ITMI20072148A1

ITMI20072148A1 - Piede da correre per protesi di arto inferiore, fissabile a staffa

Info

Publication number: ITMI20072148A1
Application number: IT002148A
Authority: IT
Inventors: Daniele Bonacini
Original assignee: Roadrunnerfoot Engineering S R
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2009-05-10
Also published as: ATE525985T1; EP2065018A3; US20090157197A1; EP2065018A2; ES2374682T3; EP2065018B1; US8167956B2; DK2065018T3

Description

Descrizione di un brevetto d'invenzione nome:

La presente invenzione riguarda un piede per protesi di arto inferiore che consenta ad un utente principiante di iniziare a correre minimizzando la fatica e ad un atleta esperto di migliorare la propria performance in competizioni agonistiche.

Il piede utilizzato per correre è diverso rispetto a quelli utilizzati per camminare, perché differente è la sua funzionalità: anche i piedi da camminare sono realizzati in materiale composito, ma sono costituiti sempre da più lamine, vincolate tra loro, in modo da svolgere la funzionalità del piede e dell'articolazione della caviglia. Il piede da correre è costituito solamente da una lamina e manca quindi di una lamina che definisca morfologicamente il tallone, come nel piede umano: infatti quest'ultima lamina è inutile nel caso dello sprint, la corsa veloce, che avviene tramite appoggi sugli avampiedi, ed inutile anche nel caso del mezzofondo in cui la lamina durante il caricamento si flette, come avviene per una molla, in modo tale da aumentare la superficie di contatto, creando una specie di tallone virtuale.

Lo stato dell'arte

La presente invenzione ha lo scopo di consentire l'avviamento allo sport di nuovi utenti minimizzando l'energia spesa e quindi la fatica e il miglioramento della performance dell'atleta agonista, ottimizzando il comportamento meccanico del piede. Attraverso analisi e studi della corsa di atleti amputati con i piedi presenti in commercio è possibile notare come durante l'utilizzo, in particolare durante la fase di caricamento, questi piedi si flettano di circa 30 mm e ruotino indietro di circa 5° generando una forza contraria alla direzione di avanzamento.

In questo contesto nasce l'idea di realizzare un piede che elimini la componente negativa della forza in direzione di avanzamento (Fx) e faciliti la corsa, vincolando inoltre i punti di picco massimo della forza in direzione verticale (Fz) e della forza di avanzamento (Fx) con l'istante della fase di contatto del piede con il terreno, in cui il femore è perpendicolare alla linea di terra, detto istante di Mid stance, in modo che l'utente possa sfruttare al massimo la risposta elastica generata dal piede e da ultimo, ma non meno importante, che stabilisca un migliore rapporto in modulo tra la forza verticale (Fz) e la forza in direzione di avanzamento (Fx) tale da consentire una falcata più ampia con una traiettoria del ginocchio più vicina al terreno.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di realizzare un piede da correre che durante l'utilizzo simuli in modo accurato la funzionalità del piede umano.

Questo scopo viene conseguito da un piede da correre le cui caratteristiche inventive sono evidenziate dalle rivendicazioni annesse.

L'invenzione sarà meglio compresa dalla seguente descrizione dettagliata, fornita a puro titolo esemplificativo, quindi non limitativo, di una forma di realizzazione illustrata negli annessi disegni in cui:

le fig. 1 e 4 mostrano il piede (1) secondo l'invenzione, in una configurazione che utilizza una staffa TT (2), indicata nel caso di amputazione dell'utente di tipo transtibiale, ossia al di sotto del ginocchio,

le fig. 2 e 3 mostrano il piede (1) secondo invenzione, in una configurazione, che utilizza una seconda staffa TF (2a), indicata in caso di amputazione dell'utente di tipo transfemorale, ossia al di sopra del ginocchio,

la figura 5 mostra una vista prospettica della staffa TT (2) da utilizzare per fissare il piede nel caso di amputazioni al di sotto del ginocchio come in figura 1 e 4,

la figura 6 mostra una vista frontale della staffa TT (2)di figura 5,

la figura 7 mostra una vista in sezione A-A, tramite un piano di sezione AA passante per la mezzeria sul piano frontale, della stessa staffa TT (2) di figura 5,

le figure da 8 a 10 mostrano rispettivamente una vista frontale, laterale e orizzontale di una staffa TF (2a) da utilizzare per fissare il piede (1) nel caso di amputazioni al di sopra del ginocchio come in figura 2 e 3,

la figura 11 mostra una vista in sezione A-A tramite un piano AA passante per la mezzeria sul piano frontale, della staffa TF (2a)di figura 8,

la figura 12 mostra i differenti spessori del piede (1) appartenente alla classe IV,

le figure 12a, 13 e 14 mostrano varianti del piede (1) secondo l'invenzione, relative a utenti di differenti altezze rispetto alla classe IV, descritta in modo dettagliato in figura 4 e rispettivamente appartenenti alla classe III, alla classe II e alla classe I,

la figura 15 mostra una immagine schematica del piede (1) appartenente alla classe IV, secondo l'invenzione comparata con piedi noti, destinati ad utenti della stessa classe.

