DE8023334U1

DE8023334U1 - Gerät zur Demonstration von Statik und Kinematik der Oberschenkelprothese

Info

Publication number: DE8023334U1
Application number: DE8023334U
Authority: DE
Original assignee: KRIEG BERND 2000 HAMBURG
Current assignee: KRIEG BERND 2000 HAMBURG
Publication date: 1981-02-19

Description

Bernd K_ri_eg
Flüggestraße 16
2ooo Hamburg 60

Gerät zur Demonstration von Statik und Kinematik der Oberschenkelprothese

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Demonstration und experimentellen Ableitung der mechanischen Gesetzmäßigkeiten der Oberschenkelprothese in der Sa"-ittalebene. Es ist zur Schulune, Aus- und Weiterbildung aller mit der Rehabilitation von oberschenkelamputierten Menschen befaßten Berufe vorgesehen.

Bei der Versorgung eines oberschenkelamputierten Menschen mit einem Kunstbein müssen der statische Aufbau sowie die Fuß- und Kniegelenkfunktionen aufeinander sowie auf die individuellen Gegebenheiten des Versehrten abgestimmt werden. Um eine Oberschenkelkunstbeinversorgung optimieren zu können, bedarf es fundierter Kenntnisse der mechanischen Parameter, die das Gehen und Stehen mit einem Kunstbein beeinflussen. .Nur eine gezielte Veränderung dieser Einflußgrößen kann zu einem sicheren und flüssigen Gehen mit einem Kunstbein führen. Das Gerät soll Grundkenntnisse zur Anwendung der Gesetze der Mechanik bei der Oberschenkelkunstbeinversorgung vermitteln, insbesondere durch Veranschaulichung der statik und Kinematik eines Doppelschritts in der Saerittalebene bei unterschiedlichen K_nie- und Fußpelenk-V. "typ^{en un(}3 isolierter Befrachtung der einzelnen Parameter.

Es ist auf verschiedene Weise möglich, die mechanischen Gesetzmäßigkeiten der Oberschenkelprothese in der Sa^ittalebene zu erfassen. Beispielsweise kann ein mit der herstellung und Anpassung von Kunstbeinen befaßter Orthopädiemechaniker durch entsprechende Praxiserfahrung die notwendigen Regeln zum Aufbau und 7ur Anpassung von Kunstbeinen herausfinden. In der Regel wird es diesem Fachmann allerdings schwerfallen, diese Regeln zu verallgemeinern, mit Hilfe physikalischer Gesetzmäßigkeiten zu begründen und an Auszubildende weiterzuvermitteln. Eine andere Möglichkeit ist es, die Mechanik der Oberschenkelprothese in der Sa^ittalebene mit Hilfe von Prinzipskizzen zu veranschaulichen. Hier ergeben sich verschiedene Probleme. Die zeichnungen müssen vom konkreten Gegenstand losgelöst die me-

chanischen Merkmale der Überschenkelprothese erfassen und erfordern zum Verständnis ein hohes Maß an Abstraktionsfähigkeit und eine genaue Kenntnis der Gesetze der Statik. Außerdem ergibt sich ein großer ^eichenaufwand, um die isolierte Betrachtung einzelner Parameter zu ermöglichen. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, zwischen Zeichnung und kealobjekt geometrische /ihnlichke-v t zu erzielen, tie Zeichnung erfordert in der ⁿegel eine Iviaßstabsverzerrung, um die Auswirkungen bei Veränderung eines Parameters deutlicher hervortreten EU lassen. Lies hat den "achteil, daß keine Vorstellungen über die Größenordnung der Auswirkungen bei Veränderung eines Parameters vermittelt werden können.

Ein weiterer möglicher We^ wäre das Experiment mit einer Versuchsperson. Die Aussagen einer Versuchsperson sind allerdings subjektiv geprägt durch bisherige Gan^ewohnheiten und die Gewöhnung an einen unter Umständen nicht optimierten Prothesenaufbau. Lie mechanischen Gesetze werden durch ein Experiment in situ nicht unmittelbar sichtbar» ^u^ -^rkenntnisgewinnung ist ein Abstraktionsvorgang notwendig, um die mechanischen Merkmale der Oberschenkelprothese losgelöst von der kosmetischen Form zu sehen. Erst eine Vielzahl von Versuchspersonen kann hier durch statistisch signifikante Aussagen stabile Ergebnisse liefern.

