-
Kniegelenkprothese bzw. Kniegelenkstützapparat
Amputationen am Ober-
und Unterschenkel sowie Insuffizienzen am Kniegelenk oder an der Muskulatur bzw.
an den Kerzen des Beines machen die Anwendung von Prothese und Stützapparaten notwendig.
-
Ist die Refestigung dieser Prothesen oder Stützapparate oberhalb
des Kniegelenkes, d. h. am Oherschenkel oder am Körperstamm erforderlich, so müssen
sie entweder ein künstliches Kniegelenk als Ersatz des verlustig gegangenen natürlichen
Gelenkes oder, wenn das natürliche Kniegelenk noch vorhanden ist. Kniegelenkschienen
haben, welche das verbliel>ene Kniegelenk bei seinen Bewegungen begleiten.
-
Bei der Aufgabe, ein künstliches Kniegelenk oder Kniegelenksch ienen
zu 1augen, treten Schwierigkeiten in mehrfacher Hinsicht auf.
-
Das natürliche Kniegelenk ist ein Gleitrollgelenk.
-
Seine ideelle achse wandert während der Bewegung nnd hat im Zustand
der Streckung eine andere Lage als im Zustand der Beugung. Die Nachbildung dieses
Gelenkes durch ein einachsiges Scharniergelenk mit fester Achse oder einachsige
Kniegelenkschienen mit festem Drehpunkt ist keine ideale Nachahmung der natürlichen
Gelenkbewegung und hat Nachteile im praktischen Gebrauch zur Folge, hinsichtlich
der Inkongruenz der Bewegungen zwlschen dem natürlichen Kniegelenk und den künstlichen
Gelenkschienen und hinsichtlich einer geminderten mechanischen Leistung, vornehmlich
heim Wiederaufrichten aus derBeugung in die Streckung.
-
Diese Differenzen wirken sich in der Praxis im wesentlichen wie folgt
aus: a) Es kommt zu unharmonischen Gegenbewegungen zwischen den Anteilen des Körpers
des Versehrten (Haut am Ober- oder Unterschenkel) einerseits und den Anteilen der
Prothese bzw. des Stützapparates andererseits. Diese Mög-
lichkeit
ist gegeben, wenn im Schadensfall noch ein natürliches Kniegelenk mit dem gesamten
oder mit Teilen des natürlichen Unterschenkels vorhanden ist. Dann müssen die Gelenkschienen
das natürliche Kniegelenk in seinen Bewegungen begleiten und es kommt, wenn Gelenkschienen
mit einer festen Achse benutzt werden, zum Scheuern zwischen der Prothesenwand bzw.
der Wand desStützapparates einerseits und der Haut des Patienten andererseits. Außerdem
finden Gegenbewegungen in der Richtung von vorn nach hinten statt. Dieses Scheuern,
das sog. Pumpen, kann so stark sein, daß die Benutzung des orthopädischen Hilfsapparates
(Prothese oder Stützapparat) in Frage gestellt ist.
-
Bei kurzem Unterschenkelstumpf stellt sich in diesem Fall auch der
sog. Schlupfeffekt besonders unangenehm ein. b) Die Konstruktion des Kniegelenkes
mit einer festen Drehachse gibt ungünstige Stahilitätsverhältnisse im Stand sowie
eine mechanisch ungünstige Lage für das Sichwiederaufrichten nach erfolgter Beugung,
da die Wiederaufrichtung um einen einzigen Drehpunkt erfolgen muß. Von diesenMinderleistungen
sind alle Behinderten betroffen, die eine Prothese oder einen orthopädischen Apparat
an der unteren Gliedmaße tragen, welcher am Oberschenkel befestigt ist und bei denen
das natürliche Kniegelenk entweder durch ein künstliches Kniegelenk ersetzt oder
das verbliebene natürliche Kniegelenk von Kniegelenkschienen begleitet wird, d.
h. dieser Mangel macht sich gleichermaßen bei Oberschenkelamputierten wie auch bei
solchen Versehrten bemerkbar, die am Unterschenkel amputiert sind, sowie bei solchen,
die einen Schienenhülsenapparat wegen Insuffizienzen der Muskulatur, Nerven oder
Knochen tragen. Sie wirkt sich in der Praxis so aus, daß die Träger von orthopädischen
Apparaten solcher Art, die durch ihren Schaden der Streckfähigkeit des Unterschenkels
verlustig gegangen sind (Oberschenkelamputierte, Unterschenkelkurzstümpfe, Nervenlähmungen
und Muskelinsuffizienzen, die den Musculus quadriceps femoris betreffen), nur dann
zu einer relativen Gehsicherheit kommen, wenn sie den Fuß auf eine horizontale Gehbahn'
aufsetzen, daß sie aber in größte Sturzgefahr geraten, wenn der Fuß der Prothese
oder des Apparates auf eine nach yorn abfallende Unterstützungsfläche aufsetzt (schiefe
Ebene, Stein unter der Ferse). Stürze mit schweren körperlichen Schäden sind in
diesem Zusammenhang schon beobachtet worden.