Con riferimento a tali figure, viene descritto un piede protesico (1), definito da una lamina di materiale composito, conformata a "J" che, durante il suo utilizzo, in particolare dopo la fase di caricamento, fornisce una risposta elastica, che consente all'utente l'avanzamento durante la corsa. Tale piede (1) è fissabile tramite una staffa TT (2) direttamente ad un invaso (3),nel caso di amputati transtibiali, come mostrato in Fig. 1, mentre il piede (1) è fissabile ad una staffa TF(2a) collegata ad un ginocchio meccanico (G) nel caso di amputati transfemorali, come mostrato in Fig.2.

Il ginocchio meccanico (G) è connesso ad un invaso (3a) per soggetti con amputazioni transfemorali .

In particolare, nel caso di amputati transtibiali, la staffa TT (2), l'invaso (3) e il piede (1) secondo l'invenzione costituiscono una protesi trans tibiale, mentre, nel caso di amputati transfemorali, il piede (1) secondo l'invenzione, la staffa TF (2a), il ginocchio meccanico (G) e l'invaso (3a) costituiscono una protesi transfemorale .

In entrambe le soluzioni, nella fase di allineamento statico della protesi, questo invaso (3, 3a) ha un asse principale (5) che passa per un punto (4) identificativo dell'epicondilo femorale, reale o virtuale a seconda della tipologia di amputazione dell'utente e che coincide con il centro di istantanea rotazione del ginocchio dell'utente nell'istante di Mid stance.

In particolare, nella seguente descrizione si farà riferimento al piede protesico (1) nella configurazione specifica per i soggetti amputati transtibiali, cioè nel caso in cui l'arto inferiore dell'utente è stato amputato sotto il ginocchio.

Nel caso di soggetti amputati transfemorali, al di sopra del ginocchio, il piede (1) secondo l'invenzione è fissato ad una staffa TF (2a) che è collegata all'invaso (3a) tramite un ginocchio meccanico (G) di tipo noto. In questa situazione 1'epicondilo femorale a cui si fa riferimento è virtuale e corrisponde al centro di rotazione del ginocchio meccanico nell'istante di Mid Stance, quando cioè il femore dell'utente è perpendicolare al terreno.

Secondo l'invenzione, quando l'asse principale (5) coincide con la retta di carico, nella fase di allineamento statico e nell'istante di Mid stance, un segmento (9) congiungente un primo punto (7) di tangenza tra il piede (1) e la linea di terra (6) perpendicolare all'asse principale (5) e un secondo punto (8) di tangenza tra il piede (1) ed una retta parallela (10) all'asse principale, è inclinato di un angolo a, compreso tra 30° e 50°, rispetto alla linea di terra (6) perpendicolare all'asse principale (5) e detto punto (8) di tangenza si trova lungo una linea (11) che è inclinata di un angolo β, compreso tra 20° e 40°, rispetto a detto asse principale (5) e interseca detto asse principale nel punto (4).

Preferibilmente, l'angolo a è pari a 40° e l'angolo β è pari a 25°.

In particolare quando il piede (1), è a contatto con la linea di terra (6) perpendicolare all'asse principale (5), nella configurazione utilizzata per il montaggio del piede all'invaso (3) o al ginocchio meccanico (G) e nell'istante di Mid stance, il primo punto (7) di tangenza rappresenta il V° metatarso di un piede umano e il secondo punto (8) di tangenza definisce il vertice della curva e il tallone virtuale del piede (1) secondo l'invenzione.

In particolare, in questa configurazione di allineamento statico del piede e nell'istante di Mid stance, l'asse principale (5) coincide con la retta di carico, dove per retta di carico si intende la linea, attraverso cui, l'atleta scarica il peso quando, dopo aver infilato la protesi, è in posizione ortostatica.

Vantaggiosamente, secondo l'invenzione, la distanza DI del primo punto (7) di tangenza da detto asse principale (5), rappresentativa della distanza fra il V° metatarso e la retta di carico, è minore della distanza D2 del secondo punto (8) di tangenza da detto asse principale (5), rappresentativa della distanza tra il tallone virtuale e la retta di carico.

Vantaggiosamente, la distanza DI è pari a metà di detta distanza D2.

Il piede protesico ha lunghezza Lp, dove è intesa come lunghezza la distanza fra il punto (8) rappresentativo del tallone virtuale e un'estremità terminale anteriore o punta (17) del piede rispetto ad un asse parallelo alla linea di terra (6), ed è,per tutte le classi, pari a 2*D2 ± 20 miti.

