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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Orthesevorrichtungen, die verwendet
werden, um die Bewegung einer unteren Gliedmaße zu begrenzen. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung eine Fußgelenk-Fuß-Orthese zum Stabilisieren
und Kontrollieren der Bewegung des Fußgelenks und des Fußes.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Eine
Fußgelenk-Fuß-Orthese
ist eine medizinische Vorrichtung, die verwendet wird, um das Fußgelenk
und den Fuß durch
Unterdrücken
von spastischen und überwältigenden
Fußgelenk- und Fußmuskeln,
Unterstützen
von schwachen und gelähmten
Muskeln des Fußgelenks
und des Fußes und
Verhindern oder Korrigieren von Fußgelenk- und Fußverformungen
zu unterstützen
und auszurichten.
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Eine
Fußgelenk-Fuß-Orthese
ist beim Unterstützen
der Funktionen des Fußgelenks
und des Fußes
besonders nützlich,
wenn eine Person einen Gangzustand aufweist, der üblicherweise
als "Spitzfuß" bekannt ist. Ein
Spitzfuß ist
ein neuromuskulärer Zustand,
der zur Unfähigkeit
einer Person, einen ihrer Füße während eines
Laufschritts ausreichend anzuheben, führt. Ein Spitzfuß kann sich
aus einem zerebrovaskulären
Unfall, einer Rückenmarksverletzung,
angeborenen und sensorischen Nervenkrankheiten, einer neuromuskulären Erkrankung
oder irgendeiner Schädigung
am Muskel und an den Nerven, die erforderlich sind, um den Muskel
des neuromuskulären
Systems, das zum Fuß gehört, zu aktivieren,
ergeben.
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Es
gibt zwei übliche
Komplikationen durch einen Spitzfuß. Erstens kann die Person
das Fallen ihres Fußes
nach dem Aufsetzen ihrer Ferse nicht steuern. Folglich schlägt der Fuß bei jedem
Schritt auf den Boden, was üblicherweise
als Schlagfuß bezeichnet
wird. Dies liegt typischerweise an der Beeinträchtigung der Dorsalflexionsmuskeln
eines Patienten, die sich unter dem Knie auf der Vorderseite des Beins
befinden und verwendet werden, um den Fuß aus einer Position, die im
Wesentlichen auf den Unterschenkel ausgerichtet ist, in eine Position,
die zum Unterschenkel im Wesentlichen senkrecht ist, anzuheben,
was als Dorsalflexion bekannt ist. Die Beeinträchtigung der Dorsalflexionsmuskeln
führt folglich zu
einer übermäßigen Plantarbeugung,
die die Handlung des Ausstreckens des Fußes von einer Position, die
zum Unterschenkel im Wesentlichen senkrecht ist, in eine Position,
die zum Unterschenkel im Wesentlichen parallel ist, ist. Die zweite
Komplikation ist die Unfähigkeit,
während
der Schwungphase eines Gangzyklus den Zeh freizugeben. Dies verursacht, dass
die Person während
der ganzen Schwungphase ihren Zeh auf dem Boden zieht. Daher kann
eine Fußgelenk-Fuß-Orthese verschrieben
werden, um die Schwäche
der Dorsalflexionsmuskeln zu kompensieren, indem der Plantarbeugung
beim Fersenaufsetzen und bei der Schwungphase während eines Gangzyklus Widerstand
geleistet wird.
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Typischerweise
kann eine Person mit Spitzfuß wenig
oder keine Funktion ihres vorderen Schienbeinmuskels haben. Der
vordere Schienbeinmuskel entspringt am äußeren Gelenkkopf des Schienbeins und
erstreckt sich entlang der Außenseite
des Schienbeins, so dass er das Schienbein nahe einem distalen Teil
desselben zur inneren Seite des Fußgelenks hinüber kreuzt,
um mit dem ersten Metatarsalknochen und dem inneren Dreiecksbein
zu verbinden. Eine korrekte Funktion des vorderen Schienbeinmuskels
ermöglicht
eine Dorsalflexion und stülpt den Fuß am Fußgelenk
in einer auswärts
gedrehten Position um. Der vordere Schienbeinmuskel unterstützt auch
den inneren Bogen des Fußes
aufgrund seiner Verbindung mit dem inneren Dreiecksbein.
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Personen,
die die Funktion des vorderen Schienbeinmuskels verloren haben,
drehen gewöhnlich
während
einer Stehphase eines Gangzyklus den Fuß nach innen und drehen ihn
während
einer Schwungphase eines Gangzyklus nach außen. Aufgrund der Beeinträchtigung
des vorderen Schienbeinmuskels, insbesondere am inneren Bogen des Fußes, wird
ferner das Fußgelenk
typischerweise nach außen
gedreht und einwärts
gedreht.
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Über die
Jahre wurden Anstrengungen unternommen, um Fußgelenk-Fuß-Orthesevorrichtung bereitzustellen,
um einen Spitzfuß zu
korrigieren und einem Patienten zu ermöglichen, in einer relativ normalen
Weise zu laufen und zu funktionieren. Eine Art von Fußgelenk-Fuß-Orthese
des Standes der Technik umfasst eine rückseitige Schiene aus Metall
oder Kunststoff, die sich hinter der Achillessehne erstreckt und
sich mit einer Fußplatte
kombiniert, die die Sohle des Fußes überspannt. Diese Fußgelenk-Fuß-Orthese
besitzt mindestens ein Band, das sich um den Unterschenkel an einer
Stelle unter dem Knie erstreckt. Diese Fußgelenk-Fuß-Orthese ist insofern nachteilig, als
sich die Orthese entlang des rückseitigen
Teils des Beins erstreckt und sich auf die Gelenke ungünstig auswirkt,
so dass sie einen sehr steifen Gang erzeugt. Ein weiterer Nachteil
dieser Orthese besteht darin, dass die Wade und die Achillessehne
schweren Beanspruchungen unterzogen werden, die Schmerzen und Unannehmlichkeit
für den
Patienten, der die Orthese trägt,
verursachen können.
Noch ferner hat diese Orthese eine unerwünschte Wirkung auf das Bein
des Patienten während
eines Gangzyklus, da die Orthese nur an der Rückseite der Ferse angeordnet
ist und daher kein sanftes Fersenaufsetzen vorsieht.
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Eine
weitere Art von Fußgelenk-Fuß-Orthese
des Standes der Technik wird von Otto Bock hergestellt und unter
dem Handelsnamen "Walk
On" vertrieben.
Diese Fußgelenk-Fuß-Orthese
wird aus mit Carbonfaser verstärktem
Material hergestellt, um eine mäßige Beständigkeit
gegen eine Plantarbeugung und Dorsalflexion sowie eine gewisse Stirnbeinebenenkontrolle
vorzusehen. Die Konstruktion dieser Orthese umfasst eine Fußplatte,
die mit einem Wadenband über
eine kleine Carbonfaserfeder verbindet, das sich um den inneren
Knöchel
erstreckt und sich den hinteren Wadenbereich hoch erstreckt, und
ferner ein Band umfasst, das die Orthese am Unterschenkel befestigt.
Die Fußplatte
stellt Kompression beim Fersenaufsetzen, Energierückführung von einer
Mittelstellung bis zum Zehenanheben, ein leichtes Zehenabrollen
durch Einschließen
von erhöhter Steifigkeit
vom Fersenabsenken bis zur Mittelstellung und verringerte Steifigkeit
ab der Mittelstellung bereit. Diese Konstruktion ist weniger auffällig, wenn
sie getragen wird, da sie sich um den inneren Knöchel erstreckt, und das mit
Carbonfaser verstärkte
Material ist verschleißbeständig. Ferner
hat diese Konstruktion insofern den Vorteil gegenüber herkömmlichen hinteren
Kunststoffkonstruktionen, als sie sich über die innere Seite des Fußes erstreckt
und daher die Orthese mit einem Fersenteil und einem Zehenteil versieht,
die zu einem sanfteren Fersenaufsetzen beitragen. Andererseits besteht
ein Nachteil an dieser Orthese darin, dass sie einen signifikanten
Grad an Plantarbeugung ermöglicht,
da ihr eine zweckmäßige vordere
Stütze
fehlt und sie nur die Rückseite des
Fußgelenks
und des Fußes
abstützt.
Diese Konstruktion stellt überdies
keine äußere Abstützung bereit
und daher wird, wenn Leute nicht hohe und starke Schuhe tragen,
eine Ausstülpung
des Fußes
nicht verhindert.
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In
einer weiteren Variation einer Fußgelenk-Fuß-Orthese offenbart das
US-Patent 5 897 515 eine
Fußgelenk-Fuß-Orthese,
die einen Rahmen aus biegsamem Material umfasst, der sich über den
vorderen Teil des Unterschenkels und das äußere Fußgelenk erstreckt und sich
ferner unter einem Teil der Sohle des Fußes erstreckt, um mit einer
Fußplatte
zu verbinden. Diese Orthese erfordert mindestens ein im Wesentlichen
unbiegsames Verstärkungselement,
das sich über
einen schmalen Teil des vorderen Teils des Rahmens erstreckt. In
der Praxis wurde festgestellt, dass die vordere Schale, die den
Unterschenkel bedeckt, eine Patientenunannehmlichkeit aufgrund der
entlang des vorderen Teils des Beins bedeckten Menge an Fläche verursachen
kann, wodurch sich eine übermäßig verschwitzte
Fläche
und eine unerwünschte
Menge an Druck, der auf den Schienbeinbereich beim Laufen ausgeübt wird,
ergibt. Ferner wurde festgestellt, dass diese Orthese unter Bruchproblemen
insbesondere in einem Bereich, in dem sich die Orthese über das äußere Fußgelenk
erstreckt und mit der Fußplatte
verbindet, leidet.
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In
einer Orthese, die eine Strebe umfasst, die sich über einen äußeren Teil
des Schienbeins erstreckt, wie bei der Orthese von
US-Patent 5 897 515 , kann ein Patient
während
der Schwungphase seines Gangs eine angemessene Abstützung haben, er
hat jedoch keine ausreichende Abstützung, um die Ausstülpung des
Fußes
während
der Stehphase seines Gangs zu verhindern. Der Mangel an Abstützung während der
Stehphase liegt teilweise am Mangel an Abstützung am inneren Bogen des
Fußes
und am Gesamtversagen der äußeren Strebe,
die Länge
des vorderen Schienbeinmuskels abzustützen. Obwohl viele herkömmliche
Fußgelenk-Fuß-Orthesen
mit einer sich seitlich erstreckenden Strebe einen Patienten mit
mehr Kontrolle für
die Dorsalflexion versehen und eine übermäßige Plantarbeugung verhindern können, wurde
folglich festgestellt, dass es diesen Orthesen misslingt, eine angemessene
Abstützung am
inneren Bogen des Fußes
vorzusehen. Folglich haben Patienten, die diese herkömmlichen
Orthesen tragen, keine ausreichende Kraft, um ihren Fuß von der
Einwärtsdrehung
abzuhalten, da ihre Fähigkeit, den
Fuß auszustülpen, nicht
gesteigert wurde. Überdies
sehen Orthesen mit nur seitlichen Streben keine ausreichende X-Bein-Kontrolle
vor, wodurch ein Fußgelenk
unzureichend stabilisiert wird und es misslingt, eine angemessene
Fußgelenkverbindung
zu ermöglichen.
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WO 02/083040 offenbart
eine Orthese, die zu jener von
US
5 897 515 ziemlich ähnlich
ist. Im Gegensatz zur letzteren Orthesevorrichtung umfasst die erstere
einen gegabelten Oberschenkeleingriffsteil.
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Das
US-Patent 3 504 668 betrifft
eine Orthesevorrichtung mit einem inneren Bogenteil, der sich von
einem Fußgelenkteil
erstreckt. Der innere Bogenteil verbindet mit einem Fußteil, der
nur einem Bogen des beabsichtigten Trägers der Vorrichtung entspricht.
Die Orthesevorrichtung umfasst jedoch keine Oberschenkeleingriffsteile,
da sich der oberste Teil der Vorrichtung nur zum Fußgelenk
des Trägers der
Vorrichtung erstreckt. Die Vorrichtung umfasst keinen Abschnitt,
der sich vom Fußgelenkteil
erstreckt, so dass er sich über
die äußere Seite
des Fußgelenks
des Trägers
erstreckt.
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Allen
vorstehend erwähnten
Orthesen misslingt es jeweils teilweise, eine ausreichende innere Abstützung während einer
Stehphase des Gangs eines Patienten und eine ausreichende äußere Abstützung während einer
Schwungphase des Gangs eines Patienten angemessen bereitzustellen.
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Folglich
ist es leicht ersichtlich, dass ein Bedarf für eine Fußgelenk-Fuß-Orthese besteht, die eine
Stütze
für sowohl
den inneren als auch äußeren Fußgelenkteil
eines Patienten, eine dynamische Dorsalflexions- und Plantarbeugungsstütze, eine Fußplatte,
die ein leichtes Zehenabrollen ermöglicht, und eine dynamische
Konstruktion, die haltbarer und für einen Materialausfall durch
normale Verwendung weniger anfällig
ist, bereitstellt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend
erwähnten
Mängel,
die zum Stand der Technik gehören,
zu beseitigen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Fußgelenk-Fuß-Orthese
bereitzustellen, die eine dynamische Plantarbeugungsstütze bereitstellt,
um einen natürlicheren
und dynamischen Gang vorzusehen, während der Fuß in einer funktionalen
Position gehalten wird.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Fußgelenk-Fuß-Orthese
mit einem einstückigen
Rahmen zum Abstützen des
vorderen Teils des Unterschenkels bereitzustellen, der nicht den
ganzen vorderen Teil des Unterschenkels bedeckt, während eine
leichte, starke und haltbare Orthese aufrechterhalten wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Fußgelenk-Fuß-Orthese
bereitzustellen, die ein gleichmäßiges Zehenabrollen oder
einen sanften Übergang
von Druckkräften
von einer Fersenabsetzposition in eine Zehenabhebeposition bereitstellt,
um beim Laufen ein natürliches
Gefühl
zu schaffen, während
die Orthese getragen wird.
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Diese
sowie zusätzliche
Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch die Bereitstellung
einer Fußgelenk-Fuß-Orthese,
wie in Anspruch 1 definiert, erreicht.
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Die
Fußplatte
kann eine gekrümmte
Form und veränderliche
Steifigkeitseigenschaften zwischen den Fersen- und Zehenenden aufweisen.
Die Konstruktion der Fußplatte
in der vorliegenden Erfindung stellt ein sanftes Zehenabrollen oder
einen sanften Übergang
von Druckkräften
von einer Fersenabsetzposition in eine Zehenabhebeposition bereit,
wodurch ein natürliches
Gefühl
während
eines Laufschritts geschaffen wird, während ein Patient die Orthese
trägt.
In Bereichen der Orthese, die höheren Beanspruchungsgraden
relativ zu anderen Bereichen ausgesetzt sind, sind solche Bereiche
mit zusätzlichen
Verstärkungsfasern
verstärkt.
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Im
Gegensatz zu den vorstehend erwähnten Orthesevorrichtungen
des Standes der Technik umfasst die Orthese der vorliegenden Erfindung
eine innere Strebe oder einen inneren Teil, der so angeordnet ist,
dass er sich im Allgemeinen entlang des vorderen Schienbeinmuskels
und über
das innere Fußgelenk
erstreckt. Wenn eine innere Stütze
für das Fußgelenk
bereitgestellt ist, stellt die Orthese ein Drei-Punkt-Drucksystem bereit,
wobei zwei Druckpunkte auf der äußeren Seite
des Schuhs und der äußeren Seite
einer oberen Wade des Patienten liegen. Der dritte Druckpunkt erstreckt
sich entlang der inneren Strebe und verhindert, dass sich der Fuß einwärts dreht
und das Fußgelenk
eine feste strukturelle Position einnimmt, in der der Fuß oder ein
Teil des Fußes
auswärts
gedreht oder in der X-Bein-Position erscheint.
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Weitere
Vorteile der Erfindung werden für Fachleute
aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung und den Zeichnungen, auf die darin Bezug genommen wird,
ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Orthese,
die kein Teil der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Orthese
der vorliegenden Erfindung an einem rechten Unterschenkel eines
Patienten;
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3 ist
eine Seitenansicht der Orthese an einem rechten Unterschenkel eines
Patienten;
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4 ist
eine weitere Seitenansicht der Orthese an einem rechten Unterschenkel
eines Patienten;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht der Orthese mit einer bevorzugten Bandvorrichtung;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht der Orthese mit einer weiteren bevorzugten
Bandvorrichtung;
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7A ist
eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
der Fußplatte
der vorliegenden Erfindung, die veränderliche Bereiche mit verschiedenen relativen
Dicken zeigt;
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7B ist
eine Seitenaufrissansicht der Fußplatte von 7A;
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8 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Fußplattensteifigkeit und Kräften, die durch
eine Person mit einem normalen Laufgang ausgeübt werden, zeigt;
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9 ist
eine schematische Ansicht der Fußplatte der vorliegenden Erfindung,
die einen Vergleich zwischen der Menge an Faserlagen und unidirektionalen
Faserlagen der Fußplatte
zeigt;
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10 ist
eine schematische Ansicht, die die Richtung der unidirektionalen
Fasern zeigt, die entlang der Fußplatte angeordnet sind;
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11 ist
eine schematische Ansicht, die die Fasern zeigt, die sich von der
inneren Verbindung mit der Fußplatte
erstrecken; und
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12 und 13 sind
schematische Ansichten, die die Ausbildung von Verstärkungsbereichen
der Orthese der vorliegenden Erfindung zeigen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mit
Bezug auf 1 und 2 wird ein
Beispiel einer Fußgelenk-Fuß-Orthese ähnlich der
Orthese der vorliegenden Erfindung, die später beschrieben wird, gezeigt,
die einige, aber nicht alle Merkmale der vorliegenden Erfindung
darstellt. Die Fußgelenk-Fuß-Orthese
umfasst im Allgemeinen einen einstückigen Rahmen 10 mit
mindestens einer Lage eines mit gehärtetem strukturellen Harz imprägnierten
Gewebes. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst
die Orthese äußere bzw.
innere vordere Stützelemente 12, 14,
die so konfiguriert und bemessen sind, dass sie sich von unter einem
Knie des Beins 11 eines Patienten entlang der Vorderseite
des Beins 11 nach unten erstrecken, wodurch entlang eines
Teils der Länge
des Beins 11 ein Zwischenraum dazwischen festgelegt wird.
Die äußeren und
inneren vorderen Stützelemente 12, 14 verbinden
sich vor einem Fußgelenk 13 des
Patienten, um einen vorderen Fußgelenkteil 16 festzulegen.
Der Fußgelenkteil 16 erstreckt
sich vorzugsweise zu einer inneren Verbindung 18, die sich
um die innere Seite des Fußgelenks 13 eines
Patienten erstreckt und mit einer Fußplatte 20 verbindet,
die sich unter der Sohle des Fußes 17 eines
Patienten befindet.
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Die
Konfiguration der zwei vorderen Stützelemente 12, 14 ermöglicht eine
leichte Einstellung um das Bein und ein bevorzugter Sitz wird durch
Einstellen der zwei vorderen Stützelemente 12, 14 relativ zueinander
gemäß der Vorliebe
des Patienten erreicht. Die Konfiguration des Rahmens 10 kann
auch eine gewisse Vorwärtsbiegung
des Beins 11 ermöglichen,
was eine Federung für
den Bereich des Rahmens 10 an einem oberen Teil des Unterschenkels 11 vorsieht
und einen gewissen Druck der Orthese auf das Bein 11 und
das Fußgelenk 13 nahe
der Fußplatte 20 entlastet.
Außerdem
ermöglicht
die Konfiguration des Rahmens 10 eine ausgedehnte Luftzirkulation um
die Fläche
des Unterschenkels.
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Die
zwei vorderen Stützelemente 12, 14 bleiben
vorzugsweise im Allgemeinen zwei Drittel des Abstandes von ihrem
proximalen Ende zur Fußplatte 20 gegabelt.
Es wurde festgestellt, dass eine Erhöhung der Steifigkeit und eine
Verringerung der Flexibilität
des Rahmens besteht, wenn die vorderen Stützelemente verlängert werden,
was zu einem verkürzten
Fußgelenkteil
führt,
und dagegen eine Verringerung der Steifigkeit und eine Erhöhung der
Flexibilität besteht,
wenn die vorderen Stützelemente
verkürzt werden,
was zu einem verlängerten
Fußgelenkteil führt. Es
ist selbstverständlich,
dass es innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung
liegt, die vorderen Stützelemente
von der bevorzugten Abstandslänge
von zwei Drittel zu verlängern
oder zu verkürzen,
um eine größere Steifigkeit
oder Flexibilität
zu erlangen.
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Obwohl
in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
die vorderen Stützelemente 12, 14 dieselbe Steifigkeit
aufweisen können,
können
die vorderen Stützelemente
so konstruiert sein, dass jedes Element eine andere Steifigkeit
aufweist. Das äußere vordere
Element kann beispielsweise steifer sein als das innere vordere
Element oder umgekehrt. Außerdem
kann eines der vorderen Stützelemente
länger sein
als das andere vordere Stützelement
oder ebenso kann eines der vorderen Stützelemente eine größere Breite
oder Dicke aufweisen als das andere vordere Stützelement. Die Länge, Breite
oder Dicke der vorderen Stützelemente
kann optimiert werden, um sich auf spezielle Bedürfnisse eines Patienten einzustellen.
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Die
Fußgelenk-Fuß-Orthese
kann in zumindest mehreren verschiedenen Konfigurationen angeordnet
werden, um den Rahmen mit dem Bein eines Patienten zu verbinden.
In dem in 1 gezeigten Beispiel sind die äußeren und
inneren vorderen Stützelemente 12, 14 durch
ein äußeres Rahmenelement 40 verbunden,
das sich außen über das
Bein 11 erstreckt. Mit der äußeren und der inneren Seite
des äußeren Rahmenelements 40 ist
eine Befestigungsvorrichtung 22 verbunden, die dazu ausgelegt
ist, sich um das Bein 11 zu winden, um den Rahmen 10 daran
zu befestigen. Das äußere Rahmenelement 40 umfasst
Befestigungselemente 42, die so angeordnet sind, dass sie
ermöglichen,
dass die Befestigungsvorrichtung 22 lösbar daran befestigt wird.
Obwohl Knöpfe
und Knopflöcher,
Schnappbefestigungseinrichtungen oder andere ähnliche Befestigungsvorrichtungen,
die üblicherweise
verwendet werden, verwendet werden können, sind komplementäre Abschnitte
eines Haken- und Ösen-Befestigungsgewebes,
die auf gegenüberliegenden überlappenden
Seiten des äußeren Rahmenelements 40 und
der Befestigungsvorrichtung 22 angebracht sind, sehr bevorzugt.
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Das äußere Rahmenelement
kann in den Rahmen integriert werden, wenn der Rahmen ausgebildet
wird, oder kann alternativ dauerhaft oder lösbar am Rahmen befestigt werden,
nachdem der Rahmen ausgebildet wurde. Das äußere Rahmenelement kann aus
Strukturmaterialien wie z.B. mit Harz imprägnierten Glas-, Carbon- oder
Aramidfasern, einem Polymer wie z.B. Polyethylen oder Polyurethan
oder irgendeinem anderen Material, das für eine einem Fachmann bekannte
Fußgelenk-Fuß-Orthese
geeignet ist, konstruiert werden. Außerdem kann das äußere Rahmenelement
eine Gewebe- und Polsterkombination umfassen, ob mit einem Strukturmaterial
kombiniert oder allein genommen, die ausreichend steif ist, um eine
Stütze
für den
Patienten bereitzustellen.
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In
einem Ausführungsbeispiel,
das in 2, 3 und 4 gezeigt
ist, verbindet die Befestigungsvorrichtung 22 mit den äußeren und
inneren vorderen Stützelementen 12, 14 und
windet sich um das Bein 11, um den Rahmen daran zu befestigen. Wie
in 3, 4 gezeigt, umfasst der Rahmen 10 dieses
Ausführungsbeispiels,
das ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist, obere Beineingriffsteile 55, 57,
die sich von den vorderen Stützelementen 12, 14 erstrecken
und im Allgemeinen senkrecht relativ zu diesen orientiert sind.
Solche oberen Beineingriffsteile 55, 57 sind so
konfiguriert, dass sie sich um zumindest einen Teil des Umfangs des
Beins 11 des Patienten erstrecken, wodurch eine äußere Stütze für das Bein
und eine ausreichende Oberfläche
zum Befestigen des Rahmens 10 an einem solchen Bein 11 bereitgestellt
wird.
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Die
Befestigungsvorrichtung kann aus einem Gewebe, elastischen Band
oder irgendeinem anderen Material, das für einen Fachmann ersichtlich
sein kann, zum Winden um das Bein und Befestigen des äußeren und
inneren vorderen Stützelements
daran konstruiert sein. Überdies
kann die Befestigungsvorrichtung aus mindestens einem Material mit
atmungsfähigen
Eigenschaften, das einen Aufbau von lokalisierten Schweißbereichen
am Bein verringern kann, oder einem Material, das Energie speichern und
freisetzen kann, um eine erwünschte
Temperatur aufrechtzuerhalten, um dadurch lokalisierte Schweißbereiche
zu verringern, ausgebildet sein.
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Wie
in 4 dargestellt, sind Haken- und Ösen-Segmente 53 eines
Haken- und Ösen-Materials
vorzugsweise an den vorderen Stützelementen 12, 14 an
den oberen Eingriffsteilen 55, 57 davon befestigt.
Die Befestigungsvorrichtung 22 wird vorzugsweise an einem
festen Ende 59 an einem der oberen Eingriffsteile 55 befestigt
und umfasst einen Teil von Haken- und Ösen-Material,
das zu den Haken- und Ösen-Segmenten 53 komplementär ist. Ein
freies Ende 61 der Befestigungsvorrichtung 22 ist
so konfiguriert und bemessen, dass es sich um das Bein eines Patienten
erstreckt, um mit den Haken- und Ösen-Segmenten 53 zu
koppeln. Ein Vorteil für
dieses spezielle Ausführungsbeispiel
besteht darin, dass es eine leichte Einstellung des Befestigungsbandes 44 ermöglicht und
den Rahmen 10 stabil am Bein eines Patienten befestigt,
indem eine Bewegung der vorderen Stützelemente 12, 14 in
Bezug auf das Bein verhindert wird.
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In
diesem speziellen Ausführungsbeispiel
ist es bevorzugt, dass die Haken- und Ösen-Segmente 53 an
die vorderen Stützelemente
geklebt werden, wenn der Rahmen 10 ausgebildet wird. Während der Herstellung
des Rahmens kann beispielsweise ein mit Polymer beschichtetes Gewebe über Faserlaminate
gezogen werden, die verwendet werden, um den Rahmen auszubilden,
und mit den Faserlaminaten in einem Autoklaven gehärtet werden.
Ein kleiner Einschnitt wird an dem Gewebe in einem Bereich der oberen
Eingriffsteile der vorderen Stützelemente durchgeführt, wo
die Befestigungsvorrichtung befestigt wird. Die Haken- und Ösen-Segmente
werden über
die Einschnitte im Gewebe geklebt, so dass während der Härtung des Harzes des Laminats
das Harz durch die Schnitte und in das Haken- und Ösen-Segment
austritt, wodurch eine Bindung mit den Haken- und Ösen-Segmenten
gebildet wird.
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Obwohl
dieses spezielle Ausführungsbeispiel
insofern vorteilhaft ist, als es visuell ansprechender ist, vereinfacht es
auch die Befestigung der Orthese am Bein eines Patienten. Die Haken-
und Ösen-Segmente
in Kombination mit der Befestigungsvorrichtung ermöglichen,
dass das freie Ende des Bandes am Bein des Patienten in einer Vielfalt von
Positionen und mit der Möglichkeit
einer inkrementellen Einstellung entfernbar befestigt wird.
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In
noch einem weiteren Ausführungsbeispiel, das
in 6 gezeigt ist, umfasst der Rahmen 10 ein Befestigungsband 44,
das so konfiguriert und bemessen ist, dass es sich um einen oberen
Wadenbereich eines Patienten windet und sich durch mindestens eine
Schleife 52 erstreckt, die mit einem oder beiden der äußeren und
inneren vorderen Stützelemente 12, 14 verbunden
ist. Beide Enden des Befestigungsbandes 44 können Befestigungselemente 42 wie
z.B. die vorstehend erwähnten
umfassen, die dazu ausgelegt sind, mit einem entsprechenden an einem
entgegengesetzten Bandende des Befestigungsbandes 44 zu
koppeln. Das Befestigungsband 44 kann an mindestens einem
der vorderen Stützelemente 12, 14 befestigt
werden oder kann ein unbefestigtes, loses Band sein, das durch die
mindestens eine Schleife 52 einführbar ist.
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Die
Orthese der vorliegenden Erfindung, von der ein Ausführungsbeispiel
in 2, 3 und 4 gezeigt
ist, kann Stützelemente
umfassen, die verwendet werden, um den Rahmen zu verstärken. Solche
zusätzlichen
Verstärkungselemente
können am
Rahmen lösbar
befestigt werden oder damit integriert werden, um selektiv eine
zusätzliche
Abstützung
für Bereiche
des Beins zu schaffen.
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Wie
in 1 gezeigt, kann der Rahmen 10 mit einer äußeren Beinstütze 26 versehen
sein, die sich im Allgemeinen von einem Ort nahe einem proximalen
Teil des Fußgelenkteils 16 erstreckt
und sich um den Wadenbereich eines Patienten windet. Die äußere Beinstütze 26 kann
mit dem Rahmen 10 lösbar
verbunden oder mit diesem integriert werden und zusätzliche
Lagen von vorimprägniertem
Gewebe, biegsame Lagen von geformten Glasfasern oder umformbarem
Prepreg-Material, das entweder am inneren oder äußeren Teil des Rahmens 10 befestigt
wird, umfassen. Im Fall, dass der Rahmen 10 mit der äußeren Beinstütze 26 ausgebildet
ist und festgestellt wird, dass die Stütze nicht erforderlich ist,
kann die äußere Beinstütze vom
Rahmen in einer einem Fachmann für
Orthotik bekannten Weise entfernt werden.
