JP2004526508A - 調整可能性能を備えた義足 - Google Patents

Abstract

義足（７０）はフットキール（７１）と該フットキールに接続されたカーフ・シャンク（７２）とを取り入れて、当該義足の足首ジョイント領域を形成している。前記フットキールは、前足部および後足部と、該前足部および後足部の間を上方向に円弧を描いて延びる中足部とを有している。前記カーフ・シャンクは下方向に凸状に湾曲した下端を含み、該下端は結合要素（７３）によって前記フットキールに固着される。前記カーフ・シャンクの下端は、上方向に延び、かつ最初に前方に延び、直立した上端へと導くカーフ・シャンクの逆に湾曲した部分（７５）へと延びる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は改良された動的応答能力を提供し、これらの能力が力印加機構に関連する高性能義足に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工的脚部補充物のための無関節人工足がマーチンらによる米国特許第５，８９７，５９４号明細書に開示されている。人工足は足関節の機能を模すために関節を備えた強固な構造を有している初期の解決策とは違って、マーチンらによる無関節人工足は足部モールディングを内部に構成された弾性足部挿入部材を使用している。この挿入部材は長手方向断面がほぼＣ形状をなし、後方に開口部を有し、その上方Ｃリムに人工的補充物負荷が持ち上げ、その下方Ｃリムを介して個の負荷をこれに連結された板ばねに伝達する。下方から見た板ばねは凸状をなし足裏域とほぼ平行に足部挿入部材に向ってつま先域に延長している。マーチンらの特許は、かがとの衝撃の緩和、弾力性、かかとからつま先歩行および横方向安定性に関して無関節人工足を改良する目的に基づいており、したがって、着用者が自然な方法で歩けるように、その意図するところは着用者が普通に歩行でき、さらに体操ができ、スポーツもできることである。しかし、この公知の人工足の動的応答特性には限界がある。改良された応用機構設計特徴を有する高性能義足には切断手術を受けた人の運動能力、たとえばランニング、ジャンプ、スプリント、スタート、ストップ、カットのような動作を含む能力を改善できる必要がある。
【０００３】
他の義足がヴァン・エル・フィリップによって提案されており、彼の提案によると切断手術を受けた人に対して従来技術による人工的補充物の構造的制限と対応する性能に起因するこれまで妨げられていた広範な種々の動作に係る機敏さと移動性を提供する。ランニング、ジャンプおよび他の動作は、提案によると、これらの知られている足によって確認され、伝えられているところによると、着用者の正常な足と同じようにして利用される。たとえば、米国特許第６，０７１，３１３号明細書；同第５，９９３，４８８号明細書；同第５，８９９，９４４号明細書；同第５，８００，５６９号明細書；同第５，８００，５６８号明細書；同第５，７２８，１７７号明細書；同第５，７２８，１７６号明細書；同第５，８２４，１１２号明細書；同第５，５９３，４５７号明細書；同第５，５１４，１８５号明細書；同第５，１８１，９３２号明細書および同第４，８２２，３６３号明細書を参照。
【発明の開示】
【０００４】
切断手術を受けたアスリートに高レベルの性能を達成させるために、義足は人の足の機能をするとともに、従来の義足の機能も発揮する改良された応用機構を有する高性能義足が必要である。切断手術を受けたアスリートの関心は改良された応用機構、高い低動的応答および実存する特別な負担となる動作の水平方向および垂直方向要素を改善するように微調整できるアラインメント調整能力を有する高性能義足を得ることである。
【０００５】
本発明の義足はこれらの必要性に向けられている。本明細書に開示されている一例としての実施例によれば、本発明の義足は一端において前足を備えた長手方向に延長するフット・キール（foot keel）と対向端にある後足と、前足から上方向に円弧を描くとともにこれと後足部分とのあいだに延長する比較的長い中足（midfoot）とからなる。下方向に凸状に湾曲している下方端を含むカーフ・シャンク（calf shank）も設けられている。調整可能締め付け機構がカーフ・シャンクの湾曲下方端をフット・キールの上方向に湾曲した中足部に固定して義足のかかと関節部位を形成する。
【０００６】
調節可能締め付け機構はカーフ・シャンクとフット・キールの関係においてフット・キールの長手方向のアラインメント（一致）を調整して義足の機能を微調整する。フット・キールの対向する上方向に湾曲した中足部のカーフ・シャンクの下方向凸状湾曲下方端の関係においてフット・キールの長手方向のアラインメントを調整することによって、足の動的応答特性および移動結果が変更され必要とする／所望の水平方向および垂直方向の直線速度に関して特定する仕事をする。多機能義足は高い動的応答能力と低い動的応答能力を有するとともに、バイプラナ（biplanar）移動特性をも有し、切断手術を受けた人のスポーツおよび（または）レクレーション活動への参加に対する機能的結果の改善を開示する。特にスプリント機能に対する義足についても開示する。
【０００７】
カーフ・シャンクが、下方向凸状に湾曲し、かつ、上方向に最初にそこから前方にその直立上方端に続いているカーフ・シャンクの逆方向湾曲部に延長している下方端を有している。この構造により、人の足と下方脚の形状にある美容カバリングが、フット・キールとカーフ・シャンクの少なくとも下方端の上方に容易に配置され、カーフ・シャンクが下方脚カバリング内でフット・キールから上方向に立ち上がっている。逆方向湾曲部の後方に面する面に形成された複数の長手方向に延長する溝とひれが、カーフ・シャンクの弾性圧縮を容易にし、義足の使用中カーフ・シャンク上の力に応答してその拡張に抵抗する。
【０００８】