Il piede (1), come descritto in figura 4, comprende un primo tratto rettilineo di fissaggio (12) del piede alla staffa TT o TF (2 o 2a), inclinato rispetto all'asse principale (5) di un angolo Θ compreso tra 10° e 20°, preferibilmente di 15°.

Inoltre il piede (1) comprende:

un secondo tratto curvilineo (13) che definisce la morfologia del tallone virtuale e che è costituito da un tratto superiore(13a) avente centro di curvatura C2 che cade sull'asse principale (5) e raggio R2 e un tratto inferiore (13b) avente centro di curvatura C3 e raggio di curvatura R3;

un terzo tratto (14) che definisce l'avampiede e che è costituito da un tratto curvilineo superiore (14a) con centro di curvatura C4 posizionato alla stessa distanza del vertice del tallone (8) rispetto alla linea di terra (6) e di raggio R4, un tratto intermedio (14b) curvilineo di centro di curvatura C5 e raggio R5 e un tratto rettilineo inferiore (14c), che presenta l'estremità inferiore o punta (17) del piede (1), avente una inclinazione di un angolo μ, compreso tra 10 e 20°, preferibilmente 15° rispetto alla linea di terra (6).

un quarto tratto (15) rettilineo, di raccordo tra il tratto curvilineo (13) che definisce il tallone virtuale e il tratto (14) che definisce l'avampiede, avente un angolo δ, compreso tra 30° e 50°, preferibilmente 38°, rispetto alla linea di terra (6);

un quinto tratto curvilineo (16) di raccordo fra il tratto rettilineo di fissaggio ) e il tratto curvilineo (13) che definisce il tallone virtuale, avente centro di curvatura CI raggio RI.

Vengono ora indicati alcuni valori numerici di alcune misure dei tratti che formano il piede (1) secondo l'invenzione per una categoria di utenti, la cui altezza è compresa tra 180 e 190 cm e aventi un numero di calzatura compreso tra 42 e 45. Tale categoria di utenti verrà di seguito indicata con classe IV.

Per utenti di differente statura e lunghezza del piede, tali valori numerici, che caratterizzano il piede (1), devono essere divisi per un fattore di conversione o di scala correlato al rapporto tra altezza e lunghezza del piede umano.

Ad esempio gli utenti, la cui statura è compresa tra 170 e 180 cm e con un numero di calzatura compreso tra 38 e 41, appartengono alla classe III, per cui utilizzeranno il piede (1) con i valori numerici dei piedi utilizzati da utenti della classe IV divisi per un fattore pari a 1.1 come descritto in figura 12a.

Per utenti appartenenti alla classe II, la cui statura è compresa tra 160 e 170 cm e con un numero di calzatura compreso tra 34 e 37, i valori numerici della classe IV vanno divisi per un fattore pari a 1.22 come descritto in figura 13. Per utenti, appartenenti alla classe I, la cui statura è compresa tra 150 e 160 cm e con un numero di calzatura compreso tra 30 e 33, i valori numerici della classe IV vanno divisi per un fattore pari a 1.366 come descritto in figura 14. Nel caso di utenti appartenenti alla classe IV si ha, come descritto in figura 4, che:

Il raggio RI, che in generale definisce la prima curvatura del piede (1), rappresentativa nell'arto umano del primo tratto del tendine d'Achille, è pari 100 ± 2mm, mentre CI ha una distanza dall'asse principale (5) pari a 150 ± 50 mm e ha una distanza dalla linea di terra (6) di 352 ± 100 mm a meno dello spessore del piede nel punto di contatto con il terreno.

Il raggio R2, che definisce il tallone virtuale, è pari a 150 ± 50 mm e il suo centro di curvatura C2 cade sull'asse principale (5) ed ha una distanza rispetto alla linea di terra (6) uguale alla distanza del vertice (8) del tallone rispetto alla stessa linea di terra (6) a meno dello spessore del piede nel punto di contatto con il terreno e pari a 190 ± 65 mm. Il centro C2 del piede (1) secondo l'invenzione è il centro della caviglia virtuale nella fase di allineamento del piede.

Come si può notare in figura 15, i centri di curvatura CHe CKdi alcuni piedi noti la non giacciono sull'asse verticale (5) che passa per il punto (4) indicativo dell'epicondilo femorale reale, nel caso di transtibiali e virtuale nel caso di transfemorali.

Il raggio R3, che definisce il tratto inferiore del tallone virtuale, è di 130 ± 40 mm con centro di curvatura C3 posizionato a circa 22 ± 7 mm rispetto alla retta di carico (5) e a 129 ± 22 mm rispetto al vertice (8) del tallone virtuale, a differenza dei piedi noti in cui tale centro di curvatura è anteriore rispetto alla retta di carico.

