ITTO20070625A1

ITTO20070625A1 - LOWER LIMB PROSTHESIS

Info

Publication number: ITTO20070625A1
Authority: IT
Inventors: Sebastiano Dutto; Claudio Sarotto
Original assignee: Sebastiano Dutto; Claudio Sarotto
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2009-03-06

Description

DE SCR IZ ION E DESCRIPTION

La presente invenzione è relativa ad una protesi d'arto inferiore e, in particolare, ad una protesi d'arto di tipo esoscheletrico. The present invention relates to a lower limb prosthesis and, in particular, to a limb prosthesis of the exoskeletal type.

Quando a seguito di incidenti o incìdenti o a causa di specifiche patologie vascolari o metaboliche (diabete, arteriopatie periferiche) si rende necessaria l'amputazione del piede o l'amputazione transtibiale e quindi viene a mancare l'articolazione della caviglia, l'autonoma deambulazione del paziente viene ripristinata mediante l'applicazione di protesi esoscheletriche. Tali protesi comprendono una porzione di attacco o invasatura ed un piede artificiale collegato alla porzione di attacco stessa. L'invasatura definisce una sede di alloggiamento di un tratto terminale rigido o moncone distale dell'arto amputato e presenta una forma sostanzialmente complementare a quella del moncone stesso. Il piede viene scelto in funzione delle caratteristiche del paziente e delle sollecitazioni trasmesse dallo stesso paziente e dall'esterno durante la deambulazione. Nella maggior parte delle applicazioni, all'invasatura vengono associati piedi artificiali del tipo comprendente un tallone, un avampiede ed una articolazione tibiotarsica non articolata, ossia rigida. When as a result of accidents or incidents or due to specific vascular or metabolic pathologies (diabetes, peripheral arteriopathies) foot amputation or transtibial amputation is necessary and therefore the ankle joint is missing, the autonomous walking of the patient is restored by applying exoskeletal prostheses. Such prostheses comprise an attachment or socket portion and an artificial foot connected to the attachment portion itself. The socket defines a seat for housing a rigid terminal portion or distal stump of the amputated limb and has a shape substantially complementary to that of the stump itself. The foot is chosen according to the characteristics of the patient and the stresses transmitted by the patient himself and from the outside during walking. In most applications, artificial feet of the type comprising a heel, a forefoot and a non-articulated, i.e. rigid ankle joint are associated with the socket.

Sebbene universalmente utilizzati, in quanto in grado di permettere una autonoma deambulazione al paziente, la deambulazione risulta tuttavia disagevole a seguito della mancanza della libertà di rotazione relativa in origine permessa dall'articolazione della caviglia. Although universally used, as it is able to allow the patient to walk independently, walking is nevertheless uncomfortable due to the lack of relative freedom of rotation originally allowed by the ankle joint.

Per ovviare al problema sopra esposto sono noti tentativi di utilizzo di piedi artificiali articolati a livello tibiotarsico, i quali sono provvisti di elementi elastomerici che si deformano durante la deambulazione. Tale tipologia di piedi artificiali non risulta però priva di svantaggi e difficoltà che in pratica ne inibiscono l'utilizzo soprattutto quando, nelle artrodesi tibio-calcaneari, il moncone risulta lungo e quindi lo spazio presente tra l'apice e il piano di calpestio è insufficiente al montaggio di una articolazione standard. Quanto precede è essenzialmente conseguente al fatto che, da un lato, tali piedi artificiali presentano un peso ed una complessità realizzativa e quindi costi estremamente più elevati rispetto ai piedi con articolazione tibiotarsica non articolata e, dall'altro, a causa della loro conformazione non sono comunque in grado di ripristinare totalmente l'originaria articolazione amputata. Infatti, l'asse di cerniera attorno alla quale ruota il piede artificiale rispetto all'invasatura è disposto in prossimità di un'estremità libera del moncone e quindi in posizione ribassata rispetto all'asse naturale di cerniera definito dall'articolazione della caviglia amputata. Questo aspetto impedisce la ripresa della naturale deambulazione e genera, quindi, una situazione di compromesso e di disagio, al quale il paziente non può sottrarsi. In order to obviate the above problem, attempts are known to use artificial feet articulated at the ankle level, which are provided with elastomeric elements which deform during walking. However, this type of artificial feet is not without disadvantages and difficulties that in practice inhibit its use especially when, in tibio-calcaneal arthrodeses, the stump is long and therefore the space between the apex and the walking surface is insufficient. when fitting a standard articulation. The foregoing is essentially a consequence of the fact that, on the one hand, these artificial feet have a weight and a manufacturing complexity and therefore extremely higher costs than feet with non-articulated ankle joint and, on the other hand, due to their conformation they are not however able to totally restore the original amputated joint. In fact, the hinge axis around which the artificial foot rotates with respect to the socket is arranged near a free end of the abutment and therefore in a lowered position with respect to the natural hinge axis defined by the joint of the amputated ankle. This aspect prevents the resumption of natural walking and therefore generates a situation of compromise and discomfort, from which the patient cannot escape.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare una protesi d'arto inferiore, la quale permetta di risolvere in maniera semplice ed economica i problemi sopra esposti e risulti nel contempo di invariante efficienza ed affidabilità funzionale e di costi contenuti. The object of the present invention is to provide a lower limb prosthesis, which allows the above problems to be solved in a simple and economical way and at the same time has an invariant functional efficiency and reliability and low costs.