-
Von vielen Seiten aus ist schon versucht worden, diesen Mängeln der
einachsigen Kniegelenkkonstruktionen zu begegnen.
-
Es sind das sog. physiologische Kniegelenk und Anwendungen auf Apparatkonstruktionen.
bekannt geworden. Bekannt sind auch Konstruktionen bei Schienengelenken für Unterschenkelkunstbeine.
-
Hierzu wurden Theorien über den Gelenkmechanismus des knöchernen
Kniegelenks entwickelt, wonach entweder eine spiralige Oberschenkelrolle oder eine
ellipsenförmige Femurrolle der Konstruktion zugrunde gelegt wird.
-
Die vorliegende Erfindung beseitigt weitestgehend die beschriebenen
Nachteile durch Anordnung von in Kulissenführungen leweglichen Drehzapfen.
-
Die Erfindung ist in den Zeichnungen l>eispielsweise veranschaulicht,
und es stellt dar Fig. T eine schematische Ansicht des menschlichen Kniegelenks
in gestrecktem Zustand, Fig. 2 dieselbe Ansicht in gebeugtem Zustand, Fig. 3 eine
Ansicht der Teile eines künstlichen Gelenkelementes gemäß Erfindung im Schnitt längs
der Linie III-III der Fig. 4 in gestreckter Lage des Kniegelenkes, Fig. 4 eine Vorderansicht
desselben, Fig. 5 eine Seitenansicht dieser Teile in der Beugungsstellung des Kniegelenkes
im Schnitt, Fig. 6 eine perspektivische Schemaansicht einer Prothese gemäß Erfindung,
Fig. 7 einen Schnitt durch ein Gelenkelement analog Fig. 3 in etwas größerem Maßstab
als diese.
-
Da die vorliegende Erfindung nicht nur die knöcherne Form des Kniegelenkes
herücksichtigt, sondern auch der Umformung der Weichteile am Oberschenkel und am
Knie selbst Rechnung trägt, werden zunächst unter Bezug auf die Fig. I und 2 die
anatomischen Verhältnisse des menschlichen Kniesystems kurz besprochen.
-
Die Form der knöchernen Femurrolle kann grol, als System von drei
Kreisen angesehen werden, in welchem um einen Mittelpunkt x des ersten Kreises die
Kniescheibe, um einen Mittelpunkt des zweiten Kreises, Punkt y, der Schienbeinkopf
in der Strekkung und um einen Mittelpunkt des dritten Kreises, Punkt z, der Schienbeinkopf
in der Beugung artikulieren. Die Übergänge von einem zum anderen Mittelpunkt siod
hierhei fließend.
-
Die Art der Formveränderung der Weichteile ist dadurch gekennzeichnet,
daß in der Streckung die Strecker an der Vorderseite des Oberschenkels kontrahiert
werden und relativ viel Raum einnehmen (bei I, Fig I), während die gleiche Muskelgruppe
bei der Beugung sich ahflacht (bei 3, Fig. 2) und gleichzeitig die in der Streckung
abgeflachten Beuger 2 (Fig. I) sich in der Beugung vorwulsten 4 (Fig. 2). Dies ist
besonders bei dem durch punktierte Linie schematisch angedeuteten Musculus semitendinosus
deutlich, der wegen seines tiefen Ansatzes am Schienbeinkopf in der Beugung als
Bogensehne weit in der Kniekehle vorspringt.
-
Da nun sowohl Prothesen als auch orthopädische Stützapparate in der
Regel mit Schienen in irgendeiner Form die Weichteile des Oberschenkels umfassen,
um an ihnen gehalten zu werden oder um dieselben zu stützen, machen diese Schienen
bei der oben beschriebenen Formveränderung der Weichteile zwangsläufig eine Verschiebung
mit.
-
Der aus der Weichteilumformung und der knöchernen Grundform der Gelenkteile
sich jeweils ergebende !Augenblickswert legt infolgedessen während der Bewegung
den tatsächlichen Weg der ideellen Drehachse fest.
-
Ein Gegenstand vorliegender Erfindung ist die weitestgehende Nachahmung
dieses Weges, so daß
zwischen der Haut des Versehrten und den Prothesen-
bzw. Apparateanteilen eine Relativverschiebung praktisch vermieden wird.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Behel>ung der statischen
Labilität und der Schwierigkeit der Aufrichtung des Kniegelenkes, die die vorher
l>eschriebene Einknick- und Sturzgefahr mit sich bringt, wol>ei auf letztere
besonderer Wert gelegt wird.
-
Fig. 3 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Gelenkelementes als Teil
einer erfindungsgemäßen Kniegeleik1>rothese bzw. eines Kniegelenkapparates, welches
im wesentlichen aus einem mit zwei Gelenkführungs- und Drehzapfen A und B und einem
Tragkopf C ausgerüsteten Oberschenkelschienengelenkanteil 5, der im Fall einer Prothese
fest mit einem Stützköcher 7 (Fig. 6), in welchem der Gliedstumpf steckt, zusammenhängt,
und einem mit zwei Führungskulissenschlitzen a und b ausgestatteten Unterschenkelschienengelenkanteil
6, der normalerweise fest mit dem Prothesenunterteil 8 (Fig. 6) zusammenhängt; besteht.
Der Tragkopf C ist in irgendeiner geeigneten Weise am Oberschenkelschienenteil 5
fest angebracht, während der Unterschenkelteil 6 unter Verschiebung der fest im
Ol>erschenkelschienenteil 5 sitzenden Führungszapfen A und B innerhalb ihrer
im Unterschenkelteil 6 festliegenden Führungskulissena und b angenähert nach dem
Prinzip der Femurrolle um eine ideelle Achse schwingen kann, wobei dieselbe angenähert
nacheinander alle Lagen zwischen den hlittelpunkten x, y und z einnehmen kann und
somit zwischen x und z während des Bewegungsvorganges hin und her wandert.
-
Der Kulissenschlitz a folgt im wesentlichen einer nahezu rechtwinklig
abgewinkelten Kurve (s. Fig. 7), deren Endpunkte bei gestrecktem Gelenk im Stand
ungefähr auf einer Waagerechten liegen und deren höchster Punkt etwa in der Mitte
über den beiden Endpunkten liegt, während der Kulissenschlitz b im wesentlichen
kreisbogenförmig ist und bei gestrecktem Gelenk im Stand im unteren Quadranten des
Gelenkes auf der Rückseite (Kniekehlenseite) angeordnet ist. Reize Schlitze liegen
so zueinander, daß ein Durchl>eugen des Gelenkes um etwa 1100 möglich ist, ohne
daß die Zapfen sich in den Schlitzen verklemmen.
-
Im Stand (s. Fig. 3) drückt das Körpergewicht den Ol>erschenkelschienengelenkteil
nach unten, d. h. der Führungsgelenkzapfen A wandert auf seiner schräg ahfallenden
Führung bis zum vorderen Ende des Schlitzes a (Kniescheibenseite), wobei er I,eginnt,
einen kleinen Anteil der Körperlast zu tragen. Der Hauptanteil der Körperlast wird
in diesem Fall jedoch von dem Tragekopf C übernommen, der sich, wie aus Fig. 3 ersichtlich,
in gestrecktem Zustand im Stand mit seiner konkaven Rundung satt auf die entsprechend
ausgebildete konvexe Rundung am ol>eren Ende des Gelenkschienenunterteiles auflegt.
Es entsteht also eine Auflage an zwei Punkten, d. h. das Gelenk wird gegen Ausknicken
stabilisiert, wobei die Stabilität um so höher sein wird, je weiter das Kurvenende
des Schlitzes a bzw. der Zapfen A exzentrisch nach vorn (Kniescheibenseite) verlagert
wird und je weiter der Krümmungsmittelpunkt der den Tragekopf berührenden Gelenk
rundung nach hinten (Kniekehlenseite) verlegt wird. Diese erhöhte Stabilität gewährleistet
sicheren Stand mit dem Kunstglied bzw. dem Stützapparat und Sicherheit gegen Ausknickung
auch dann, wenn bei nach vorn geneigter Gehbahn die Zweipunktauflage Ballenferse
ein solches allein nicht mehr gewährleisten würde.