Il tratto 15 che unisce il tallone virtuale e l'avampiede virtuale, è rettilineo, mentre i piedi noti presentano tratti curvilinei, come mostrato in figura 15.

L' avampiede virtuale (14) è definito da:

un primo tratto (14a) con un raggio 190 mm ± 1 mm con centro C4, punto che per tutte le classi del piede giace sulla perpendicolare alla linea di terra (6) passante per il punto (7) di tangenza al piede (1) e nel caso della classe IV è posto a 76 ± 22 mm rispetto all'asse principale (5) e a 226 ± 65 mm dal vertice (8) del tallone,

un secondo tratto (14b) di raggio R5 di 150 ± 30 mm e con centro C5 a 106 ± 30 mm dall'asse principale (5) e a 150 ± 50 mm dalla linea di terra (6),

un terzo tratto rettilineo (14c) che termina con la punta (17) del piede (1) in modo che la distanza fra il punto (8) e la punta estrema (17) del piede (1) sia di 316 mm rispetto ad un asse parallelo alla linea di terra (6).

Inoltre, come mostrato in figura 1, la larghezza dell'avampiede H o sezione trasversale della classe IV del piede (1), esaminata nel dettaglio, secondo l'invenzione è di 90 ± 5 mm, ben più ampia rispetto ai piedi noti, in modo da garantire l'equilibrio tra i due arti, quello sano e quello protesizzato, durante la corsa. Per quanto riguarda le latre classi la sezione trasversale H sarà di 80 ± 5 mm per la classe III, 70 ± 5 mm per la classe II e 60 ± 5 mm per la classe I.

I punti Cl, C2, C3, C4 e C5 e le loro posizioni sono caratteristici di tutte le classi del piede (1) e insieme ai raggi RI,R2,R3,R4,R5 a meno del fattore di scala che definisce i valori numerici della singola classe, definiscono completamente la morfologia del piede (1) di tutte le differenti classi.

Come mostrato nelle figure 1 e 3 il primo tratto rettilineo 12 è fissato posteriormente all'invaso (3) mediante una staffa TT (2), nel caso transtibiale, mostrata nelle figure da 5 a 7 ed è fissato ad una staffa TF (2a), mostrata nelle figure da 8 a 10, a sua volta fissata al ginocchio meccanico.

Nello specifico, il primo tratto del piede (1), rettilineo (12), è fissato alla staffa tramite elementi di fissaggio, ad esmpio viti.

Ad esempio, la staffa TT (2), che verrà laminata insieme all'invaso (3) in modo da garantire la resistenza opportuna della struttura, comprende:

- una superficie piana e verticale (2.1), in modo da facilitarne il posizionamento sull'invaso (3) e quindi garantire un corretto posizionamento del piede (1),

una superficie piana, inclinata (2.2) di 15° rispetto alla superficie (2.1), su cui è posizionato il piede (1) e fissato tramite elementi di fissaggio, ad esempio due viti inserite in due fori (2.3) presenti su di essa (Fig 5,6 e 7).

Come mostrato nelle figure 2 e 3 nel caso di amputazioni transfemorali, il primo tratto rettilineo (12) del piede (1) è collegato ad una staffa TF (2a), mostrata nelle figure 8,9 e 10 e collegata ad un ginocchio meccanico (G), che a sua volta è collegato all'invaso (3a).

Ad esempio, la staffa TF (2a) ha una superficie (2a.l) piana superiore che presenta ad esempio 4 fori passanti (2a.2) per il fissaggio tramite elementi di fissaggio, ad esempio viti, al ginocchio meccanico (G) ed una superficie piana posteriore (2a.3) inclinata di 15°, rispetto ad un asse perpendicolare alla superficie piana superiore (2a.l); sulla superficie inclinata di 15° (2a.3) è posizionato e fissato il piede (1) tramite elementi di fissaggio, ad esempio due viti, inserite in due fori (2a.4), come mostrato nelle figure da 8 a 11.

Vantaggiosamente secondo l'invenzione, il piede (1) è realizzato grazie alla sovrapposizione di strati di tessuto di fibre di carbonio/kevlar unidirezionale e strati di tessuto di fibre di carbonio/kevlar incrociate tra loro. Ciascuno di questi strati ha un modulo elastico E a trazione longitudinale pari rispettivamente a circa 116.000 Mpa e 58.000 Mpa e un carico di rottura rispettivamente di circa 1300 Mpa e 650 Mpa.

In particolare, lo spessore del piede (1), o meglio della lamina di materiale composito, aumenta partendo da un valore minimo in corrispondenza della punta (17) del tratto finale rettilineo (14c) dell'avampiede (14) fino ad un valore massimo in corrispondenza dell'estremo superiore (18) del piede (1), come mostrato in figura 4.

