JP2007517593A - 適応動作を伴う膝装具ヒンジ - Google Patents

Abstract

ここに開示する膝装具ヒンジによって、ヒンジを含む膝装具が、膝に悪い動作を抑止しながら装具着用者の膝の自然な動作をたどり得る。ある実施形態において、第１の動作範囲において、ヒンジは、固定された軸の周りにおける回転である唯一の自由度を有する。第２の動作範囲において、ヒンジは、回転および平行移動の少なくとも２つの自由度を有する。

Description

関連出願
本願は、２００４年１月７日付出願の仮出願第６０／５３４、７１９号に対して優先権を主張し、その全内容が、参照により明示的にここに組み込まれる。

本発明は、整形外科用装具に関する。

多くの膝装具は、着用者の膝に悪い動作が行われることを抑止する。これらの膝装具の多くは、着用者の膝を自然な動作範囲に沿って誘導すると同時に、このような抑止を行い得る。よって、多くの膝装具のヒンジは、膝の自然な動作に近づけようとする。これらの設計のいくつかは、一中心型ヒンジ、多中心型ヒンジ、四節リンク機構式ヒンジ、およびカムヒンジを含む。これらの各設計は、特有の動作範囲を有する。

一般に、矢状面において見ると、人間の膝は、膝を屈曲させると大腿骨が部分的に脛骨上を後方に転動する、滑るようにして動く。大腿骨の後方への転動は、膝を完全伸展から９０°を超えて屈曲させたときに最も顕著である。上述の各ヒンジの設計に共通する一つの問題は、自然な膝の動作が、人によって異なることである。実際に、自然な膝の動作は、その人が参加する活動のタイプによって、個人ごとにいっそう異なる場合がある。自然な膝の動作がこのように異なることによって、膝装具は、ヒンジの動きと自然な動作とが不適合になった結果として、着用者の膝に望ましくない力をかけてしまう恐れがある。

いくつかの膝装具のヒンジの設計は、ヒンジの回動点を前後方向および／または上下方向にゆっくり動かし得ることにより、前述の問題を解決しようとしている。これらのヒンジは、一つを超える動作の自由度を有し、一つを超える動作経路をたどり得る。ヒンジの回動点は、種々の所定の時の膝の瞬間回動点に適合するように位置が変化し得る。これらのタイプのヒンジのいくつかの例が、米国特許第５，０６３，９１６号明細書および第５，０７４，２９０号明細書に記載されている。これらのヒンジの設計の一つの欠点は、動きに順応性があることによって、ヒンジが、着用者の膝に悪い動作のいくつかを抑止できないことである。

一般に、膝は、脚が完全伸展に近くなったとき最も傷つきやすい。この位置において、前十字靱帯（ＡＣＬ）には、最大の張力がかかっている。ＡＣＬは、脛骨が大腿骨に対して前方へ移動するのを妨げるように作用する。ＡＣＬの損傷を防ぐために、膝装具は、このタイプの動き（大腿骨に対する脛骨の前方への移動）を抑止する。ＡＣＬはまた、過伸展および過屈曲により損傷を受けやすい。したがって、所定の膝装具は、膝の伸展および屈曲の程度を制限し得ることが好ましい。膝が完全伸展から十分に屈曲すると、ＡＣＬは、弛緩し、ずっと損傷しにくくなる。さらに、膝が屈曲すると、膝の前後への移動の多くは、靱帯というより筋力の抑止により調節されるようになる。

一般的な膝装具は、膝の内反および外反屈曲を妨げることにより、内側側副靱帯（ＭＣＬ）および外側側副靱帯（ＬＣＬ）を保護する。このような屈曲は、膝の横への衝撃により生じる場合がある。

適応動作を伴う本膝装具のヒンジの好ましい実施形態は、いくつかの特徴を有し、それらの特徴のうち単独だけでは、望ましい特性を得られない。これらの膝装具のヒンジの範囲を限定せずに、以下の特許請求の範囲に明示するように、それらのさらに顕著な特徴を簡単に説明する。この説明を検討した後、特に、「好ましい実施形態の詳細な説明」という欄を読んだ後、好ましい実施形態の特徴から、いかに利点を得られるかが理解されるだろう。これらの利点には、膝に悪い動作をさせることを抑止すると同時に、膝に望ましくない力がかかることを回避するために自然な膝の動作をたどり得ることを含む。

本膝装具のヒンジの一実施形態は、少なくとも第１のヒンジプレートと、カムプレートとを備える。ヒンジプレートおよびカムプレートは、第１の動作範囲では、ヒンジプレートがカムプレートに対して回動し得るが平行移動はしないように、第２の動作範囲では、ヒンジプレートがカムプレートに対して回動し平行移動するように、相互に留められる。

本膝装具のヒンジの別の実施形態は、回動用開口部および誘導用開口部を含む少なくとも第１のヒンジプレートと、ヒンジプレートに留められカムスロットを含むカムプレートと、回動用開口部およびカムスロットを貫通する回動部材と、誘導用開口部およびカムスロットを貫通する誘導部材と、を備える。回動部材および誘導部材と、カムスロットとの相互作用によって、ヒンジプレートとカムプレートとの相互の回転および平行移動が調節される。

本膝装具のヒンジの別の実施形態は、回動用開口部および第１のカムスロットを含む少なくとも第１のヒンジプレートと、ヒンジプレートに留められ第２のカムスロットを含むカムプレートと、回動用開口部および第２のカムスロットを貫通する回動部材と、カムプレートに留められ第１のカムスロット内に延びる誘導部材とを備える。回動部材と第２のカムスロットとの相互作用、および誘導部材と第１のカムスロットとの相互作用によって、ヒンジプレートとカムプレートとの相互の回転および平行移動が調節される。

本膝装具のヒンジの別の実施形態は、少なくとも第１のヒンジプレートと、ヒンジプレートに留められ実質的に角が丸くなった菱形であるカムスロットを含む、カムプレートと、ヒンジプレートに留められカムスロットを貫通する実質的に楕円形の誘導部材とを備える。誘導部材とカムスロットとの相互作用によって、ヒンジプレートとカムプレートとの相互の回転および平行移動が調節される。