Es ist auch möglich, durch entsprechende Meß- und Aufzeichnungsgeräte sowie Laufbänder Experimente in situ durchzuführen, die sowohl die Kraftwirkungen auf die Prothese während eines Doppelschritts messen und sichtbar machen als auch eine differenzierte Bewegungsanalyse erlauben. Mit Hilfe dieser Apparaturen lassen sich Erkenntnisse über die statischen, kinematischen und dynamischen Probleme beim Gehen mit einer Uberschenkelprothese gewinnen, se daß sowohl der statische Aufbau als auch die Abstimmung der Fuß- und Kniegelenkfunktionen auf die individuellen Gegebenheiten des Versehrten objektivierbar wird» Diese Meßapparaturen und Versuchsanordnungen besitzen jedoch nur Forschungslabors mit entsprechenden finanziellen Mitteln. Sie stehen zur Schulung, Aus- und Weiterbildung der unmittelbar mit der Rehabilitation von oberschenkelamputierten Menschen befaßten Berufe nicht zur Verfügung. Um die zuvor beschriebenen Schwierigkeiten bei der Vermittlung

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der mechanischen Gesetzmäßigkeiten der Obersnhenkelprothese zu vermeiden, ist es Aufgabe der Erfindung, ein Lemonstrationsgerät mit möglichst geringem Kostenaufwand zur Verfügung zu stellen, das durch Veranschaulichung der Statik und Kinematik eines Loppelschritts in der Saeittalebene eine isolierte Betrachtung der einzelnen Parameter ermöglicht und eine Variierune der gebräuchlichen Fuß- und ^niegelenktypen zuläßt. Dabei muß das liemonstrationsgerät so gestaltet werden, daß sich der statische Aufbau mit wenigen Handgriffen in kurzer geit verändern läßt und ein leichtes Auswechseln des Kniegelenktyps und ein leichtes Verändern der Fußfunktionen möglich ist. Sowohl die -^ewegungsvorgänge als auch die Kraftwirkungen müssen quantifizierbar sein und sich unmittelbar ablesen lassen.

Eiese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Gerät zur Lemonstration von Statik und Kinematik der Oberschenkelprothese in der Sagittalebene geschaff en wird, das erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch in natürlicher Größe gebaute Prothesenmodelle mit verschiedenen Kniegelenktypen, die aus einem senkrecht geführten Rumpfstab und jeweils gelenkig damit verbunden einem Oberschenkelstab, einem Untersohenkelstab und einem Fußformteil bestehen,

durch Gelenke zwischen den Stäben, die jeweils zwei übereinanderliegend^ kreisringförmige Anschlagsegmente enthalten, die durch eine Rändelschraube arretiert werden und so leichtgängig in einem Kreisringsegment gelagert sind, daß sie beim Lösen der Rändelschraube durch ihr Ei-entwicht die Anschlagposition einnehmen, in der die jeweiligen Stäbe und der Fuß zum Einstellen gehalten werden und daß sie durch gegensinniges Verschieben ein Gelenk auch völlig sperren können, durch eine auf einem bestell senkrecht befestigte I'afel mit drei senkrechten Linien für die Stand-, Snhrittvorlage- und Schrittrücklageposition und einer waagerechten Linie in Hö^ve des Körperschwerpunktes des Prothesenmodells als .Bezuo-slinie zur Beurteilung der Schwerpunktsbahn des Körpers, durch eine am oberen Ende der Tafel befestigte waagerechte Führungsschiene, die ein verschiebbar gelagertes Führungsstuck enthält, das seinerseits eine senkrechte Führung für den Rumpfstab besitzt,

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durch eine am unteren Ende der Tafel waagerecht angeordnete ^Auflagekante xür das Fußformteil des Modella, durch eine am RumpfstaD angebrachte Hülse, die den Körperschwerpunkt als Kraftangriffspunkt der Gewiohtskraft darstellt, eine Bohrung für einen Farbstift zum Aufzeichnen der Schwerpunktsbahn des Körpers während der Belastungsphase der Prothese enthält und durch ein beispielsweise an einem Seil befestigtes Gewicht belastet wird,

durch elastische Bänder zur Veranschaulichung der jeweils wirksamen Kraftwirkungslinien zwischen den Kraftangriffspunkten eines Prothesenmodells in der jeweils betrachteten Belastungssituation und entsprechenden Anlenkpunkten an Jj'ußformtell, Knie- und Hüftgelenk zum Anbringen dieser Bänder.

Damit sowohl die Bewegungsvorgänge als auch die Kraftwirkungen quantifizierbar sind, können nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Gelenkanschläge der Prothesenmodelle mit ■beidseitig wirkenden Kraftmeßvorriohtungen versehen werden und Hufι-, Knie- und Fußgelenk jeweils eine verstellbare Winkelmeßskala enthalten.

Ein Vorteil der dargestellten Lösung besteht darin, daß ein Demonstrationsgerät mit geringem Kostenaufwand und breiten Einsatzmöglichkeiten zur Verfügung gestellt wird. Den Auszubildenden des Orthopädiehandwerks können die mechanischen Gesetzmäßigkeiten der Oberschenkelprothese veranschaulicht werden, ohne daß diese Vorkenntnisse der mechanischen Grundlagen besitzen müssen. Herstellern von Prothesenpaßteilen ist es mit Hilfe dieses Gerätes möglich, in anschaulicher und einprägsamer Weise Aufbaurichtlinien für ihre Knie- und Fußgelenkkonstruktionen zu vermitteln und die Gefährdung ihrer Paßteile duroh erhöhte Kra^twirkungen in Gelenkanschlägen und Gelenken infolge von Aufbaufehlern zu demonstrieren. Auch für die Geh Schulung kann das Gerät wichtige Hilfen liefern. Den Versehrten können notwendige Verhaltensregeln beim Ge^en und Stehen mit seiner Prothese anhand des Demonstrationsgeräts erklärt werden. Konstrukteure von Prothesenpaßteilen können dieses Gerät zur Optimierung der Kinematik von Prothesenpaßteilen nutzen. Das entsprechend eingesetzte Modell ersetzt zeichnerische Verfahren und erlaubt eine Simulation

der wirklichan Verhältnisse unter vereinfachten Bedingungen, ^ur Verbesserung des Lernerfolgs bei «us- und Weiterbildungamaßnahmen kann das Lemonstrationsgerät mit anderen Larstellungsformen kombiniert werden. Lip Kopplung von Lemonsstrationsgerät, Gehprobe eines Prothesenträgers, Videoaufzeichnung und schriftlichem Lernprogramm ermöglicht eine Optimierung des Lernerfolgs.

Ein weiterer Vorteil des Lemonstrationsgeräts besteht darin, daß die Lurnhfiihrung der Versuche einen geringen Zeitaufwand erfordert und die Ergebnisse sich leicht reproduzieren lassen. Der statische Aufbau der Prothesenmodelle (La°-e des Kniedrehpunkts und Lance des Vorfußhebels) ist mit wenigen Handgriffen in kurzer ^eit veränderbar. Lie mechanischen Gesetze der Überschenkelprothese werden insbesondere dadurch mit hoher Anschaulichkeit deutlich, daß ...

... die wirklichen geometrischen Verhältnisse annähernd abgebildet werden durch naturgetreue Abmessungen der mechanischen Merkmale der Bauteile,

. .. die Schwerpunktsbahn des Körpers durch eine Aufzeichnunsmöglichkeit im senkrecht geführten Rumpfstab auf der Tafel darstellbar ist,

... der Lernende sich bei der Erarbeitung der mechanischen Gesetze jeweils auf einzelne Phasensegmente eines Loppelschritts konzentrieren kann,

... durch Veränderung der Aufbauparameter die mechanischen Unterschiede in den einzelnen Phasensegmenten deutlich hervortreten,

... die Veränderung; der Anschlagkräfte, der Stumpf kräf te, des oszillierenden Hüfthubes und des Kniebeugewinkels zum Burchschwingen der Prothese bei unterschiedlichen Auibaupositionen und unterschiedlichen Kniegelenktypen unsucht werden kann,

... ein Vergleich polysentrischer und einachsiger" Kniegelenke durch leichte Auswechselbarkeit der Prothesenmodelle möglich ist.

ii'iiL Hilfe des Lemoiistrationsgeräts werden Grenzwerte als aus-

ganpsounkt zur üotiir,ierung eines Prothesenaufbaus deutlich. der .Betrachtungen! ist nie Extremsituation

"kein Hüftmoment durch Stumpfkräfte möglich" und Hüftgelenk ist Drehpunkt". Die unter dieser Bedingung gefundenen Gesetzmäßigkeiten sind die mechanische Basis für die Variierung des Prothesenaufbaus, der Kniegelenk- und Fußfunktionen zur Anpassung des Kunstbeiii.3 an unterschiedliche Konstitutionsund Stumpfverhältnisse des Versehrten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig.1 die Gesamtzeichnung des Geräts in der Gebrauchslage,

Fig.2 einen Schnitt A-B durch den oberen Teil des Geräts mit Rumpfstab und.Führungsstück sowie Hüftgelenk,

Fig.3 einen Schnitt E-F durch den unteren Teil des Geräts mit Auflagekante, Fußgelenk und Fußformteil,

Fig.4 eine Ansicht des einachsigen Kniegelenks in der Gebrauchslage ohne Kraftmeßvorrichtung,

Fig.5 einen Schnitt U-D durch das einachsige Kniegelenk des Geräts,

Fig.6 einen Schnitt G-H durch das einachsige Kniegelenk zur Darstellung der Kraftmeßvorrichtung im Knie- und Hüftgelenk.

Das Demonstrationsgerät besteht aus einem Gestell 1, einer senkrecht an diesem befestigten Tafel 2 und einem vor der Tafel in stehender Position angeordnetem Prothesenroodell 3 (Fig.1). Die Tafel 2 ist mit drei senkrechten Markierungslinien für die Schrittvorlageposition 12, 'die Standposition 13 und die Schrittrücklageposition 14 des Prothesenmodells und einer waagerechten Markierungslinie 15 in Höhe des Körperschwerpunktes des Prothesenmodells als Bezugslinie zur 3eurteilung der Schwerpunktsbahn des Körpers versehen (Fig.1). Das Gestell 1 enthält am unteren Ende für den sicheren Stand zwei Füße 4 (Fig.1), auf Höhe des unteren Endes der Tafel 2 eine Auflagekante 5 für das Fußformteil 6 des Prothesenmodells (Fig.1 -iind 3) und am oberen Ende eine waagerecht angeordnete Führungsschiene 7 (Fig.1, 2) mit Rechteckquerschnitt. Auf der Führungsschiene 7 ist ein Führungsstück 8 zur Aufnahme eines oberen Rumpfstabes 9 des Protlussenmodells verschiebbar gela-

gert (Fig.1, 2). Der senkrecht geführte obere Rumpfstab 9 ist seinerseits verschiebbar im FUhrungsstück 8 gelagert und besitzt ebenfalls einen Rechteckquerschnitt. Das FUhrungsstück 8 kann auf der waagerechten Führungsschiene 7 durch eine Rändelschraube 1o arretiert werden (Fig.2). Dies ist zum Fixieren der Schrittvorlage- und Schrittrücklageposition des Prothesenmodells notwendig. Der obere Rumpfstab 9 kann durch eine Rändelschraube 11 im FührungsstUck 8 arretiert werden (Fig.2). Auf diese Weise läßt sich die relative Verlängerung des Prothesenmodells beim Beugen des Kniegelenks in der Schrittrücklage fixieren und der notwendige Kniebeugewinkel zum Durchschwingen bei unterschiedlichen Aufbaupositionen des Prothesenmodells ermitteln.

Der obere Rumpfstab 9 des Prothesenmodells ist durch eine Hülse 16 mit einem unteren Rumpfstab 17 verbunden (Fig.2 und 1). Die Hülse 16 enthält eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Farbstiftes Ί6α, einen Gewindeansatz mit Ansatzbund (Fig.2), eine Rille zur Aufnahme eines Seiles 18 (Fig.2) mit einem am Ende des Seiles befestigten Gewicht 19 (Fig.1) und einen Sechskantkopf zum Drehen der Hülse beim Lösen und Anziehen (Fig.2). Das untere Ende des oberen Rumpfstabes 9 enthält eine Gewindebohrung und das obere Ende des unteren Rumpfstabes 17 eine Durchgangsbohrung (Fig.2), so daß beide Enden durch den Gewindeansatz der Hülse in verschiedenen Winkelstellungen gegeneinander verspannt werden können. Die Hülse selbst stellt den Schwerpunkt des Menschen bzw. den Angriffspunkt der Körpergewichtskraft dar, indem das Gewicht 19 mit Hilfe des Seils 18 (Fig.1, 2) in diesem Punkt angreift. Das untere Ende des unteren Rumpfstabes 17 ist gelenkig mit dem oberen ^nde eines Oberschenkelstabes 2o verbunden, so daß ein Hüftgelenk entsteht (Fig.1, 2). Die Lage dieses Hüftgelenks zur Hülse 16 und somit zum Angriffspunkt der Körpergewichtskraft kann verändert werden, indem die jeweils vorgegebene Stellung durch Schwenken des unteren Rumpfstabes 17 um den Gewindeansatz der Hülse 16 und nachfolgeües Arretieren eingestellt wird. Diese Einstellmöglichkeit erlaubt es, mit Hilfe des Demonstrationsgerätes aufzuzeigen, welche mechanischen Folgen für das Gehen und die Belastung der Gelenkanschläge und Gelenke eintreten können, wenn als Ausgangspunkt der statischen Belastungs-

linie im Stand nicht der Körperschwerpunkt, sondern das Hüftgelenk gewählt wird.

Unterer Rumpfstab 17 und Überschenkelstab 2o sind durch eine Achsbuchse 21, eine Sechskantschraube 22 und eine Scheibe 23 drehbar miteinander verbunden (Pig.2). Der untere Rumpfstab enthält ein Innengewinde, in das die Sechskantschraube 22 von der Rückseite des Prothesenmodells eingeschraubt ist und die Achsbuchse 21 sowie die Scheibe 23 festspannt (Fig.2). Das obere Ende des Überschenkelstabes ist mittels einer Paßbohrung auf der Achsbuchse 21 drehbar gelagert, wobei das Axialspiel durch die Scheibe 23 begrenzt wird. Das Gewindeende der Sechskantschraube 22 ragt über die Vorderseite des unteren Rumpfstabes 17 hinaus und dient als Drehpunkt einer Winkelmeßska- ) la 24 und zum Arretieren dieser Skala mit Hilfe einer auf dem Gewindeende befindlichen und gegen die Winkelmeßskala geschraubten Rändelmutter 25 (Fig.2). Das äußere Gewindeende der Sechskantschraube ist mit einer Rille 22a versehen. Diese dient als Anlenkpunkt für elastische Bänder 26(Fig.1, 2, vgl. auch Fig. 3, 5) zur Veranschaulichung der Kraftwirkungslinien des Prothesenmodells. Die Winkelmeßskala 24 kann durch Lösen der Rändelmutter 25 verstellt werden. Dies ist erforderlich, um sie bei unterschiedlichen Aufbaupositionen des Prothesenmodells in der Standposition auf Null zu justieren. Aufgabe der Winkelmeßskala 24 ist es, die Oberschenkaldrehung in der simulierten Stand- und Pendelphase des Prothesenmodells quantitativ zu erfassen. Zum Ablesen des jeweiligen Winkels befindet sich am Oberschenkelstab 2o ein Markierungspfeil 27 (Fig.1). Um bei der Erarbeitung der mechanischen Gesetzmäßigkeiten Lernenden mit geringem Abstraktionsvermögen eine Vorstellungshilfe zu geben, kann am Führungsstück 8 eine abnehmbare Schablone 28 mit dem Profil der amputierten Körperhälfte eines Versehrten befestigt werden (Fig.1).

Das untere Ende des Oberschenkelstabes 2o ist mit dem unteren Ende eines Unterschenkelstabes 29 drehbar verbunden (Fig.1, 4, 5), so daß ein Kniegelenk entsteht. Die Lagerung des Kniegelenks ist baugleich mit dem Hüftgelenk und enthält als Bauelemente eine Achsbuchse 3o, eine Sechskantschraube 31 und eine Scheibe 32. Das Kniegelenk enthält auch in gleicher Weise wie das Hüftgelenk eine Winkelmeßeinrichtung, die durch das Gewindeende der Sechskantschraube 31, eine Rändelmutter 33,

eine Winkelmeßskala 34 und einen am Unterschenkelstab befestigten Markierungspfeil 35 gebildet wird (Fig.4, 5). Die Sechskantschraube 31 enthält ebenfalls eine Rille 31a zum Anlenken der elastischen Bänder 26 (Pig.5, vgl. auch Fig.1). Zur Stabilisierung der Gliederkette des Prothesenmodells und zum Einstellen unterschiedlicher Aufbaupositionen enthält das untere Ende des Oberschenkelstabes zentrisch zur Achsbuchse 3o angeordnet einen stufenlos verstellbaren Anschlag, bestehend aus zwei aufeinanderliegenden und deckungsgleichen kreisrigförmigen Ansahlagsegmenten 36, einem Kreieringsegment 37 mit einer Nut zur Lagerung der Anschlagsegmente und einer Rändelschraube 38 zum Arretieren der Anschlagsegmente (Fig.4, 5). Die Rändelschraube 38 ist von der Vorderseite des Protheeenmodells in

^- ein durchgehendes Innengewinde des Oberschenkelstabes eingeschraubt. Das Gewindeende der Rändelschraube weist auf die Mitte der Nut des auf der Rückseite des Oberschenkelstabes durch Mietverbindungen 39 befestigten Kreisringsegments 37 (Figo 5). Die Anschlagsegmente 36 sind in der Nut des Kreisringsegments 37 leicht verschiebbar gelagert (Fig.5). Durch Anziehen der Rändelschraube 38 werden die Anschlagsegmente 36 in der jeweils eingestellten Stellung blockiert und begrenzen den Streckwinkel des Unterschenkelstabes 29 gegenüber dem Oberschenkel3tab 2o. Dabei berühren die radial angeordneten Anschlagflächen der Anschlagsegmente 36 eine entsprechend radial zum Drehpunkt angeordnete Gegenfläche 4o des Unterschenkel-