-
Wird nun der Oberschenkelgelenkanteil bzw. der Oberschenkel selbst
angehoben, so versucht der Führungszapfen A infolge des Eigengewichtes des Prothesenunterteiles
an den höchsten Punkt der Führungskulisse a zu wandern (s. Fig. 5); der Tragekopf
C hebt sich von der Gelenkrundung des Unterschenkelschienenteiles ab, und der Unterschenkelschienengelenkteil
6 schwingt um eine ideelle Drehachse in eine mehr oder minder gel>eugte Lage,
wobei der Zapfen A, solange er sich am höchsten Punkt der Kulisse a befindet, das
Gewicht des Prothesenunterteiles allein trägt und der Schwingvorgang im wesentlichen
um den Zapfen A als Mittelpunkt erfolgt, während der Zapfen B sich in seiner Kulissenführung
abwärts bewegt. Beim weiteren Beugen gleitet der Zapfen A in den nach hinten, zur
Kniekehle geneigtenAst seiner Kulissenführung, und der Zapfen B gleitet in seiner
Kulisse weiter, so daß nunmehr das Gewicht des Prothesenunterteiles von beiden Zapfen
zusammen getragen wird. In völlig gebeugtem Zustand legt sich ein Teil des Gelenkunterteiles
mit seiner Rundung wieder an den Tragkopf an (s. Fig. j, punktierte Umrisse), so
daß nunmehr im Falle einer Belastung durch das Körpergewicht (knien) die Zapfen
teilweise wieder entlastet sind.
-
Bei der Rückkehr aus der Beuge- in die Strecklage finden zunächst
dieselben Vorgänge wie beim Beugen in analog umgekehrter Reihenfolge statt, bis
der Zapfen A innerhalb der Kulisse a wieder seine Höchstlage eingenommen hat, in
welcher der Prothesenunterteil wieder frei umA schwingt. Beim Aufsetzen der Prothese
auf die Gehbahn, d. h. beim Aufbringen der Körperlast über den Bolzen A auf die
Unterkante des vorderen, nach unten geneigten Astes des Führungskulissenschlitzes
a, gleitet A infolge der Schräge desselben nach vorn, drückt somit den ganzen Prothesenunterteil
(um den Prothesenfußballen als Drehpunkt) nach hinten und stellt somit wieder den
vorerwähnten stabilen Zustand her. Bei diesem eben erwähnten Vorgang liegen die
Kräfteverhältnisse so, daß durch das Zurückschieben des Prothesenunterteiles und
die zwangsläufige Führung der Zapfen in den Schlitzen zudem noch der Streckvorgang
kräftemäßig gefördert wird.
-
Die Anordnung ist so, daß zusätzlich zu den soeben geschilderten
mechanischen Vorgängen auch noch der Muskeldruck gegen die Gelenkschienen im Sinne
der Schienenverschiebung, wie diese eingangs unter Bezug auf die Fig. I und 2 beschrieben
wurde, die auszuführenden Vorgänge insofern unterstützt, als der beschriebene Muskeldruck
eben-
falls das Gelenk und die Schiene nach hinten drückt und somit
den Streckvorgang fördert.
-
Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, daß das Gelenksystem
durch die natürliche Belastung und durch geringe Kräfte der Muskulatur, des Stumpfes
oder der Gliedmaße aus der Beugung in die Streckung aufgerichtet werden kann, auch
aus solchen Beugewinkeln, aus denen mit anderen Konstruktionen ein Aufrichten aus
eigener Kraft nicht möglich ist. Dabei führt der hintere Zapfen ß die Bewegung,
während der vordere unter dem Druck der Schwerkraft nach unten ausweicht, so, daß
das Schlupfmoment, d. h. die Gegenbewelgung von Körperhaut und Prothesenwand, entfällt.
Er zwingt zum Teil den Zapfen A, den oben beschriebenen Veg in der Kurve a zu nehmen.
-
Je nach der Art des körperlichen Schadens könneu verschiedene Kurvenformen
gewählt werden, die sich im wesentlichen hinsichtlich der Bahnverlängerung, d. h.
hinsichtlich des Wanderweges des ideellen Drehmittelpunktes vom Punkt x zum Punkt
z unterscheiden. Es wird noch bemerkt, daß diese Bahuverlängerung eine Verlängerung
des Kunstgliedes bzw. des orthopädischen Apparates in gestrecktem Zustand darstellt.
Die in der Abbildung dargestellte Form ist lediglich ein Beispiel für eine mittlere
Ausführungsform.