本膝装具のヒンジの別の実施形態は、少なくとも第１のヒンジプレートと、少なくとも第２のヒンジプレートとを備える。ヒンジプレートは、第１の動作範囲では、前記ヒンジプレートの相互移動が、唯一の自由度を含むように、相互に可動に留められる。第２の動作範囲では、ヒンジプレートの相互移動が、少なくとも２つの自由度を含む。

本膝装具のヒンジの別の実施形態は、着用者の膝を支持し膝に悪い動作を抑止するための膝装具を備える。装具は、少なくとも第１の剛性のあるカフと、少なくとも第２の剛性のあるカフとを備える。複数のカフは、第１の動作範囲では、複数のカフの相互の動きが、唯一の自由度を含むように相互に可動に留められる。第２の動作範囲では、複数のカフの相互の動きが、少なくとも２つの自由度を含む。

本膝装具のヒンジの別の実施形態は、膝に悪い動作を抑止しながら自然に屈曲し伸展させ得るために膝を支持する方法を含み、当該方法は、抑制状態と適応状態との２つの動作状態を有するヒンジを含む整形外科用膝装具を膝に使用するステップを含み、抑制状態では、ヒンジは、実質的に固定された軸の周りにおける回転である唯一の自由度を含み、適応状態では、ヒンジは、１つの回転自由度と２つの平行移動自由度との３つの自由度を含む。

ここで使用するように、外側（ｌａｔｅｒａｌ）という用語は、身体の垂直方向中心線から遠い側を意味し、内側（ｍｅｄｉａｌ）という用語は、身体の垂直方向中心線に近い側を意味し、前（ａｎｔｅｒｉｏｒ）という用語は、身体の正面を意味し、後（ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ）という用語は、身体の背面を意味し、上（ｓｕｐｅｒｉｏｒ）という用語は、身体の上側を意味し、下（ｉｎｆｅｒｉｏｒ）という用語は、身体の下側を意味する。上の各用語は、本ヒンジの構成要素に用いると、図１に示す装具３０の形態、すなわち、着用者の脚が完全伸展して着用者が直立したときの装具３０の形態を示す。簡略化のため、着用者の脚は図示していない。

図１に、本膝装具のヒンジを含むように適合された膝装具３０の一例を示す。装具３０は、剛性のある大腿フレーム３２と剛性のある腓腹フレーム３４とを含む。ヒンジ３６は、着用者の膝が屈曲し伸展するにつれて、フレーム３２、３４が各脚部の動作に従い得るように、フレーム３２、３４を回動式に連結している。複数のストラップ３８が、着用者の脚（図示せず）への装具３０の配置を助ける。

図２〜図２０に、本膝装具のヒンジの種々の実施形態を示す。図２〜図４を参照すると、本膝装具のヒンジの一実施形態４０は、複数の可動プレートを含む。特に図４を参照すると、カム式ヒンジプレート（カムプレート）４２が、内ヒンジプレート４４と外ヒンジプレート４６との間に挟まれている。内ヒンジプレート４４と外ヒンジプレート４６とは、カムプレート４２に対してともに回動する。外プレート４６の延長部４８は、図１に示す膝装具３０の剛性のある大腿フレーム３２に取り付け得る。カムプレート４２の延長部５０は、装具３０の剛性のある腓腹フレーム３４に取り付け得る。ヒンジプレート４２、４４、４６は、金属（例えば、鋼またはアルミニウムなどの）頑丈な材料からなることが好ましい。

ここで使用するように、内（ｉｎｎｅｒ）および外（ｏｕｔｅｒ）という用語は、着用者の膝に対するヒンジ構成要素の位置を示す。したがって、内プレートは、本ヒンジを含む装具を着用したとき、着用者の膝に相対的に近くに配置されるように適合される。しかしながら、ここに示す各ヒンジは、右脚または左脚に着用するように適合された装具上に内側または外側ヒンジとして使用するように適合されている。よって、ヒンジを、右脚または左脚の内側または外側のいずれに配置するかによって、内プレートは、容易に外側プレートになり、またその逆になってもよい。しかしながら、簡略化のため、右脚に着用するように適合された装具の内側ヒンジである場合、あるいは左脚に着用するように適合された装具の外側ヒンジである場合の、各実施形態をここに説明する。内プレートと外プレートとの位置は、特定の応用に合うように、着用者の身体の中心線に対して逆であってもよいことを、当業者は理解するだろう。

引き続き図４に関して、ここに示す実施形態では、内プレート４４は、円形であって、複数の開口を含み、これらの開口には、回動用開口部５２と、誘導部材用開口部と、複数の屈曲停止用開口部５６と、複数の伸展停止用開口部５８とが含まれる。外プレート４６は、同様に、実質的に円形の部分６０を含み、当該円形部６０は、複数の開口部を含み、この複数の開口部には、回動用開口部５２と、誘導部材用開口部５４と、複数の屈曲停止用開口部５６と、複数の伸展停止用開口部５８とが含まれる。各開口部５２、５４、５６、５８は、ピンまたはリベットなどの締付部材を受け入れるように適合されている。外プレート４６上における開口部５２、５４、５６、５８の位置は、内プレート４４上における開口部５２、５４、５６、５８の位置に対応している。よって、外プレート４６の開口部５２、５４、５６、５８を貫通する締付部材は、同様に、内プレート４４の対応の開口部５２、５４、５６、５８を貫通し得る。このような締付部材の軸部分は、以下に説明するように、カムプレート４２の種々のカム面と係合するように適合している。