Secondo la presente invenzione viene realizzata una protesi d'arto inferiore comprendente una porzione di attacco definente una sede di alloggiamento per un moncone rigido del paziente conseguente ad una amputazione transtibiale o artrodesi tibio calcaneare dell'arto inferiore, un piede artificiale e mezzi a cerniera interposti tra la porzione di attacco ed il piede per consentire la rotazione del piede rispetto alla porzione di attacco attorno ad un asse di cerniera, caratterizzata dal fatto che il detto asse di cerniera è disposto ad una distanza da un piano di calpestio della protesi sostanzialmente uguale alla distanza del fisiologico asse di rotazione definito dall'articolazione della caviglia amputata, e dal fatto che mezzi di reazione sono interposti tra la detta porzione di attacco ed il detto piede per esercitare una azione antagonista alle azioni trasmesse ai detti mezzi di cerniera. According to the present invention, a lower limb prosthesis is provided comprising an attachment portion defining a housing seat for a rigid abutment of the patient following a transtibial amputation or tibio-calcaneal arthrodesis of the lower limb, an artificial foot and interposed hinge means. between the attachment portion and the foot to allow rotation of the foot with respect to the attachment portion around a hinge axis, characterized in that said hinge axis is arranged at a distance from a walking surface of the prosthesis substantially equal to the distance of the physiological axis of rotation defined by the joint of the amputated ankle, and by the fact that reaction means are interposed between said attachment portion and said foot to exert an antagonistic action to the actions transmitted to said hinge means.

Preferibilmente, nella protesi sopra definita il detto asse di cerniera si estende attraverso una porzione distale della detta porzione di attacco mentre, convenientemente, i mezzi di reazione sono disposti tra una porzione di estremità distale della detta porzione di attacco ed un tallone del detto piede. Preferably, in the prosthesis defined above, said hinge axis extends through a distal portion of said attachment portion while, conveniently, the reaction means are arranged between a distal end portion of said attachment portion and a heel of said foot.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

la figura 1 illustra, in elevazione laterale, una preferita forma di attuazione di una protesi d'arto inferiore realizzata secondo i dettami della presente invenzione e disposta all'interno di una calzatura indicata con linea tratteggiata; Figure 1 is a side elevation view of a preferred embodiment of a lower limb prosthesis made according to the dictates of the present invention and arranged inside a shoe indicated by a dashed line;

la figura 2 illustra, in scala ingrandita, la protesi di figura 1 con parti asportate per chiarezza; e Figure 2 illustrates, on an enlarged scale, the prosthesis of Figure 1 with parts removed for clarity; And

la figura 3 è una sezione secondo la linea III-III di figura 2. Figure 3 is a section along the line III-III of Figure 2.