Ad esempio, il piede (1) ha otto differenti spessori come descritto in figura 12: in particolare per atleti appartenenti alla classe IV, la lamina ha uno spessore di 4,5 ± 0,65 mm nella prima zona che parte dalla punta (17) e si estende lungo lo sviluppo del piede pari a 150mm, la seconda zona di lunghezza 20mm ha uno spessore pari a 5.19 ± 0,65 mm, la terza zona di lunghezza 70mm ha uno spessore pari a 7.29 ± 0,65 mm, la quarta zona di lunghezza 20mm ha uno spessore pari a 8.25 mm ± 0,65 mm, la quinta zona di lunghezza 70mm ha uno spessore pari a 9.38 mm ± 0,65 mm, la sesta zona di lunghezza 33mm ha uno spessore pari a 9,8 mm ± 0,65 mm; le ultime due zone sono misurate a partire dall'estremo superiore (18) del piede (1), a 447 mm dalla linea di terra (6) ed hanno rispettivamente spessore: la settima di 12 mm ± 0,65 mm e lunga 120mm rispetto ad un asse parallelo all'asse principale (5) e la ottava zona ha spessore 10 ± 0,65 mm ed è lunga 20mm rispetto ad un asse parallelo all'asse principale (5). Per atleti appartenenti alle altre classi, lo spessore nelle singole zone, è calcolato a meno del fattore di scala pari a 1,1 nel caso della classe III, 1,2 nel caso della classe II e 1,366 nel caso della classe I, come riportato nei disegni di figure 12a, 13, 14 a meno di una tolleranza di 0,65 mm

In pratica, lo spessore del piede aumenta per tutte le classi, di zona in zona, partendo dalla punta (17), dove ha il suo valore minimo, fino all'estremo superiore (18), dove ha il suo valore massimo, secondo un fattore tra zone limitrofe compreso fra 1,02 e 1,40; invece il rapporto fra lo spessore del piede in punta (17) e all'estremità superiore (18) è per tutte le classi pari ad un valore 2,7 ± 0,2.

Sono previste tre sottoclassi nell'ambito di ogni classe del piede (1) in funzione del peso dell'utente che variano tra loro per il differente spessore: infatti la resistenza e la risposta elastica del piede (1) sono in relazione al carico applicato su di esso, funzione del peso dell'utilizzatore.

Viene ora descritto il metodo per realizzare l'assemblaggio del piede (1), della staffa TT (2) all'invaso (3) nel caso di utenti transtibiali e del piede (1) alla staffa TF (2a) e al ginocchio meccanico (G), nel caso di utenti transfemorali e il relativo allineamento statico del piede (1) rispetto all'asse principale (5), che viene effettuato da un tecnico ortopedico.

In particolare, viene posizionato il piede (1) in prossimità della staffa TT (2) e dell'invaso (3) calzato dall'utente in posizione ortostatica, con un fissaggio o posizionamento provvisorio.

In funzione di questo primo posizionamento della staffa sull'invaso, tale da consentire un corretto assemblaggio del piede, viene fissata la staffa TT (2) sull'invaso (3) con del collante.

Vantaggiosamente, in una fase di allineamento statico, la staffa TT (2) viene posizionata con la superficie piana e verticale (2.1) aderente all'invaso (3) e fissata, come già detto, tramite del collante, in modo che la superficie piana (2.2) della staffa TT (2) su cui verrà fissato il piede (1) avrà una inclinazione di 15° rispetto all'asse principale (5), che passa per il punto (4) identificativo dell'epicondilo femorale reale.

La staffa TT (2) viene successivamente laminata con l'invaso in modo che diventino una struttura unica.

Nel caso della classe IV, che comprende utenti con un'altezza compresa tra 1,80 e 1,90 cm, il piede (1), solidale alla staffa TT (2), una volta fissato tramite elementi di fissaggio, ad esempio due viti, deve essere posizionato insieme alla staffa TT (2) sull'invaso (3), in modo che l'estremo più alto (18) del piede (1) sia ad una distanza D3 rispetto alla linea di terra (6) pari a 440 ± 10 mm, ad esempio 447 mm e quindi a circa 100 ± 40 mm rispetto al punto (4) e ad una distanza D4 rispetto all'asse principale (5) e retta di carico pari a 65 ± 5 mm.

Il punto di fissaggio del piede (1) è stato stabilito in modo da avvicinare la funzionalità del piede protesico (1) al piede umano, in cui il tendine d'Achille, per utenti della classe IV, ha origine circa 100 mm al di sotto del centro del cavo popliteo e si forma grazie all'unione dei muscoli Gastrocnemio e Soleo ed è responsabile del 90% dell'elasticità del piede.

Per le altre classi del piede (1) III, II e I l'allineamento è realizzato con lo stesso metodo, ma la distanza D3 dell'estremo superiore (18) del piede (1) rispetto alla linea di terra (6) e la distanza D4 dell'estremo libero superiore (18) rispetto all'asse principale variano in funzione del fattore di scala: infatti D3 diventa pari a 410 ± 20 mm, ad esempio 416 mm, per la classe III, a 360 ± 30 mm, ad esempio 365 mm, per la classe II e 320 ± 10 mm, ad esempio 322 mm per la classe I e D4 diventa 59 ± 5 mm per la classe III, 53 ± 5 mm per la classe II e 49 ± 4 mm per la classe I.

Nel caso di amputazioni transfemorali il piede (1) secondo l'invenzione viene fissato alla staffa TF (2a) che a sua volta è fissata al ginocchio meccanico (G) tramite elementi di fissaggio, ad esempio quattro viti.

In questo caso, viene utilizzato il criterio di fissaggio del piede (1) che comprende le seguenti fasi:

fissare il ginocchio meccanico (G) all'invaso (3a) calzato dall'utente in posizione ortostatica, fissare la staffa TF (2a) al ginocchio meccanico (G) attraverso elementi di fissaggio, ad esempio 4 viti,

fissare il piede (1) alla staffa TF (2a), in modo che, per utenti di classe IV, l'estremo superiore (18) del piede sia ad una distanza D3 rispetto alla linea di terra (6) pari a 440 ± 10 mm, ad esempio 447 mm, e quindi a circa 100 ± 40 mm al di sotto del punto (4), in questo caso epicondilo femorale virtuale e centro di rotazione del ginocchio meccanico nella fase di Mid stance e ad una distanza D4 rispetto all'asse principale (5) e retta di carico pari a 65 ± 5 mm.

Come nel caso di utenti transtibiali anche per i transfemorali, per le altre classi del piede (1) III, II e I l'allineamento è realizzato con lo stesso metodo, ma la distanza D3 dell'estremo superiore (18) del piede (1) rispetto alla linea di terra (6) e la distanza D4 dell'estremo superiore (18) rispetto all'asse principale (5) variano in funzione del fattore di scala : infatti D3 diventa pari a 410 ± 20 mm, ad esempio 416 mm, per la classe III, a 360 ± 30 mm, ad esempio 365 mm, per la classe II e 320 ± 10 mm, ad esempio 322 mm, per la classe I e D4 diventa 59 ± 5 mm per la classe III, 53 ± 5 mm per la classe II e 49 ± 4 mm per la classe I.

Perciò il piede (1) secondo l'invenzione presenta un segmento (11) con una inclinazione prestabilita fra il punto (4) e il vertice (8) del tallone virtuale di 30° ± 5° rispetto all'asse principale (5) ed un segmento (9) con una inclinazione di 40° ± 5°, fra il punto di tangenza (7) indicativo del V° metatarso ed il vertice (8) del tallone virtuale, tali da simulare al meglio la plantarilessione del piede umano che nel caso di atleti normodotati è di 40°.

Vantaggiosamente tali effetti vengono maggiormente ottenuti se il primo tratto (12) rettilineo del piede (1) è inclinato di 15° rispetto all'asse principale (5).

Come si può notare in figura 15 tali caratteristiche non sono presenti nei piedi di tipo noto.

In conclusione il piede (1) secondo l'invenzione consente una più agevole biomeccanica della corsa che consente all'atleta esperto di ottenere prestazioni più performanti nelle competizioni agonistiche e all'atleta principiante un avviamento sportivo più agevole grazie al fatto che il piede (1) di nuova invenzione minimizza l'energia spesa nella corsa e quindi la fatica da parte dell'utilizzatore.

Comporta perciò i seguenti vantaggi:

non presenta la componente negativa della forza in direzione di avanzamento (Fx), presentata dai piedi di tipo noto, che implica un maggior lavoro muscolare dell'articolazione dell'anca da parte dell'utente;

la Forza orizzontale (Fx), responsabile dell'avanzamento, che il piede (1) di nuova invenzione è in grado di sviluppare, dopo il caricamento, è incrementata del 15% rispetto ai piedi noti,

durante la fase di contatto del piede (1) a terra, l'istante in cui si ha l'inversione della forza orizzontale (Fx), da assorbente a propulsiva, è collocato subito dopo l'istante di Mid stance, cioè subito dopo l'istante, in cui il femore è perpendicolare al terreno, in modo da consentire all'utente di sfruttare al massimo la risposta elastica del piede (1);

la Forza verticale (Fz) è maggiore del 15% rispetto ai piedi noti

durante la fase di contatto del piede (1) a terra, l'istante in cui si ha la massima forza verticale (Fz) è collocato subito dopo l'istante di Mid stance, in modo da consentire all'utente di sfruttare al massimo la risposta elastica del piede<(>i<)>;

il rapporto in modulo tra la forza verticale (Fz) e la forza orizzontale (Fx), |FZ/FX| viene modificato in favore di Fx in modo da favorire l'avanzamento durante la corsa, attraverso una traiettoria del ginocchio più radente al terreno;

