JP2004525708A - 整形外科デバイスを旋回可能に接続するパーツのためのデバイス - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
【0001】
この発明は、特に、脚を失った人のための人工関節のような整形外科デバイスを旋回可能に接続するパーツのためのデバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
整形外科デバイスにおける関節機能と置換し、またこれを補助するためにマルチバー機構(multibar mechanism)を利用することは、すでに或る期間に亘って知られており、1つの固定ピボット点を備えているより従来型の機構に優るこのタイプの機構の利点のために広く用いられている。これらの利点は、単一軸の機構に比較して肢部(limb)のより優れた追従性とシミュレーションと、それが負荷を受けたときに示す機構の向上した、より容易な制御安定性とを含んでおり、これらの利点は、機構のバーの互いに対する寸法の適切な選択と配置によって達成される。マルチバー機構が関節機能と置換されるかこれを支援するために用いられるときは、バーの配置のファクターが特に重要である。その理由は、機構が延出されたときそのステップのスタート時に、ヒール部が地面と接触して、機構がユーザーの体重による負荷を受け、機構は直ちには旋回を開始しようとはしないので、このことがユーザーになんらの支持も提供せず、ユーザーが転倒するからである。単一軸の機構においては、このことが複雑な、相対的に信頼性の低い制動機構の使用によって防ぐことができるに過ぎない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
これとは対照的に、マルチバー機構においては、この特性は例えば、機構を延出下状態において、下肢すなわち下脚の人工関節が旋回する仮想回動点が、負荷を受ける2つの点(ヒールとヒップの関節)を結ぶ線よりも後側に存在するように幾何学構造を選択することによって達成される。
【0004】
更に、マルチバー機構の幾何学を適当に選択することによって、この効果を達成することが可能であって、この場合、ステップの終了時に仮想回動点が、義足が前方へのスイング運動が単一軸の機構よりも容易に行うことができるように製造されるように配置される。ステップのスタート時に容易に発生することができるスイングバックの運動達成される安定性の高い水準、および、これら2つの特性の間に良好な妥協点を簡単に見出す可能性が、マルチバー機構を、関節機能を置換し支持するための傑出して適切なものとしている。
【0005】
この性質を適用する場合には、運動学のマルチバー機構は、初期の降伏湾曲を示す。これは、或る患者には望ましい。
【0006】
特に、「関節脱臼(knee disarticulation)」(関節における脚部の切断)として知られるものにおいては、現存のデバイスは、曲げ角度が不充分であるという欠点を持っている。これに加えて、腿部が不自然に伸ばされ、腰掛けた姿勢ではこれが、脚部の不自然な形状に導かれる。下記の特徴を有するデバイスを提供することがこの発明の目的である。
【0007】
‐正常な状態における調節可能性、望む場合には、負荷が与えられたときに高水準の安定性を獲得すること、
‐義肢が容易にスイングできるように立つ姿勢の最後の局面において前脚部に負荷がかかった状態においては安定性が低下すること、
‐妥当ならば、義足に掛かる負荷、したがって大腿部の切断端部に掛かる負荷の緩衝作用になる初期の降伏、
‐極めて大きい最大曲げ角度、
‐義肢が90度だけ曲げられた位置にあるとき伸びが極めて小さいこと、
‐設計の簡素と使用の信頼性、
【課題を解決するための手段】
【0008】
この目的で、この発明は、少なくとも4つのバーを備える運動学的マルチバー機構からなるデバイスを提供し、前記機構は、歩行方向(L)に動くことを可能とし、前記デバイスにおいては、
‐第1のバーが、大腿用凹窩部(socket)のような整形外科デバイスの第1のパーツに接続されることができ、
‐第2のバーが、下肢パーツのような整形外科デバイスの第2のパーツに固定的に接続されることができ、
‐歩行方向(L)に見えるように、前方に設けられる第3のバーは、第1のバーに旋回可能に接続されるとともに第2のバーに旋回可能に接続され、
‐歩行方向に見えるように、第3のバーの後方に設けられる第4のバーが、第1のバーに旋回可能に接続されるとともに、第2のバーと第4のバーの間の接続部が課された経路に沿って移動されることができるような態様で、第2のバーに旋回可能に接続され、そして、
‐第4のバーの2つの端部の間にある第4のバーの中央部が、第3のバーと中央パーツの間の接続部が課された経路に沿って移動されることができるような態様で、第3のバーに接続されている。
【発明の効果】
【0009】
この発明のこのタイプのデバイスは、達成が容易な運動の第2の自由度の第2の度合いを制限することに関連する必要な機能と相対的に高度なスタンスの融通性を提供する。
【0010】
この発明の好ましい具体例によれば、このデバイスは、第4のバーと第2のバーに旋回可能に接続された第5のバーを有する。
【0011】
この発明の別の好ましい具体例は、第4のバーと第3のバーに旋回可能に接続された第6のバーを有する。第5および第6のバーを使用することは好ましい、その理由は、こうすることが、設計が簡素で使用して信頼できるデバイスを創造するからである。
【0012】
この発明のデバイスのなお別の具体例においては、デバイスが、マルチバー機構の2つのバーの間に設けられたばね手段を備えている。このばね手段は、例えば、スイング局面の終期に下肢を前方に都合よく移動する。更には、このばね手段は、緩衝手段も具備している。これは、スイング局面においてエネルギーを消散させるので、デバイスが円滑に延出位置に移動する。このとがユーザーに心地よさを増大する。デバイスが第1のブロック位置と第2の位置の間で旋回するような態様で選択される。第1のブロック位置は、このスタンスにおけるデバイスの位置が、融通性が達成されるとともに、第2の位置が、スイングの融通性が可能であることを意味することを意図している。
【0013】
好ましくは、デバイスが、歩行方向(L)においてデバイスに掛かる垂直な負荷が移動する間、デバイスがブロック位置から第2の位置に旋回するような態様で設計される。このことによって、デバイスを使用するとき自然な歩行が可能となる。
【0014】
この発明のデバイスのなお別の好ましい具体例においては、デバイスが、ブロック位置を規定するためにバーを停止するための少なくとも1つのストッパを有する。ストッパは調節可能であることが好ましい。こうすることによって、デバイスの作用と機能が調節されることを可能にする。
【0015】
更に、この発明のデバイスは、ブロック位置において作用し、少なくともデバイスのブロック位置において整形外科デバイスの第1のパーツと第2のパーツの間で弾性的な作用を創り出すばね手段を備えることができる。この場合は、ストッパが弾性素材から製造されることが好ましい。その結果、心地よさを増大する弾性作用がブロック位置に生じる。
【0016】
最後に、この発明の1具体例においては、バーのうちの少なくとも1つが、複式設計であることが可能である。このことによって、デバイスの捩れ剛性を増大する。
【0017】
デバイスのこれらのそして他の特徴は添付図面を参照しつつ詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
図1は、膝の関節1として設計されるこの発明のデバイスを備える大腿部の義肢を示す。この膝関節1は、マルチバー機構を有し、大腿用凹窩部(socket)2のような大腿部に固定するための手段が、第1のバー11に設けられている。義足4を備える下脚パーツ3は、膝関節1の第2のバー12に設けられている。
【0019】
図2は、この発明の膝関節1をもっと詳細に示している。マルチバー機構の第1のバー11が大腿用凹窩部2に接続されており、第2のバー12が下脚パーツ3に接続されている点が再度見て取れる。歩行方向Lにおいて、第3のバー13が、第1のバー11と第2のバー12の間でその前側に旋回可能に設けられる。更に、第4のバー14と第5のバー15が歩行方向Lに見えるように第3のバー13の後に設けられており、前記第4および第5のバー14、15は、一方および他方の側において互いに旋回可能に接続されており、第4のバー14は第1のバー11に、第5のバー15は、第2のバー12にそれぞれ、接続されて旋回することができる。
【0020】
最後に、第6のバー16が、第3のバー13と第4のバー14の間に設けられている。第6のバーの旋回点17、18は、それぞれ、第3のバー13および第4のバー14の端部から離間している。これらのバー13、14の端部は、旋回点がこれらの端部に設けられることを意味するものと理解される。更に、膝関節1には、緩衝器5が存在し、これはピストンロッド6によって、バー機構のバーの1つに、この場合は、第4のバー14に接続されている。
【0021】
1つのストッパ19がバー15の移動を制限するために嵌め込まれている。
【0022】
この発明の膝関節1の作用を、図3A〜3Cを参照しつつより詳しく説明する。
【0023】
図3Aは、大腿用義肢が、ステップのスタート時、すなわち、義足4が、他方の足の前方に位置する場合の膝関節1の位置を示している。膝関節1に作用する垂直負荷Bは、歩行の方向Lに見られるように膝関節1の後方に存在する。第5のバー15、したがって、全体の機構が、ブロックされた位置にあるので、その結果、膝関節1が、固定されており、大腿義肢がステップを開始することができる。
【0024】
図3Bは、膝関節1に作用する垂直負荷Bが、膝関節1の前方にシフトされた位置を示している。この位置は、垂直負荷のベクトルBが義足4の前方と交わる位置に好ましく対応する。これは、ユーザーが「脚部のボール」の上に立っている状況に対応している。この瞬間に、第5のバー15が、図3Aに示すブロック位置から第2の位置に旋回する。
【0025】
図3Cは、下脚パーツ3がスイング局面に進むことができるように第2の位置にある第5のバー15を示す。この時点においては、義足4は最早地面とは接触しておらず、大腿用義肢は、図3Aに対応する位置にスイングされることができる。
【0026】
図4Aと図4Bは、膝関節1の腰掛けた位置を示している。この発明の膝関節1の1つの特徴は、デバイスの着座位置において、それが、義肢を伴う脚部の外観が義肢を伴わない脚部の外観と対応するような形状をとる点である。それは、膝関節1の第3のバー13が、下脚パーツ3の前側に対して仮想的に平行であるように延出している図4Bから明らかに自明である。
【0027】
図5は、この発明のデバイスの第2の具体例を示す。このデバイスは、大部分が図1に示す膝関節1に対応している。したがって、同一のパーツは同一の参照符号を備えている。第1のバー11が大腿用凹窩部に接続されており、第2のバー12が下脚パーツ3に接続されていることが明らかである。各端部に旋回可能に接続されている第3のバー13は、第1のバー11と第2のバー12の間に延出する。更には、第4のバー14は、第1のバー11に旋回可能に設けられており、前記第4のバーの他方の端部は、第5のバー15に旋回可能に接続され、第5のバーは、第2のバー12に接続されている。同時にまた、第6のバー16が、第4のバー14と第3のバー13の間に延出している。
【0028】
図1に示すデバイスとの相違点は、旋回ピンに代えて、この場合は、「ボール‐ソケット・ジョイント」21が第5のバー15と第6のバー16を旋回可能に接続するために用いられていることである。これらの「ボール‐ソケット・ジョイント」の利点は、機構が製造上の誤差があっても依然として作動することである。実際、図1に示すデバイス1がもしも充分な正確性を伴って製造されないとすれば、機構は全体としての作動に失敗するであろう。
【0029】
図6は、この発明のデバイスの第3の具体例を示す。この場合もまた、同一のパーツは同一の参照番号によって示されている。上記の2つの具体例1および20との相違点は、第5および第6のバーが存在しない点である。その代わりに、第4のバー14が、トングと溝の接続部によって第2のバー12に接続されている。このトングと溝の接続部は、第4のバー14の端部に設けられたトング31と第2のバー12に設けられた湾曲溝32を備えている。
【0030】
更に、第4のバー14は、トングと溝の接続部によって第3のバー13に接続されている。この目的で、第2のトング33が、第4のバー14の中央部に設けられており、第3のバー13内に設けられた溝34内を走行する。
【0031】
トング31と32が設けられる場合は、これらが溝によって置き換えられ、溝32、34はトングによって置き換えられることは明らかである。
【0032】
図7A〜図7Dは、図1に示す膝関節1に対応するデバイスを図式的に描いている。したがって、同一のパーツが再度同一の参照番号によって示される。これらの4つの図は、ストッパパーツ40と弾性部材41を備える弾性ストッパのための4つの異なる位置を示す。図示のように、この弾性ストッパは、例えば、第2のバー12と第5のバー15の間(図7A)、第4のバー14と第6のバー16の間(図7B)、第1のバー11と第4のバー14の間(図7C)、または、第3のバー13と第6のバー16の間(図7D)に設けられる。しかしながら、図7Aに示す設計が好ましい。
【0033】
図8A〜図8Cは、弾性緩衝器のための色々な配置を示す。この場合もまた、バー機構は、図1に示すデバイスの機構に対応するので、同一のパーツはもう一度同一の参照番号で指定される。弾性緩衝器は、弾性部材42とばね43によって示される。このアセンブリー42、43は、例えば、第2のバー12と第5のバー15の間(図8A)、固定して設けられた下脚パーツ3と一緒に第4のバー14および第2のバー12に配置される(図8B、8C)。図8Bに示される線図的な構造は、図1に示される膝関節に対応するので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】この場合は膝関節として設計されるこの発明のデバイスを用いた大腿部義足の斜視図。
【図2】図1に示す膝関節の側面図。
【図3A】1ステップにおける膝関節の3つの異なる位置を示す図。
【図3B】図3Aと同様な図。
【図3C】図3Aと同様な図。
【図4A】腰掛けた姿勢における図1に示す大腿部の義足を示す。
【図4B】腰掛けた姿勢における図1に示す大腿部の義足を示す。
【図5】この発明のデバイスの第2の具体例を示す。
【図6】この発明のデバイスの第3の具体例を示す。
【図7A】この発明のデバイスにおける弾性ストッパの色々な嵌め込み位置を図式的に描いた図。
【図7B】図7Aと同様な図。
【図7C】図7Aと同様な図。
【図7D】図7Aと同様な図。
【図8A】この発明のデバイスに弾性緩衝体を嵌め込むための様々な位置を示す。
【図8B】図8Aと同様な図。
【図8C】図8Aと同様な図。
Claims (15)
- 特に、足を失った人のための膝関節のような整形外科デバイスのパーツを旋回可能に接続するためのデバイスであって、
前記デバイスは、少なくとも4つのバーを有する運動学的マルチバー機構を備え、前記バー機構は、歩行方向(L)に移動することができ、前記デバイスにおいては、
‐第1のバーは、大腿用凹窩部のような整形外科的デバイスの第1のパーツに固定して接続されることができ、
‐第2のバーは、下脚パーツのような整形外科デバイスの第2のパーツに固定して接続されることができ、
‐歩行方向において前方に設けられる第3のバーは、第1のバーに旋回可能に接続されるとともに、第2のバーに旋回可能に接続され、
‐歩行方向において第3のバーの後方に設けられる第3のバーは、第2のバーと第4のバーの間の接続部が課された経路に沿って移動されることができるような態様で第2のバーに旋回可能に接続され、
‐第4のバーの2つの端部の間にある第4のバーの中心部は、第3のバーと前記中心部の間の接続部が課された経路に沿って移動されることができるような態様で、第3のバーに接続される、デバイス。 - デバイスは、第5のバーを有し、前記バーは第4のバーと第2のバーに旋回可能に接続される請求項1に記載のデバイス。
- デバイスは、第6のバーを有し、前記バーは、第4のバーと第3のバーに旋回可能に接続される請求項1または2に記載のデバイス。
- 課された経路に沿って移動することができる少なくとも1つの接続部は、トングと溝の接続部である請求項1または3に記載のデバイス。
- 課される経路は円形の経路である請求項1〜4のいずれか1に記載のデバイス。
- 請求項3に記載のデバイス。
- マルチバー機構の2つのバーの間に設けられたばね手段を有する請求項1〜6のいずれか1に記載のデバイス。
- ばね手段は、緩衝手段を有する請求項7に記載のデバイス。
- マルチバー機構の大きさは、デバイスが、第1のブロック位置と第2の位置の間で旋回されることができるように選択される請求項1〜8のいずれか1に記載のデバイス。
- デバイスの垂直負荷は、歩行の方向(L)において移動され、デバイスは、ブロック位置から第2の位置へ旋回する請求項9に記載のデバイス。
- ブロック位置を規定するためにバーを停止するための少なくとも1つのストッパーを有する請求項9または10に記載のデバイス。
- ストッパーは調節可能である請求項11に記載のデバイス。
- 少なくとも。デバイスのブロック位置において、整形外科デバイスの第1の部分と第2の部分との間に弾性作用を創り出すために、ブロック位置の方向に作用するばね手段を有する請求項9〜11のいずれか1に記載のデバイス。
- ストッパーは、弾性素材を有する請求項11または12に記載のデバイス。
- バーの少なくとも1つは複式設計をなす請求項1〜14のいずれか1に記載のデバイス。
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