( Stabes 29 (Fig.4). Das obere Ende des Unterschenkelstabes 29 ist sowohl für die Begrenzung der Streckbewegung als auch der Beugebewegung mit einer radial angeordneten Gegenfläche 4o versehen, so daß durch gegensinniges Verschieben der Anschlagsegmente 36 und Arretieren mit Hilfe der Rändelschraube 38 das Kniegelenk auch völlig blockiert werden kann (Fig.O. Das Kniegelenk kann mit einer Kraftmeßvorrichtung versehen werden, die aus einem Halter 41, zwei Aufsteckzapfen 42 und 43 und einem doppeltwirkenden Kraftmesser 44 besteht (Fig.6). Der Halter 41 ist an einem Ende durch Nietverbindungen 45 mit der Rückseite des oberen Endes vom Unterschenkelstab 29 verbunden und enthält am anderen Ende den Aufsteckzapfen 42 (Fig.6). Der Aufsteckzapfen 43 befindet sich am äußeren Ende des vorderen Anschlagsegments 36 (Fig.4, 6). Die Aufsteckzapfen 42 und 43 sind so zueinander angeordnet,

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daß eine gedachte Verbindungslinie zwischen ihnen die Anschlagfläche der Anschlagsegmente 36 halbiert und senkrecht auf der radial zum Drehpunkt ausgerichteten Anschlagfläche und der Gegenfläche 4o des Unterschenkelstabes steht (Pig.4). Dies hat den Vorteil, daß sur Ermittlung der Flächenpressung in den Gelenkanschlägen die wirksame Kraft unmittelbar gemessen wird. Auf die Aufsteckzapfen 42 und 43 wird der doppeltwirkende hydraulische Kraftmesser 44 mittels zweier Aufnahmebohrungen 46 geschoben (Fig.6). Der Mittenabstand zwischen

den Aufsteckzapfen 42 und 43 ist dabei so bemessen, daß bei montiertem Kraftmesser zwischen den Anschlagflächen Spiel besteht und der Kraftmesser die in der jeweiligen Belastungssituation auftretenden Druck- oder Zugkräfte aufnimmt und anzeigt. Die dargestellte Kraftmeßvorrichtung hat den Vorteil, daß während der gesamten Belastungaphase des Prothesenmodells von der Schrittvorlage bis zur Schrittrücklage der Kraft- bzw. Drehmomentverlauf im Kniegelenk als dynamischer Vorgang veranschaulicht werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß auch bei montiertem Kraftmesser 44 die Lage des Kniedrehpunkts zur statischen Belastungslinie beliebig verändert werden kann und somit die Kraftwirkungen bei unterschiedlichen Aufbaupositionen untersucht werden können.

Die beschriebene Kraftmeßvorrichtung kann auch in Verbindung mit dem zuvor beschriebenen Gelenkanschlag für das Hüftgelenk des Prothesenmodells Anwendung finden, um das erforderliehe Hüftmoment zum Sichern des Kniegelenks in der Schrittvorlage sowie zum Beugen des Kniegelenks in der Schrittrücklage zu veranschaulichen und den gesetzmäßigen Zusammenhang zwischen Hüft- und Kniedrehmoment zu erarbeiten. Das untere Ende des Unterschenkelstabes 29 ist durch eine Lasche 47 mit dem Fußformteil 6 drehbar verbunden, so daß ein Knöohelgelenk entsteht (Fig.3). Die Lagerung des Knöchelgelenks ist baugleich mit dem Knie- und Hüftgelenk und enthält als Bauelemente eine Achsbuchse 48, eine Sechskantscharaube 49 und eine Scheibe 5o (Fig.3). Das Miöohelgelenk enthält auch in gleicher Weise wie das Knie- und Hüftgelenk eine Winkelmeßeinrichtung, die durch das Gewindeende der Sechskantschraube 49, eine Rändelmutter 51, eine Winkelmeßskala 52 und einen am Fußformteil 6 befestigten Markierungspfeil 53 gebildet wird (Fig.3). Die Sechskantschraube 49 enthält ebenfalls eine Rille

49a zum Anlenken der elastischen Bänder 26 (Fig.3). Das Fußformteil 6 enthält vom Ballenabrollpol im Stand 54 bis zur Fußspitze angeordnet Drahtstifte 55 mit Kopf zur Anlenkung der elastischen Bänder 26 (Fig.3, vgl. auch Pig. 1). Auch die Absatzkante des Fußformteils 6 ist mit einem Drahtstift 55 zur Anlenkung der elastischen Bänder 26 versehen (Fig.3, vgl. auch Fig.1). Die in dieser Weise angeordneten Drahtstifte 55 ermöglichen mit Hilfe der elastischen Bänder 26 eine Darstellung der Kraftwirkungslinien zwischen Kniegelenk, Hüftgelenk und dem jeweiligen Bodenunterstützungspunkt sowohl in der Schrittvorlage als auch in der Sohrittrücklage des Prothesenmodells. Das Wandern des Bodenunterstützungspunktes beim Überrollen des Prothesenmodells über den Ballen des Fußformteils kann durch Anlenken der elastischen Bänder 26 an den dem jeweiligen Bodenunterstützungspunkt am nächsten liegenden Drahtstift 55 berücksichtigt werden. Somit wird die kontinuierliche Vergrößerung des wirksamen Vorfußhebels beim Überrollen über den Ballen veranschaulicht.

Zur Stabilisierung der Gliederkette des Prothesenmodells, zum Einstellen unterschiedlicher Aufbaupositionen und zum Simulieren verschiedener Fußfunktionen enthält das untere Ende des Unterschenkfelstabes 29 in gleicher Weise wie das Kniegelenk einen stufenlos verstellbaren Anschlag, bestehend aus zwei kreisringförmigen Anschlagsegmenten 56, einem Kreisringsegment 57 mit einer Nut zur Lagerung der Anschlagsegmente und einer Rändelschraube 58 zum Arretieren der Anschlagsegmente (Fig.3). Das ^reisringsegment mit Nut 57 ist am Unterschenkelstab 29 durch Nietverbindungen 59 befestigt (Fig.3). Die Lasche 47 und das Fußformteil 6 sind durch Nietverbindungen 60 (Fig.3) miteinander verbunden. Die vordere Annchlagflache der Anschlagsegmente 56 bildet den Dorsalanschlag, die hintere den Plantaranschlag (Fig.1). Die jeweilige Gegenflache wird durch eine vordere Anschlagfläche 61 und eine hintere Anschlagfläche 62 des Fußformteils 6 gebildet (Fig.1). Beide Ansohlagflächen sind radial zum Drehpunkt des Knöchelgelenks ausgerichtet. Mit Hilfe des stufenlos verstellbaren Gelenkanschlags lassen sich die nachfolgend dargestellten Funktionen simulieren;
1. Länge des Vorfußhebels (= Abstand zwischen Ballenabrollpol

und statischer Belastungslinie im Stand) sowie Spitz- und Hackenfußstellung: Biese Einstellungen werden ohne zusätzliche Hilfsmittel durch den stufenlos verstellbaren Anschlag ermöglicht.

2. Steifer, gelenkloser Fuß: Die Anschlagsegmente 56 sind gegensinnig gegen die Anschlagflächen 61 und 62 geschoben.

3. Frei beweglicher Fuß: Die Anschlagsegmente 56 sind durch die Rändelschraube 58 nicht arretiert.

4. Dorsal starr gesperrter und plantar elastisch gedämpfter Fuß: Hier kann die Plantardämpfung simuliert werden, indem Gummiblöoke unterschiedlicher Shorehärte zwischen die hinteren Ansohlagflächen der Anschlagsegroente und des Fußformteils geschoben werden.

5. Dorsal und plantar elastisch gedämpfter Fuß: Hier kann auch zwischen die vorderen Anschlagflächen ein elastischer Gummiblock geschoben werden.

Zum Messen des um das Knöchelgelenk wirkenden Drehmoments sowie der auf die Anschlagflächen wirkenden Kräfte kann das Knöchelgelenk in gleicher Weise wie das Kniegelenk mit einer Kraftmeßvorrichtung versehen werden.

Da sich unter vereinfachten Bedingungen die Wirkungsweise der Versuchsanordnung mit der einer einachsigen Oberschenkelprothese deckt und die mechanischen Gesetzmäßigkeiten hinreichend in der Literatur veröffentlicht sind, soll das methodische und inhaltliche Vorgehen zur Erarbeitung der mechanischen Gesetze rieht näher ausgeführt werden. Bei der experimentellen Ableitung der mechanischen Gesetzmäßigkeiten mit Hilfe der Versuchsanordnung ist es zweckmäßig, als Parameter jeweils die Länge des Vorfußhebels und die Lage des Kniedrehpunkts isoliert zu betrachten. Eabei sind die Auswirkungen bei Veränderung des jeweiligen Parameters nur bewertbar, wenn eine Zerlegung der Gangabwicklung in Phasensegmente erfolgt. Auf diese Weise lassen sich differenzierte Regeln für die Auswirkungen auf das Gehen mit einer einachsigen übersohenkelprothese bei Veränderung des statischen Aufbaus herausfinden. Das gesamte einachsige Prothesenmodell 3 lHßt sich durch Herun-

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tersetzen des Fußformteils 6 von der Auflagekante 5 und
Herausziehen des oberen Rumpfstabes 9 aus dem FUhrungsstück 8 (Fig.i) vom Gestell 1 abnehmen und beispielsweise gegen
ein Prothesenmodell mit polyzentrischem Kniegelenk auswechseln. Alle Prothesenmodelle mit anderen Kniegelenktypen
enthalten im übrigen die gleichen Bauelemente wie das Prothesenmodell 3. Die leichte Auswechselbarkeit der Prothesenmodelle ermöglicht einen exakten Vergleich der mechanischen Eigenschaften von Prothesen mit einachsigen und polyzentrischen Kniegelenken.