内プレート４４の回動用開口部５２は、その中心に配置される。同様に、外プレート４６の回動用開口部５２は、実質的に円形の部分６０の中心に配置される。回動部材６２は、内プレート４４と外プレート４６との間にカムプレート４２を配置して、回動用開口部５２を貫通し、内プレート４４と外プレート４６とを相互にしっかり留める。ここに示す実施形態では、回動部材６２は、リベットを含む。しかしながら、ねじまたはピンなどのどんな締付部材を代用してもよいことを、当業者は理解するだろう。

図４および図６を参照すると、各内プレート４４および外プレート４６の誘導部材用開口部５４は、ヒンジが完全伸展すると、各回動用開口部５２のおおよそすぐ後に、かつ、回動用開口部５２と各プレート４４、４６の後縁との間のおおよそ中間点に配置される。誘導部材６４は、誘導部材用開口部５４を貫通する。誘導部材６４は、以下に説明するようにヒンジ４０の動作を誘導する。ここに示す実施形態では、誘導部材６４は、リベットを含む。しかしながら、ねじまたはピンなどのどんな締付部材を代用してもよいことを、当業者は理解するだろう。

図２および図４を参照すると、各プレート４４、４６の屈曲停止用開口部５６は、各プレート４４、４６の縁の近傍に配置され、ヒンジ４０が完全伸展すると回動用開口部５２の前および上に配置される。ここに示す実施形態では、屈曲停止用開口部５６を４つ設けている。しかしながら、それよりも少ないまたは多い屈曲停止用開口部５６を設けてもよいことを、当業者は理解するだろう。各プレートの伸展停止用開口部５８は、ヒンジが完全伸展すると、回動用開口部５２に対して前および下の、各プレートの縁の近傍に配置される。ここに示す実施形態では、伸展停止用開口部５８を５つ設けている。しかしながら、それよりも少ないまたは多い伸展停止用開口部５８を設けてもよいことを、当業者は理解するだろう。

各屈曲停止用開口部５６は、屈曲停止部材（図示せず）を受け入れるように適合される。屈曲停止部材は、各内プレート４４および外プレート４６の対応の屈曲停止用開口部５６を貫通する。屈曲停止部材の軸部分は、以下に詳述するように、ヒンジ４０が達し得る最大屈曲角度を制限するために、カムプレートの屈曲停止面６６（図５）と係合するように適合される。各伸展停止用開口部５８は、伸展停止部材６８（図４）を受け入れるように適合される。伸展停止部材６８は、各プレートの対応の伸展停止用開口部５８を貫通する。伸展停止部材６８の軸部分７０は、以下に詳述するように、ヒンジ４０が達し得る最大伸展角度を制限するために、カムプレート４２の伸展停止面７２（図５）と係合するように適合される。

図４および図５を参照すると、ここに示す実施形態では、カムプレート４２は、延長部とつながった実質的に半円形の部分７４を含む。半円形部７４は、滑らかな丸い縁を含み、これらの縁は、実質的に三日月状のカム面７６で終わっている。カム面７６は、カムプレート４２の長手方向軸線に対して傾斜して延びる実質的に一直線の中央部分を含む。中央部と対向した端部は、複数の屈曲停止面６６および伸展停止面７２になり得る波形の部分で終わっている。屈曲停止部材は、複数の屈曲停止面６６の一つと接触するように適合される。接触する屈曲停止面６６は、屈曲停止用開口部５６のどの開口部が屈曲停止部材を収容するかにより異なる。屈曲停止部材が複数の屈曲停止面の一つの面と接触すると、装具３０は、それ以上の屈曲が抑止される。同様に、伸展停止部材６８は、複数の伸展停止面７２の一つと接触するように適合される。接触する伸展停止面７２は、伸展停止用開口部５８のどの開口部が伸展停止部材６８を収容するかにより異なる。伸展停止部材６８が伸展停止面７２の一つと接触すると、装具３０は、それ以上の伸展が抑止される。

屈曲停止用開口部５６の位置および屈曲停止面６６の形状によって、装具３０の最大屈曲角度が決定される。例えば、装具３０は、３０°、４５°、６０°、７５°の屈曲で、最大屈曲角度になり得る。同様に、伸展停止用開口部５８の位置および伸展停止面７２の形状によって、装具３０の最大伸展角度が決定される。例えば、装具３０は、０°、−１５°、−３０°、−４５°および−６０°の伸展で、最大伸展角度になり得る。

図５を参照すると、半円形部７４の内部（ｉｎｔｅｒｉｏｒ）領域は、カムスロット７８を含む。ここに示す実施形態では、カムスロット７８は、実質的にＵ字状であり、上部水平スロット８０と、下部水平スロット８２と、上部水平スロット８０および下部水平スロット８２の後端を連結する傾斜スロット８４とを含む。上部スロット８０の幅は、回動部材６２の軸部分（図４）の幅と実質的に同一である。よって、上部スロット８０は、摺動式に回動部材６２を受け入れるように適合される。上部スロット８０の上壁の後部は、突出した隆起部８８を含む。隆起部８８は、以下に詳述するように、回動部材６２が後へ摺動するのを制限する。

図６〜図１０を参照すると、上部水平スロット８０は、回動部材６２を受け入れるように適合され、傾斜スロット８４および下部水平スロット８２は、誘導部材６４を受け入れるように適合される。ヒンジ４０には、動作状態が２つあり、回動部材６２および誘導部材６４が、各動作状態の特性を決定する。図６および図７に示した第１の状態は、抑制状態を示す。ヒンジ４０は、完全伸展から、第２の状態が開始される所定の屈曲角度まで、この状態になっている。移行角度と呼ぶこの角度は、約４５°から約６０°の範囲になり得る。移行角度近くでは、ＡＣＬを損傷するリスクが著しく減少する。さらに、異なる装具３０の着用者における膝動作のばらつきは、より顕著になってくる。

人の膝において、完全伸展近くにおける膝の動作は、一般に、ほぼ固定された軸周りの回転に制限される。したがって、ここに示す実施形態において、抑制状態によって、ヒンジ４０は唯一の自由度を得られる。この自由度は、回動部材６２の周りにおける回動である。しかしながら、代替実施形態では、所定の着用者の膝の自然な動作に合わせるために、回動部材６２の平行移動に連動して、ヒンジ４０が回転し得る。

回動部材６２および誘導部材６４と、カムスロット７８（図６および図７）との相互作用によって、ヒンジ４０が、抑制状態においてほぼ固定された軸の周りを回転することが制限される。上部スロット８０は、回動部材６２の、後方向を除く全方向への平行移動を抑制する。誘導部材６４と傾斜スロット８４の後壁とが接触することによって、回動部材６２が、後方向に平行移動することが抑制される。よって、誘導部材６４が傾斜スロット８４の後壁に沿って摺動したとき、ヒンジ４０は、唯一の自由度である、回動部材６２の周りにおける回転を行い得る。この回転は、抑制状態において、ヒンジ４０の唯一の自由度であり得るので、ヒンジ４０は、前後の平行移動、内反および外反屈曲、過伸展などの膝に悪い動作を抑止する。このように、ヒンジ４０は、着用者のＡＣＬ、ＭＣＬおよびＬＣＬを損傷から保護する。

図８〜図１０に示す第２の動作状態を、適応状態または遊動状態と呼ぶ。この状態は、膝が移行角度より深く屈曲すると始まり、これは、この誘導部材６４が、大体、傾斜スロット８４から下部水平スロット８２内へ移動すると起こる。一旦、誘導部材６４が傾斜スロット８４から出ると、誘導部材６４と傾斜スロット８４の後壁との間に隙間があく。よって、誘導部材６４は、回動部材６２を後方向へ平行移動させないような抑制を全くしなくなる。したがって、適応状態では、回動部材６２は、上部水平スロット８０内を前後方向に摺動し得る。回動部材６２がこのように動くことによって、大腿骨が脛骨上において摺動すると、平行移動する膝の回転の中心をたどって、その結果、ヒンジが、装具着用者の膝の自然な動作に適合する。しかしながら、誘導部材６４と、カムスロット７８の壁との相互作用によって、上部水平スロット８０内において回動部材６２が後方へ移動することがなお制限され得る。さらに、適応状態においてさえ、ヒンジ４０は、なお、内反および外反屈曲、ならびに過屈曲を抑止し続ける。回動部材６２は、隆起部８８と接触するまで上部水平スロット８０内を後方向に摺動し得る。隆起部８８は、回動部材６２を通過させないようにスロット８０を狭くする。ヒンジ４０は、誘導部材６４が下部スロット８２の上壁と接触するまで、回動部材６２の周りを回転し続け得る。このような接触が生じたとき、ヒンジ４０は最大屈曲角度である。この最大屈曲角度によって、着用者の膝が過屈曲することが妨げられる。

図１１〜図１５に、適応動作を伴う本膝装具のヒンジの別の実施形態を示す。図２〜図１０のヒンジ４０と同様に、ヒンジ９０は、複数の可動プレート（図１１）を含む。カム式ヒンジプレート９２が、内ヒンジプレート９４と外ヒンジプレート９６との間に挟まれている。内プレート９４および外プレート９６は、カムプレート９２に対して共に回動する。外プレート９６の延長部９８は、図１に示した膝装具３０の剛性のある大腿フレーム３２に取り付け可能である。カムプレート９２の延長部１００は、膝装具３０の剛性のある腓腹フレーム３４に取り付け可能である。ヒンジプレート９２、９４、９６は、金属（例えば、鋼またはアルミニウム）などの頑丈な材料からなることが、好ましい。

特に図１１を参照すると、ここに示す実施形態では、内プレート９４は、円形で、回動用開口部１０２と、複数の屈曲停止用開口部１０４と、複数の伸展停止用開口部１０６とを含めた複数の開口部を含む。内プレート９４は、カムスロット１０８も含む。外プレート９６は、同様に、実質的に円形の部分１１０を含み、当該円形の部分は、回動用開口部１０２と、複数の屈曲停止用開口部１０４と、複数の伸展停止用開口部１０６と、カムスロット１０８とを含めた複数の開口部を含む。各開口部１０２、１０４、１０６は、ピンまたはリベットなどの締付部材を受け入れるように適合される。外プレート９６における開口部１０２、１０４、１０６およびカムスロット１０８の位置は、内プレート９４における開口部１０２、１０４、１０６およびカムスロット１０８の位置に対応する。よって、外プレート９６の開口部１０２、１０４、１０６またはカムスロット１０８を貫通する締付部材は、同様に、内プレート９４の対応の開口部１０２、１０４、１０６またはカムスロット１０８を貫通し得る。開口部の一つを貫通する締付部材の軸部分は、以下に詳述するように、カムプレート９２の種々のカム面に係合するように適合される。

さらに図１１を参照すると、内プレート９４の回動用開口部１０２が、その中心に配置される。同様に、外プレート９６の回動用開口部１０２は、実質的に円形の部分１１０の中心に配置される。回動部材１１１は、回動用開口部１０２を貫通し、内プレート９４および外プレート９６を、カムプレート９２をそれらの間に配置して相互に留める。ここに示す実施形態では、回動部材１１１には、リベットが含まれる。しかしながら、ねじまたはピンなどの種々の締付部材を代用し得ることを、当業者は理解するだろう。

図１３〜図１５を参照すると、各内プレート９４および外プレート９６のカムスロット１０８は、突出部１１２が延びている拡大主要部１１０を含む。ヒンジ９０が完全伸展すると（図１３）、突出部１１２の上の領域が、回動用開口部１０２の前に配置される。突出部１１２の残りの部分は、そこから下および後に延び、拡大主要部１１０と合わさり、当該拡大主要部１１０は、ヒンジ９０が完全伸展すると、回動用開口部１０２の下および後に配置される。