Le figure riportano alcuni valori numerici di quote che devono considerarsi solo esemplificativi.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Il piede protesico (1) è una lamina di materiale composito con una forma caratteristica a "J", fissabile tramite una staffa TT (2) direttamente ad un invaso (3), contenitore del moncone, la parte residua dell'arto inferiore amputato, nel caso di amputati transtibiali e fissabile tramite una staffa TF (2a) ad un ginocchio meccanico (G), a sua volta fissato ad un invaso (3a), nel caso di amputati transfemorali, detto invaso (3 o 3a), ha un asse principale (5), che coincide con la retta di carico nella fase di allineamento statico e nell'istante di Mid stance, dove detta retta di carico è quella attraverso cui, l'utente, dopo aver infilato la protesi, scarica il peso in posizione statica, l'asse principale (5) passa per un punto (4) identificativo dell'epicondilo femorale, reale nel caso di utenti transtibiali e virtuale e rappresentativo del centro di rotazione del ginocchio meccanico (G) nell'istante di Mid stance, nel caso di utenti transfemorali, detto piede è caratterizzato dal fatto di avere una morfologia tale che: un segmento (9), congiungente il punto (7), rappresentativo del V° metatarso virtuale, punto di tangenza tra detto piede (1) e la linea di terra (6) perpendicolare all'asse principale (5) ed il punto (8), rappresentativo del tallone virtuale, punto di tangenza tra il piede (1) e una retta (10) parallela all'asse principale (5), è inclinato di un angolo a compreso tra 30° e 50°, rispetto alla linea di terra(6); e dal fatto che il punto (8), rappresentativo del tallone virtuale, si trova lungo una linea che è inclinata di un angolo β, compreso tra 20° e 40°, rispetto a detto asse principale (5) e interseca l'asse principale nel punto (4).
2. Il piede protesico (1), secondo la rivendicazione 1, è caratterizzato dal fatto che detto angolo a è di 40° e detto angolo β è di 25°.
3. Il piede protesico (1) secondo la rivendicazione 1, è caratterizzato dal fatto che la distanza DI, rispetto ad un asse parallelo alla linea di terra (6), del punto (7) di tangenza, rappresentativo del V° metatarso, da detto asse principale (5), è minore della distanza D2, rispetto allo stesso asse parallelo alla linea di terra (6), del punto (8) di tangenza, rappresentativo del tallone virtuale, da detto asse principale (5).
4. Il piede protesico (1) secondo la rivendicazione 1, è caratterizzato dal fatto che detta distanza DI è pari a metà di detta distanza D2.
5. Il piede protesico (1) secondo la rivendicazione 1, è caratterizzato dal fatto che comprende un primo tratto rettilineo (12) inclinato rispetto a detto asse principale (5) di un angolo Θ compreso tra 10° e 20°.
6. Il piede protesico (1) secondo la rivendicazione 1, è caratterizzato dal fatto che detto angolo Θ è di 15°.
7. Il piede protesico (1) secondo la rivendicazione 1, è caratterizzato dal fatto che comprende: - un secondo tratto curvilineo (13) che definisce la morfologia del tallone virtuale, costituito da un tratto superiore (13a) avente centro di curvatura che cade sull'asse principale (5) e un tratto inferiore (13b); - un terzo tratto (14) che definisce l'avampiede, costituito da un tratto curvilineo superiore (14a) avente un centro di curvatura che ha la stessa distanza rispetto alla linea di terra (6) del centro di curvatura del tratto (13a), un tratto intermedio (14b) curvilineo ed un tratto rettilineo inferiore (14c), che presenta l'estremità inferiore o punta (17) del piede, avente una inclinazione di un angolo μ compreso tra 10 e 20°, rispetto alla linea di terra (6); un quarto tratto (15) rettilineo, di raccordo tra il tratto curvilineo (13) che definisce il tallone virtuale e il tratto (14) che definisce l'avampiede, avente un angolo δ, compreso tra 30° e 50°, rispetto alla linea di terra (6);
8. Il piede protesico (1) secondo la rivendicazione 8, è caratterizzato dal fatto che detto angolo μ è pari a 15° e detto angolo δ è pari a 38°.
9. Il piede protesico (1) secondo la rivendicazione 5, è caratterizzato dal fatto che 11 primo tratto rettilineo (12) è fissato alla staffa TT (2) o TF (2a), a seconda del tipo di amputazione dell'utilizzatore, detta staffa è a sua volta fissata all'invaso (3) nel caso di amputazione transtibiale o al ginocchio meccanico (G) nel caso di amputazione transfemorale.