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Wie
in 4 gezeigt, umfasst die Erfindung eine äußere Fußgelenkstütze 24,
die sich nahe einem distalen Teil des des Fußgelenkteils 16 befindet und
sich seitlich daran erstreckt. Die äußere Fußgelenkstütze 24 kann mit dem
Rahmen integriert werden oder kann mit Befestigungselementen 42 wie z.B.
den vorstehend erwähnten
am Rahmen lösbar befestigt
werden. Die äußere Fußgelenkstütze kann verwendet
werden, um sich über
den Fuß 17 des
Patienten zu erstrecken, um eine zusätzliche Abstützung vorzusehen,
um eine Auswärtsdrehung
während
der Schwungphase eines Gangzyklus zu verhindern, von welcher ein
Zustand bei Spitzfußpatienten üblich ist.
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Die
Fußgelenk-Fuß-Orthese
der vorliegenden Erfindung kann in einer Vielzahl von Ausführungsbeispielen
konfiguriert werden, die darauf abzielen, für den Patienten, der eine solche
Orthese trägt,
Komfort zu schaffen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann mindestens eines der vorderen Stützelemente ein
Polstermerkmal umfassen, das auf der Oberfläche angeordnet ist, die dem
Bein des Patienten zugewandt ist. Dieses Polstermerkmal kann auf
lokalisierte Oberflächen
des Rahmens aufgetragen werden, in den Rahmen in vorbestimmten Bereichen
integriert werden oder kann sich in einer kontinuierlichen Bahn zwischen
den vorderen Stützelementen
erstrecken, um den Zwischenraum dazwischen zu überspannen. Ein solches Polstermerkmal
ist vorzugsweise weich und leichtgewichtig, stellt eine ausgezeichnete
Stoßdämpfung bereit
und verhindert eine Blasenbildung der Haut. Bevorzugte Materialien,
die im Polstermerkmal verwendet werden, umfassen einen biegsamen
Schaum, der aus vernetztem, geschlossenzelligem Schaum besteht,
oder eine Silikonschicht, die aus unkomprimierbarem Silikon besteht. Überdies
ist es bevorzugt, dass das Polstermerkmal eine Gewebeabdeckung umfasst,
die über
den vorstehend erwähnten
Materialien angeordnet ist.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann das Innere der vorderen Stützelemente
einen Teil eines Haken- und Ösen-Materials umfassen,
das an die Oberfläche
davon geklebt ist. Das Polstermaterial mit einem entsprechenden
Teil von Haken- und Ösen-Material
kann so vorgesehen sein, dass ein Patient das Polstermaterial selektiv
von den vorderen Stützelementen
entfernen oder an diesen installieren kann. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann das Polstermaterial vorgefertigt sein, um eine exakte Anpassung
an die Orthese zu schaffen, wobei es im Allgemeinen dasselbe Profil
wie die Teile des Rahmens aufweist. Die Konfiguration des Polstermaterials
ist nicht darauf begrenzt, dass es nur entlang der inneren Oberfläche der
vorderen Stützelemente
angeordnet wird, sondern es kann sich auch über die äußere Oberfläche der vorderen Stützelemente
oder um den ganzen Umfang der Orthese erstrecken, um dadurch eine
hülsenartige
Struktur zu bilden.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Orthese kann eine Bahn so vorgesehen sein, dass sie den Zwischenraum
zwischen den vorderen Stützelementen überspannt,
um effektiv eine Schale über dem
vorderen Teil des Beins zu erzeugen. Diese Bahn ist vorzugsweise
biegsam, so dass sie die Funktion der vorderen Stützelemente
nicht behindert, aber ausreichend steif, um eine zusätzliche
Abstützung
für das
Bein zu schaffen. Die biegsame Bahn kann ein Laminatmaterial, gewebte
Glasfasern, Neopren, elastische Baumwolle, Kautschuk, Schaumkautschuk,
Latex, Silikon, irgendein anderes geeignetes biegsames Material,
das einem Fachmann bekannt ist, und eine beliebige Kombination davon
sein. Alternativ kann die Bahn nicht biegsam sein und kann aus der
Gruppe ausgewählt
sein, die aus Baumwolle, Segeltuch, Vinyl, Nylon, irgendeinem anderen
geeigneten biegsamen Material, das einem Fachmann bekannt ist, und
irgendeiner Kombination davon besteht. Die Bahn kann genäht, gewebt,
befestigt, geklebt oder am Rahmen in irgendeiner anderen Weise, die
einem Fachmann bekannt ist, befestigt werden.
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Der
Rahmen ist vorzugsweise aus einer Vielzahl von Lagen von gewebten
Glasfasern, die mit einem Kunstharz verstärkt sind, konstruiert. Die
gewebten Glasfasern können
mit mit Harz imprägnierten
Carbon- oder Aramidfasern in einem Kunstharz an speziellen Stellen
des Rahmens verstärkt
sein, wodurch zusätzliche
strukturelle Festigkeit und veränderliche
Flexibilitätsgrade
geschaffen werden. In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der Rahmen mit unidirektionalen Carbonfasern entlang der
vorderen Stützelemente,
des vorderen Fußgelenkteils,
der inneren Verbindung und der Fußplatte verstärkt. In
diesem Ausführungsbeispiel
ist es bevorzugt, dass die unidirektionalen Carbonfasern im Allgemeinen
entlang der longitudinalen Länge
des Rahmens orientiert sind. Außerdem
ist es in diesem Ausführungsbeispiel
auch bevorzugt, dass die gewebten Glasfasern im Allgemeinen in 45
Grad relativ zu den unidirektionalen Carbonfasern orientiert sind, um
eine optimale Festigkeit und Biegsamkeit bereitzustellen. Es ist
auch bevorzugt, dass die innere Verbindung und die Fußplatte
mit einer Vielzahl von Aramidfasern, die mit einer Epoxidmatrix
vorimprägniert sind,
verstärkt
sind, um zusätzliche
Zähigkeit
und Biegsamkeit, die für
die Haltbarkeit erforderlich sind, bereitzustellen.
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Teile
des Rahmens können
ausschließlich aus
gewebten Glasfasern konstruiert sein und die Orientierung solcher
Fasern kann in einer vorbestimmten Weise vorgesehen sein. Es ist
beispielsweise bevorzugt, dass die oberen Eingriffsteile 55, 57 in 5,
die sich von den vorderen Stützelementen erstrecken,
nur aus gewebten Glasfasern konstruiert sind, wobei die Glasfasern
vorzugsweise in 45 Grad und Vielfachen davon relativ zur Breite
davon orientiert sind, die sich um das Bein 17 eines Patienten
erstrecken. Ferner kann dieselbe Orientierung von Glasfasern, die
in den oberen Eingriffsteilen verwendet werden, für die äußere Beinstütze 26 in 1 vorgesehen
sein.
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Es
ist selbstverständlich,
dass spezielle Bereiche des Rahmens zusätzliche Lagen von mit Kunstharz
verstärkten
Fasern umfassen können,
um eine größere strukturelle
Festigkeit in solchen Bereichen zu schaffen. Der innere Teil des
Rahmens kann beispielsweise eine größere Dicke aufweisen als die vorderen
Stützelemente,
um eine steifere Verbindung zwischen der Fußplatte und dem Fußgelenkteil vorzusehen
und den Kräften
standzuhalten, denen sie ausgesetzt werden, wenn ein Patient läuft.
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In
anderen Anordnungen können
der Rahmen und die Fußplatte
andere Materialien wie z.B. Glasfaser, Silikon, mit Polyurethan
beschichtetes Lycra, einen Polyurethanfilm, Alkantara und mit Kunststoff
bedecktes Gewebe umfassen, wie für
einen Fachmann ersichtlich ist. Wünschenswerte Materialeigenschaften
des Rahmens und der Fußplatte sollten
ausreichend Elastizität,
um einem Brechen beim Aufbringen von wiederholten Biegebeanspruchungen
standzuhalten, und eine ausgedehnte Flexibilität besitzen, um die Leistungseigenschaften,
die von einem Patienten gespürt
werden, zu verbessern, um einen natürlicheren und dynamischen Gang
zu schaffen, während
sich der Fuß eines
Patienten in einer funktionalen Position befindet.
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Es
ist selbstverständlich,
dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend erwähnten Arten,
die vorstehend erwähnte
Stelle und Orientierung der Fasern begrenzt ist und so zugeschnitten
werden kann, dass bestimmte Faserkonstruktionen an verschiedenen
Stellen gemäß einer
gewünschten
Flexibilität
und Festigkeit aufgenommen oder weggelassen werden. Ferner können der
Rahmen und die Fußplatte
der vorliegenden Erfindung aus einem Polymer wie z.B. Polyethylen
oder Polyurethan konstruiert werden und können selektiv mit mindestens
einem Strukturmaterial oder Verbundstoff verstärkt werden.
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Ausgewählte Bereiche
der Orthese der vorliegenden Erfindung können mit einem mit Polymer beschichteten
Gewebe wie z.B. mit Polyurethan beschichtetem Lycra oder Neopren überzogen
sein, um eine glatte Oberflächengüte zu schaffen
und lokalisierte Delaminierungsbereiche der Fasern zu verhindern.
Vorzugsweise umfassen die ausgewählten
Bereiche die Oberflächen
der vorderen Stützelemente, des
vorderen Fußgelenkteils,
des inneren Teils, der nicht mit dem Bein des Patienten in Kontakt
steht, und alle äußeren Oberflächen der
Fußplatte.
Es ist jedoch selbstverständlich,
dass die Beschichtung nicht darauf begrenzt ist, dass sie an den
beschriebenen ausgewählten
Bereichen angeordnet wird, und auf irgendeiner der Oberflächen des
Rahmens bereitgestellt werden kann.
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Vorzugsweise
wird die Beschichtung der Orthese durch Dehnen eines mit Polymer
beschichteten Gewebes über
den Rahmen, nach einer Laminatfaseraufschichtung und, bevor der
Rahmen in einem Autoklaven angeordnet wird, durchgeführt wird. Wenn
das Harz des Laminats zu härten
beginnt, härten
die Fasern mit dem mit Polyurethan beschichteten Lycra ebenso. Dies
versieht die Orthese mit einer visuell ansprechenden Oberfläche und
verhindert Splitter von den Fasern, falls sich die Orthese delaminiert.
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Wenn
man sich der Fußplatte 20 zuwendet, zeigen 7A und 7B die
Fußplatte 20 vorzugsweise
mit einer Länge
vom Zeh bis zur Ferse, die ungefähr
gleich der Sohle des Fußes 17 ist.
Die Fußplatte 20 umfasst
ein Zehenende 28, ein Fersenende 32 und einen
Zwischenbereich 30 dazwischen. Die Fußplatte 20 passt sich
im Wesentlichen dem Fuß 17 an
und definiert eine gekrümmte
Form mit einer verjüngten
Dicke, die im Allgemeinen vom Zwischenbereich 30 zum Fersenende 32 und
zum Zehenende 28 abnimmt.
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Die
Leistung der Fußplatte 20 betrifft
vier Positionen des Fußes 17 während eines
Laufschritts. Die erste Position eines Laufschritts hat ein Fersenaufsetzen
zur Folge, wobei der Patient das Gewicht auf die Ferse des Vorderfußes überträgt. Die
biegsame Art der Fußplatte 20 ermöglicht,
dass sich das Fersenende 32 geringfügig im hinteren Teil davon biegt,
obwohl die meisten Druckbeanspruchungen vom Gewicht des Patienten
durch das Fußgelenk
absorbiert werden, das durch die innere Verbindung 18 verstärkt ist.
Wie in 7A gezeigt, ist die relative
Dicke des Fersenendes 32, wie durch die Ziffern dargelegt,
in Bereichen, die sich dem Zwischenteil 30 nähern, größer.
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Die
zweite Position geschieht während
der Mittelstellung oder wenn der Patient eine im Allgemeinen ebene
Fußposition
erreicht, wenn die Fußplatte 20 den
Boden im Wesentlichen entlang ihrer ganzen Länge berührt. Das Druckgewicht des Patienten
in dieser Position verschiebt sich kontinuierlich vom Fersenende
zum Zehenende in einer Bewegung, die "Abrollen" genannt wird. Wie in 7A gezeigt,
hält der
Zwischenbereich 30 eine konstante Dicke entlang der Länge davon
aufrecht, um einen gleichmäßigen Abrolleffekt
vorzusehen.
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7B zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei sich das Fersenende 32 der Fußplatte 20 relativ
zum Zwischenbereich 30 nach unten 33 biegt. Die
Abwärtsbiegung 33 schafft eine
zusätzliche
Federung und Dämpfung
für das Fersenende 32 während des
Abrollens und der Fersenabsetzpositionen. Die Abwärtsbiegung 33 verzögert das
Auftreten des Fußzustandes "ebener Fuß", ein Zustand, der
auftritt, wenn ein Patient nicht die Steifigkeit eines normalen
Fußes
erreichen kann, und ein übliches
frühes
Symptom eines Spitzfußes. Als
Alternative zum Verzögern
des Auftretens eines ebenen Fußes
kann die Fußplatte 20 alternativ
mit einer variablen Steifigkeit im Gegensatz zum Vorsehen einer
Biegung in der Fußplatte 20 versehen
sein.
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Die
dritte Position kommt vor, wenn der Patient den Ballen und die Zehenbereiche
des Fußes
in einer Endstellung in der "Fersenanhebeposition" abstößt. Folglich
wird das Zehenende 28 großen Druckkräften ausgesetzt und kann sich
im Wesentlichen mit dem Fuß des
Patienten biegen, um einige der Druckbeanspruchungen zu absorbieren.
Wie in 7A und 7B zu
sehen ist, nimmt die relative Dicke vom Zwischenbereich 30 zum
Zehenende 28 ab. In der Zehenanhebeposition absorbiert
der Fußgelenkteil
eine Mehrheit des vom Patienten erzeugten Drucks und die Fußplatte 20 und
der Fußgelenkteil 16 arbeiten
zum Schaffen einer dynamischen Leistung.
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In
der vierten Position wird einiges des Gewichts des Patienten auf
den entgegengesetzten Fuß übertragen.
In dieser Position besteht weniger Biegung des Zehenendes 28 und
der Fußgelenkteil 16 biegt
sich in einem geringfügigen
Ausmaß.
Diese Position wird als "Zehenabhebeposition" bezeichnet.
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Die
erwünschten
Dicken der vorstehend erwähnten
Bereiche der Fußplatte 20 können gemäß dem Zustand
des Patienten zugeschnitten werden, wie für einen Fachmann ersichtlich
ist. Daher ist die Fußplatte 20 der
vorliegenden Erfindung, wie in 7A und 73 gezeigt, nicht auf die darin gezeigten relativen
unterschiedlichen Dicken begrenzt.
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Obwohl
die Fußplatte
im Wesentlichen die Länge
des Fußes
abdecken sollte, um eine ausreichende Kontrolle für den Gang
eines Patienten zu schaffen, während
der Druck vom Fuß verteilt
wird, kann die Fußplatte
von einer inneren Seite des Fußes
versetzt angeordnet werden, so dass sie im Allgemeinen einen mittleren
Teil der Sohle des Fußes abdeckt.
Durch Versetzen der Fußplatte
kann der Druck vom vorderen Teil des Beins und des Fußgelenks
entlastet werden. Ferner können
innere Teile der Fußplatte
entfernt werden, um die versetzte Position davon relativ zu einer
inneren Seite des Fußes zu
erreichen.
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Die
Fußplatte
der Erfindung kann einen verbreiterten äußeren Teil relativ zu einem
inneren Teil davon aufweisen, so dass der äußere Teil der Fußplatte
mehr auf der äußeren Seite
als auf der inneren Seite gegen den Schuh eines Patienten drückt. Der verbreiterte äußere Teil
der Fußplatte
ist so vorgesehen, dass der innere Teil der Orthese das Kahnbein des
Fußes
eines Patienten nicht beschwert.
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Die
Fußplatte 20 umfasst
unidirektionale Faserlagen, die in Kombination mit gewebten Faserlagen
entlang deren Länge
geschichtet sind. Die Menge an unidirektionalen Faserlagen und der
gewebten Faserlagen, die entlang verschiedener Bereiche 28, 30 und 32 vorgesehen
sind, variieren gemäß der in Bezug
auf 7A und 7B erörterten
unterschiedlichen Dicke.
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8 zeigt
eine Kraftanalyse einer gesunden laufenden Person, um zu demonstrieren,
wie die Steifigkeit einer Fußplatte
für den
rechten Fuß der vorliegenden
Erfindung während
eines rechten Fersenaufsetzens (RHS), linken Fersenaufsetzens (LHS)
und rechten Zehanhebens (RTO) variiert. Die durchgezogene Linie 56 stellt
Kräfte
dar, die eine Person mit einem normalen Gang auf einen Boden aufbringt,
wenn sie läuft.
Die gestrichelte Linie 54 stellt die Steifigkeit der Fußplatte
vom Fersenende 32 zum Zehenende 28 dar. Als Beispiel
unter der Annahme, dass die Fußplatte 10 Inch
ist, stellt RHS einen Punkt dar, der 1,5 Inch vom Fersenende 32 genommen
ist, und LHS stellt einen Punkt dar, der 7,5 Inch vom Fersenende 32 genommen
ist. Es folgt, dass RTO einen Punkt darstellt, der 10 Inch vom Fersenende 32 genommen
ist.
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9 zeigt
eine schematische Ansicht, die die Anzahl von unidirektionalen Faserlagen
relativ zu den gewebten Faserlagen der Fußplatte 20 darstellt. Auf
der inneren Seite 38 der Fußplatte 20 zeigt 9 eine
vorbestimmte Anzahl von unidirektionalen Lagen von Fasern, die entlang
der Bereiche 28, 30 und 32 angeordnet
sind. Auf der äußeren Seite 36 der Fußplatte 20 zeigt 9 das
kombinierte Gesamte der unidirektionalen Faserlagen und gewebten
Lagen von Fasern, die entlang der Bereiche 28, 30 und 32 der
Fußplatte 20.
angeordnet sind.
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10 zeigt
schematisch die Richtung 52 der unidirektionalen Fasern
entlang der Länge
der Fußplatte 20 in
Bezug auf den Abdruck 60 des Fußes eines Patienten. Die Fasern
sind im Allgemeinen in der Richtung 52 angeordnet, die
in der Richtung der Reaktionskraftbewegung zwischen dem Boden und dem
Fuß und
der Spannung, die sich in der Fußplatte 20 aufbaut,
wenn ein Patient läuft,
liegt. Durch Positionieren der unidirektionalen Fasern in der Richtung der
Reaktionskraft wird die Drehbewegung des Fußes minimiert, wenn ein Patient
läuft,
während
er die Orthese trägt.
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Wie
in 11 gezeigt, sind die unidirektionalen Fasern 46 der
Fußplatte 20 unidirektional
entlang der Länge
der Fußplatte 20 derart
angeordnet, dass die Lagen von Fasern 44, die sich von
der inneren Verbindung 18 erstrecken, mit den Fasern 46 der Fußplatte 20 überlappen.
Die unidirektionalen Fasern 44 ändern die Richtung, wenn sie
die Fußplatte 20 erreichen,
und erstrecken sich in der Richtung 52. Die Grenzfläche zwischen
den Fasern 44 der inneren Verbindung und den unidirektionalen
Fasern 46 ist vorgesehen, um die Orthese zwischen der inneren Verbindung 18 und
der Fußplatte 20 zu
verstärken und
um das Risiko eines Materialversagens der Orthese 20 am
Punkt 48 zwischen der inneren Verbindung 18 und
der Fußplatte 20,
der ein überwiegender Bereich
eines Orthesebruchs ist, zu verringern.
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Durch Ändern der
Anzahl von Lagen der inneren Verbindung mit der Fußplatte
in Kombination mit der Änderung
der Anzahl von Lagen in der Fußplatte
selbst kann man die Steifigkeit der Orthese ändern, um sie besser an jeden
Patienten anzupassen. Die zweckmäßige Steifigkeit
ist für
die Kontrolle der Rate von Plantarbeugung direkt nach dem Fersenaufsetzen
entscheidend, um ein Fußschlagen
zu verhindern. Wie vorstehend erwähnt, besitzen Patienten, die
einen Spitzfuß aufweisen,
eine teilweise oder vollständige
Beeinträchtigung
der Fußdorsalflexionsmuskeln,
was dazu führt,
dass der Patient seine Füße beim
Fersenaufsetzen schlägt
und seine Zehen während
der Schwungphase eines Gangzyklus auf den Boden schlägt. Das
Dorsalflexionsmuskelmoment, das in diesen zwei Stufen des Gangs
erforderlich ist, ist signifikant anders, da das zum Hochhalten
des Fußes
während
des Schwungs erforderliche Moment nur das Gewicht des Fußes, multipliziert mit
dem kurzen Hebelarm vom Schwerpunkt im Fuß zum Dreharm des Fußgelenks,
ist. Andererseits ist das während
der Plantarbeugung direkt beim Fersenaufsetzen erforderliche Moment
signifikant höher, da
das Gewicht ein Faktor ist, da der Patient sein Körpergewicht
auf den Fuß verlagert,
wenn er seine Ferse auf den Boden setzt.
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Die
Fasern 44, die sich vom inneren Teil 18 erstrecken,
sind entlang der Fußplatte 20 in
separaten Lagen verlegt, um Leerstellen in der Fußplatte 20 zu
verhindern und die Beanspruchungen an der Fußplatte 20 während eines
Laufschritts zu verringern. Es sollte beachtet werden, dass sich
durch Anordnen aller Lagen vom inneren Teil zwischen denselben zwei
Lagen der Fußplatte
sehr hohe Beanspruchungen an nur einem Bereich in der Fußplatte
ergeben können.
Folglich kann eine größere Anzahl
von Leerstellen bestehen, da alle Lagen, die sich vom inneren Teil
erstrecken, voluminös
sind, und es folgt, dass es schwierig wäre, die Leerstellen zwischen
den Lagen zu entfernen. Es wurde festgestellt, dass durch Anordnen
von nur 2-4 Lagen von Fasern vom inneren Teil der Fußplatte,
dann Anordnen von einer Lage der Fußplatte über solchen Lagen und Wiederholen
dieser Sequenz, bis die Aufschichtung fertig gestellt ist, man die
Anwesenheit von Leerstellen erheblich verringern und die Druckfläche für die Fasern
vom inneren Teil mit den Fußplattenlagen
erhöhen
kann.
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Während der
Herstellung wird ein Vakuum auf die Verbindung zwischen der Fußplatte 20 und dem
inneren Teil 18 in mindestens einer Stufe aufgebracht,
um die Luft in der Laminierung der Faserlagen 44, 46 zu
verringern. Es ist für
die vorliegende Erfindung wichtig, dass die Leerstellen entfernt
oder auf einem Minimum gehalten werden, da festgestellt wurde, dass
die Haltbarkeit der Orthese mit einer Zunahme der Leerstellen zwischen
den Lagen von Fasern merklich abnimmt.
