JP2004532091A - 回転ベアリングを有する結合型膝用義足 - Google Patents

Abstract

本発明は、大腿骨構成要素１及び脛骨構成要素２を備える膝用義足に関する。この大腿骨構成要素１は、堅固に連結された顆部スライド表面２０を備える。また、脛骨構成要素２は、脛骨プラットフォーム７を備える。この脛骨プラットフォーム７は、回転しないように、脛骨構成要素２に接続され、さらに、顆部スライド表面２０と協同して動く脛骨構成要素スライド表面２１を有する。この義足は、大腿骨構成要素１に屈曲ベアリング１１を備え、脛骨構成要素２に回転ベアリング１２を備えるカップリング装置１０を有する。この回転ベアリングの軸１２は、脛骨方向５に対して傾いている。本発明は、義足内において、力をより効果的に分散させること、及び、義足のパーツが回転したとき、復元力を得ることができることを目的とする。そのために、矢状面において、領域２４に対する法線２５と脛骨方向５との角度を、回転ベアリングの軸１２と脛骨方向５との角度より小さくする。ここで、領域２４は、この顆部スライド表面２０と協同して動く脛骨スライド表面２１の領域であって、伸長した状態において、負荷のほとんどを伝える領域である。

Description

【０００１】
大腿骨及び脛骨構成要素がそれぞれに対して異なる自由度を有する膝用義足が、知られている。義足を適用する膝に残された安定性（stability）が小さい程、義足は、より大きな安定性を提供できなければならず、したがって、上記２つの構成要素間に許される相対運動の自由度も減少する。その逆も言える。大腿骨構成要素と脛骨構成要素間で作用するカップリング装置により、自由度は制限される。請求項１の前提部に記載したように、本発明は、大腿骨構成要素に屈曲ベアリングが形成され、脛骨構成要素に回転ベアリングが形成されたカップリング装置を備えた膝用義足に関する。屈曲ベアリングは、屈曲動作中、横方向の軸を中心とした構成要素の動作を決定する。また、軸が脛骨方向に対しておよそ平行に延びる回転ベアリングにより、垂直軸中心に回転することができる。
【０００２】
その軸方向の力は、大腿骨構成要素の顆部スライド表面から、脛骨構成要素のスライド表面へ伝えられる。脛骨スライド表面は、脛骨構成要素プラットフォームの上部において、顆部スライド表面と協同して動く。ここでは、義足は、２つのグループに分けられる。第一のグループの義足においては、回転ベアリングは、以下のプラットフォームを備える。即ち、そのプラットフォームは、脛骨構成要素に対して回転可能であり、プラットフォームの上部スライド表面は、大腿骨構成要素の顆部スライド表面の屈曲動作に対してのみ協同して動く（ＤＥ−Ｂ−２３３４２６５、ＤＥ−Ａ−２６３６８１６、ＥＰ−Ａ−７１６８３９、ＵＳ−Ａ−４８８８０２１、ＵＳ−Ａ−５３７０７０１）。第二のグループの義足においては、脛骨構成要素プラットフォームは、回転できないように脛骨構成要素に接続されている（ＵＳ−Ａ−５１３９５２１、ＥＰ−Ｂ−４１０２３７、ＥＰ−Ｂ−５３９６５４、ＥＰ−Ａ−７９１３４３）。本発明は、第二のグループに属する。この第二のグループにおいては、屈曲動作中だけでなく、回転動作中においても、大腿骨構成要素顆部スライド表面と脛骨構成要素スライド表面とが相対的に動作する。従来技術においては、回転動作中に、大腿骨構成要素顆部スライド表面が、力を伝達しながら、確実に、脛骨構成要素スライド表面の接触領域と接触を維持するため、脛骨構成要素スライド表面を回転軸に対して略垂直に配置することが必要であると考えられていた。このことは、少なくとも、負荷伝達が生じる屈曲領域には、当てはまる。この領域とは、一般的には、伸長した状態、若しくは、伸長した状態に近い屈曲状態である。回転軸の方向が、足首の関節でなく、足表面に向くように、脛骨の軸に対して傾けられている場合においても、この負荷伝達領域における脛骨構成要素スライド表面を、回転軸に対して略垂直に設置するという要請が、考慮されてきた（ＥＰ−Ｂ−４１０２３７）。このとき、脛骨構成要素スライド表面は、回転軸と同じように傾けられている。よって、脛骨構成要素スライド表面は、後方に向かって下向きに傾斜している。これにより、回転ベアリングは大きな欠点を有することとなる。実際に、脛骨構成要素スライド表面を後方に向かって傾けることにより、力の水平方向成分が発生してしまう。その力成分は、水平軸に関するモーメントにより、回転ベアリングに負荷をかけ、そのことにより、回転ベアリングを、摩擦が増加した状態に晒すことになる。
【０００３】
本発明は、この欠点を改善することを目的とし、クレーム１の特性により実現される。
【０００４】
本発明に係る脛骨構成要素スライド表面は、回転軸が傾いていても、これに相当する傾きは与えられない。運動学において、このことは一見矛盾しているように思われる。なぜならば、回転動作において、両顆部表面を介して、対称的に力を伝えることを妨げるからである。このことにより、次の効果が得られる。第一に、上述された力の水平成分、及び、後者によって引き起こされる回転ベアリングに対する過度のストレスが防止されることである。また、本発明では、義足の構成要素の回転動作により、いつでも、復元力が発生しているという利点も得られる。回転動作中において、脛骨構成要素スライド表面上の大腿骨構成要素顆部が持つ２つの接触部のうちの一つは、前方に移動し、もう一方は後方へ移動する。脛骨構成要素スライド表面は、回転軸に関して垂直ではないので、この変位動作中、２つの顆部接触部の一つは、前の状態と比較して、回転ベアリングより高くなる。負荷をかけると、より低い部分、即ち、元の状態に戻ることにより、復元力が発生する。
【０００５】
ある実施の形態では、脛骨構成要素スライド表面が、脛骨方向に対して、およそ垂直に延在することが好ましい。さらに、正確に言うと、脛骨スライド表面に関する法線の方向は、脛骨方向に対して平行であることが好ましい。上記法線は、脛骨スライド表面の領域であって、義足が伸長した状態で、顆部スライド表面から脛骨スライド表面へほとんどの負荷が伝達される領域における法線である。しかし、脛骨スライド表面が、わずかに傾いている場合であっても、特に、上記法線と脛骨方向との間の角度が、回転ベアリングの軸と脛骨方向との間の角度の半分より小さい場合において、本発明のコンセプトは達成される。
【０００６】
回転ベアリングの方向と上記法線との間の角度の差により、復元力が、回転された義足の構成要素に対して作用するということは、復元力などを発生させる別の手段を避けなければならないことを意味するものではない。特に、よく知られているように（ＤＥ２７４４７１０）、２つの顆部スライド表面の領域と協同し作用する脛骨構成要素スライド表面の２つの領域間に、隆起した中央リブ（central rib）を設けても良い。