10. Il piede protesico (1) secondo la rivendicazione 1, è caratterizzato dal fatto che è formato dalla sovrapposizione di strati di tessuto di fibre di carbonio/kevlar unidirezionali e strati di tessuto di fibre di carbonio/kevlar incrociate.
11. Il piede protesico (1) secondo la rivendicazione 1, è caratterizzato dal fatto che il suo spessore aumenta per tutte le classi, di zona in zona, partendo dalla punta (17), dove ha il suo valore minimo, fino all'estremo superiore (18), dove ha il suo valore massimo, secondo un fattore, tra zone limitrofe, compreso fra 1,02 e 1,40 e dal fatto che il rapporto fra lo spessore del piede in punta (17) e all'estremità superiore (18) è per tutte le classi pari a 2,7 ± 0,2.
12. Il piede protesico (1) secondo la rivendicazione 11, è caratterizzato dal fatto che sono previste tre sottoclassi nell'ambito di ogni classe del piede (1) in funzione del peso dell'utente, che variano tra loro per il differente spessore: infatti la resistenza e la risposta elastica del piede (1) sono in relazione al carico applicato su di esso, funzione del peso dell'utilizzatore.
13. Il piede protesico (1) secondo la rivendicazione 1, è caratterizzato dal fatto di avere una lunghezza Lp, dove è inteso come lunghezza la distanza fra il punto (8) rappresentativo del tallone virtuale e la punta (17) del piede (1) rispetto ad un asse parallelo alla linea di terra (6), per tutte le classi pari a 2*D2 ± 20 mm.
14. Metodo per posizionare un piede (1) protesico da correre per protesi di arto inferiore, realizzato con materiale composito, conformato a forma di "J" e connesso tramite una staffa TT(2) ad un invaso (3) nel caso di un amputato transtibiale, connesso tramite una staffa TF (2a) ad un ginocchio meccanico (G) noto, a sua volta connesso ad un invaso (3a) nel caso di un amputato transfemorale; detto invaso (3 o 3a) avente un asse principale (5) che passa per un punto (4) identificativo dell'epicondilo femorale, reale nel caso transtibiale e virtuale e coincidente con il centro di rotazione del ginocchio meccanico (G) nell'istante di Mid stance, nel caso di un amputato trans femorale; nel caso transtibiale detto metodo comprende le fasi di: posizionare detto piede (1) in prossimità della staffa TT (2) e dell'invaso (3) calzato dall'utente, con un fissaggio provvisorio in modo che la distanza fra l'estremo libero superiore (18) del piede (1) e la linea di terra (6), rispetto ad un asse (10) parallelo all'asse principale (5), sia di 440 ± 10 mm per la classe IV, 410 ± 20 mm per la classe III, 360 ± 30 mm per la classe II e 320 ±10 mm per la classe I; e la distanza (D4) dell'estremo libero superiore (18) del piede (1) dall'asse principale (5) è pari a 65 ± 5 mm per la classe IV, 59 ± 5 mm per la classe III, 53 ± 5 mm per la classe II e 49 ± 4 mm per la classe I. in funzione di questo primo posizionamento segnare sull'invaso (3) la posizione della staffa TT (2) tale da consentire un corretto posizionamento del piede (1) e fissare la staffa TT (2) sull'invaso (3) con del collante, dopo una fase di laminazione effettuata dal tecnico ortopedico di invaso (3) e staffa TT (2) in modo che diventino una struttura unica, fissare il piede alla staffa TT (2) tramite elementi di fissaggio, ad esempio viti; - nel caso transfemorale detto metodo comprende le fasi di: fissare il ginocchio meccanico (G) all'invaso (3a) calzato dall'utente in posizione ortostatica fissare la staffa TF (2a) al ginocchio meccanico (G) attraverso elementi di fissaggio; fissare il piede (1) alla staffa TF (2a) tramite elementi di fissaggio, in modo che la distanza (D3) tra l'estremo superiore libero (18) del piede (1) e la linea di terra (6), rispetto ad un asse (10) parallelo all'asse principale (5), sia di 440 ± 10 mm per la classe IV, 410 ± 20 mm per la classe III, 360 ± 30 mm per la classe II e 320 ± 10 mm per la classe I e la distanza (D4) dell'estremo superiore (18) del piede (1) dall'asse principale (5) è pari a 65 ± 5 mm per la classe IV, 59 ± 5 mm per la classe III, 53± 5 mm per la classe 11 e 49 ± 4 mm per la classe I.
15. Metodo per posizionare un piede (1) protesico secondo la rivendicazione 14 caratterizzato dal fatto di comprendere la seguente fase di allineamento statico: fissare la staffa TT o TF (2 o 2a) all'invaso nel caso transtibiale e al ginocchio (G) nel caso transfemorale in modo che il piede (1), una volta fissato alla rispettiva staffa TT o TF (2 o 2a), abbia una inclinazione di un angolo di 15° rispetto all'asse principale (5) o retta di carico.