図１２を参照すると、ここに示す実施形態では、カムプレート９２の周縁形状は、図５に示すカムプレート４２の周縁形状と実質的に同一である。よって、カムプレート９２は、屈曲停止面１１４および伸展停止面１１６を含む。図１１を参照すると、ここに示す実施形態では、内プレート９４および外プレート９６は、屈曲停止用開口部１０４と、伸展停止用開口部１０６とを含み、これらの開口部は、図２〜図１０のヒンジ４０の対応の開口部と実質的に同一である。ヒンジ９０は、さらに、任意選択的に、屈曲停止用開口部（図示せず）と伸展停止部材１１８とを含む。よって、図１１〜図１５のヒンジ９０は、装具着用者に、図２〜図１０のヒンジ４０と同様に最大屈曲角度および伸展角度の範囲を提供するように適合される。

さらに図１２を参照すると、カムプレート９２の内領域には、カムスロット１２０が含まれる。ここに示す実施形態では、カムスロット１２０は、ヒンジ９０が完全伸展のとき、実質的に楕円形であり水平である。カムスロット１２０の幅は、回動部材１１１の軸部分１２２（図１１）の幅と実質的に同一である。よって、カムスロット１２０は、摺動式に回動部材１１１を受け入れるように適合される。

カムプレート９２は、さらに、カムスロット１２０の前に配置される開口部１２４を含む。開口部１２４は、誘導部材１２６（図１１）を受け入れ、当該誘導部材１２６は、ここに示す実施形態では、円筒形のピンを含む。誘導部材１２６は、カムプレート９２の両面から突出する。よって、誘導部材１２６の両端は、内プレート９４および外プレート９６のカムスロット１０８と係合するように適合される。誘導部材１２６は、以下に詳述するように、ヒンジ９０の動作を誘導する。ここに示す実施形態では、誘導部材１２６には、ピンが含まれる。しかしながら、ねじまたはリベットなどのどんな締付部材を代用してもよいことを、当業者は理解するだろう。

図１３〜図１５を参照すると、カムプレート９２のカムスロット１２０は、回動部材１１１を受け入れるように適合され、内プレート９４および外プレート９６のカムスロットは、誘導部材１２６を受け入れるように適合される。図２〜図１０に示す上述のヒンジ４０と同様に、図１１〜図１５のヒンジ９０には、２つの動作状態があり、回動部材１１１および誘導部材１２６が、各動作状態の特性を決定する。第１の状態（抑制状態）を図１３に示す。ヒンジ９０は、完全伸展から、第２の状態が開始される所定の屈曲角度まで抑制状態になっている。この角度（移行角度）は、約４５°から約６０°の範囲内であり得る。

ここに示す実施形態では、抑制状態によって、ヒンジ９０は唯一の自由度を得られる。この自由度は、回動部材１１１の周りにおける回動である。しかしながら、代替実施形態では、所定の着用者の膝の自然な動作と適合させるために、回動部材１１１が平行移動すると、ヒンジ９０を回転させ得る。

回動部材１１１と、カムプレート９２のカムスロット１２０とが相互作用し、かつ、誘導部材１２６と、内プレート９４および外プレート９６のカムスロット１０８との相互作用によって（図１３）、ヒンジ９０が、抑制状態において、ほぼ固定された軸の周りを回転することが制限される。カムプレート９２のカムスロット１２０は、回動部材１１１が、後方向を除いた全方向に平行移動することを抑制する。誘導部材１２６と、内プレート９４および外プレート９６のカムスロット１０８の前壁とが接触することによって、回動部材１１１の後方向への平行移動が抑制される。よって、ヒンジ９０には、誘導部材１２６がカムスロット１０８の前壁に沿って摺動すると、回動部材１１１の周りを回転する唯一の自由度がある。この回転は、抑制状態において、ヒンジ９０がとり得る唯一の自由度なので、ヒンジ９０は、前後への平行移動、内反および外反屈曲、ならびに過伸展などの膝に悪い動作を抑止する。よって、ヒンジ９０は、着用者のＡＣＬ、ＭＣＬおよびＬＣＬを損傷から保護する。

第２の動作状態（適応状態または遊動状態）を図１４および図１５に示す。この状態は、膝が移行角度より深く屈曲すると開始され、これは、およそ、誘導部材１２６が、内プレート９４および外プレート９６のカムスロット１０８の拡大主要部１１０に入ると起こる。一旦、誘導部材１２６がこの部分１１０に入ると、誘導部材１２６と主要部分１１０の壁との間に隙間があき得る。よって、誘導部材１２６は、回動部材１１１を後方向に平行移動させない抑制をもはや全くしなくなる。したがって、適応状態では、回動部材１１１は、カムプレート９２のカムスロット１２０内を前後方向に摺動し得る。回動部材１１１がこのように動くことによって、大腿骨が脛骨上において摺動すると、平行移動する膝の回転の中心をたどって、その結果、ヒンジ９０が、装具着用者の膝の自然な動作と適合する。しかしながら、誘導部材１２６と、内プレート９４および外プレート９６のカムスロット１０８の壁との相互作用によって、なお、カムプレート９２のカムスロット１２０内において、回動部材１１１が後へ移動することが制限され得る。さらに、適応状態においてさえ、ヒンジ９０は、なお、内反および外反屈曲と、過屈曲とをさせないように抑止し続ける。

図１６〜図２０に、適応動作を伴う本膝装具のヒンジの別の実施形態を示す。図２〜図１６のヒンジ４０、９０と同様に、ヒンジ１３０は、複数の可動プレート（図１６）を含む。カム式ヒンジプレート（カムプレート）１３２が、内ヒンジプレート１３４と外ヒンジプレート１３６との間に挟まれている。内プレート１３４および外プレート１３６は、カムプレート１３２に対して共に回動する。外プレート１３６の延長部は、図１に示す装具３０の剛性のある大腿フレーム３２に取り付け得る。カムプレート１３２の延長部１４０は、装具３０の剛性のある腓腹フレーム３４に取り付け得る。ヒンジプレート１３２、１３４、１３６は、金属（例えば、鋼またはアルミニウム）などの頑丈な材料からなることが好ましい。

図１６を参照すると、ここに示す実施形態では、内プレート１３４は、円形であり、複数の屈曲停止用開口部１４２と、複数の伸展停止用開口部１４４とを含む。外プレート１３６は、同様に、複数の屈曲停止用開口部１４２と複数の伸展停止用開口部１４４とを含む実質的に円形の部分１４６を含む。各プレートの屈曲停止用開口部１４２は、ヒンジ１３０が完全伸展になると（図１８）、各プレートの後方領域において各プレートの縁の近傍に配置される。ここに示す実施形態では、屈曲停止用開口部１４２を４つ設けている。しかしながら、それより少ないまたは多い屈曲停止用開口部１４２を設けてもよいことを、当業者は理解するだろう。各プレート１３４、１３６の伸展停止用開口部１４４は、ヒンジ１３０が完全伸展になると（図１８）、各プレート１３４、１３６の前または下領域において各プレート１３４、１３６の縁の近傍に配置される。ここに示す実施形態では、伸展停止用開口部１４４を５つ設けている。しかしながら、それより少ないまたは多い伸展停止用開口部１４４を設け得ることを、当業者は理解するだろう。

各屈曲停止開口部１４２は、屈曲停止部材１４８を受け入れるように適合される。各伸展停止開口部１４４は、伸展停止部材１５０を受け入れるように適合される。ここに示す実施形態では、停止部材１４８、１５０は、ピンを含む。外プレート１３６における屈曲停止用開口部１４２の位置は、内プレート１３４における屈曲停止用開口部１４２の位置に対応し、外プレート１３６における伸展停止用開口部１４４の位置は、内プレート１３４における伸展停止用開口部１４４の位置に対応する。よって、外プレート１３６の開口部１４２、１４４を貫通する屈曲停止部材１４８は、同様に、内プレート１３４の対応の開口部１４２、１４４を貫通し、また、外プレート１３６の開口部１４２、１４４を貫通する伸展停止部材１５０は、同様に、内プレート１３４の対応の開口部１４２、１４４を貫通し得る。屈曲停止部材１４８は、カムプレート１３２の屈曲停止面１５２（図１７）と係合するように適合され、伸展停止部材１５０は、カムプレート１３２の伸展停止面１５４と係合するように適合される。停止部材１４８と停止面１５２、および停止部材１５０と停止面１５４は、図２〜図１５のヒンジ４０、９０に関して上述したのと同様に、ヒンジ１３０の屈曲および伸展を制限する。

図１７を参照すると、カムプレート１３２は、その上領域にカムスロット１５８を有する楕円形部１５６を含む。楕円形部の基部の後面は、屈曲停止面１５２になる肩部を含む。楕円形部の基部の前面は、伸展停止面１５４になる肩部を含む。カムスロット１５８は、実質的に、傾斜方向に向けられ角が丸くなった菱形の形状である。

誘導部材１６０は、カムスロット１５８内を可動である。誘導部材１６０とカムスロット１５８の壁との間の相互作用によって、以下に詳述するように、ヒンジ１３０の動作を誘導する。ここに示す実施形態では、誘導部材１６０は、外周が楕円形の平坦なプレートの形状である。誘導部材１６０は、片方のプレートに対して動かないように内プレート１３４および外プレート１３６の両方に留められる。例えば、誘導部材１６０は、これらのプレートの一方と一体的に形成して、他のプレート１３４、１３６に留めてもよいし、または別個の部品として形成して、両方のプレート１３４、１３６に留めてもよい。例えば、溶接または接着剤で、誘導部材１６０をプレート１３４、１３６の一方または両方に留めてもよい。

図１８〜図２０を参照すると、カムプレート１３２のカムスロット１５８が、誘導部材１６０を受け入れるように適合される。上述の図２〜図１５に示すヒンジ４０、９０と同様に、図１６〜図２０のヒンジ１３０には、２つの動作状態があり、誘導部材１６０が、各動作状態の特性を決定する。第１の状態（抑制状態）を図１８に示す。ヒンジ１３０は、完全伸展から、第２の状態が開始される所定の屈曲角度まで、抑制状態になっている。この角度（移行角度）は、約４５°から約６０°の範囲であり得る。

ここに示す実施形態では、抑制状態によって、ヒンジ１３０は唯一の自由度を得られる。この自由度は、誘導部材１６０の周りにおける回動である。しかしながら、代替実施形態では、所定の着用者の膝の自然な動作に適合させるために、誘導部材１６０の平行移動に連動して、ヒンジ１３０を回転させ得る。

誘導部材１６０をカムスロット１５８（図１８）と相互作用させることによって、ヒンジ１３０が、抑制状態において、ほぼ固定された軸の周りを回転することが制限される。完全伸展において、誘導部材１６０の長手方向軸線は、実質的に、菱形形状のカムスロット１５８の短軸線と平行に並んでいる。この方向付けによって、また内プレート１３４および外プレート１３６がカムプレート１３２に対して回動すると、誘導部材１６０の端部とカムスロット１５８の壁とが接触して、誘導部材１６０のあらゆる方向への平行移動が抑制される。よって、ヒンジ１３０に利用できる唯一の自由度は、誘導部材１６０がカムスロット１５８内において回転したときの、誘導部材１６０の周りにおける回転である。この回転は、抑制状態においてヒンジ１３０に利用できる唯一の自由度であるので、ヒンジ１３０は、前後への平行移動、内反および外反屈曲、ならびに過伸展などの膝に悪い動作が行われることを抑止する。

第２の動作状態（適応状態または遊動状態）を図１９および図２０に示す。この状態は、膝が移行角度を超えて屈曲すると開始され、これは、およそ、誘導部材１６０の両端部がカムスロット１５８の対向する壁と接触しなくなると起こる。一旦、誘導部材１６０がこの方向になると、誘導部材１６０と、カムスロット１５８の壁との間に隙間があくことによって、誘導部材は、全方向に平行移動し得る。したがって、適応状態では、回動部材は、カムスロット１５８内において回転および平行移動し得る（図１９および図２０）。誘導部材１６０がこのように動くことによって、ヒンジ１３０の回動軸線は、大腿骨が脛骨上において摺動すると、平行移動する膝の回転の中心をたどって、その結果、ヒンジ１３０が、装具着用者の膝の自然な動作と適合する。しかしながら、誘導部材１６０と、カムスロット１５８の壁とが相互作用することによって、誘導部材１６０がカムスロット１５８内を移動することがなお制限され得る。よって、ヒンジ１３０によって、装具３０は、内反および外反屈曲、ならびに過屈曲などの膝に悪い動作を抑止し得る。

上の説明で示すように、本膝装具のヒンジ４０、９０、１３０の実施形態は、ヒンジが完全伸展しているときに、着用者の大腿骨が脛骨に対して前後に動くことを抑止することが好ましい。完全伸展において、（ＡＣＬなどの）膝のある構成要素は、最も損傷しやすい。膝の構成要素が損傷しにくい位置になるように膝を十分屈曲させると、ヒンジは、大腿骨が脛骨に対して前後に動き得る状態に移行する。よって、ヒンジは、膝が比較的損傷しにくい屈曲角度での膝の自然な動作を殆どさせないかまたは抑止しない。
発明の範囲
上記は、関連する当業者がこれらの膝装具ヒンジを作製し使用し得るような詳細、明瞭、簡潔かつ的確な言葉で、適応動作を伴った本膝装具のヒンジを実施するために考えられるベストモードを説明したものであり、またそれらを作製し使用する方法およびプロセスを説明したものである。しかしながら、これらの膝装具ヒンジは、変更可能であり、完全に均等な、上述の膝装具ヒンジの代替構成にし得る。したがって、これらの膝装具ヒンジは、ここに開示した特定の実施形態に限定されない。逆に、これらの膝装具ヒンジは、以下の特許請求の範囲により全体を明示する膝装具ヒンジの精神および範囲内である全ての変更および代替構成をカバーし、当該特許請求の範囲は、膝装具ヒンジの主題を特に指摘し明確にクレームしている。

本膝装具のヒンジを含むように適合された膝装具の右側面図である。 本装具のヒンジの一実施形態の正面斜視図である。 図２の膝装具のヒンジの背面斜視図である。 図２の膝装具のヒンジの分解組立図である。 図２のカムプレートの右側面図である。 図２の膝装具のヒンジの右側面図である。 図２の膝装具のヒンジの右側面図である。 図２の膝装具のヒンジの右側面図である。 図２の膝装具のヒンジの右側面図である。 図２の膝装具のヒンジの右側面図である。 本膝装具のヒンジの別の実施形態の分解組立図である。 図１１のカムプレートの右側面図である。 図１１の膝装具のヒンジの右側面図である。 図１１の膝装具のヒンジの右側面図である。 図１１の膝装具のヒンジの右側面図である。 本膝装具のヒンジの別の実施形態の分解組立図である。 図１６のカムプレートの右側面図である。 図１６の膝装具のヒンジの右側面図である。 図１６の膝装具のヒンジの右側面図である。 図１６の膝装具のヒンジの右側面図である。

Claims (39)

1. 膝装具内において使用するために適合させたヒンジであって、
   少なくとも第１のヒンジプレートと、
   カムプレートと、
   を備え、
   前記ヒンジプレートおよびカムプレートは、第１の動作範囲では、前記ヒンジプレートが前記カムプレートに対して回動し得るが平行移動はしないように、第２の動作範囲では、前記ヒンジプレートが前記カムプレートに対して回動可能で且つ平行移動し得るように、相互に留められるヒンジ。
2. 前記第１の動作範囲は、最大伸展角度から移行角度までであり、前記第２の動作範囲は、前記移行角度から最大屈曲角度までである請求項１に記載のヒンジ。
3. 前記移行角度は、約４５°から約６０°の屈曲範囲である請求項２に記載のヒンジ。
4. 前記第１のヒンジプレートに対して動かないように、かつ前記カムプレートが前記ヒンジプレート同士の間に挟まれるように前記第１のヒンジプレートに留められた第２のヒンジプレートをさらに備える請求項１に記載のヒンジ。
5. 前記各ヒンジプレートは、複数の屈曲停止用開口部と、複数の伸展停止用開口部とを含む請求項４に記載のヒンジ。
6. 前記屈曲停止用開口部内に選択的に配置し得る屈曲停止部材と、前記伸展停止用開口部内に選択的に配置し得る伸展停止部材とを、さらに備える請求項５に記載のヒンジ。
7. 第２のヒンジプレートをさらに備え、前記カムプレートは、前記第１のヒンジプレートと第２のヒンジプレートとの間に挟まれる請求項１に記載のヒンジ。
8. 膝装具と組み合わされる請求項１に記載のヒンジ。
9. 膝装具内において使用するために適合させたヒンジであって、
   回動用開口部および誘導用開口部を含む少なくとも第１のヒンジプレートと、
   前記ヒンジプレートに留められ、カムスロットを含むカムプレートと、
   前記回動用開口部および前記カムスロットを貫通する回動部材と、
   前記誘導用開口部および前記カムスロットを貫通する誘導部材と、
   前記回動部材および誘導部材と、前記カムスロットとの相互作用によって、前記ヒンジプレートとカムプレートとの相互の回転および平行移動が調節されるヒンジ。
10. 前記カムスロットは、上部水平部と、下部水平部と、当該水平部を連結する傾斜部とを含む請求項９に記載のヒンジ。
11. 前記回動部材は、前記上部水平部内に配置され、前記誘導部材は、前記傾斜部または下部水平部内に配置される請求項１０に記載のヒンジ。
12. 第１の動作範囲において、前記誘導部材と前記カムスロットとの相互作用によって、前記回動部材が、前記上部水平部内において平行移動することが抑止される請求項１０に記載のヒンジ。
13. 第２の動作範囲において、前記回動部材は、前記上部水平部内において平行移動し得る請求項１２に記載のヒンジ。
14. 回動用開口部および誘導用開口部を含む第２のヒンジプレートをさらに備え、前記カムプレートは、前記第１のヒンジプレートと第２のヒンジプレートとの間に挟まれる請求項９に記載のヒンジ。
15. 膝装具と組み合わされる請求項９に記載のヒンジ。
16. 膝装具内において使用するために適合させたヒンジであって、
    回動用開口部および第１のカムスロットを含む少なくとも第１のヒンジプレートと、
    前記ヒンジプレートに留められ、第２のカムスロットを含むカムプレートと、
    前記回動用開口部および前記第２のカムスロットを貫通する回動部材と、
    前記カムプレートに留められ前記第１のカムスロット内に延びる誘導部材と、
    を備え、
    前記回動部材と前記第２のカムスロットとの相互作用、および前記誘導部材と前記第１のカムスロットとの相互作用によって、前記ヒンジプレートとカムプレートとの相互の回転および平行移動が調節されるヒンジ。
17. 前記第１のカムスロットは、拡大主要部および突出部を含む請求項１６に記載のヒンジ。
18. 前記第２のカムスロットは、実質的に楕円形である請求項１６に記載のヒンジ。
19. 第１の動作範囲において、前記誘導部材と前記第１のカムスロットとの相互作用によって、前記回動部材が、前記第２のカムスロット内において平行移動することが抑止される請求項１６に記載のヒンジ。
20. 第２の動作範囲において、前記回動部材は、前記第２のカムスロット内において平行移動し得る請求項１９に記載のヒンジ。
21. 回動用開口部および誘導用開口部を含む第２のヒンジプレートをさらに備え、前記カムプレートは、前記第１のヒンジプレートと第２のヒンジプレートとの間に挟まれる請求項１６に記載のヒンジ。
22. 膝装具と組み合わされる請求項１６に記載のヒンジ。
23. 膝装具内において使用するために適合させたヒンジであって、
    少なくとも第１のヒンジプレートと、
    前記ヒンジプレートに留められ、実質的に角が丸くなった菱形であるカムスロットを含む、カムプレートと、
    前記ヒンジプレートに留められ前記カムスロット内へ延びる実質的に楕円形の誘導部材と、
    を備え、
    前記誘導部材と前記カムスロットとの相互作用によって、前記ヒンジプレートとカムプレートとの相互の回転および平行移動が調節されるヒンジ。
24. 第１の動作範囲において、前記誘導部材の両端部が、前記カムスロットの壁と接触することにより、前記カムスロット内における、前記誘導部材の平行移動が抑止される請求項２３に記載のヒンジ。
25. 第２の動作範囲において、前記誘導部材の両端部と前記カムスロットの壁との間の隙間によって、前記誘導部材が前記カムスロット内を平行移動し得る請求項２４に記載のヒンジ。
26. 膝装具内において使用するために適合させたヒンジであって、
    少なくとも第１のヒンジプレートと、
    少なくとも第２のヒンジプレートと、
    を備え、
    前記ヒンジプレートは、相互に可動に留められて、第１の動作範囲では、前記ヒンジプレートの相互移動が、唯一の自由度を含み、かつ第２の動作範囲では、前記ヒンジプレートの相互移動が、少なくとも２つの自由度を含むヒンジ。
27. 前記第２のヒンジプレートは、複数のカム面を含む請求項２６に記載のヒンジ。
28. 前記第１の動作範囲は、最大伸展角度から移行角度までであり、前記第２の動作範囲は、前記移行角度から最大屈曲角度までである請求項２６に記載のヒンジ。
29. 前記移行角度は、約４５°から約６０°の屈曲範囲である請求項２８に記載のヒンジ。
30. 前記第１のヒンジプレートに対して動かないように、かつ前記第２のヒンジプレートが、前記第１のヒンジプレートと第３のヒンジプレートとの間に挟まれるように前記第１のヒンジプレートに留められた第３のヒンジプレートをさらに備える請求項２６に記載のヒンジ。
31. 前記第１の動作範囲では、前記自由度は、実質的に固定された軸の周りにおける回転である請求項２６に記載のヒンジ。
32. 前記第２の動作範囲では、前記少なくとも２つの自由度は、回転および平行移動を含む請求項２６に記載のヒンジ。
33. 膝装具と組み合わされる請求項２６に記載のヒンジ。
34. 着用者の膝を支持し、膝に悪い動作を抑止するための膝装具であって、
    少なくとも第１の剛性のあるカフと、
    少なくとも第２の剛性のあるカフと、
    を備え、
    前記複数のカフは、第１の動作範囲では、前記複数のカフの相互の動きが、唯一の自由度を含み、第２の動作範囲では、前記複数のカフの相互の動きが、少なくとも２つの自由度を含むように、相互に可動に留められる膝装具。
35. 前記第１の動作範囲は、最大伸展角度から移行角度までであり、前記第２の動作範囲は、前記移行角度から最大屈曲角度までである請求項３４に記載のヒンジ。
36. 前記移行角度は、約４５°から約６０°の屈曲範囲である請求項３４に記載のヒンジ。
37. 前記第１の動作範囲では、前記自由度は、実質的に固定された軸の周りにおける回転である請求項３２に記載のヒンジ。
38. 前記第２の動作範囲では、前記少なくとも２つの自由度は、回転および平行移動を含む請求項３２に記載のヒンジ。
39. 膝に悪い動作を抑止しながら自然に屈曲し伸展させ得るために膝を支持する方法であって、
    抑制状態と適応状態との２つの動作状態を有するヒンジを含む整形外科用膝装具を、膝に使用するステップを含み、
    前記抑制状態では、前記ヒンジは、実質的に固定された軸の周りにおける回転である唯一の自由度を含み、前記適応状態では、前記ヒンジは、１つの回転自由度と２つの平行移動自由度との３つの自由度を含む方法。

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