【０００７】
本発明を、有利な実施の形態を示した図面を参照しながら、以下の詳細な説明により説明するが、この実施の形態は、例示であって、これらに限られるというものではない。
【０００８】
この義足は、大腿骨構成要素１及び脛骨構成要素２を備え、この大腿骨構成要素１及び脛骨構成要素２を、軸３及び４により、それぞれ、大腿骨及び脛骨に固定する。軸４の方向５は、脛骨の方向を示す。負荷は、大腿骨レール６、及び脛骨プラットフォーム７により、屈曲部の大腿骨構成要素１から脛骨構成要素２へ伝えられる。安定させるために、中継部１０により、この大腿骨構成要素及び脛骨構成要素を互いに接続する。カップリング装置である中継部１０は、大腿骨構成要素１に対してはヒンジを形成し、脛骨構成要素２に対しては、回転軸１２を有する回転ベアリングを形成する。ここで、この大腿骨構成要素１の関節軸１１は、屈曲軸と一致している。上記回転ベアリングは、中継部１０のピン１５及び脛骨構成要素の孔１３からなる。この孔１３は、例えば、ポリエチレンから形成されたスライド式軸受筒１４を有し、このスライド式軸受筒は、スライドしながらフィットするようにピン１５を受ける。矢状面において、回転軸１２は、義足の脛骨５に対して角度αをなす。この角度αは、示された具体例においては、９°である（概して４°〜１５°である。）。
【０００９】
大腿骨構成要素のレール６は、本来の顆部の役割を果たす。レール６により形成されたスライド表面２０は、顆部スライド表面と呼ばれる。側面図から見て、スライド表面２０を扇状に形成しても良い。この場合、曲面の中心軸は、屈曲軸１１と一致させる。自然の状態に上手く近づけるため、それらを多中心（polycentric）としてもよい。
【００１０】
脛骨プラットフォーム７を、脛骨構成要素のプレート１７上に堅固に保持する。例えば、ねじにより、持ち上がらないように固定することが好ましい。脛骨プラットフォーム７は、切り込み部１８を備える。この切り込み部１８は、中継部１０の輪状部１９と噛み合って、ピン１２を回転ベアリングに確実に保持する。
【００１１】
脛骨構成要素プラットフォーム７は、その上部において、脛骨スライド表面２１を形成する。この脛骨スライド表面２１は、各顆部スライド表面２０に対するスライド表面領域を形成する。顆部スライド表面の間に、高くなった隆起状領域２２を形成する。また、隆起状領域２２は、大腿骨構成要素の顆頭間ノッチ（intercondylar notch）２３の中に突き出ている。
【００１２】
側面図若しくは矢状面において、顆部スライド表面２０の形状にある程度合わせるため、脛骨プラットフォーム７の脛骨スライド表面２１を、窪んだ凹状態に形成することが好ましい。その結果、表面接触圧は減少する。もちろん、完全に一致させることもできるが、たいていの場合、それは必要でないし望まれない。一方、図面方向においては、回転軸１２に関してニュートラルポジションを取る状態において（足の伸長状態に対応する）、大腿骨スライド表面２０と脛骨スライド表面２１の形状がかなり一致していることが好ましい。
【００１３】
この脛骨プラットフォーム７を、脛骨構成要素２上に堅固に取り付けた場合、顆部スライド表面２０と脛骨スライド表面２１の相対位置を屈曲軸１１により決定する。脛骨スライド表面２１の曲率半径が、顆部スライド表面２０の曲率半径より大きい場合、形状の関係は、以下のように決定される。即ち、義足のパーツが回転しない状態における理論的な形状の接点が、脛骨スライド表面の領域のうち、その領域に対する法線（目的領域の表面に対して垂直に引いた線）が、脛骨方向５に対しておよそ平行に延びるような領域にあるように決定される。この領域及びこの領域に対する法線を、参照番号２４及び２５を用いて、図３に示している。
【００１４】
示された実施の形態から離れるが、仮に顆部スライド表面２０及び脛骨スライド表面２１の曲率半径が矢状面において同じである場合でも、負荷伝達は、理論的な接触表面に亘って分散されず、むしろ同様に、主に力が伝達されるようなある領域が形成される。この領域は、概して、伸長した状態及び立ち上がった状態において、水平に位置する。従って、この場合にも、法線は、脛骨方向に対して略平行に延びる。
【００１５】
示された実施の形態から離れるが、脛骨プラットフォーム７を、屈曲運動中、ガイド面上を、脛骨構成要素１に対して前方に又は後方に移動させることができる場合、それぞれの場合におけるプラットフォームは、力の伝達が最も大きな点における脛骨スライド表面が、脛骨プラットフォームのガイド面に対して略平行に延びるようなポジションを取る。つまり、主に負荷が伝達される領域に対する法線は、ガイド面に対して垂直にする。
【００１６】
すべての場合において、本発明は、側面図において、主に負荷が伝達される領域に対する法線と脛骨方向とのなす角が、回転ベアリングの軸と脛骨方向とのなす角より小さくなるように形成することが必要である。脛骨方向が、鉛直であるとした場合、脛骨スライド表面は、この領域において、略水平であるべきである。
【００１７】
伸長したポジションの場合では概してそうであるが、義足の構成要素１及び２が、軸１２に関して回転していない場合（ニュートラルポジション）においても、両顆部スライド表面は、力を伝達しながら、脛骨スライド表面の関連する領域に接している。義足の構成要素１と２との間、即ちスライド表面２０と２１との間において、軸１２に関して回転するとき、領域２４において互いに接触しているスライド表面領域は、前方若しくは後方へ相対的に変位する。従来から知られているように、この領域に対する法線が、回転軸１２に対して平行に延びていれば、回転ベアリングに関して、顆部スライド表面２０の作用領域の高さは実質的に変化しない。しかし、本発明によれば、この領域に対する法線２５は、回転軸１２以外の方向を有するので、関連する領域におけるスライド表面２０、２１は、円周方向において傾くことになる。結果的に、顆部片側において、顆部スライド表面２０は、義足の脛骨構成要素に対して、無理に持ち上げられる。したがって、負荷をかけると、ニュートラル回転ポジションに戻ろうとする。
【００１８】
また、本発明は、最も負荷をかけた状態では、法線２５が、およそ負荷の方向に対応するという有利な効果を有する。横方向の力、及びそれにより回転ベアリング１３、１４及び１５に作用する曲げモーメントを、スライド表面の関連領域を回転軸と同じくらい傾けた場合より小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、義足の背面図である。
【図２】図２は、義足の断面図である。
【図３】図３は、義足の側面図である。

Claims (4)

1. 強固に連結された顆部スライド表面（２０）を備える大腿骨構成要素（１）と、
   回転できないように、脛骨構成要素（２）に取り付けられ、顆部スライド表面（２０）と協同して動く脛骨スライド表面（２１）を有する脛骨プラットフォーム（７）を備える脛骨構成要素（２）と、
   大腿骨構成要素（１）に屈曲ベアリング（１１）が形成され、脛骨構成要素（２）に回転ベアリング（１２〜１４）が形成され、さらに、前記回転ベアリングの軸（１２）が、脛骨方向（５）に対して傾けられているカップリング装置（１０）とを備える膝用義足であって、
   側面図若しくは矢状面において、顆部スライド表面（２０）と協同して動く脛骨スライド表面（２１）であって、さらに、伸長した状態において、ほとんどの負荷を伝達する脛骨スライド表面（２１）の領域を領域（２４）として、
   該領域（２４）に対する法線（２５）と脛骨方向（５）とがなす角が、回転ベアリングの軸（１２）と脛骨方向（５）とがなす角より小さいことを特徴とする膝用義足。
2. 前記法線（２５）と脛骨方向（５）とのなす角が、回転ベアリングの軸（１２）と脛骨方向（５）とのなす角（α）の半分以下であることを特徴とする請求項１記載の膝用義足。
3. 前記法線（２５）が、脛骨方向に対して、およそ平行であることを特徴とする請求項２記載の膝用義足。
4. 前記脛骨スライド表面（２１）が、顆間領域（２２）において隆起していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の膝用義足。