本発明のこれらの目的および他の目的、特徴と利点は本発明の開示された実施例の次なる詳細な説明と添付図面から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面を参照すると、図３〜５の実施例における義足１は、その一端に前足部３とその対向端に後足部４とこれら前足部と後足部間に延長する比較的に長い中足部５を有する長手方向に延長するフット・キール２からなることが示されている。中足部５は実施例において前足部と後足部間にその長手方向全体に延長して上方向凸状に湾曲している。
【００１０】
義足１の直立カーフ・シャンク６がその下方向に凸状に湾曲した下端の部分においてキール・中足部５の近接後方面に解放可能ファスナ８と結合要素１１によって固定されている。ファスナ８は実施例においては単一のボルト、ナット、ワッシャであるが、ファスナが締め付けられたときにフット・キール上にカーフ・シャンクを強固に位置付け、保持するための着脱可能クランプまたは他のファスナとすることもできる。
【００１１】
長手方向に延長する開口部９が図８に示されるようにキール・中足部５の近接後方面に形成されている。長手方向に延長する開口部１０も、例えば図１５に示すようにカーフ・シャンク６の湾曲下端７に形成されている。解放可能なファスナ８が開口部９および１０を通って延長し、このファスナ８が緩められ、または解放されて義足が特定の仕事をすべく機能を微調整したときに、カーフ・シャンクとフット・キールの図５に示す長手方向、Ａ−Ａにおいて互いに一致させる調整を許容する。従って、ファスナ８、結合要素１１および長手方向に延長する開口部９、１０はカーフ・シャンクをフット・キールに固定するために調整可能な締付機構を構成して義足の足関節部位を形成する。
【００１２】
カーフ・シャンク６とフット・キール２の一致の調整効果は図１および２の考慮から見ることができ、二つの半径Ｒ₁とＲ₂は順番に、フット・キール・中足部５とカーフ・シャンク６の近接対面するドーム状ないし凸状湾曲面を表わしている。二つのこのような半径を順番に考慮したときに、移動能力が二つの半径間に描いた図１のＡ、図２のＡ₁の切線に対して直交して存在する。これらの二つの半径の相関関係が移動結果の方向を決定する。結果的に、義足１の動的応答力の加わり方がこの関係に左右される。凹状部の半径が大きくなればなるほど、より動的応答能力が高くなる。しかし、半径が小さくなればなるほど、その応答が迅速になる。
【００１３】
本発明の義足中のカーフ・シャンクとフット・キールの一致能力が、半径の変化を許容し、これによって運動活動中の義足の水平方向または垂直方向速度が作用される。たとえば、義足１の水平方向の直線速度能力を改善するために、アラインメントの変更はカーフ・シャンクの半径とフット・キールの半径の関係に作用するようにできる。すなわち、水平方向直線速度特性を改善するために、フット・キールの底半径Ｒ₂を図１と比較して図２に示すその開始位置よりももっと離して形成する。これがより水平方向への義足１の動的応答特性と移動結果を変化させ、その結果より大きい水平方向直線速度が同じ印加力で達成できる。
【００１４】
実際に、切断手術を受けた人は、そのニーズにあった活動のための設定を実践により見つけることができるが、垂直方向および水平方向の直線速度に関係している。例えば、跳躍選手およびバスケットボール選手は短距離走者よりもより垂直方向リフトを必要とする。結合要素１１は固定フット・キール２とカーフ・シャンク６間に挟持されたプラスチックまたはアルミニウムのような金属合金のアラインメント結合部材（図３、４および２３参照）である。解放可能ファスナ８は結合部材中のホール１２を通って延長している。この結合部材はカーフ・シャンクの固定部とキール・中足部５の近接する後方面に沿って延長している。
【００１５】
カーフ・シャンク６の湾曲下方端７がパラボラ形状になっており、下方端に配備され上方向に延長するパラボラの湾曲部で最も小さい半径をなし、最初に前方がパラボラの形状をなしている。後方に対面する凹部が図３に示したようにカーフ・シャンクの湾曲度によって形成されている。パラボラ形状は、比較的大きい半径の近接ターミナル端に関して改善され、一方で迅速な応答特性に対してその下方端で湾曲部の小さい半径を有する水平方向直線速度を生成する増大した動的応答特性を有する利点がある。パラボラ形状の上方端における湾曲部の大きい半径は切線Ａが、図１と２を参照して説明するように、アラインメント中の変化を伴ってより垂直方向に維持されるのを可能にし、改善された水平方向の直線速度を生成する。
【００１６】
パイロン・アダプタ１３がファスナ１４によってカーフ・シャンク６の上方端に連結されている。このアダプタ１３は次にファスナ１６によってパイロン１５の下方端に固定されている。パイロン１５は脚スタンプに固定された支持構造（図示省略）によって切断手術を受けた人の下方リムに固定されている。
【００１７】
フット・キール２の前足、中足および後足が実施例中の弾性材料の単一ピースで形成されている。例えば、大地反力（ground reaction force）によって偏向されたときに、形状保持特性を有し、本質的に可塑性の材料のソリッド片を使用することができる。特に、エポキシ熱硬化性樹脂で積層された高強度黒鉛またはデルラン（Delran）（商品名）の下で利用される押し出し成形プラスチックまたはガス抜きされたポリウレタン・コポリマーがフット・キールおよびカーフ・シャンクを形成するのに使用できる。これらの材料に関する機能的品質が低重量と最小クリープで高強度を提供する。熱硬化性エポキシ樹脂が人工的補充物工業基準を利用して真空下で積層される。ポリウレタン・コポリマーがネガティブ（negative）モールド中に注入され、押し出し成形プラスチックが機械仕上される。使用される各材料はその利点と欠点を有している。
【００１８】
剛性、可撓性および強度に関する弾性材料の物理的特性は全て材料の厚みによって決定される。薄い材料は同じ密度のより厚い材料よりも容易に偏向する。利用される材料、物理的特性は義足のキールおよびカーフ・シャンクの剛性と可撓特性に関連している。フット・キールとカーフ・シャンクの厚みは図３〜５の実施例において均一ないし対称的であるが、これらの要素の長さに沿った厚みは次に説明するように変化してもよい。例えば、後足および前足部位を薄くするとともに中足領域の偏向により応答するようにする。
【００１９】
義足１に高い低動的応答能力をもたせることを助けるために、中足部位５が長手方向円弧によって形成されるが、その長手方向円弧の中間面（medial aspect）が長手方向円弧の側面（lateral aspect）よりも比較的高い動的応答能力を有している。この目的のために、長手方向円弧状凹部の中間面がその側面よりも半径において大きい。後足部４の後方端１７は衝撃吸収のための圧縮によるヒール・ストライク中大地反力に反応する上方向に湾曲する円弧状に形成される。後足部４によって形成されたヒールは後方横側方コーナー１８で形成される。このコーナーは中間コーナー１９よりももっと後方、かつ、側方にあって足並みの接触相中、後足の反転を促進する。前足部３の前方端２０は上方向湾曲円弧に形成され、足並みのレート・スタンス（late stance）相のヒール・ライズ・トウ・オフ（heel rise toe off）位置に背屈される人のつま先をシミュレートしている。ゴムまたは気泡ゴムパッド５３および５４が下方の前足とクッションとしての後足を提供する。
【００２０】
義足の改良されたバイプラナ（biplanar）運動能力がその背面と足裏面間の前足部３を通って延長する中間および側方拡張ジョイント・ホール２１および２２によって生成される。拡張ジョイント２３および２４がホールの各々から前足部の前方縁に前方向に延長して中間、中央および側方拡張ストラット２５〜２７を形成しており、これらがフット・キールの前足部の改良されたバイプラナ運動能力を生成している。拡張ジョイント・ホール２１および２２が図５の線Ｂ−Ｂに沿って配備され、横断平面が側方拡張ジョイント・ホール２２よりもより前方で中間拡張ジョイント・ホール２１とフット・キールの長軸Ａ−Ａに対して３５°の角度αで延長している。矢状平面上に突出した拡張ジョイント・ホール２１および２２は、ホールの背面アスペクトが足裏アスペクトよりもより前方になるようにして横断平面に対して４５０の角度で傾斜している。この構成により、解放可能ファスナ８から横方向拡張ジョイント・ホール２２の距離が、解放可能ファスナから中間拡張ジョイント・ホール２１の距離より短くなり、義足１の側方部が中間よりも短いつま先レバーを有することになり、中足の高いおよび低い動的応答が可能になる。
【００２１】
フット・キール２の後足部４の前方はさらにその背面と足裏面間の後足部４を通って延長する拡張ジョイント・ホール２８を含んでいる。拡張ジョイント２９がホール２８から後方に後足部の後方縁に延長して拡張ストラット３０および３１を形成している。これらは義足の後足部の改良されたバイプラナ運動能力を生成する。
【００２２】
中足部５の背面アスペクトとフット・キール２の前足部３が図３の上方向対面凹所３２を形成しており、これによって人の足の運動の第５レイ軸を機能的に小さくしている。すなわち、凹所３２が長軸Ｃ−Ｃを有し、これがフット・キールの長軸Ａ−Ａに対して１５°〜３５°の角度１３が付けられ、中間が側方よりもより前方になり、人の足の第２〜第５中足骨の回転の楕円低ギア軸として足並みの第５レイ運動を促進する。
【００２３】
バイプラナ運動能力の重要性は、切断手術をした人が平坦でない地面を歩行したとき、またはアスリートが足の中間または側方を切ったときに理解できる。大地力ベクトルの方向が矢状方向から前方平面要素まで変化する。大地が足の側方へのプッシングに対して対向方向に中間に押圧することになる。このようになる結果として、カーフ・シャンクが中間部で傾斜し、重量がフット・キールの中間構造に加わる。これらの圧力に応答して、フット・キール２の中間拡張ジョイント・ストラット２５と３１が背屈（上方向に偏向）し反転し、また側方拡張ジョイント・ストラット２７と３０が足裏屈曲（下方向に偏向）し外にめくれる。この運動がフット・フラットの足裏面を大地上に付けようとする（足裏グレード）。
【００２４】
本発明の特に短距離走者用の別のフット・キール３３が図６と７を参照して本発明の義足に使用される。短距離走者の身体の重心はもっぱら矢状方向となる。義足は低動的応答特性をとる必要がない。結果的に、フット・キール２の中足凹所となる前足の長軸の１５°〜３５°の外部回転方向が不要である。むしろ、凹所の長軸Ｄ−Ｄ方向が図６と７に示したように前方平面と平行になる。これが短距離走者の足を矢状方向のみに応答させるようにする。さらに、線Ｅ−Ｅに沿って、前足と中足部の拡張ジョイント・ホール３４と３５の方向が前方平面と平行になる。すなわち、側方ホール３５が前方に移動し、中間ホール３４と一列になり、また前方平面と平行になる。フット・キール３３の前方ターミナル端３６も前方平面と平行になる。フット・キールの後方ターミナル・ヒール域３７も前方平面と平行になる。これらの修正が消極的な方法として義足の多様な使用能力に機能する。しかし、その性能特性が特定する仕事となる。短距離走者のフット・キール３３の別のバリエーションがつま先にあって、義足の前足部の領域のフット・キール２の背屈の１５°がフット・キール３３の背屈の２５〜４０°に増大する。
【００２５】
図９と１０は足のシームズ（Symes）切断手術を受けた人によって短距離走をするために特に有利な義足のための本発明の付加的なフット・キール３８を示す。この目的のために、フット・キール３８の中足部が後方上方向に対面する凹所３９を含んでおり、ここにカーフ・シャンクの湾曲下方端が解放可能ファスナによってフット・キールに固定されている。このフット・キールは下方足部を全て切断した人に利用できる。フット・キール３８はシームズのレベルの切断手術を受けた人に関連したより長い残留リムに適用される。その性能特性は動的応答能力において顕著に迅速である。その使用はこのレベルの切断手術者に特定ない。全てのｔｒａｎｓｔｉｂｉａｌおよびｔｒａｎｓｆｅｍｏｒａｌ切断手術を受けた人が利用できる。図１１と１２の実施例中のフット・キール４０はシームズ手術を受けた人のための凹所４１も有しており、フット・キールが高い低動的応答特性を伴いさらに図３〜５および８の実施例の義足のようなバイプラナ運動能力をも備えた義足を提供する。
【００２６】
義足１のいくつかのフット・キールの機能特性が形状および設計特性に関連しており、これらは凹部、凸部、半径サイズ、拡張、圧縮、および材料の物理的特性に関係しており、これらの特性は全て歩行、走行および跳躍動作における大地力に対する反応に関連する。
【００２７】
図１３のフット・キール４２は図３〜５および８の実施例のものと同様であるが、フット・キールの厚みは中足部から後足の後方にテーパが付けられていることのみ異なる。図１４のフット・キール４３はその前方および後方端で段階的にその厚みが薄くなり、すなわちテーパが付けられている。義足１に使用できる厚みにおける同様のバリエーションを図１５のカーフ・シャンク４４および図１６のカーフ・シャンク４５に示す。フット・キールおよびカーフ・シャンクの各設計は異なる機能結果を生成し、これらの機能結果は多様な運動関連タスク中の性能を改善に対して特定される水平および垂直直線速度に関連する。フット・キールとカーフ・シャンク間の設定におけるカーフ・シャンクの多数の形態および調整が、切断手術を受けた人および（または）人工補充物を利用する人に対して義足を微調整して広範囲のスポーツおよびレクレーション活動の選択された一つにおける最大の性能を許容する義足のカーフ・シャンク関係を生成する。
【００２８】
義足１の他のカーフ・シャンクを図１７〜２２に示し、Ｃ形状のカーフ・シャンク４６と４７、Ｓ形状のカーフ・シャンク４８と４９およびＪ形状のカーフ・シャンク５０と５１を示す。カーフ・シャンクの上方端はこの近接ターミナル端に固定されたピラミッド状アタッチメント・プレートを備えたストレートな垂直端をも有している。雄型ピラミッドがカーフ・シャンクのこの垂直端にボルト締めされ、これを通過している。近接雄型ピラミッドおよび末端フット・キールを許容するプラスチックまたはアルミニウムの充填物がカーフ・シャンクの近接端および末端にある細長い開口部に設けられる。本発明の義足はモジュラシステムであって、使用に際して可撓性と多様性の点で標準化単位ないし寸法で構成されるのが好ましい。
【００２９】
全てのトラック関連走行活動は半時計方向で実施される。本発明の別の任意の特徴はこのような曲線経路に沿って進行される足に作用する力を考慮している。求心的加速が回転中心に向って作用し、ここで物体が曲線経路に沿って移動する。ニュートンの第３法則がエネルギー作用に適用される。これは等価な対抗作用である。したがって、いずれの「中心」力に対しても、「中心逃避」力がある。求心力が回転中心と遠心力に向って作用し、反力が回転中心から外れて作用する。アスリートがトラックのカーブのまわりを走行すれば、求心力がカーブの中心に向って走者を引き寄せ、一方で遠心力がカーブの中心から外れるように引き寄せる。走者を外方向に傾けようとする遠心力を中和させるために、走者は内側に傾ける。トラック上で走者の回転方向が常に半時計方向であれば、左側がトラックの内側になる。その結果、本発明の特徴によれば、右および左の義足のカーフ・シャンクの左側が右側よりも薄く作ることができ、切断手術をした人のカーブ性能が改善される。
【００３０】
いくつかの実施例におけるフット・キール２、３３、３８、４２および４３は図３、４および５のスケールで示したシュー１の比率では各々２９ｃｍの長さであり、異なるカーフ・シャンクおよびフット・キールのいくつかの図を示す。しかし、当該技術において習熟した人にとって容易に理解できるように、義足の特定寸法は足に合わされるべき切断手術を受けた人のサイズ、体重および他の特徴に依存して変わる。
【００３１】
歩行および走行スタンス相の足並みサイクルにおける義足１の動作を次に考察する。慣性の法則、加速度の法則および作用ー反作用の法則に関するニュートンの運動第３法則がフット２の運動学の基本である。ニュートンの第３法則、すなわち作用ー反作用の法則から、足が大地上で押圧する方向と等しい方向と対向方向に大地が足を押圧することが知られている。これは大地反力として知られている。多数の特定する研究が人の足並み、走行および跳躍運動につきなされてきた。力プレートの研究がニュートンの第３法則が足並み中に発生することを示している。これらの研究から、大地が足を押圧することが理解できる。
【００３２】
歩行／走行活動のスタンス相が減速および加速相にさらに分解することができる。義足が大地に接触したときに、フットが大地を前方向に押圧し、大地がこれに等しく対向方向に押圧を返す。この力が義足を動作を与える。歩行および走行活動のスタンス相分析が図３および１８の後部側方コーナー１８の接触点で開始されるが、足の中間側部よりもより後方、かつ、横方向にオフセットされている。初期接触におけるこのオフセットが足をして外にめくらせ、カーフ・シャンクをして足裏を曲げさせる。カーフ・シャンクは常に体重をシャンクに移動させる位置を捜しており、例えば大地力と対抗する位置にその長い垂直部材を有する傾向にある。これが足を後方に押圧する大地反力に対抗して後部足裏を曲げるように移動する理由である。大地力がカーフ・シャンクをして後方に移動する近接端で圧縮せしめる。大地力がカーフ・シャンクをして末端の後方移動を圧縮せしめる。カーフ・シャンクの下方のきつい半径が、シュミレートする人の足関節足裏の曲がりを圧縮し、前足がこの圧縮によって大地に降ろされる。これと同時にフット・キール２の後方の頂部のアスペクトが圧縮によって上方向に圧縮される。これらの圧縮力の両者がショックアブソーバとして作用する。このショックアブソーバがさらにオフセット後方側部ヒール１８によって高められ、足をして外にめくられ、一度カーフ・シャンクが足裏屈曲運動を停止し、大地が足に対して後方に押圧するとショックアブソーバとして作用する。
【００３３】
こうしてフット・キールとカーフ・シャンクの圧縮部材がアンロードを開始する。すなわち、部材がその本来の形状を求め、これがカーフ・シャンクの近接端をして加速された方法で前方に移動せしめる。カーフ・シャンクがその垂直開始位置に接近するにつれて、大地力が足に抗して後方押圧から上方向垂直への押圧まで変化する。義足が後方および前方足裏面の体重受け域を有しており、これらの域が体重のかからない長い円弧形状の中央部によって結合されているので、人工的補充物からの垂直方向力が長い円弧形状の中央部をして拡張によって負荷せしめられる。後方および前方重量受け面が分散する。これらの垂直方向力が足の長い円弧形状中央部に蓄積され、大地力が本来の垂直位置から前方に移動する。カーフ・シャンクが拡張し足首の背屈をシミュレートするように拡張する。これが義足をして前方足裏の体重受け面を回転せしめる。後足の長い円弧が圧縮状態から拡張状態に変化する。これが蓄積された垂直方向圧縮力エネルギを改良された拡張能力に解放する。
【００３４】
フット・キールの長い円弧とカーフ・シャンクがそれぞれの構造の拡張を抵抗している。この結果、カーフ・シャンクの前方部の前進が停止され、足が前方足裏面の体重受け域のピボットオフを開始する。フット・キールの中足部の拡張が、図３〜５および８、図１１および１２、図１３および１４の実施例におけるフット・キール中の高い応答能力と低い応答能力として備えている。これらのフット・キールの中足前足の過渡領域が足の長い円弧から外方向に２５°〜３５°ずれており、中間の長い円弧が側方の長い円弧よりも長くなっている。これは通常の足において、加速中または減速中、足の中間面が使用されるために重要である。
【００３５】
義足の長い中間円弧が側方よりも大きい動的応答特性を有している。側方の短いつま先レバーが、より遅い速度で歩行または走行しているときに、利用される。人体の重心が正弦曲線中の空間を通して移動する。これは中間、側方、近端および末端を移動する。低速度で歩行または走行しているときに、人体の重心は早く歩行するときまたは走行するときよりもより中間、かつ、側方に移動する。付加的に、運動量または慣性は小さく、またより高い動的応答能力に打ち勝つ能力が小さい。本発明の義足は適用された機構の原理を適合するように適用される。
【００３６】
大地力が義足の前方を押圧すると、これが大地上で後方が押圧され、ヒールが持ち上げられ始めるにつれて中足の長い円弧の前方部がその足裏面に対して直交してその後方に向けられた力を加えるように構成されている。これはこれらの力を加えるもっとも有効的、かつ、効果的な方法である。同様のことが義足の後方後足部のまわりに対しても言えることである。初期接触における後方の大地力が、その印加力の方向に対して直交するフット・キールの足裏面と対向しているような形状に作られる。
【００３７】
ヒールが持ち上げられ、トウオフ歩行および走行活動の遅い段階において、前足部のレイ領域が１５°〜３５°に背屈される。この上方向延長円弧が前方に向けられた大地力をして足のこの領域を圧縮せしめる。この圧縮は拡張よりも抵抗性が少なく、滑らかな変移が足並みのスイング相と義足による走行に対して生じる。足並みのスタンス相の終わりの工程において、拡張カーフ・シャンクと拡張中足の長い円弧がその蓄積されたエネルギーを、切断手術を受けた人の身体の重心の推進力に付加するように解放する。
【００３８】
後足の後方アスペクトとフット・キールの前方領域が、既に説明したようにいくつかの実施例中の拡張ジョイント・ホールと拡張ジョイント・ストラットと組み合わされる。拡張ジョイント・ホールの方向付けがえび継ぎヒンジとして作用し、またバイプラナ運動能力が、平坦でない地面上を走行したときに、足の足裏面の全接触特性を改善するために改善された。
【００３９】
図９〜１２のシームズのフット・キールが動的応答能力において明らかに異なる。すなわち、これらの能力は歩行、走行および跳躍動作に関連している。これらのフット・キールは四つの明白な特徴において異なる。これには平坦面よりも優れたシームズ末端残留リム形状を収容するための中足部の近端、後方中の凹所の存在が含まれる。アラインメント凹所は、アーチ状フット・キールの中央部の対応する前方および後方半径がより活動的で寸法の小さいことが必要である。この結果、中足の長いアーチの半径と後足の半径全てが厳しく、かつ小さい。これは明らかに動的応答特性に影響を与える。より小さい半径が動的応答性の少ない可能性を生成する。しかし、義足は前述した歩行、走行および跳躍の大地力全てに対して迅速に応答する。結果は少ない動的応答で迅速な足となる。
【００４０】
改良されたタスクの特定アスレチック性能が本発明の義足を使用してアラインメントの変更で達成することができる。これらのアラインメント変更が、各タスクの垂直および水平要素に影響を与える。人の足は多機能ユニットである。すなわち、歩行、走行および跳躍である。他方で、人の脛骨、腓骨のカーフ・シャンク構造は多機能ユニットではない。これは簡単なレバーで、その長い近端ー末端方向と平行であるその力が歩行、走行および跳躍活動に適用される。これは非圧縮構造であり、かつ、エネルギーを貯蔵する潜在能力がない。他方において、本発明の義足は動的応答能力を有しており、これらの動的応答能力がアスレチックな歩行、走行および跳躍活動およびより性能の優れた人の脛骨と腓骨の水平および垂直直線速度要素に関連している。この結果、可能性が切断手術を受けた人の運動性能を改善するために存在する。この目的のために、本発明によればファスナ８が緩められ、カーフ・シャンクおよびフット・キールの互いのアラインメントがフット・キールの長手方向に調整される。このような変更を図１および２に関して示した。カーフ・シャンクはファスナ８による調整位置にフット・キールに固定される。この調整中、ファスナ８のボルトがそれぞれフット・キールとカーフ・シャンクの対向する比較的長い長手方向に延長する開口部９および１０の一つまたは両方に関して摺動する。
【００４１】
例えば、中足・ストライク走者のフット・フラットで大地と初期接触する走者の性能特性を改善するアラインメントの変更は、フット・キールがカーフ・シャンクに関して前方に摺動され、足の裏がカーフ・シャンク上で屈曲される。この新しい関係が走行の水平方向成分を改善する。すなわち、足に対して屈曲カーフ・シャンクの足の裏が足に対して屈曲し、足が最初のヒール接触に対向するフット・フラット位置で大地と接触し、大地が直ちに前方で大地を押圧する足の後方で押圧する。これがカーフ・シャンクをして迅速に前方に（拡張によって）、かつ、下方向に移動せしめる。動的応答力が拡張によって生成され、初期動作のカーフ・シャンク方向に抵抗を加える。結果として、足が中足骨の足裏面の体重支持域上を回動する。これがキールの中足領域をして拡張せしめ、圧縮を超えて抵抗する。カーフ・シャンクの拡張と中足の拡張の正味の効果は、カーフ・シャンクのさらなる前方進行が抵抗を受け、使用者の身体のひざエキステンダ（extender）とヒップ・エキステンダ（hip extender）を許容して身体の重心をもっと異なる方法で前方、かつ、近くに移動させる（すなわち、改善された水平速度で）。この場合において、カーフ・シャンクの前方前進が、カーフ・シャンクによって少なく抵抗を受けるヒール・トウ走者の場合よりももっと前方で、フット・フラット走者よりももっと背屈を受けて（垂直に）スタートする。
【００４２】
機能的にスプリント・フットを分析するために、カーフ・シャンクのアラインメントの変更とフット・キールが実行される。前方平面に対して平行なその長軸方向にその凹所が全て有するフット・キールに利点がある。カーフ・シャンクは足裏が屈曲し、フット・キール上に後方が摺動する。これが例えば図３〜５および８に示したような多様なフット・キールを備えたフラット・フット走者よりも末端サークルを降下させる。この結果、より大きい水平ポテンシャルが存在し、また動的応答がこの改善された水平能力に向けられる。
【００４３】
短距離走者は増大した運動、力および運動量（慣性）範囲を有する。この運動量は原動力である。そのスタンス相減速相がその加速相よりも短いので、増大した水平直線速度が達成される。これは初期接触において、つま先が大地に接触したときに、大地がフット上の後方を押圧し、フットが大地を前方で押圧することを意味している。カーフ・シャンクが初期接触のフット・フラット走者よりも増大した力を有し、運動量が大きい屈曲と下方向運動に力を加える。これらの力の結果として、フットの長い円弧状凹所が拡張によって負荷され、カーフ・シャンクが拡張によって負荷される。これらの拡張力は走行に関連する全ての他のこれまでに説明した力よりもより大きい範囲に対して抵抗を与える。この結果、フットの動的応答能力が印加された力に比例する。人の脛骨、腓骨カーフ・シャンク応答はエネルギー力ポテンシャルにのみ関連している。すなわち、ストレート構造であり、またエネルギーを貯蔵することができない。スプリントにおける本発明の後方足のこれらの拡張力は、歩行および走行に関する全ての他のこれまでに説明した力よりも量において大きい。この結果、フットの動的応答能力は印加力に比例し、人体機能と比較して切断手術を受けた人の運動性能を増大することは可能である。
【００４４】
図２５に示した義足５３は図３のものと類似であるが、カーフ・シャンクとフット・キール間の調整可能締付機構およびパイロンの下方端に連結するためのカーフ・シャンクの上端の構造が異なる。この実施例において、フット・キール５４がプラスチックまたはアルミニウムの結合要素５６によってカーフ・シャンク５５に調節可能に連結されている。この結合要素がそれぞれ解放可能なファスナ５７と５８によってフット・キールとカーフ・シャンクに固定されている。結合要素をカーフ・シャンクに結合するファスナ５８は、フット・キールと結合要素を結合するファスナ５７よりもより後方にある。このようにしてカーフ・シャンクの作動長さを増すことによって、カーフ・シャンク自体の動的応答能力を増大させる。アラインメントの変更は、他の実施例のようにカーフ・シャンクとフット・キール中の長手方向に延長する開口部と共同して行なわれる。
【００４５】
カーフ・シャンク５５の上端は、パイロン１５を受けるための長尺開口部５９で形成されている。一度パイロンが開口部に受け入れられると、パイロンはボルト６０と６１で締め付け、カーフ・シャンクの自由側縁６２と６３を開口部に沿って互いに引っ張ることによってカーフ・シャンクに強固に締め付けられる。このパイロン結合はボルトを緩めることによって容易に調整でき、パイロンをカーフ・シャンクに対して伸縮自在にして所望の位置にしパイロンを調整位置にボルトを締め付けることによって再締め付けすることができる。
【００４６】
本発明のさらなる実施例による義足７０を図３２に示す。義足はフット・キール７１、カーフ・シャンク７２および結合要素７３からなる。図２５〜２７の実施例の義足５３と類似であるが、義足７０のカーフ・シャンク７２が下方向凸状湾曲下方端７４で形成されており、個の下方端がフット・キール７１上に上方向に最初に前方から、その直立上方端７６に続いているカーフ・シャンクの逆湾曲部７５に延長している。図２８〜３１により詳しく示すように、カーフ・シャンク７２が下方端に配備されてたその最小の曲率半径でその下方端にほぼパラボラ状に形成されている。
【００４７】
カーフ・シャンクの逆湾曲部７５が後方対向面７７を有し、その上に複数の長手方向延長溝７８およびひれ７９を備えている。ひれと溝はカーフ・シャンクの弾性圧縮を容易にし、一方で義足の使用中カーフ・シャンク上の力に応答してその拡張に抵抗を与える。実施例において、長手方向に延長する溝およびひれがＳ状に形成されているが、他の形態、例えば溝およびひれを直線にすることもできる。これまでの実施例のように、解放可能ファスナ８０と８１および、カーフ・シャンクおよびフット・キール中の長手方向延長開口部８２と８３が、フット・キールとカーフ・シャンクのそれぞれ凸状湾曲面の関係の調整を許容して義足の性能を微調整する。これらの凸状湾曲面が、これまでの実施例のようにフット・キールの中足部の背面およびカーフ・シャンクの下方向凸状湾曲、前方対向面を含んでいる。これらの曲線と義足の性能との関係は図面の内の図１および２、さらに関連するこれまでの検討を参照して説明される。カーフ・シャンク７２および義足７０は、図３２に示したように人の足と下方脚の形状における美容的カバリング８４との併用に役立つ。この美容的カバリングはフット・キールと、カーフ・シャンクが下方脚カバリング内のフット・キールから上方向に持ち上げれたカーフ・シャンク少なくとも下方端の上方に配備される。
【００４８】
これが本実施例の説明を終結する。本発明は多数の図示実施例を参照して説明してきたが、多数の他の修正例および実施例も当該技術に習熟した人によって作成でき、本発明の精神と原理の範囲に入ることが理解されるはずである。より詳しく説明すると、理由のあるバリエーションおよび修正は要素部材および（または）本発明の精神から逸脱しないこれまでの説明、図面および添付の請求の範囲の範囲内の物体組み合わせ構成の構成要素とすることもできる。例えば、種々の実施令中の本発明のいくつかの特徴は一緒に使用でき、またはある物を他の物と交換することもできる。義足の結合要素はカーボン・ファイバーおよび高強度ポリウレタン材料のような弾性材料で作ることもでき、またサブタラール・ジョイント機能動作結果に可能性を与える形状にすることもできる。さらに、カーフ・シャンク、結合要素およびフット・キールの構成要素は低コストとなる一つの部品（無調整）義足として一体形成し、または二つの部品の義足として本発明による少なくともある調整可能性をもたせることもできる。要素部材および（または）構成中のバリエーションおよび修正に加えて、代用部材の使用も当該技術に習熟した人にとって明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】二つの近接する曲率半径Ｒ₁とＲ₂を表わす概略図であって、本発明の義足のフット・キールとカーフ・シャンクの一方が他方に対抗し、二つの半径を連結する切線Ａと直交する矢印Ｂの方向の足並み中の足の動的応答能力と運動結果の生成を示す図。
【図２】図１と同様の図であるが、二つの半径のアラインメントが本発明による義足中で変化し、水平要素が増大し、動的応答能力の垂直成分と足並み中の足の運動結果が減少し、これによって切線Ａ₁と直交する矢印Ｂ₁が図１に示した場合よりもより水平方向に向けられている状態を示す図。
【図３】足を切断手術を受けた人の下方脚に固定させるために連結されたパイロン・アダプタとパイロンを備えた本発明の実施例による義足の側面図。
【図４】図３のパイロン・アダプタとパイロンを備えた義足の正面図。
【図５】図３および４の実施例の平面図。
【図６】本発明の義足に使用される本発明のフット・キール、特に短距離走者のための別のフット・キールの側面図。
【図７】図６のフット・キールの平面図。
【図８】高い低動的応答特性だけでなくバイプラナ運動能力をも提供する図３の義足の底面図。
【図９】足のシームズ切断を有する切断手術を受けた人による短距離走行のために特に有利な義足のための本発明の付加的なフット・キールの側面図。
【図１０】図９のフット・キールの平面図。
【図１１】シームズ切断手術を受けた人のための本発明の義足のフット・キールのさらなる変形例を示し、フット・キールが高い低動的応答特性だけでなくバイプラナ運動能力をも伴う義足を提供するフットキールを提供する図。
【図１２】図１１のフット・キールの頂部の平面図。
【図１３】キールの厚みにテーパが付けられ、例えばキールの中足部から後足部まで漸次減少する本発明のフット・キールの側面図。
【図１４】フット・キールの別の形態を示し、厚みがキールの前足から後足に向う中足からテーパが付けられているキールの別の形態を示す側面図。
【図１５】本発明の義足のパラボラ形状カーフ・シャンクの僅かに上部から前部までを示し、カーフ・シャンクの厚みがその上端に向ってテーパのある側面図。
【図１６】図１５と同様であるが、その上端から下方端に向う中間からテーパの付けられた別のカーフ・シャンクを示す側面図。
【図１７】義足のためのＣ形状のカーフ・シャンクを示し、カーフ・シャンクの厚みが中間からその上方端と下方端に向ってテーパの付けられた側面図。
【図１８】義足のためのＣ形状カーフ・シャンクの別の実施例を示し、カーフ・シャンクの厚みがその中間部からその上方端にかけて漸次小さくなる義足を示す側面図。
【図１９】義足のためのＳ形状カーフ・シャンクを示し、両端がその中間から厚みが漸次小さくなる義足を示す側面図。
【図２０】その上方端でのみ厚みにテーパの付けられたＳ形状カーフ・シャンクのさらなるレイを示す図。
【図２１】本発明の義足のためのＪ形状カーフ・シャンクであって、各端でテーパの付けられているカーフ・シャンクの側面図。
【図２２】図２１と同様であるが、その上方端のみに向って厚みが漸次減少するＪ形状カーフ・シャンクを示す図。
【図２３】カーフ・シャンクを図３に示したフット・キールに固定するための本発明の調節可能締め付け機構に使用するアルミニウムまたはプラスチック結合要素を僅かに上方から見た側面図。
【図２４】切断手術を受けた人の脚に固定されるべきパイロンに足を連結するための図３〜５の義足に使用されるパイロンの側面から僅かに正面を見た図。
【図２５】図３のものと同様の本発明の別の義足であるが、結合要素をカーフ・シャンクおよびフット・キールにそれぞれ結合する長手方向に隔置された二つの着脱可能ファスナを伴う結合要素の使用を示す図。
【図２６】図２５の結合要素の拡大側面図。
【図２７】図２５の義足のカーフ・シャンクの拡大側面図。
【図２８】ほぼパラボラ状の下方端の上方で逆方向湾曲部を有する本発明の義足の別のカーフ・シャンクの側面図。
【図２９】図２８のカーフ・シャンクの左側面図。
【図３０】カーフ・シャンクの後方対面逆方向湾曲部上に長手方向に延長する複数のＳ状溝およびひれを示す図２８のカーフ・シャンクの右側面図。
【図３１】図２８の線３１−３１から見た図２８〜３０のカーフ・シャンクの断面図。
【図３２】図２８〜３１のカーフ・シャンクが足の美容的カバリング内に使用された本発明の義足の別の実施例の側面図。

Claims (26)

1. 長手方向に延長するフット・キールと；
   その下方端でフット・キールに固定されフット・キールから上方向に延長する
   カーフ・シャンクと
   を備え、
   前記カーフ・シャンクの下方端が下方向に凸状に湾曲し、かつ、上方向に最初にそこから前方にその直立上方端に続いているカーフ・シャンクの逆方向湾曲部に延長している義足。
2. 前記カーフ・シャンクの下方端がほぼパラボラ状で、その最小の曲率半径が下方端に設けられている請求項１記載の義足。
3. 前記カーフ・シャンクが後足部の上部にフット・キールとフット・キールの中足部の後方部から上方向に延長している請求項１記載の義足。
4. 人の足と下方脚の形状の美容カバリングをさらに含み、この美容カバリングがフット・キールと、カーフ・シャンクが下方脚カバリング内でフット・キールから上方向に立ち上がっているカーフ・シャンクの少なくとも下方端上に配備されている請求項１記載の義足。
5. 前記カーフ・シャンクの逆方向湾曲部が後方に面する面を有しており、この面上に形成された複数の長手方向に延長する溝とひれが設けられ、義足の使用中カーフ・シャンク上の力に応答してその弾性圧縮を容易にする請求項１記載の義足。
6. 前記長手方向に延長する溝とひれがＳ形状である請求項５記載の義足。
7. カーフ・シャンクをフット・キールに固定する調節可能締付機構をさらに含み、この締付機構がフット・キールとカーフ・シャンクの関係の調整を許容して該義足の性能を調整する請求項１記載の義足。
8. 前記調整可能締付機構が少なくとも一つの着脱可能ファスナとフット・キール内の長手方向に延長する開口部を含み、該開口部にファスナが延長してフット・キールの長手方向内のカーフ・シャンクとフット・キールのアラインメントの調整を許容する請求項７記載の義足。
9. 前記カーフ・シャンクが結合部材によってフット・キールに固定されている請求項１記載の義足。
10. 前記カーフ・シャンクとフット・キールがそれぞれ凸状湾曲面を有し、その半径および関係が動的応答能力と該義足の足並みの動作結果に影響を与え、それぞれの凸状湾曲面がフット・キールの中足部の背面とカーフ・シャンクの下方向に凸状に湾曲し前方に対面する面を含んでいる請求項１記載の義足。
11. 前記カーフ・シャンクの凸状に湾曲する下方端が、該カーフ・シャンクがその湾曲下方端から上方向に延長するにつれて増大する曲率半径を有する請求項１記載の義足。
12. 長手方向に延長するフット・キールと；
    該フット・キールと連結する結合部材と；
    該結合部材によってフット・キールに連結され該義足の足首関節域を形成する下方端と、切断手術を受けた人の脚上の支持構造と結合する上方端を有する弾性直立カーフ・シャンクと
    を備え、
    前記カーフ・シャンクの下方端が下方向凸状に湾曲し、かつ、上方向に最初にそこから前方に直立して上方端に続いているカーフ・シャンクの逆方向湾曲部に延びている義足。
13. 当該義足の性能を調整するためにフット・キールの長手方向において互いの関係でカーフ・シャンクとフット・キールのアラインメントの調整を許容する調節可能締付機構をさらに含み請求項１２記載の義足。
14. 前記調節可能締付機構が結合部材とフット・キールを結合する少なくとも一つの解放可能ファスナと、フット・キール内の長手方向に延びる開口部を含み、開口部にファスナが延長してフット・キールとカーフ・シャンクのアラインメントの前記調整を許容する請求項１３記載の義足。
15. 前記カーフ・シャンクの凸状湾曲下方端が、カーフ・シャンクがその湾曲下方端から上方向に延長するにつれて大きくなる曲率半径を有している請求項１２記載の義足。
16. 前記カーフ・シャンクの下方端がほぼパラボラ状で、その最小の曲率半径が下方端に配備されている請求項１２記載の義足。
17. 前記カーフ・シャンクが後足部の上部にフット・キールとフット・キールの中足部の後方部から上方向に延長している請求項１２記載の義足。
18. 人の足と下方脚の形状の美容カバリングをさらに含み、この美容カバリングがフット・キールと、カーフ・シャンクが下方脚カバリング内でフット・キールから上方向に立ち上がっているカーフ・シャンクの少なくとも下方端上に配備されている請求項１２記載の義足。
19. 前記カーフ・シャンクの逆方向湾曲部が後方に面する面を有しており、この面上に形成された複数の長手方向に延長する溝とひれが設けられ、カーフ・シャンクの弾性圧縮を容易にし、義足の使用中カーフ・シャンク上の力に応答してその拡張に抵抗する請求項１２に記載の義足。
20. 前記長手方向に延長する溝とひれがＳ形状である請求項１９記載の義足。
21. 長尺半剛性弾性部材を備えた義足であって、フット・キールへのアタッチメントであり該義足の足首域を形成するための外方凸状湾曲部を前記部材の一端と、切断手術を受けた人の脚上の支持構造に結合された前記部材の対向端とを有し、前記部材の前記一端において前記外方凸状に湾曲した部分が一端から、対向端に続カーフ・シャンクの逆方向湾曲部にに延長しているカーフ・シャンク。
22. 前記部材の前記凸状に湾曲した一端部に長手方向延長開口部をさらに含み、前記カーフ・シャンクをフット・キールに結合するためのファスナが前記部材に沿って滑り込むように構成されている請求項２１記載のカーフ・シャンク。
23. 前記凸状に湾曲した一端部が一端に配備された最小曲率半径を伴う概してパラボラ形状を有する請求項２０記載のカーフ・シャンク。
24. 前記凸状に湾曲した一端部が曲率半径を有し、この半径は該カーフ・シャンクが一端から延長するにつれて大きくなる請求項２１記載のカーフ・シャンク。
25. 当該カーフ・シャンクの逆方向湾曲部がその上に形成され、該カーフ・シャンクの弾性圧縮を容易にし、一方で義足中の該カーフ・シャンクの使用中、該カーフ・シャンク上の力に応答してその拡張に抵抗を与える複数の長手方向延長溝とひれを伴う凸状湾曲面を有している請求項２１記載のカーフ・シャンク。
26. 前記長手方向に延長する溝とひれがＳ形状である請求項２５記載のカーフ・シャンク。

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