 gezeigt, enthalt eine Ausführungs form einer solchen Lösevorrichtung eine Schrauben-Druckfeder 19, die auf einen verlängerten Teil 20 des Radius-

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armelementea 6 und einen inneren Steg 21 des Gelenksattels 2 einwirkt, um den verlängerten Teil 20 relativ zum Gelenksattel 2 nach unten zu ziehen. Dies hat zur Wirkung, dass das Radiusarmelement 6 im Uhrzeigersinn federnd gezogen wird und damit bestrebt ist, den Kniegelenkrahmen 1 von dem Gelenksattel 2 hinwegzubewegen. Somit wirkt die Feder 19 dem Gewicht des Amputierten am Kniegelenkmechanismus entgegen. Eine Einstellschraube 22 ist vorgesehen, um die von der Feder 19 auf das Radiusarmelement 6 ausge übte Kraft verändern zu können. Normalerweise sollte die Schraube 22 so eingestellt werden, dass die Feder 19 eine kleine Restkraft ausübt, wenn keine Last auf der Prothese liegt. Dies ermöglicht es, dass das Knie sich im richtigen Stadium des Schrittzyklus gelenkig bewegt, wenn noch eine kleine Last auf der Prothese liegt. Es ermöglicht auch, dass der Amputierte das Knie zu anderer Zeit beugen kann, wenn etwas Gewicht auf der Prothese ruht, beispielsweise beim setzen.

In der Schnittdarstellung nach Figur M ist zu sehen, dass das Radiusarmelement 6 zwei "Arme" 23 und 24 hat, die den Zapfen 25 umgreifen. Der Arm 23 enthält den verlängerten Teil 20 zur Verbindung mit der Feder 19.

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Figur 5 zeigt eine Ausführungsforra, in der das schwenkbare Lenkerelement 11 in seiner Länge verstellbar ist. Dies ermöglicht den Abstand zwischen dem Reibungsbelag 10 und der inneren Oberfläche 18 der Bremstrommel θ einzustellen, wenn die Prothes nicht unter Last ist. Damit kann Verschleiss am Reibungsbelag 10 ausgeglichen werden. Das Lenkereleraent 11 ist aus zwei Teilen 26 und 27 gebildet, die in einer Ebene 28 aneinandergesetzt sind. Durch Lösen der Einstellschraube 29 können die beiden Teile 26 und 27 relativ zueinander verschoben werden, um den Abstand zwischen den Achsen 12 und 13 einzustellen. Die sich gegenüberliegenden Flächen der Ebene 28 sind vorzugsweise geriffelt, so dass die beiden Teile 26 und 27 bei festgezogener Schraube 29 sicher aneinandergehalten werden, Die Schraube 29 ist durch ein Loch 30 in der Wand der Trommel 8 zugänglich. Wenn erwünscht, kann das Lenkerelement 11 auf einen Abstand "Null" für ständigen Eingriff des Reibungsbelages 10 mit der Innenfläche der Trommel 8 eingestellt werden. Dies bedeutet, dass die Prothese einen Gelenkbewegungs-Widerstand sowohl in der Schwingphase als auch in der Auslagephase aufweist, was eine einfache Form für die Schwingphasensteuerung darstellt.

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Claims

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. HEINRICH SEIDS

62 Wiesbaden · Bierstadter Höhe 15 ■ Postfach 12068 · Telefon (06121) 56 5382 Postscheck Frankfurt/Main 181008-602 ■ Bank Deutsche Bank 395 63 72 ■ Nass. Sparkasse 108 00 30 65

Wiesbaden, den 07. September 1977 B 728 S/rd

Chaa. A. Blatchford & Sons Limited Hampshire, England

Patentansprüche

f 1) JBeinprothese mit Oberschenkelteil und Unterschenkel teil als Prothesenelemente und mit einem stabilisierten Kniegelenk-Mechanismus, der eine mit dem einen Prothesenelement verbundene Bremstrommel und ein mit dem anderen Prothesenelement verbundenes und mit der Bremstrommel zusammenwirkendes Bremselement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremstrommel (8) hohl ist und als mit ihr zusammenwirkendes Bremselement in ihrem Inneren einen Bremsschuh (9) enthält, bei derartiger Ausbildung, dass sich der Bremsschuh (9) unter auf die Prothesenelemente (1, 2, 3) ausgeübter Last als Widerstand gegen Beugen des Kniegelenks an die Innenfläche (18) der Bremstrommel (8) legt.

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2) Beinprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberschenkelteil und der Unterschenkelteil in solcher V/eise relativ zueinander beweglich sind, dass ihre gegenseitige Annäherung aufgrund von auf die

Prothese ausgeübter Last bzw. des von der Prothese

übernommenen Körpergewichtes des Trägers, das Anlegen

des Bremsschuhes (9) unter Reibung an die Innenfläche (18) der Bremstrommel (8) hervorruft.

3) Beinprothese nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

eine Lösevorrichtung (19, 20, 21, 22) zur Unterstützung des Abhebens des Bremsschuhs (9) von der Bremstrommel (8).

Beinprothese nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass die Löseeinrichtung eine oder mehrere Federn (19) enthält, die die Prothesenelemente (1, 2, 3) in relativer gegenseitiger Bewegung voneinander weg zwingt bzw. zwingen.

5) Beinprothese nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremstrommel (8) starr mit dem oberen Prothesenelement (1) verbunden ist und der Bremsschuh ein teilzylindrisches nachgiebiges

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Element (9) aufweist, das eine äussere Reibungsoberfläche hat oder ein Lager (10) aus Reibungsbeschichtungsmaterial trägt, und zwar an seiner äusseren Oberfläche, wobei der Bremsschuh (9) schwenkbar mit dem unteren Prothesenelement (2, 3) derart verbunden ist, dass relative Annäherungsbewegung der Prothesenelemente (1, 2, 3) die Ausdehnung des Bremsschuhs (9) im Inneren der Bremstrommel (8) und Reibungseingriff der Reibungsoberfläche bzw. des Reibungsbelages (10) mit der Bremstrommel (8) hervorruft.

6) Beinprothese nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Prothesenelement (2, 3) an einem äusseren Endteil eines Radiusarmelements (6) um eine parallel und umlaufend zur Bremstrommelachse (5) angeordnete Tragachse (7) schwenkbar angebracht ist, wobei der innere Endteil des Radiusarmelements (6) schwenkbar um die Bremstrommelachse (5) am oberen Prothesenelement (1) angebracht ist.

7) Beinprothese nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerachse (7) innerhalb des geometrischen Zylinders angeordnet ist, der durch die Innenfläche (18) der Bremstrommel (8) gebildet ist.

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8) Beinprothese nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass beide Enden des Bremsschuhs jedes für sich mit dem unteren Prothesenelement (2, 3) verbunden ist, und zwar eines dieser Enden des Bremsschuhs (9) über ein schwenkbares Lenkerelement (11).

9) Beinprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einrichtungen (26, 27, 28, 29» 30) zum Einstellen des Abstandes zwischen dem Bremsschuh (9) und der Bremstrommel (8) für Prothesenbelastung "Null¹¹ vorgesehen sind.

10) Beinprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Druckmittel arbeitende Einheit (14) zur Schwingphasensteuerung vorgesehen und mit dem/jberen Prothesenelement (1) und dem unteren Prothesenelement (2, 3) verbunden ist.

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