DE69730865T2

DE69730865T2 - Kniemechanismus für künstliches glied

Info

Publication number: DE69730865T2
Application number: DE69730865T
Authority: DE
Inventors: Edwin John COOPER; E. Robert Arbogast; H. Jay KINSINGER; Sujatha Srinivasan
Original assignee: Ohio Willow Wood Co
Current assignee: Ohio Willow Wood Co
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: GB9605110D0; EP0955962B1; AU2073997A; US5800567A; WO1997033539A1; EP0955962A1; ATE276718T1; DE69730865D1; EP0955962A4

Description

Vorliegende Erfindung betrifft einen polyzentrischen Kniemechanismus für eine Prothese einer unteren Extremität und eine Prothese mit einem solchen Mechanismus.
Die Verwendung von polyzentrischen Kniemechanismen in künstlichen Extremitäten ist wohlbekannt. Im Allgemeinen umfasst ein solcher Mechanismus eine Verbindung mit 4 Stangen und hat einen Drehpol, der derart angeordnet ist, dass er für die Stabilität des Knies in der vollständig ausgestreckten Position sorgt. Es ist außerdem üblich den Drehpol oberhalb des Knies anzuordnen, um das Moment zu verringern, das nötig ist, um das Knie zu biegen, wenn es eine Last trägt. Typischerweise bewegt sich der Drehpol nach vorne, wenn das Knie anfängt sich zu beugen, was zu einem Verlust der Kniestabilität führt.
Das englische Patent GB 2 283 920 , auf welchem der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert, offenbart einen Kniemechanismus in einer Prothese für einen untere Extremität mit einem oberen Element, das an einem Oberschenkel derart befestigbar ist, dass es relativ zu einer Belastungslinie des oberen Elements eine hintere und einer vordere Orientierung definiert, einem unteren Element und einer polyzentrischen Verbindung, die das untere Element mit dem oberen Element verbindet, wobei diese Verbindung von zwei Gelenken gebildet ist, die auf den gegenüberliegenden Seiten des Mechanismus vorgesehen sind, wobei ein erstes Gelenk jedes Paars drehbar mit dem oberen Element verbunden ist und drehbar mit dem zweiten Gelenk jedes Paars in Eingriff geht, wobei das zweite Gelenk wiederum drehbar mit dem unteren Element in Verbindung steht.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Kniemechanismus in einer Prothese für eine untere Extremität bereitgestellt mit: einem Kniemechanismus für eine Prothese der unteren Extremität mit: einem oberen Element, das an einem Oberschenkel befestigbar ist, so dass es relativ zu einer Belastungslinie des oberen Elements eine hintere und eine vordere Orientierung definiert, einem unteren Element, und einer polyzentrischen Verbindung, die das untere Element mit dem oberen Element verbindet, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die polyzentrische Verbindung einen Schubkurbelmechanismus umfasst mit: einer Schiene, die an dem oberen Element befestigt ist, einem Gleiter, der drehbar an dem unteren Element befestigt ist und durch die Schiene gezwungen wird, sich in eine im wesentlichen senkrecht zu der Belastungslinie des oberen Elements stehenden Richtung zu bewegen, und einer Kurbel, die drehbar mit dem oberen Element und dem unteren Element verbunden ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kurbel beim vollständigen Ausstrecken nach hinten abgewinkelt, und ist unterhalb der drehbaren Verbindung mit dem unteren Element angeordnet, wobei sie nach oben eine drehbare Verbindung mit dem oberen Element aufweist. Die Schiene bildet ebenfalls vorzugsweise einen Teil des oberen Elements und kann sich über einen Rollkontakt oder, alternativ, über einen Gleitkontakt bewegen. Die drehbare Verbindung des Gleiters in dem unteren Element ist hinter der drehbaren Verbindung mit der Kurbel angeordnet. Die Position des Drehpols ist durch den Schnittpunkt zwischen einer senkrecht zu der Schiene verlaufenden Linie, die sich durch die Mitte der drehbaren Verbindung mit dem unteren Element erstreckt, und einer Linie, die durch die Mitten der drehbaren Verbindungen der Kurbel mit dem oberen bzw. unteren Element verläuft, definiert. Die Position des Drehpols in der vollständig ausgestreckten Position legt den Grad der Stabilität fest, der dadurch verändert werden kann, dass die Position der Gleitschiene in dem oberen Element angepasst wird.
Es können Vorrichtungen vorgesehen sein, durch welche die Kurbel einer Torsionsbelastung widerstehen kann. Die Kurbel kann aus Seitenelementen bestehen, die durch ein Brückenelement miteinander verbunden sind, das sich mit den Seitenelementen mitdreht und in medial-lateraler Richtung verläuft. Die Kombination von Seitenelementen und Brückenelement ist typischerweise U-förmig arrangiert.
Die Erfindung beinhaltet eine Prothese für eine untere Extremität mit einem wie oben definierten Kniemechanismus.
Damit die Erfindung richtig verstanden werden kann, wird im Folgenden exemplarischen ein Ausführungsbeispiel von ihr beschrieben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in welchen:
1 ein rückseitiger Aufriss eines Ausführungsbeispiels des Kniemechanismus in vollständig ausgestreckter Position sind;
2 ein seitlicher Aufriss des vollständig ausgestreckten Kniemechanismus von 1 ist, der von der lateralen Seite gezeigt ist, wobei der vordere Bereich auf der linken und der hintere Bereich auf der rechten Seite der Zeichnung ist;
3 ein vorderseitiger Aufriss des Kniemechanismus von 1 in vollständig ausgestreckter Position ist;
4 ein Querschnitt durch den Kniemechanismus entlang der Linie A-A aus 3 ist;
5 ein Querschnitt durch den Kniemechanismus entlang der Linie B-B aus 3 ist;
6 ein seitlicher Aufriss eines vollständig ausgestreckten Kniemechanismus eines zweiten Ausführungsbeispiels ist, der von der lateralen Seite gezeigt ist, wobei der vordere Bereich auf der rechten Seite und der hintere Bereich auf der linken Seite der Zeichnung zu sehen ist;
7 der 3 entspricht, wobei allerdings das zweite Ausführungsbeispiel gezeigt ist;
8 eine perspektivische Ansicht von dem hinteren Viertel und von oben des zweiten Ausführungsbeispiels ist;
9 ein seitlicher Aufriss eines vollständig ausgestreckten Kniemechanismus eines dritten Ausführungsbeispiels ist, das von der lateralen Seite gezeigt ist, wobei der vordere Bereich auf der rechten und der hintere Bereich auf der linken Seite der Zeichnung zu sehen sind;
10 der 3 entspricht, wobei allerdings das dritte Ausführungsbeispiel gezeigt ist; und
11 eine perspektivische Ansicht von dem hinteren Viertel und von oben des dritten Ausführungsbeispiels ist.
Das Kniegelenk des ersten in den 1 bis 5 dargestellten Kniegelenks umfasst eine oberes Element 1, ein unteres Element 2, und eine polyzentrische Verbindung mit Gleitern 3, Schienen 4 und einer Kurbel 5. Der Begriff "Gleiter", wie er hier benutzt wird, ist breit genug, um Rollen und andere Elements, die für eine geführte oder begrenzte Bewegung bezüglich der Schienen 4 geeignet sind, darunter zu fassen.
Die Kurbel 5 dreht sich auf Stiften 6 und 7, die von dem oberen Element 1 bzw. dem unteren Element 2 gehalten werden. Die Kurbel 5 weist eine allgemeine U-Form auf und umfasst Seitenelemente 8, die durch ein Brückenelement 9, das einen Widerstand gegen eine Torsionsbelastung bereitstellt, verbunden sind. Die Kurbel erstreckt sich im wesentlichen vertikal, und die drehbare Verbindung der Kurbel 5 mit dem oberen Element 1 ist unterhalb und vor der drehbaren Verbindung der Kurbel 5 mit dem unteren Element 2 angeordnet, wenn das untere Element 2 in einer vollständig ausgestreckten Position ist.
Die Gleiter 3 rollen in den Schienen 4 und drehen sich auf einem Stift 10, der von dem unteren Element 3 gehalten wird.
Die Schienen 4 sind an dem oberen Element 1 durch Dübel 11 und Schrauben 12 befestigt und können in alternativen Positionen angeordnet sein, um verschiedene Grade der Stabilität bereitzustellen. Sie erstrecken sich im Allgemeinen senkrecht zu der Belastungslinie des oberen Elements.
Eine Hülse 13 passt über den Stift 6 und stößt an eine geeignet geformte Aussparung in dem unteren Element 2, um einen Ausstreck-Stopp bereitzustellen, allerdings kann der Stopp auch durch irgendein Flächenpaar zwischen dem oberen Element 1 und dem unteren Element 2 oder der Kurbel 5 bereitgestellt sein.
Die gestrichelte Linie 14 in 2 stellt die Ortskurve des Drehpols für verschiedene Positionen des Mechanismus dar, und der Pfeil zeigt die Richtung der Bewegung des Drehpols mit zunehmender Beugung an.
Die Verlängerungen 15 bzw. 16 stellen die Oberschenkel- bzw. Schienbein- Elemente des künstlichen Körperglieds dar, allerdings kann jedes Element durch eine geeignete Anordnung, wie beispielsweise eine Schraube oder einen Satz Schrauben verbunden werden.
Es wird im Folgenden auf das zweite Ausführungsbeispiel der 6 bis 8 Bezug genommen werden, wobei die gleichen Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche oder entsprechende Teile wie im ersten Ausführungsbeispiel zu bezeichnen, mit der Ausnahme; dass die entsprechenden Bezugszeichen zwei zusätzliche Nullen beinhalten. Die folgende Beschreibung wird sich auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen konzentrieren.
Das obere Element 100 weist die Form einer rechteckigen Platte 102 mit Löchern 104 für Schrauben oder Bolzen, die für die Befestigung an einem Oberschenkelelement der Prothese verwendet werden, auf. Ein Paar angebundene Blenden erstrecken sich von der Platte 102 nach unten und umfassen jeweils eine Schiene 400 in Form eines Schlitzes.
Das untere Element 200 weist eine rechteckige Basis 202 mit Bolzenlöchern 204 auf. Ein Sockel 206 erstreckt sich von der Basis 202 nach oben und umfasst ein Paar Zugrollen 208, die jeweils ein Loch 210 aufweisen, das ein Achslager bildet. Die Löcher 210 sind axial ausgerichtet und zwischen den Schlitzen 400 angeordnet und mit den Schlitzen 400 axial ausgerichtet, wenn der Kniemechanismus in der dargestellten vollständig ausgestreckten Position ist.
Die Gleiter 300 weisen einen Stift 302 auf, der drehbar in den Achslagern der Zugrollen 208 angebracht ist und sich in die Schlitze 400 hinein erstreckt. Die Wände der Schlitze 440 führen und tragen den Stift 302 während des Beugens des Kniemechanismus. Ein Paar Rollen 304 sind an den gegenüberliegenden Seiten des Stifts 302 angebracht. Axiallager in der Form von Unterlegscheiben 306 sind an dem Stift zwischen den Rollen 304 und den Blenden 106 angebracht. Die Rollen 304 werden auf dem Stift 302 durch Muttern 308 gehalten, die auf die Enden des Stifts geschraubt werden.
Anti-Klapper - Federdrähte 402 sind an den äußeren Seiten der Blenden 106 an Positionen unterhalb und parallel zu den Schlitzen 400 angebracht. Die Drähte 402 drücken federnd auf die konkaven peripheren Flächen der Rollen 304, wenn sich die Gleiter 300 entlang des Schlitzes 400 während des Beugens des Knies bewegen, um ein Klappern der Gleiter 300 in dem Schlitz 400 zu vermeiden.
Die Drähte 402 sind an den Enden eines Stifts 404 angebracht, der drehbar ein Ende der Kurbel 500 in dem oberen Element 100 trägt. Die Kurbel 500 ist im Allgemeinen in der Form eines umgedrehten T's, das an seinem unteren Ende drehbar durch den Stift 404 gelagert ist. Das obere Ende 504 der Kurbel 500 passt zwischen die Zugrollen 208 und ist drehbar mit dem unteren Element 200 durch einen Stift 506 verbunden, der sich durch die Zugrollen 208 und das obere Ende 504 erstreckt.
Die Betätigung des zweiten Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels.
Im Folgenden wird auf das dritte Ausführungsbeispiel der 9 bis 11 Bezug genommen, wobei die gleichen Bezugszeichen dazu verwendet werden, gleiche oder entsprechende Teile wie die des ersten Ausführungsbeispiels zu bezeichnen, mit der Ausnahme, dass die entsprechenden Bezugszeichen drei zusätzliche Nullen aufweisen. Die folgende Beschreibung wird sich auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen konzentrieren.
Das dritte Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen das gleiche wie das zweite Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass es nur eine einzelne mittige Schiene und einen einzelnen mittigen Gleiter verwendet. Die Schiene weist die Form einer Röhre oder eines Stabs 4002 mit einem vorzugsweise kreisförmigen Profil auf und ist fest an der Unterseite der Platte 1020 des oberen Elements 1000 angebracht. Die Platte 1020 weist Schraubenlöcher 1040 auf. Der Gleiter hat die Form eines sich drehenden Führungsblocks 3002, der sich in den Stützen 2022 des Sockels 2060 des unteren Elements 2000 bei 3004 dreht, und weist eine zentrale Bohrung 3006 auf, die eine Laufbuchse 3008 beherbergt. Die Laufbuchse 3008 kann beispielsweise das Model L28 bushing, das von Igus Corp., Providence, Rhode Island, verkauft wird, sein. Die Laufbuchse 3008 passt gleitbar auf den Stab 4002 und wird entlang des Stabs 4002 geführt, wenn der Kniemechanismus angewinkelt wird.
Die Kurbel 5000 ist U-förmig und drehbar in den Blenden 1006 des oberen Elements 1000 durch den Stift 3020 gelagert. Sie ist ebenfalls drehbar in der Stütze 2024 des unteren Elements 2000 gelagert. Das untere Element 2000 weist eine rechteckige Platte 2020 auf.
Selbstverständlich sind zahlreiche Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Rahmen der oben dargestellten Lehre möglich. Es ist deshalb klar, dass, im Rahmen des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche, die Erfindung auf eine andere Art, als der hier spezifiziert dargestellten, ausgeübt werden kann.

Claims

Kniemechanismus für eine Prothese einer unteren Extremität mit: einem oberen Element (1), das an einem Oberschenkel befestigbar ist, so dass es relativ zu einer Belastungslinie des oberen Elements (1) eine hintere und eine vordere Orientierung definiert, einem unteren Element (2), und einer polyzentrischen Verbindung, die das untere Element (2) mit dem oberen Element (1) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die polyzentrische Verbindung einen Schubkurbelmechanismus umfasst mit: einer Schiene (4), die an dem oberen Element (1) befestigt ist, einem Gleiter (3), der drehbar an dem unteren Element (2) befestigt ist und durch die Schiene (4) gezwungen wird, sich in eine im wesentlichen senkrecht zu der Belastungslinie des oberen Elements (1) stehenden Richtung zu bewegen, und einer Kurbel (5), die drehbar mit dem oberen Element (1) und dem unteren Element (2) verbunden ist.
Kniemechanismus nach Anspruch 1, wobei die polyzentrische Verbindung das untere Element (2) mit dem oberen Element (1) derart verbindet, dass sich das untere Element (2) relativ zu dem oberen Element (1) aus einer vollständig ausgestreckten Position um einen Drehpol nach hinten drehen kann, wobei der Drehpol oberhalb des Kniemechanismus und hinter der Belastungslinie angeordnet ist, wenn sich das untere Element (2) in der vollständig ausgestreckten Position befindet.
Kniemechanismus nach Anspruch 2, wobei die drehbare Verbindung des Gleiters (3) mit dem unteren Element (2) hinter der drehbaren Verbindung der Kurbel (5) mit dem unteren Element (2) angeordnet ist.
Kniemechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Kurbel (5) im wesentlichen vertikal erstreckt, und die drehbare Verbindung der Kurbel (5) mit dem oberen Element (1) unterhalb und vor der drehbaren Verbindung der Kurbel (5) mit dem unteren Element (2) angeordnet ist, wenn sich das untere Element (2) in einer vollständig ausgestreckten Position befindet.
Kniemechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kurbel (5) derart geformt ist, dass die einer auf sie wirkenden Torsionsbelastung widersteht.
Kniemechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wobei die Kurbel (5) U-förmig ist.
Kniemechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wobei die Kurbel (5) T-förmig ist.
Kniemechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Anti-Klapper-Feder (402), die mit dem Gleiter (300) in Eingriff ist.
Kniemechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Teil (13) des Kniemechanismus eine Stoppvorrichtung bildet, die das untere Element (2) daran hindert, sich über die vollständig ausgestreckte Position hinaus zu drehen.
Kniemechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schiene (4) justierbar an dem oberen Element (1) befestigt ist.
Kniemechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Teil (13) des Kniemechanismus eine Stoppvorrichtung bildet, die das untere Element (2) daran hindert, sich über eine ausgewählte Beuge-Position hinaus zu drehen.
Kniemechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schiene (4) einen Stab (4002) aufweist, der an dem oberen Element (1) fixiert ist, und der Gleiter (3) ein Gleitelement (3002) aufweist, das drehbar an dem unteren Element (2) und gleitbar an dem Stab (4002) angebracht ist.
Prothese für eine untere Extremität mit einem Kniemechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche.