DE60002875T2

DE60002875T2 - Unterschenkelprothese

Info

Publication number: DE60002875T2
Application number: DE60002875T
Authority: DE
Inventors: B. John MERLETTE; W. Eric RUBIE; J. David WALL; R. James BRUEGGEMANN
Original assignee: CRP Inc
Current assignee: Otto Bock Healthcare LP
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: EP1196119B1; US20020128727A1; US6398818B1; CA2373795A1; DE60002875D1; WO2001001896A1; CA2373795C; ATE240704T1; EP1196119A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Unterschenkelprothesen und insbesondere auf Unterschenkelprothesen, die so konfiguriert sind, dass sie die dynamischen Leistungsmerkmale des menschlichen Fußes und des menschlichen Fußknöchels wiedergeben.
In den letzten Jahren sind bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet von Unterschenkelprothesen gemacht worden, die weitgehend auf die Weiterentwicklung auf dein Gebiet von Verbundmaterialien zurückzuführen sind. Es wurden Unterschenkelprothesen aus Glasfaser-/Epoxidharz – und Kohlefaser-/Eposidharz-Verbundmaterialien entwickelt, die die dynamischen Leistungsmerkmale des menschlichen Fußes und des menschlichen Fußknöchels sehr genau wiedergeben.
Eine solche Unterschenkelprothese wird im amerikanischen Patent Nr. 4.959.073 von Merlette beschrieben. Die Merlette-Prothese besitzt ein verlängertes Hauptteil aus Verbundmaterial mit einem Beinabschnitt und einem nach vorn gerichteten Fußabschnitt sowie ein Fersenteil, das von der Unterseite des Fußabschnitts des Hauptteils nach hinten vorsteht. Ein hochdichtes Polyurethan-Elastomer ist zwischen dem Fersenteil und dein Fußabschnitt des Hauptteils angeordnet, so dass die beiden Teile dauerhaft miteinander verbunden sind, und um eine begrenzte Abfederung zu bieten. Das obere Ende des Beinabschnittes des Hauptteils stützt einen Amputationsstutzen zur Aufnahme des verbliebenen Körpergliedes des Amputierten ab und an der Unterseite des Fersenelementes lässt sich eine Kreppsole befestigen. Um der Prothese das Erscheinungsbild eines echten, menschlichen Fußes zu geben, können die zusammengesetzten Elemente mit einer Fußschale aus Schaum oder mit 'cosmesis' versehen werden.
Die oben kurz beschriebene Merlette-Unterschenkelprothese hatte einen bedeutenden, kommerziellen Erfolg zu verzeichnen. Dennoch ist man der Meinung, dass die Merlette- Prothese durch Veränderung der Struktur, die sich der Aufwärtsbiegung des Fersenabschnitts beim Aufsetzen der Ferse widersetzt, und auch durch Lieferung einer verbesserten Inversion-/Eversion-Übereinstimmung verbessert werden kann.
Man sollte deshalb den Bedarf nach einer Unterschenkelprothese erkennen, die bei ihrer Verwendung ein verbessertes Dynamikgefühl beim Aufsetzen der Ferse bietet und eine verbesserte Inversion-/Eversion-Übereinstimmung liefert. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf und bietet weitere, damit verbundene Vorteile.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine verbesserte Unterschenkelprothese, die bei ihrem Gebrauch ein verbessertes Dynamikgefühl beim Aufsetzen der Ferse bietet und eine verbesserte Inversionß/Eversion-Übereinstimmung liefert. Die Prothese besitzt einen verlängerten Pylon mit einem oberen, allgemein vertikalen Abschnitt, und einem unteren, nach vorn gerichteten Fußabschnitt, wobei der obere Abschnitt eine vertikale Pylonachse definiert, und sie besitzt weiterhin eine allgemein horizontal ausgerichtete Fußplatte, die unter dem Pylon angeordnet ist, und einen Fersenabschnitt aufweist, der von der vertikalen Pylonachse aus über eine erhebliche Distanz nach hinten vorsteht. Sowohl der Pylon als auch die Fußplatte sind aus einem hochfesten Verbundmaterial, z. B. einem Epoxidharz-/ Kohlefaser-Verbundmaterial, hergestellt. Außerdem befindet sich eine Elastomerschicht, z. B. aus einem hochdichten Polyurethanstoff zwischen dem Pylon und der Fußplatte, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Fersenabschnitts der Fußplatte erstreckt, und den Pylon und die Fußplatte miteinander verbindet. Während der Benutzung der Prothese wird die Aufwärtsbiegung des Fersenabschnitts der Fußplatte beim Aufsetzen der Ferse sowohl durch die Steifheit des Fersenabschnitts selbst, als auch durch die Kompression des Teils der Elastomerschicht, die von der vertikalen Pylonachse aus nach hinten angeordnet ist, erheblich begrenzt.