Nelle figure 1 e 2, con 1 è indicata, nel suo complesso, una protesi d'arto inferiore inserita in una calzatura 2 (figura 1) ed accoppiata ad un moncone monolitico 3 rigido formato, ad esempio, a seguito dell'amputazione transtibiale o dell'artrodesi tibiocalcaneare dell'arto inferiore di un paziente. In Figures 1 and 2, 1 indicates, as a whole, a lower limb prosthesis inserted in a shoe 2 (Figure 1) and coupled to a rigid monolithic abutment 3 formed, for example, following transtibial amputation or tibiocalcaneal arthrodesis of a patient's lower limb.

La portesi 1 comprende un corpo 4 rìgido dì attacco, comunemente noto come invasatura, ed un piede artificiale 5. The portesi 1 comprises a rigid attachment body 4, commonly known as a socket, and an artificial foot 5.

Il corpo 4 di attacco delimita una sede 7 di alloggiamento del moncone 3 e, convenientemente, comprende due semigusci 8 e 9 fra loro affacciati ed incernierati l'uno all'altro tramite una cerniera 10 per spostarsi tra una posizione di apertura per l'applicazione/la rimozione della protesi 1 ed una posizione funzionale di chiusura, in cui i semigusci 8 e 9 definiscono la sede 7 di alloggiamento, sul fondo della quale poggia l'estremità libera del moncone 3. The attachment body 4 defines a seat 7 for housing the abutment 3 and conveniently comprises two half-shells 8 and 9 facing each other and hinged to each other by means of a hinge 10 to move between an opening position for application. / the removal of the prosthesis 1 and a functional closing position, in which the half-shells 8 and 9 define the housing seat 7, on the bottom of which the free end of the abutment 3 rests.

Sempre con riferimento alle figure 1 e 2, il piede 5 comprende un tallone 12, un avampiede 13 costituito da due porzioni 14 e 15 fra loro soprapposte e di cui una inferiore di appoggio integrale al tallone 12 ed una superiore rimuovibile, ed è accoppiato al corpo 4 di attacco tramite un dispositivo a cerniera o articolazione 16 (fig. 3). L'articolazione 16 permette la rotazione del piede 5 rispetto al corpo 4 attorno ad un asse 18 di cerniera o di fulcro, il quale attraversa una porzione 4a distale o di estremità inferiore del corpo 4 e, in uso, anche la porzione terminale inferiore del moncone 3 che appoggia sul fondo della sede 7. L'asse 18 di cerniera sì estende in posizione sostanzialmente parallela ad un piano P di calpestio del piede (figura 2) e ad una distanza dal piano P di calpestio stesso uguale o confrontabile con la distanza dell'asse naturale di cerniera definito dall'articolazione della caviglia amputata dallo stesso piano P di calpestio. Still with reference to Figures 1 and 2, the foot 5 comprises a heel 12, a forefoot 13 consisting of two portions 14 and 15 overlapping each other and of which a lower one is integral with the heel 12 and an upper removable one, and is coupled to the body 4 for attachment by means of a hinge or articulation device 16 (Fig. 3). The joint 16 allows the foot 5 to rotate with respect to the body 4 around a hinge or fulcrum axis 18, which crosses a distal or lower end portion 4a of the body 4 and, in use, also the lower terminal portion of the abutment 3 which rests on the bottom of the seat 7. The hinge axis 18 extends in a position substantially parallel to a foot tread plane P (figure 2) and at a distance from the tread plane P itself equal to or comparable with the distance of the natural axis of the hinge defined by the articulation of the ankle amputated from the same floor P.

Nel particolare esempio realizzativo descritto, l'articolazione 16 comprende un elemento 20 a forcella, il quale si estende verso l'alto dal tallone 12 del piede e presenta due bracci 21 disposti da parti opposte della porzione distale 4a del corpo 4 ed incernierati alla porzione distale 4a stessa tramite una coppia dì perni 22. I perni 22 si estendono coassialmente all'asse 18 di cerniera e, nel particolare esempio descritto, sono solidalmente collegati alla parete della porzione distale 4a ed impegnano rispettivi fori 23 passanti ricavati attraverso i bracci 21. Ciascun perno 22 presenta un diametro esterno che approssima per difetto il diametro del relativo foro 23 così da impegnare il relativo foro 23 stesso con un determinato gioco radiale. In the particular embodiment described, the joint 16 comprises a fork element 20, which extends upwards from the heel 12 of the foot and has two arms 21 arranged on opposite sides of the distal portion 4a of the body 4 and hinged to the portion distal 4a itself by means of a pair of pins 22. The pins 22 extend coaxially to the hinge axis 18 and, in the particular example described, are integrally connected to the wall of the distal portion 4a and engage respective through holes 23 obtained through the arms 21. Each pin 22 has an external diameter which approximates by default the diameter of the relative hole 23 so as to engage the relative hole 23 itself with a determined radial clearance.

Le estremità dei bracci 21 opposte a quelle incernierate al corpo 4 sono disposte da parti opposte di un corpo 25 di reazione, il quale costituisce parte dell'articolazione 16 ed è interposto tra la porzione distale 4a ed il tallone 12. The ends of the arms 21 opposite to those hinged to the body 4 are arranged on opposite sides of a reaction body 25, which forms part of the joint 16 and is interposed between the distal portion 4a and the heel 12.

Il corpo 25 di reazione è, a sua volta, stabilmente collegato al tallone 12 e comprende una porzione 26 di base o di attacco ed una porzione intermedia 27 di appoggio o reazione, la quale si eleva verso l'alto rispetto alla porzione 26 di base per cooperare a strisciamento con la porzione distale 4a e supportare in uso, completamente o almeno in parte i carichi trasmessi ai perni 22 durante la deambulazione del paziente. A tale scopo, la porzione 27 è delimitata, dalla parte rivolta verso la porzione distale 4a, da una superficie 29 cilindrica concava coassiale all'asse 18 di cerniera, mentre la porzione distale 4a stessa è delimitata da una superficie 30 a generatrice rettilìnea scorrevole a contatto della superficie 29 stessa per definire un accoppiamento a giunto o snodo cilindrico. The reaction body 25 is, in turn, stably connected to the heel 12 and comprises a base or attachment portion 26 and an intermediate support or reaction portion 27, which rises upwards with respect to the base portion 26 to cooperate in sliding with the distal portion 4a and to support in use, completely or at least in part, the loads transmitted to the pins 22 during the walking of the patient. For this purpose, the portion 27 is delimited, from the part facing the distal portion 4a, by a cylindrical concave surface 29 coaxial to the hinge axis 18, while the distal portion 4a itself is delimited by a surface 30 with a rectilinear sliding contact of the surface 29 itself to define a coupling with a joint or cylindrical joint.

Alternativamente, secondo una variante non illustrata, le superfici 29 e 30 presentano rispettive linee generatrici non rettilinee ma provviste di rispettivi tratti curvi per definire almeno una guida circolare coassiale all'asse 18 ed una slitta scorrevole all'interno di tale guida per inibire l'insorgere di coppie flessionali sui perni 22 e sui bracci 21. Alternatively, according to a variant not shown, the surfaces 29 and 30 have respective generating lines that are not straight but provided with respective curved portions to define at least a circular guide coaxial to the axis 18 and a slide sliding inside said guide to inhibit the arising of bending torques on the pins 22 and on the arms 21.

Convenientemente, il corpo 25 è un corpo monolitico realizzato di materiale plastico o elastomerico resistente all'usura per sfregamento o, ancora, in materiale composito. Secondo una variante non illustrata, le porzioni 26 e 27 del corpo 25 sono fra loro distinte e collegate stabilmente fra loro o in maniera rilasciabile. In entrambi i casi, una o entrambe le porzioni 26 o 27 sono sceglibili tra una pluralità dì porzioni aventi caratteristiche meccaniche fra loro diverse. In questo modo, risulta possibile adattare la protessi 1 alle specifiche esigenze o necessità del paziente e, in particolare, realizzare in maniera estremamente semplice ed immediata una gamma di protesi a diversa rigidezza, resistenza e/o a smorzamento d'urto controllato. Conveniently, the body 25 is a monolithic body made of plastic or elastomeric material resistant to wear by rubbing or, again, of composite material. According to a variant not shown, the portions 26 and 27 of the body 25 are distinct from each other and connected stably with each other or releasably. In both cases, one or both of the portions 26 or 27 can be chosen from a plurality of portions having different mechanical characteristics. In this way, it is possible to adapt the prosthesis 1 to the specific needs or requirements of the patient and, in particular, to create in an extremely simple and immediate way a range of prostheses with different stiffness, resistance and / or controlled shock damping.

Ancora con riferimento alle figure 1 e 2, la protesi 1 comprende, infine, due molle 32 e 33 disposte da parti opposte dell'elemento 20 a forcella per mantenere e riportare il corpo di attacco 4 ed il piede 5 in una loro posizione relativa di riposo o di riferimento. Nel particolare esempio descritto, la molla 33 è una molla di trazione mentre la molla 32 è di compressione. Secondo una diversa modalità realizzativa, entrambe le molle 32 e 33 sono molle di compressione . Still with reference to Figures 1 and 2, the prosthesis 1 finally comprises two springs 32 and 33 arranged on opposite sides of the fork element 20 to maintain and return the attachment body 4 and the foot 5 to their relative relative position. rest or reference. In the particular example described, the spring 33 is a tension spring while the spring 32 is a compression spring. According to a different embodiment, both springs 32 and 33 are compression springs.

Secondo una ulteriore variante non illustrata, le molle 32 e 33 sono sostituite da elementi elastomerici 0 da molle a lamina o a balestra assolventi la medesima funzione. According to a further variant not shown, the springs 32 and 33 are replaced by elastomeric elements or by leaf or leaf springs performing the same function.

Da quanto precede appare evidente come la protesi 1 descritta consenta ai pazienti con amputazioni dell'avampiede di riprendere in breve tempo e senza particolari sforzi o adattamenti la naturale deambulazione. Quanto appena esposto è essenzialmente conseguente al fatto che la protesi 1 descritta, diversamente dalle soluzioni note, crea in pratica sostanzialmente le medesime condizioni di deambulazione in origine consentite dalla naturale articolazione tibiotarsica in quanto il corpo 4 di attacco ed il piede 5 sono accoppiati fra loro da una cerniera, il cui asse attraversa una porzione terminale del corpo 4 stesso ed è disposto praticamente alla medesima altezza dal suolo in cui, prima dell'amputazione, si trovava l'asse naturale di rotazione definito dall'articolazione della caviglia. Non solo. Nella protesi 1 descritta, l'articolazione 16 presenta una elevata, ma soprattutto, una invariante affidabilità ed efficienza funzionale. Tale vantaggio deriva essenzialmente dal fatto che le zone di contatto forcella-perno-invasatura vengono in uso "scaricate" dal corpo 25 di reazione, sul quale vanno ad agire sia le azioni imputabili al peso corporeo del paziente, sia le azioni trasmesse dall'esterno. In altre parole, la presenza di un giunto cilindrico o di superfici atte, sotto carico, a strisciare l'una contro l'altra riducono o evitano completamente la formazione di tensioni localizzate nella zona dei perni di cerniera che, se presenti, ridurrebbero in tempi particolarmente brevi l'efficienza e la funzionalità dell'articolazione. Il gioco radiale presente tra i perni di cerniera ed i relativi fori, da un lato, non condiziona la rotazione relativa del piede 5 rispetto al corpo 4 di attacco e non è avvertito dal paziente, e dall'altro, consente alla porzione distale 4a del corpo di attacco di appoggiarsi al corpo di reazione che, attraverso il tallone, scarica a terra le azioni trasmesse . From the foregoing it is evident that the described prosthesis 1 allows patients with forefoot amputations to resume natural walking in a short time and without particular efforts or adaptations. What has just been explained is essentially a consequence of the fact that the described prosthesis 1, unlike the known solutions, practically creates substantially the same walking conditions originally allowed by the natural ankle joint since the attachment body 4 and the foot 5 are coupled together. by a hinge, the axis of which crosses a terminal portion of the body 4 itself and is arranged practically at the same height from the ground in which, before the amputation, the natural axis of rotation defined by the ankle joint was located. Not only. In the described prosthesis 1, the joint 16 has a high, but above all, an invariant reliability and functional efficiency. This advantage derives essentially from the fact that the fork-pin-socket contact areas are in use "discharged" by the reaction body 25, on which both the actions attributable to the patient's body weight and the actions transmitted from the outside act. . In other words, the presence of a cylindrical joint or surfaces suitable, under load, to slide against each other, reduce or completely avoid the formation of localized tensions in the area of the hinge pins which, if present, would reduce in time the efficiency and functionality of the joint are particularly short. The radial play present between the hinge pins and the relative holes, on the one hand, does not affect the relative rotation of the foot 5 with respect to the attachment body 4 and is not felt by the patient, and on the other hand, it allows the distal portion 4a of the attack body to lean on the reaction body which, through the heel, discharges the transmitted actions to the ground.