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Aramidfasern
können
in die Faserlagen 46 der Fußplatte 20 integriert
werden, um die Flexibilität und
Zähigkeit
derselben zu erhöhen
und das Risiko für
ein Materialversagen zu verringern. Aramidfasern sind auch beim
Unterstützen
der Verhinderung einer Delaminierung der Faserlagen 44 im
Fall, dass die Fußplatte 20 zersplittern
würde,
nützlich.
Obwohl in Erwägung
gezogen wird, dass Aramidfasern in einem unteren Teil der inneren
Verbindung 18, die mit der Fußplatte 20 verbindet,
verwendet werden können,
können
Aramidfasern in die ganze Orthese integriert werden, sobald es ein
Fachmann als erforderlich erachten kann, die Flexibilität und Zähigkeit
derselben zu erhöhen.
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Vorzugsweise
können
Aramidfasern in die Verbindung zwischen dem inneren Teil 18 und
der Fußplatte 20 integriert
werden, wo unidirektionale Aramidfasern vom inneren Teil 18 zur
Fußplatte 20 wenden.
Wenn der Zyklus eines Gangs eines Patienten das Fersenaufsetzen
erreicht, werden die auf die Orthese aufgebrachten Kräfte an der
Innenseite der Fußplatte
konzentriert. Folglich ist es bevorzugt, den inneren Teil der Fußplatte
mit Aramidfasern zu verstärken,
um einen Ausfall der Orthese zu verhindern.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
des Rahmens der vorliegenden Erfindung können die Fasern in einer dreidimensionalen
Faseraufschichtungskonfiguration in vorgewählten Teilen des Rahmens angeordnet
werden. Im Gegensatz zum einfachen Verlegen der Fasern in einer
Richtung können eine
Vielzahl von Fasern bereitgestellt und in einer anderen Orientierung
als die unidirektionalen Fasern angeordnet werden, um eine dreidimensionale
Konfiguration zu erzeugen. Es wurde festgestellt, dass durch zyklische
Belastung Mikrorisse in dem Harz der unidirektionalen Fasern erzeugt
werden, die sich über
die Zeit ausbreiten, was eine Delaminierung der Lagen von unidirektionalen
Fasern verursacht. Unter Verwendung der dreidimensionalen Methode
zum Aufschichten der Fasern wird die Delaminierung der Lagen von
unidirektionalen Fasern gemildert, da die Vielzahl von Fasern, die
in einer anderen Richtung als die unidirektionalen Fasern orientiert
sind, die unidirektionalen Fasern zusammenbinden.
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In
einem bevorzugten Verfahren umfasst die dreidimensionale Faseraufschichtungskonfiguration das
Einfügen
von Fasern in die unidirektionalen Faserlagen, die sich in einem
Winkel erstrecken, der zur Richtung der unidirektionalen Fasern
nicht parallel ist. Während
die unidirektionalen Faserlagen sich beispielsweise im Allgemeinen
entlang einer ersten Ebene erstrecken können, können eine Vielzahl von Fasern,
die sich im Allgemeinen entlang einer zweiten Ebene erstrecken,
in die unidirektionalen Fasern eingefügt werden, die sich entlang
der ersten Ebene erstrecken. Außerdem
können
in der Verbindung zwischen der inneren Verbindung und der Fußplatte
die Lagen von Fasern, die sich von der inneren Verbindung zur Fußplatte
erstrecken, als sich in Richtungen entlang der ersten Ebene in zu
den unidirektionalen Fasern der Fußplatte nicht-parallelen Orientierungen erstreckend
betrachtet werden. Eine Vielzahl von Fasern, die sich in der zweiten
Ebene erstrecken, können
durch beide Schichten der Fasern, die sich von der inneren Verbindung
und der Fußplatte
erstrecken, eingefügt
werden. Obwohl die eingefügten
Fasern sich in einem beliebigen zu den unidirektionalen Fasern nicht-parallelen
Winkel erstrecken können,
ist es bevorzugt, dass sich die Fasern für eine optimale Festigkeit
der Konfiguration senkrecht zu den unidirektionalen Fasern erstrecken.
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Wie
in 12 und 13 gezeigt,
kann ein anderes Verfahren zum Ausbilden der dreidimensionalen Faserkonfiguration übernommen
werden, wobei mindestens ein Verstärkungselement 62 mit
mindestens einer Lage einer Vielzahl von Fasern vorgesehen sein
kann, um Bereiche des inneren Teils 18 und der Fußplatte 20,
die für
einen Ausfall anfällig sind,
zu verstärken.
Die Verstärkungselemente 62 können so
angeordnet sein, dass sie sich um und über Teile der Fußplatte 20 in
zu den unidirektionalen Fasern der Fußplatte und der inneren Verbindung nicht-parallelen
Winkeln erstrecken. Nachdem die anfängliche Aufschichtung der laminierten
Lagen vollständig
ist, werden die Verstärkungselemente 62 um
die Orthese in Bereichen, in denen eine Delaminierung auftreten
kann, gewickelt oder positioniert.
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In
dieser speziellen dreidimensionalen Konfiguration umfasst zumindest
ein Teil der Verstärkungselemente 62 Fasern,
die sich im Allgemeinen entlang einer zur Ebene der unidirektionalen
Fasern der Fußplatte 20 senkrechten
Ebene erstrecken. Dies geschieht zumindest entlang Bereichen, in
denen die Verstärkungselemente
sich um den Umfang der inneren Verbindung 18 und der Fußplatte 20 wickeln.
In Bereichen, in denen sich Teile der Verstärkungselemente 62 im
Allgemeinen entlang der Ebene der unidirektionalen Fasern der Fußplatte 20 und des
inneren Teils 18 erstrecken, sehen solche Teile der Verstärkungselemente 62 außerdem eine
zusätzliche
Verstärkung
für die
laminierten Lagen der Fußplatte 20 und
des inneren Teils 18 vor. Es ist selbstverständlich,
dass die Erfindung nicht auf den inneren Teil und die Fußplatte
mit verstärkten
Bereichen mit der dreidimensionalen Faserkonfiguration begrenzt
ist, und ein Fachmann kann die Orthese mit verstärkten Bereichen mit der vorstehend
genannten dreidimensionalen Faserverbindung versehen, wenn es als
erforderlich erachtet wird.
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Die
Orthese der vorliegenden Erfindung kann so angeordnet werden, dass
sie direkt an ein Bein und einen Fuß eines Patienten gegossen
wird, um eine an den Kunden angepasste Orthese auszubilden. Obwohl
die Orthese der vorliegenden Erfindung eine Kundenanpassung und
Einstellung über einen breiten
Bereich von Maßvariablen
ermöglicht, ist
es bevorzugt, die vorliegende Erfindung in einem Bereich von Größen bereitzustellen,
um einem Prothesenmacher zu ermöglichen,
die individualisierte Anpassung der Vorrichtungen an einen breiten
Bereich von Personen innerhalb verschiedener Größen- und Profilbereiche zuzuschneiden.
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Alternativ
kann die Orthese der vorliegenden Erfindung unter einer Vielzahl
von verschiedenen Fußplatten,
eines vorderen Stützelements,
eines inneren Teils und eines Fußgelenkteils mit verschiedenen
Konfigurationen, Steifigkeiten und Größen zusammengefügt werden.
Ferner können
die Fußplatte und
der innere Teil an das Bein und den Fuß eines Patienten maßgeschneidert
geformt werden und die restlichen Komponenten können vorgeformt und mit der
maßgeschneidert
geformten Fußplatte
und dem inneren Teil verbunden werden, um die Orthese der vorliegenden
Erfindung zu bilden.
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Es
ist selbstverständlich,
dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung
erläuternder
Art sind und dass Modifikationen davon Fachleuten in den Sinn kommen
können.
Folglich soll diese Erfindung nicht als auf die hierin offenbarten
Ausführungsbeispiele
begrenzt betrachtet werden, sondern soll nur, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert,
begrenzt sein.