In einem detaillierteren Merkmal der Erfindung ist die nach vorn gerichtete Spitze der Fußplatte im wesentlichen unterhalb der nach vorn gerichteten Spitze des nach vorn gerichteten Fußabschnittes des Pylons angeordnet, und die Elastomerschicht erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Fußplatte von der nach vorn gerichteten Spitze bis zur nach hinten gerichteten Spitze. Die Elastomerschicht besitzt vorzugsweise eine Breite, die sich ab einem maximalen Mittenabschnitt der Fußplatte auf ein Minimum an der nach vorn gerichteten Spitze der Fußplatte der Fußplatte und auf ein Minimum an der nach hinten gerichteten Spitze der Fußplatte verjüngt. Außerdem besitzt der nach vorn gerichtete Fußabschnitt des Pylons eine Breite, die sich ab einem Maximum an einer im wesentlichen mit der maximalen Breite der Elastomerschicht fluchtenden Stelle auf ein Minimum an der vorwärts gerichteten Spitze des Fußabschnitts verjüngt. Die Punkte maximaler Breite des nach vorn gerichteten Fußabschnitts des Pylons und der Elastomerschicht sind vorzugsweise von der vertikalen Pylonachse aus nach vorn gerichtet.
In detaillierteren Merkmalen der Erfindung besitzt der Teil der Elastomerschicht. der am Fersenabschnitt der Fußplatte angeordnet ist, eine konkave Oberfläche. Bei dieser konkaven Oberfläche handelt es sich vorzugsweise um einen Kreisbogen, der sowohl den oberen, vertikalen Abschnitt des Pylons, als auch die nach hinten gerichtete Spitze der Fußplatte tangential berührt.
Der Teil der Elastomerschicht, der von der vertikalen Pylonachse aus nach hinten angeordnet ist, liefert vorzugsweise mindestens ungefähr ein Drittel des Gesamtwiderstandes gegen die Aufwärtsbiegung des Fersenabschnitts der Fußplatte beim Aufsetzen der Ferse. Außerdem ist diese Schicht über den wesentlichen Teil ihrer gesamten Länge mindestens ungefähr einen halben Zentimeter dick.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollten sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsarten in Verbindung mit den beispielhaften Zeichnungen ergeben, die die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Unterschenkelprothese gemäß der Erfindung. wobei die Prothese einen Pylon und eine Fußplatte aufweist, die durch eine Elastomer-Zwischenschicht dauerhaft miteinander verbunden sind.
2 ist eine Seitenrissansicht der Unterschenkelprothese von 1.
3 ist eine Draufsicht der Unterschenkelprothese aus 1.
4 ist eine Rückansicht der Unterschenkelprothese von 1.
5 ist ein Schaubild, das die Biegung der Fersenspitze in Abhängigkeit von der Belastung zeigt und zwar sowohl für die Unterschenkelprothese aus 1 als auch für eine ähnliche Prothese, bei der der Teil der Elastomerschicht, der von der vertikalen Pylonachse aus nach hinten gerichtet angeordnet ist, entfernt wurde, und die so vereinheitlicht wurden, dass sie die gleiche Gesamtbiegung bei maximaler Belastung aufweisen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSART
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf die 1 bis 4 wird nun eine Unterschenkelprothese 10 gemäß der Erfindung gezeigt, wobei die Prothese einen verlängerten Pylon 12 mit einem oberen, vertikal ausgerichteten Fußknöchel-/ Schienbeinabschnitt 14 und einem unteren, nach vorn gerichteten Vorderfußabschnitt 16 und eine darunter angeordnete Fußplatte 18 besitzt. Wie am besten in 2 zu sehen ist, ist die nach vorn gerichtete Spitze 20 der Fußplatte im wesentlichen unterhalb der nach vorn gerichteten Spitze 22 des Vorderfußabschnittes des Pylons angeordnet. Außerdem definiert das nach hinten gerichtete Ende der Fußplatte einen Fersenabschnitt 24, der von einer vertikalen Achse 26 aus, die von dem Fußknöchel-/Schienbeinabschnitt des Pylons definiert wird, nach hinten übersteht. Eine Elastomerschicht 28 verläuft im wesentlichen über die gesamte Länge der Fußplatte und verbindet die Fußplatte und den Pylon dauerhaft miteinander. Die Prothese gibt die dynamischen Leistungsmerkmale des normalen, menschlichen Fußes wieder, dennoch ist sie einfach konstruiert und aufgebaut, so dass sie relativ günstig hergestellt werden kann.
Der Pylon 12 wird vorzugsweise aus einem herkömmlichen Epoxidharz-/Kohlefaser-Verbundmaterial hergestellt und er weist über seine gesamte Länge hinweg einen rechteckigen Querschnitt auf. Der Fußknöchel-/Schienbeinabschnitt 14 des Pylons verläuft glatt nach unten und geht nach vorn in den Vorderfußabschnitt 16 über. Der Pylon weist entlang dem Fußknöchel-/Schienbeinabschnitt im wesentlichen eine gleichförmige Breite auf, die sich jedoch am Beginn des Vorderfußabschnittes auf ein Maximum erhöht und sich dann an der vorderen Spitze 22 des Vorderfußabschnittes auf ein Minimum verjüngt. Die Stärke des Pylons ist entlang dem Fußknöchel-/Schienbeinabschnitt ebenfalls im wesentlichen gleichförmig, sie erhöht sich jedoch an der Übergangsstelle zu dem Vorderfußabschnitt auf ein Maximum und verringert sich über den Vorderfußabschnitt zur vorderen Spitze hin bis auf ein Minimum.
Die Fußplatte 18 wird ebenfalls vorzugsweise aus einem herkömmlichen Epoxid-/ Kohlefaser-Verbundmaterial hergestellt und sie besitzt über ihre gesamte Länge einen rechteckigen Querschnitt. Die Umfangsform der Fußplatte ist im allgemeinen der eines echten, menschlichen Fußes angepasst, wie in 3 am besten zu sehen ist. Außerdem ist die Stärke der Fußplatte im allgemeinen gleichförmig, doch sie verjüngt sich an der Zehenspitze 20 der Fußplatte und der Fersenspitze 30 zu einem Minimum.
Die Elastomerschicht 28 besteht aus einem hochdichten Polyurethanstoff und sie ist zwischen der Fußplatte 18 und dem Vorderfußabschnitt 16 des Pylons angeordnet und verbindet die beiden Elemente dauerhaft miteinander. Diese Elastomerschicht erstreckt sich im wesentlichen über die Gesamtlänge der Fußplatte von der Zehenspitze 22 bis zur Fersenspitze 30. Im Bereich unterhalb des Vorderfußabschnittes besitzt die Elastomerschicht im wesentlichen eine einheitliche Stärke von ungefähr einem halben Zentimeter und eine Breite, die etwas schmaler ist als die des Vorderfußabschnittes, und verjüngt sich an der vorderen Spitze auf ein Minimum.
Der Teil der Elastomerschicht 28, der von der vertikalen Achse 26 des Pylons aus nach hinten angeordnet ist, und der die Bezugnummer 32 trägt, verbindet den Fersenabschnitt 24 der Fußplatte mit dem Teil des Pylons 12, der von dem Fußknöchel-/Schienbeinabschnitt 14 in den Vorderfußabschnitt 16 übergeht. Die Breite dieses Abschnitts der Elastomerschicht 22 verjüngt sich übergangslos an der Fersenspitze 30 zu einem Minimum. Außerdem besitzt die Stärke dieses Abschnitts der Elastomerschicht eine konkave Krümmung mit einem im wesentlichen gleichmäßigen Radius von ungefähr sechs Zentimetern. Diese Krümmung weist im wesentlichen an der Fersenspitze 30 und an dem Fußknöchel-/Schienbeinabschnitt 14 Tangentialpunkte auf. Für diesen Abschnitt der Elastomerschicht 32 können auch alternative Formen verwendet werden.
Der Abschnitt der Elastomerschicht 32, der von der vertikalen Achse 26 des Pylons aus nach hinten angeordnet ist, hilft nicht nur dabei, die Fußplatte 18 dauerhaft mit dem Pylon 12 zu verbinden, sondern auch die Leistungsfähigkeit der Prothese 10 während ihres Gebrauchs, insbesondere beim Aufsetzen der Ferse, zu verbessern. Während der Amputierte beim Gehen die Ferse aufsetzt, biegt sich der Fersenabschnitt 24 der Fußplatte 18 nach oben, um das Auftreffen der Prothese auf dem Boden abzufedern. Der Widerstand gegen diese Aufwärtsbiegung wird nicht nur durch die inhärente Steifheit des Fersenabschnitts selbst, sondern auch durch die Kompression des Abschnitts der Elastomerschicht 32 geliefert. Dies steht im Gegensatz zu vielen zusammengesetzten Unterschenkelprothesen mit überstehenden Fersenabschnitten, die sich der Aufwärtsbiegung des Fersenabschnittes nur durch die dem Fersenabschnitt inhärente Steifheit widersetzen.
An dem Punkt der maximalen Biegung sorgt die Kompression des Abschnitts der Elastomerschicht 32 für ungefähr ein Drittel des Gesamtwiderstandes der Prothese gegen die Biegung des Fersenabschnitts 24 der Fußplatte 18. Wenn also eine Prothese ohne den Abschnitt der Elastomerschicht konstruiert werden würde, würde bei einer um ca. ein Drittel geringeren Stoßkraft eine ähnlich hohe Aufwärtsbiegung des Fersenabschnittes auftreten.
Außerdem tragen die inhärente Steilheit des Fersenabschnitts 24 der Fußplatte 18 und die Kompression des Abschnitts der Elastomerschicht 32 auf verschiedene Art und Weise zum Widerstand gegen die Aufwärtsbiegung des Fersenabschnitts bei. Insbesondere trägt der Abschnitt der Elastomerschicht zum Widerstand gegen die Aufwärtsbiegung dann am meisten bei, wenn die Stoßkräfte gering sind, während der Beitrag der inhärenten Steifheit des Fersenabschnitts zum Widerstand gegen die Aufwärtsbiegung eher dann am größten ist, wenn die Stoßkräfte groß sind.
Die unterschiedlichen dynamischen Leistungsmerkmale des Fersenabschnitts 24 und des Abschnitts der Elastomerschicht 32 beim Widerstand gegen die Aufwärtsbiegung des Fersenabschnitts lassen sich unter Bezugnahme auf 5 erkennen, die ein Schaubild der Last-/Biegungskurve des Fersenabschnitts zeigt. Es sind tatsächlich die beiden Kurven für das Last-/Biegungsverhältnis gezeigt, wobei eine die Biegung zeigt, wenn die Last oder Belastung angewendet wird, und die andere die Biegung zeigt, wenn die Last entfernt wird. Für eine gegebene Belastung oder Last tritt im letzteren Fall eine etwas größere Biegung.
Ebenfalls in 5 ist ein Schaubild der Last-/Biegungskurven für eine Prothese zu sehen, die ohne einen Abschnitt einer Elastomerschicht von der vertikalen Pylonachse der Prothese nach hinten konstruiert wurde, die so vereinheitlicht wurde, dass sie die gleiche Gesamtbiegung wie die von Prothese 10 besitzt. Man wird feststellen, dass die Prothese 10 bei Nicht-Höchstbelastungen eine geringere Biegung des Fersenabschnitts aufweist. Diese Differenz sorgt für ein verbessertes Dynamikgefühl für den Amputierten.
Ein weiterer Leistungsvorzug durch die Elastomerschicht 28 ergibt sich aus ihrer erheblichen Stärke über ihre gesamte Länge. Wie oben erwähnt, hat die Elastomerschicht im wesentlichen eine gleichmäßige Stärke von ungefähr einem halben Zentimeter über ihre gesamte Länge unterhalb des Vorderfußabschnittes 16 des Pylons. Diese Stärke erleichtert die begrenzte Gelenkverbindung einschließlich der Inversions- und Eversionsbewegung des Pylons 12 gegenüber der Fußplatte 18. Dadurch kann die Prothese 10 die Bewegung des echten, menschlichen Fußes besser nachahmen.
Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, dass die vorliegende Erfindung eine verbesserte Unterschenkelprothese liefert, die im Gebrauch ein verbessertes Dynamikgefühl beim Aufsetzen der Ferse verleiht, was wiederum zu verbesserter Inversions-/ Eversionsübereinstimmung führt. Die Prothese besitzt einen verlängerten Pylon mit einem oberen, allgemein vertikalen Abschnitt, und einem unteren, nach vorn gerichteten Fußabschnitt, und sie besitzt weiterhin eine allgemein horizontal ausgerichtete Fußplatte, die unter dem Pylon angeordnet ist, und einen Fersenabschnitt aufweist, der von der vertikalen Pylonachse aus über eine erhebliche Distanz nach hinten vorsteht. Eine Elastomerschicht befindet sich zwischen dem Pylon und der Fußplatte, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Fersenabschnitts der Fußplatte erstreckt, und den Pylon und die Fußplatte miteinander verbindet. Während des Gebrauchs der Prothese wird die Aufwärtsbiegung des Fersenabschnitts der Fußplatte beim Aufsetzen der Ferse sowohl durch die Steifheit des Fersenabschnitts selbst, als auch durch die Kompression des Teils der Elastomerschicht, die von der vertikalen Pylonachse aus nach hinten angeordnet ist, erheblich begrenzt.

Claims

Unterschenkelprothese (10), die einen verlängerten Pylon (12) mit einem oberen, allgemein vertikalen Abschnitt (14) und einem unteren, nach vorn orientierten Vorfußabschnitt (16) umfasst, wobei der obere Abschnitt (14) eine vertikale Pylonachse (26), eine allgemein horizontal orientierte Fußplatte (18), die unter dem Pylon (12) angeordnet ist und einen Fersenabschnitt (24) einschließt, der eine wesentliche Distanz von der vertikalen Pylonachse (26) nach hinten gerichtet hervorsteht, wobei der Pylon (12) und die Fußplatte (18) beide aus einem hochfesten Verbundmaterial geformt sind, und eine elastomerische Schicht (28) dazwischen angeordnet ist, und den Pylon (12) und die Fußplatte (18) aneinander befestigt, dadurch gekennzeichnet, dass sich die elastomerische Schicht (28) im wesentlichen entlang der ganzen Länge des Fersenabschnitts (24) der Fußplatte (18), aber nicht unterhalb der Fußplatte (18) oder auf dem Vorfußabschnitt (16) des Pylons (12) oben auf erstreckt, und weiter dadurch gekennzeichnet, dass, während des Gebrauchs der Prothese (10), bei Aufsetzen der Ferse, die Aufwärtsbiegung des Fersenabschnitts (24) der Fußplatte (18) weitgehend sowohl durch die Steifheit des Fersenabschnitts (24) selbst als auch durch Kompression der elastomerischen Schicht (28) begrenzt wird, die ab der vertikalen Pylonachse (26) nach hinten gerichtet angeordnet ist.
2. Unterschenkelprothese (10) wie in Anspruch 1 definiert, wobei: der Vorfußabschnitt (16) des Pylons (12) in einer vorwärts gerichteten Spitze (22) endet: sich die Fußplatte (18) ab einer vorwärts gerichteten Spitze (20) zu einer rüekwärts gerichteten Spitze (30) erstreckt; die vorwärts gerichtete Spitze (20) der Fußplatte (18) im wesentlichen unterhalb der vorwärts gerichteten Spitze (22) des Pylon-Vorfußabschnitts (16) angeordnet ist; und sich die elastomerische Schicht (28) im wesentlichen entlang der ganzen Länge der Fußplatte (18), an ihrer vorderen Spitze (20) bis zu ihrer hinteren Spitze (30), erstreckt.
Unterschenkelprothese (10) wie in Anspruch 2 definiert, wobei die elastomeriche Schicht (28) eine Breite aufweist, die sich ab einem maximalen Mittenabschnitt der Fußplatte (18) auf ein Minimum an der vorwärts gerichteten Spitze (20) der Fußplatte und auf ein Minimum an der rückwärts gerichteten Spitze (30) der Fußplatte verjüngt.
Unterschenkelprothese (10) wie in Anspruch 3 definiert, wobei der Pylon-Vorfußabschnitt (16) eine Breite aufweist, die sich ab einem Maximum an einer im wesentlichen mit der maximalen Breite der elastomerischen Schicht (28) fluchtenden Stelle auf ein Minimum an der vorwärts gerichteten Spitze (22) des Vorfußabschnitts verjüngt.
Unterschenkelprothese (10) wie in Anspruch 4 definiert, wobei sich die Punkte maximaler Breite des Pylon-Vorfußabschnitts (16) und der elastomerischen Schicht (28) vorwärts der vertikalen Pylonachse (26) befinden.
Unterschenkelprothese (10) wie in Anspruch 2 definiert, wobei der am Fersenabschnitt (24) der Fußplatte (18) angeordnete Teil der elastomerischen Schicht (28) eine konkave Oberseite aufweist.
Unterschenkelprothese (10) wie in Anspruch 6 definiert, wobei die konkave Oberseite des am Fersenabschnitt (24) der Fußplatte (18) angeordneten Teils der elastomerischen Schicht (28) ein Kreisbogen ist, der im wesentlichen sowohl den oberen, vertikalen Abschnitt (14) des Pylons als auch die rückwärts gerichtete Spitze (30) der Fußplatte tangential berührt.
Unterschenkelprothese (10) wie in Anspruch 1 definiert, wobei der Pylon (12) und die Fußplatte (18) jeweils einteiliger Konstruktion sind.
Unterschenkelprothese (10) wie in Anspruch 8 definiert, wobei: der einteilige Pylon (12) und die einteilige Fußplatte (18) jeweils aus einem Epoxidharz/Kohlefaser-Verbundmaterial geformt sind; die elastomerische Schicht (28) aus einem Polyurethanmaterial hoher Dichte geformt ist; und die elastomerische Schicht (28) die Fußplatte (18) nicht demontierbar am Pylon (12) befestigt.
Unterschenkelprothese (10) wie in Anspruch 1 definiert, wobei der rückwärts der vertikalen Pylonachse (26) angeordnete Teil der elastomerischen Schicht (28) bei Aufsetzen der Ferse für wenigstens ein Drittel des Gesamtwiderstands gegen Aufwärtsbiegung des Fersenabschnitts (24) der Fußplatte sorgt.
Unterschenkelprothese (10) wie in Anspruch 1 definiert, wobei die elastomerische Schicht (28) eine Dicke von wenigstens einem halben Zentimeter im wesentliches entlang ihrer ganzen Länge aufweist.