Da quanto precede appare poi evidente come le caratteristiche realizzative della protesi 1 descritta rendano la protesi stessa estremamente efficiente ed affidabile, configurabile in funzione delle diverse necessità e, quindi, versatile e di costi realizzativi particolarmente contenuti. From the foregoing it is then evident how the manufacturing characteristics of the described prosthesis 1 make the prosthesis itself extremely efficient and reliable, configurable according to the various needs and, therefore, versatile and with particularly low manufacturing costs.

Da quanto precede appare, infine, evidente che alla protesi 1 descritta possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo definito dalle rivendicazioni. In particolare, il corpo 25 di reazione descritto potrebbe essere realizzato in maniera diversa e con materiali diversi da quelli indicati a titolo di esempio, ma sempre in modo da ridurre o annullare i carichi agenti sulla protesi nelle zone dei perni di cerniera. Finally, from the foregoing it is evident that modifications and variations can be made to the described prosthesis 1 without thereby departing from the protective scope defined by the claims. In particular, the reaction body 25 described could be made in a different way and with materials different from those indicated by way of example, but always in such a way as to reduce or cancel the loads acting on the prosthesis in the areas of the hinge pins.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1.- Lower limb prosthesis comprising an attachment portion defining a housing seat for a rigid abutment of the patient following a transtibial amputation or tibio-calcaneal arthrodesis of the lower limb, an artificial foot and hinge means interposed between the attachment and the foot to allow rotation of the foot with respect to the attachment portion around a hinge axis, characterized in that said hinge axis is arranged at a distance from a walking surface of the prosthesis substantially equal to the distance of the physiological axis of rotation defined by the joint of the amputated ankle, and by the fact that reaction means are interposed between said attachment portion and said foot to exert an antagonistic action to the actions transmitted to said hinge means. 2. A prosthesis according to Claim 1, characterized in that the said hinge axis extends through a distal portion of the said attachment portion. 3. A prosthesis according to Claim 1 or 2, characterized in that said reaction means are arranged between a distal end portion of said attachment portion and a heel of said foot. 4. A prosthesis according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a cylindrical joint having a fulcrum axis parallel to said hinge axis and interposed between said attachment portion and said foot; said reaction means defining part of said cylindrical joint. 5. A prosthesis according to any one of the preceding claims, characterized in that the said attachment portion comprises a free end portion directly sliding and cooperating with the said reaction means. 6. A prosthesis according to any one of the preceding claims, characterized in that said reaction means comprise a reaction body integrally connected to said foot. 7. A prosthesis according to Claim 6, characterized in that said reaction body is a monolithic body. 8. A prosthesis according to Claim 6, characterized in that the said reaction body comprises an interchangeable portion which can be selected from a plurality of portions having different mechanical or chemical characteristics. 9. A prosthesis according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a fork element carried by said foot and hinged to said attachment portion by means of hinge pins substantially coaxial to said hinge axis. 10. A prosthesis according to Claim 7, characterized in that the said fork element is coupled to the said reaction means. 11. Prosthesis according to Claim 6 or 7, characterized in that said hinge pins engage respective retention holes and have external diameters which approximate by default the internal diameters of said retention holes. 12. A prosthesis according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises elastic means for maintaining said attachment portion and said foot in a determined relative position of rest. 13. A prosthesis according to Claim 10, characterized in that the said elastic means comprise first and second elastic means arranged on opposite sides of the said hinge axis. 14.- Lower limb prosthesis, substantially as described with reference to any of the attached figures.