Claims

O1 -14- Pu ÜLU iflmsprüche:

1. Gerät zur Demonstration von Statik und Kinematik der Oberschenkelprothese in der Sagittalebene, bestehend aus Prothesenmodellen (3)ι die in natürlicher Größe gebaut sind und an Hüft-, Knie- und Fußgelenk Winkelmeßskalen (24, 34, 52) enthalten, gekennzeichnet

durch einen senkrecht geführten Rumpfstab (9, 17) und jeweils gelenkig damit verbunden einen Oberschenkelstab (20), einen Unterschenkelstab (29) xuid ein Fußformteil (.6),

durch Gelenke zwischen den Stäben, die jeweils zwei übereinanderliegende kreisringförmige Anschlagsegmente (36, 56) enthalten, die durch eine Rändelschraube (38, 58) stufenlos arretiert werden und leichtgängig in einem Kreisringsegment (37, 57) mit einer Nut gelagert sind,

durch eine auf einem Gestell (1) senkrecht befestigte Tafel (2) zum Aufzeichnen der Schwerpunktsbahn der Prothesenmodelle (3), wobei die Breite der Tafel mindestens der durchschnittlichen Doppelschrittlänge eines Menschen entspricht,

durch eine am oberen Ende der Tafel befestigte waagerechte Führungsschiene (7), die ein verschiebbar und arretierbar gelagertes Führungsstück (8) enthält, das seinerseits eine senkrechte Führung für den Rumpfstab (9) besitzt,

durch eine am unteren Ende der Tafel waagerecht angeordnete Auflagekante (5) für das Fußformteil (6) des Prothesenmodells,

durch eine am Rumpfstab (9, 17) angebrachte Hülse (16), die den Körperschwerpunkt als Kraftangriffspunkt der Gewichtskraft darstellt, eine Bohrung für einen Farbstift (16a) zum Aufzeichnen der Schwerpunktsbahn des Körpers während der Belastungsphase der Prothese enthält und durch ein beispielsweise an einem Seil (18) befestigtes Gewicht (19) belastet wird, ..

durch elastische Bänder (26) zur Veranschaulichung der jeweils wirksamen Kraftwirkungslinien zwischen den Kraftangriffspunkten eines Prothesenmodells in der jeweils betrachteten Belastungssituation und entsprechenden Anlenkpunkten (55, 49a,

t It

31a, 22a) an Fußformtell, Knie- und Hüftgelenk zum Anbringen dieeer Bänder.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkanschläge der Prothesenmodelle mit abnehmbaren Kraftmeßvorrichtungen versehen sind, die jeweils aus einem beidseitig wirkenden Kraftmesser (44) bestehen, der mittels zweier Aufnahmebohrungen (46) auf zwei zylindrische Aufsteckzapfen (42, 43) geschoben wird, wobei der eine Aufsteckzapfen (43) in das äußere Ende der jeweiligen Anschlagsegmente (36, 56) und der andere A^Λfsteckzapfen (42) in das äußere Ende eines mit der. korrespondierenden Gegenfläche der Anschlagsegmente fest verbundenen Halters (41) eingeschraubt ist und der aufgesteckte Kraftmesser (44) die beidseitige Kraftübertragung zwischen den jeweiligen Anschlagsegmenten (36, 56) und dem korrespondierenden Gegenstück des Gelenks übernimmt.

3. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelmeßskalen (24, 34, 52) von Hüft-, Knie- und Fußgelenk jeweils auf dem überstehenden -Gewindeende einer Sechskantschraube (22, 31, 49) zur Befestigung der Achsbuchsen (21, 48, 30) verstellbar gelagert sind und durch Gegendrehen einer Rändelmutter (25, 33, 51) arretiert werden.

4. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Prothesenmodelle eingesetzt werden können, die verschiedene Kniegelenktypen bei ,sonst gleichen Bauelementen enthalten und daß der jeweilige Rumpf stab (9) sich nach unten aus dem Führungsstück (8) herausziehen läßt, so daß eine leichte Auswechselbarkeit der Prothesenmodelle gewährleistet ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen