JP2009219864A - 整形外科用の足部および整形外科用の足部を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のタイプの整形外科用の足部を、整形外科用の足部の特性への従来よりも多い要求が、踝関節を中心とした動きの制動のもっぱらパッシブな制御プロセスによって、応じられるように、制御可能に構成する。
【解決手段】センサ装置は、下腿接続部と足部１０との間の角度を測定する踝角度センサ７と、垂直線に対する絶対角度センサ２０と、踝関節５におけるトルクまたは踝関節５におけるトルクを発生させる力を検出するためのモーメント・センサ２１とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、整形外科用の足部であって、下腿接続部と、踝関節として作用する回転ヒンジと、回転ヒンジを中心とした回転運動に影響を及ぼす制動装置と、義足足部の作動状態を検出するためのセンサ装置と、このセンサ装置に結合されておりかつ制動装置を制御する制御装置とを具備し、回転ヒンジによって、足部が背屈および底屈の方向に回転自在に下腿接続部に結合されていてなる整形外科用の足部に関する。本発明は、更に、整形外科用の足部を制御するための方法に関する。

義足足部のまたは足矯正器の形態の整形外科用の足部の制御が、足部の安全な利用、および補装具装着者の歩行の際の出来る限り自然な動きの経過を可能にするためには、多くの要求に応じるべきであることは知られている。歩行中、踵の接地の際に、足部を制御しつつ立脚面に着けることを可能にし、前足により足の運びを可能にすること、例えば、このことは望ましい。この場合、補装具装着者の身体が幾らか持ち上げられる。遊脚局面では、自然な足は、背屈を行なう。このことによって、脚の長さの短縮、従ってまた前方への容易な揺動が達成される。更に、義足足部による確かな立脚のためには、足部と下腿接続部との間の角度の高い安定性が存することが必要である。しかしながら、義足足部の、踝関節として作用する回転ヒンジの、安定性のために適切なブロックは、調整可能であるべきである。その目的は、補装具装着者が、傾斜した地面上で、またはの踵の比較的大きな高さを有する靴を着用して、弛緩した状態で立っていることができるためである。

踝角度を、歩行サイクル中に、二軸モータの形態のアクチュエータによって制御することは、例えば特許文献１によって公知である。ここでは用いられる足部分は、所定の弾性によって、ほぼ自然な歩行を実現するために貢献することが意図される。常時駆動されるモータの形態でのアクチュエータの使用は、人工関節に供給されねばならない、かなりの量の電気エネルギを必要とする。このためには、補装具装着者は、有効なバッテリを携帯しなければならない。このバッテリは、必要とされる高い容量のために、不可避的に嵩が大きくかつ重量がある。

更に、制御プロセスという観点を満たすためには、下腿接続部に対する足部の回転運動の制動のみを制御することも知られている。特許文献２によって、この目的のためには、特殊な回転ヒンジが、義足足部の踝関節として設けられている。磁気流動学的な液体によって制動に影響を与えるのは、磁界による影響が、液体を、低い粘性から高い粘性へ従ってまた制動を弱い制動から強い制動へ切り換えることができることによってである。このことによって、歩行中に自動的に調整される背屈または底屈をロックし、かつ所定の時間保持することができる。更に達成されるのは、座っている最中には、関節が解除されることである。その目的は、座っている最中に自然な足によって実行される底屈の調整を行なうためである。

特許文献３によって、更に、傾斜した地面において立脚中に静止角度を調整するために、あるいは、義足足部と共に用いられる靴の種々の踵の高さのために、液圧装置を用いることが公知である。この液圧装置では、液体が、底屈の際に、一方の液体リザーバから他方の液体リザーバへ流れ、背屈のためには、反対方向に流れる。２つの液体リザーバの間の接続ラインへは、電磁コイルが挿入されている。電磁コイルは、圧液として用いられる磁気流動学的な液体の粘性を制御する。このことによって、第１の制動レベルから第２の制動レベルへの制動の切換が可能である。提示した制御の課題を満たすために、ここでは、垂直線に対する下腿接続部のための傾斜センサおよび地面接触センサが用いられる。地面接触センサは、義足足部が、地面への接地によって、地面反力を受けることを表示する。

US 2005/0197717 A1 US 7,029,500 B2 US 2002/0138153 A1

明細書の最初の部分に記載のタイプの整形外科用の足部を、整形外科用の足部の特性への従来よりも多い要求が、踝関節を中心とした動きの制動のもっぱらパッシブな制御プロセスによって、応じられるように、制御可能に構成する課題が、本発明の基礎になっている。

上記課題は、本発明により、明細書の最初の部分に記載のタイプの整形外科用の足部の場合、センサ装置が、下腿接続部と足部との間の角度を測定する踝角度センサと、垂直線に対する絶対角度センサと、踝関節におけるトルクまたは踝関節におけるトルクを発生させる力を検出するためのモーメント・センサとを有することによって、解決される。

３種類のみのセンサの使用が、歩行サイクル中のみならず立脚中の義足足部の制御を、所望のように、踝関節の動きの制動への作用によってのみ可能にすることが明らかになった。下に詳述するように、足部の、必要な種々の作動状態を明確に算出し、足部を、以下のように、すなわち、足部が、自然の健康な足の動きを、歩行サイクル中に模倣するが、立脚中には、傾斜した地面に、または踵の異なった高さをもって、立脚の確かな感じをもたらすことができるように、調整するためには、僅かなセンサ信号のみで十分である。更に、明らかであるのは、その上、本発明に基づき設けられたセンサの信号で十分であり、日常の歩行状態、例えば、階段および斜面の上り下りおよび後戻りを、同様に、確実に制御することができることである。

好ましい実施の形態では、制動装置は、一方では底屈方向におよび他方では背屈の方向に別個のおよび別個に制御可能な制動手段を有する。従って、２方向の動きは、別個に制御可能である。このことは、異なった回転方向におよび例えば踝角度センサの出力信号に従って、制動の異なった処理を可能にする。

本発明に係わる整形外科用の足部では、足部は、完全にまたは少なくとも主に剛性をもって形成されている。立脚局面での足部の弾性的な動きは、下腿接続部に対する足部の回転運動の制動の制御によって実現される。このためには、制動装置が複数の中間段階に調整可能であり、好ましくは連続的に調整可能であることが必要である。制動の調整は、制御における適切なプログラムによって制御される。それ故に、下腿接続部に対する足部分の動きは、完全に制御されつつなされる。弾性的な踵部分による、例えば踵の接地の際に、衝撃的な移行を回避する弾性的な部分の使用は、このことによって、可能である。

変形例は、本発明の特に好ましい実施の形態では、足部が、踝関節によって下腿接続部に結合された剛性の基礎部分と、この基礎部分に関節結合された前足部分とからなることから明らかである。基礎部分の前端に回転ヒンジで連結された前足部分は、足指関節における自然な足の足指の動きを模倣する。２つの弁によって制御される制動シリンダは、一方では、下腿接続部に連結され、他方では、基礎部分と前足部分との間の回転ヒンジの付近で前足部分に連結される。この場合、前足部分の角度位置に従って、制動シリンダの制動作用の、下腿接続部に対する基礎部分の回転運動への、ほぼ大幅に減速された伝達が生じる。換言すれば、基礎部分の、踝関節にとって有効なレバー長が、例えば、歩行サイクルの立脚局面における足の運び（Ueberrollen）の際の、前足部分の屈曲によって、変化する。基礎部分のレバー長のこの所定の短縮は、制御におけるプログラムによって算入される。

一方では底屈方向および他方では背屈方向における制動手段の別個の制御は、中立点位置の確定を可能にする。この中立点位置から、両方向での動きが制御される。この中立点位置は、手動で、スイッチによって踝関節に定められる。スイッチは、遠隔操作スイッチであってもよい。それ故に、作動が足部でなされなくてもよい。

中立点のこのような調整が適切であるのは、例えば、整形外科用の足部の装着者が、この足部を、踵の異なった高さを有する他の靴と共に用いる場合である。かくして、中立点の手動による調整によって、踵の新たな高さへの適合をなすことができる。しかしまた、その代わりに、制御装置が、中立点位置をセンサのデータから認識すること、および制動手段が中立点位置から始まって制御されることができることも、可能である。

実際に好ましい実施の形態では、制動装置は、圧液が貫流する液圧装置である。この液圧装置では、流れに影響を及ぼすために、背屈方向に背部弁が設けられており、底屈方向に、足底弁が設けられていることは好ましい。かくして、整形外科用の足部は、この好ましい実施の形態では、２つの一方向弁を有する。これらの一方向弁を通って、圧液が、常に、１方向にのみ流れることができる。その目的は、両方向における動きの別個の制御可能性を可能にするためである。

下腿接続部と、踝関節として作用する回転ヒンジと、回転ヒンジを中心とした回転運動に影響を及ぼす制動装置と、義足足部の作動状態を検出するためのセンサ装置と、このセンサ装置に結合されておりかつ制動装置を制御する制御装置とを具備し、回転ヒンジによって、足部が背屈および底屈の方向に回転自在に下腿接続部に結合されていてなる整形外科用の足部を制御する、本発明に係わる方法は、本発明により、踝関節に生じる踝モーメントに比例する値と、下腿接続部と足部分との間の踝角度と、垂直線に対する足部分の絶対角度とを確定すること、および、これらの測定された値に従って、歩行の立脚局面における足部の運びと、歩行の遊脚局面における足部の位置と、立脚中の足部の位置決めおよび可動性とを、制動装置によって制御することを特徴とする。所定の時間間隔内で底屈に背屈が続かないときは、立脚への切換がなされる。

この場合、背屈方向における制動および底屈における制動が、別個の制動手段によって、別個に制御される。この場合、制御手段を、歩行過程中に、複数の中間段階に、好ましくは連続的に調整することができる。この場合、調整は、好ましくは材料の弾性によってなされない、動きの完全な制御ための、制御のプログラムによってなされる。この場合、制動手段を、測定された踝角度または絶対角度を用いて調整することが重要である。

足部の動きの、本発明に係わる制御は、歩行サイクルのパラメータへの影響を、この歩行サイクルのために既に測定されたセンサ信号によって、及ぼすことができる。従って、歩行パラメータへの適合が即座になされることが可能である。それ故に、歩行サイクルのパラメータを、従来のアクティブな制御装置から知られるのとは異なって、前の歩行サイクルの測定されたパラメータによって制御する必要がない。例えば、本発明に基づいて、容易に可能であるのは、足部の絶対角度を用いて（または回転角度センサの信号を用いてまたは下腿接続部の絶対角度を用いて）およびトルクセンサからの測定信号を用いて、地面の上に踵を着ける際の、歩幅の確定を実行し、確定された歩幅に従って、まさしく導入された歩行サイクルのための制動パラメータを確定することである。確定された歩幅に従って、例えば、所定の中立点から背屈の方向および底屈の方向に許容される、踝関節の回転角度を変えることができる。踝関節の回転運動の制限は、測定された踝速度に従って各々の制動手段を適切に閉じ方向に制御することによって、なされる。

複数の測定信号の、本発明に係わる組合せは、制御装置のプロセッサによってこれらの測定信号を適切に評価することによって、歩行と立脚の区別を可能にする。つまりは、歩行の、立脚への移行は、踝モーメントが、マイナスの値から始まって、ゼロに近い値に達し、絶対角度がゼロであって、保持されるときに、検出される。立脚が弛緩されているとき、下腿または身体の重心線が垂直線にある。立脚から歩行への移行は、踝モーメントがゼロに近くて、絶対角度が、立脚とは異なるしきい値を上回り、絶対値の経時変化がしきい値を上回ることによって、検出される。この場合、歩行の初めに前方への脚の揺動を示す、絶対値の測定を、既に、歩幅の間接的な確定のために、用いることができる。何故ならば、前方への下腿の揺動の際に生じる絶対角度が、歩幅に比例しているからである。

本発明に係わる方法は、更に、歩行サイクル中に、義足足部の適切な制御を可能にする。このことを、以下にもっと詳細に述べる。

基礎部分と、この基礎部分に関節結合された前足部分とからなる足部を有する義足足部の前記デザインは、靴の踵の高さと、適切に傾斜した地面との、他の場合には不可能な区別を可能にする。

前足部分が、適切な地面において、戻しばねによって事前緊張された、伸びた位置に留まる間、高い踵を有する靴は、基礎部分に対する前足部分の傾いた位置をもたらす。従って、基礎部分に対する前足部分の角度位置を表わす追加の角度センサは、「傾斜した地面」と「踵の高さ」の区別をつけることができるだろう。

このようなセンサが設けられていないとき、靴の着用の場合にのみ踵の高さの調整がなされねばならないということを、この時点で、踵の高さによって引き起こされる瞬時の立脚状態に関する回転ヒンジの中立点位置を確定するために用いる信号が、制御装置に伝達されることに、適応させることができる。従って、制御のために、スイッチ信号が用いられる。このスイッチ信号は、遠隔操作手段を用いて、補装具装着者から制御装置へ伝達可能である。

制動装置としては、圧液が貫流する液圧装置が用いられることは好ましい。２つの運動方向のために別個に設けられかつ制御される製造手段は、液圧式の一方向弁（足底弁および背部弁）によって形成される。

更に、本発明に基づいて使用されるセンサ装置は、その時々の中立点の確定を可能にする。それ故に、新たな中立点への適合は、既に歩行サイクル自体の最中に行なわれることができる。

本発明に係わる義足足部の第１の実施の形態の略図を示す。 本発明に係わる義足足部の第２の実施の形態の略図を示す。 本発明に係わる義足足部の第３の実施の形態の略図を示す。 本発明に係わる義足足部の構造的に詳細な他の実施の形態の平面図を示す。 図４に示す義足足部の、矢状面に対し平行に切った垂直断面を示す。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて、本発明を詳述する。

図１に示した実施の形態では、４つの斜面を有する逆さピラミッドの切頭錐体の形態をとる調整用延長部２を有する取付部分１が、形成されている。取付部分１は、下方に開いた円筒形状部材を形成している。この円筒形状部材へは、２腕式のレバー４の、上方に突入するウェブ３が、突入している。２腕式のレバーは、回転ヒンジ５を中心として回転自在である。回転ヒンジの回転軸６は、同時に、義足足部の踝関節の軸でもある。回転ヒンジ５は角度センサ７を有する。２腕式のレバー４は、下方に延びている剛性の延長部８を有する。

取付部分１の、下方に開いた円筒形状部材には、ウェブ４によって形成された中間空間が、比較的硬い弾性材料９によって満たされている。それ故に、取付部分１の動きが、ほんの幾らか制動されて、２腕式のレバー４のウェブ３の動きに伝達される。これに従って、延長部８が、取付部分１の動きに倣うが、弾性材料９に基づいて、幾らか制動される。

踝関節を形成する回転ヒンジ５は、更に、主要足部１０を担持している。この主要足部は、同様に、後方のレバー・アーム１１を有する２腕式のレバーとして、足部の踵領域へ延びている。そこでは、斜め後方および下方に延びている後方のレバー・アーム１１は、幾らか水平方向にカーブしている端部１２を有する。

主要足部は、踝関節５から前方に延びている前方のレバー・アーム１３を有する。このレバー・アームは、ほぼ直線的に踝関節５から前方へ、しかも幾らか斜め下方に延びている。それ故に、主要足部１０は、踝関節すなわち回転ヒンジ５へ上方に湾曲するように形成されており、踝関節５から後方へ踵領域に、および前方へ、前足領域へ斜めに下降している。踵領域への斜めの下降は、前足領域への下降よりも急勾配である。

主要足部１０の、前方のレバー・アーム１３は、前足領域の始まりまで延びており、そこでは、回転ヒンジ１４を有する。この回転ヒンジによって、足指領域を模倣している前足部分１５が、主要足部の前方のレバー・アーム１３に回転自在に連結されている。回転ヒンジ１４は、回転軸を有する。この回転軸は、踝関節５の回転軸６に平行に、水平方向に延びている。前足部分１５は、自然な足の足指領域を模倣しているので、前足部分は、先端が三角状に前方へ延びるように形成されている。回転ヒンジ１４の下方には、前足部分１５に、他の回転ヒンジ１６がある。この回転ヒンジによって、液圧シリンダすなわち制動装置１７のピストン１８のピストンロッドが、前足部分に連結されている。液圧シリンダ１７は、回転ヒンジ１９によって、２腕式のレバーの、下方へ突出している延長部８の、その自由端に回転自在に連結されている。それ故に、回転ヒンジ１９は、下方におよび前足領域１５の方向に幾らか前方に、踝関節５に対しずれて設けられている。

踝関節５は、踝角度、すなわち、（下腿と面一に整列された）ウェブ３と、主要足部１０の前方のレバー・アーム１３との間の角度を測定するための角度センサ７を有する。

主要足部１０の、前方のレバー・アーム１３は、更に、重力に対する（垂直線に対する）傾斜を算出する傾斜センサ２０を有する。重力に対する絶対的な傾斜角度を確定する、このような傾斜センサ２０は、ジャイロを有するかまたは有しない加速度センサ装置として知られている。

２腕式のレバー４は、調整延長部２とほぼ面一に、すなわち、患者の（人工の）下腿とほぼ面一に、踝モーメント・センサ２１を有する。この踝モーメント・センサは、この位置で作用するトルクを測定する。

前足部分１５の後端は、支承延長部２２を有する。支承延長部は、張力および圧力の下で負荷可能なばね２３を保持するために用いられる。このばねの他端は、主要足部１０の、前方のレバー・アーム１３において支持される。ばね２３は、背屈後に、前足部分５の戻りを引き起こす。戻り速度は、液圧シリンダ１７によって規定される。

液圧シリンダ１７は、パッシブなアクチュエータとして形成されていてもよい。このアクチュエータには、ピストン１８によって引き起こされる液圧流が、（図示しない）複数の弁によって制御される。これらの弁自体は、開閉可能であるだけでなく、所定の流量に関して制御されることが可能である。しかしまた、液圧シリンダ１７を、力の作用なしに前足部分１５の調整を外から引き起こすことができるアクティブなアクチュエータとして、形成することが可能である。

図２に示した実施の形態は、図１に示した実施の形態に実質的に対応する。相違は、取付部分１´が調整取付部２と一体的に形成されており、それ故に、弾性材料９によって形成された弾性はもはや存在しないことにある。その代わりに、２腕式のレバー４´の、下方に突出している延長部８´が、材料の薄さをもって形成されている。それ故に、延長部の、回転ヒンジ１９を担う自由端が、２腕式のレバー４´の残りの材料に対しばね弾性的に設けられている。

当然ながら、義足足部は、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、装飾的なカバー２４を有する。しかしながら、この装飾的なカバー２４は、第２のおよび第３の実施の形態に関しては、繰り返し示されていない。

図３に示した第３の実施の形態の義足足部では、２腕式のレバー４´´も、同様に、調整用取付部２と一体的に形成されている。２腕式のレバー４´´の、下方に突出している延長部８は、第１の実施の形態と同様に、硬い。その代わりに、液圧シリンダ１７は、うず巻きばね２５によって、２腕式のレバー４´´の、下方に突出している延長部８に弾性的に結合されている。このことによって、液圧シリンダ１７の作用と直列で、弾性が実現される。この弾性は、図１に示した実施の形態では、弾性材料９によって、図２に示した実施の形態は、弾性的な延長部８´によって実現されている。第３の実施の形態の他のすべての部材は、第１の実施の形態の部材に対応する。

図４および５に示した実施の形態で、ピラミッド状の調整用延長部２を有する取付部材１を示す。取付部材１には、弾性材料すなわち弾性材料部分９がある。この弾性材料部分は、２腕式のレバー４の、上方に突出しているウェブ３と制動式に協働する。２腕式のレバー４の、下方に突出している延長部８は、この実施の形態では、歩行方向で踝関節５の後方に延びており、そこでは、回転ヒンジ１９を介して、液圧シリンダ１７に連結されている。液圧シリンダ１７の中で、ピストン１８は、長手方向に移動可能に動く。ピストンは、液圧シリンダ１７にある軸受２６を越えて延びており、前足部分１５の他の回転ヒンジ１６に結合されている。踝関節５は、更に、主要足部１０を支持する。主要足部は、ここでは、剛性のハウジングの形態で形成されており、後方に向いている弾性的なレバー１１を、ばねレバーとして有する。主要足部１０は、かくて、踵用のレバー１１と共に、踝関節５を中心として、取付部材１に対しおよび２腕式のレバー４に対し回動可能である。取付部材１と主要足部１０との間の回動は、２腕式のレバー４および液圧シリンダ１７によって制御かつ制動される。この場合、ピストン１８のピストンロッド１８´の、前足部分１５への連結は、足指プレートを形成する前足部分１５の追加的な制御のみを引き起こす。しかしながら、この制御は、主要足部１０の制御を僅かしか変更しない。何故ならば、他の回転ヒンジ１６が、前足部分１５と主要足部１０との間の回転ヒンジ１４のすぐ近くに、設けられているからである。液圧シリンダ１７は、液圧シリンダ１７の上面に設けられている２つの制御弁２７，２８を有する。これらの制御弁２７，２８は、ピストン１８の両側で、液圧シリンダ１７のチャンバ２９，３０に結合されている。（図示しない）複数の逆止め弁が引き起こすのは、第１の制御弁２７によって、圧液が、下方のチャンバ２９から前方のチャンバ３０へ流れることができることである。このことによって、ピストン１８の、液圧シリンダ１７への挿入運動が可能となる。このことは、取付部材１に対する主要足部１０の底屈に対応する。他方の制御シリンダすなわち制御弁２８は、複数の逆止め弁によって、前方のチャンバ３０から後方のチャンバ２９への圧液の流れのみを可能にする。このことによって、ピストン１８が、液圧シリンダ１７から抜き出ることが可能となる。従って、回転ヒンジ１９と１６との間の間隔が延長される。このことは、取付部材１と主要足部１０との間の背屈に対応する。同時に、回転ヒンジ１４に対する回転ヒンジ１６の移動によって、前足部分１５の、前方に向かっての持ち上げが引き起こされる。

義足足部の機能は、図示した複数の実施の形態にとって同じである。踝角度と、踝モーメントと、絶対的な傾斜角度とを測定するためのセンサ装置によって、義足足部の、複数の重要な機能状態が算出かつ区別される。一方では、取付部材１，１´，１´´と主要足部１０との間の踝角度を算出するための、踝角度センサからの信号が評価され、他方では、各々の踝角速度が評価される。

例えば、義足足部によって人が歩くか、立っているかの検出は、踝角速度が踝モーメントの中立点の通過において定められることによって、なされる。踝角速度が、踝モーメントの中立点の通過において、しきい値より下にあるとき、このことは、「立脚」と検出され、液圧シリンダの形態をとるアクチュエータは、複数の弁によって、高い抵抗に調整され、この高い抵抗によって、背部ストッパを形成することができる。

険しい傾斜のまたは踵の高さの検出は、踝モーメントの中立点の通過の際に、主要足部１０の中指領域に設けられた傾斜センサによって、定められる。

平面における歩行が検出されるとき、足部の底屈を担当する弁が、半ば開いた位置に保たれる。他方、背屈を規定する弁が、踝角度が増大するにつれて、閉じられ、背部ストッパを形成する。

上りの歩行が検出されるとき、前足部分１５の、増大された背屈への可能性が与えられる。

歩行中に、遊脚局面後および立脚局面の初めの踵の接地が、特に、マイナスの踝モーメントによって検出されるとき、底屈のための弁が、以下のように、すなわち、弁が、踝角度の増加と共に、底屈の方向に閉じ、かくして、底屈のためのストッパを形成するように、制御される。

立脚局面の終わりでの足指の突き放しが検出されるとき（踝モーメントが低下し、踝角度が増大するとき）、不作動時間後の背屈のための弁が完全に開けられる。その目的は、弾性要素によって、遊脚局面で前足部分の持ち上げ（足指の持ち上げ）を引き起こすためである。

これらの例から、立脚の際のおよび歩行の際の義足足部の重要な制御が、地面の傾斜または踵の高さによって適切に行なうことができ、動きに対する液圧シリンダによる抵抗の制御が既に十分であることが検出される。その代わりに、アクティブなアクチュエータを、調整部材として設けることもできる。

義足足部のための動きの状態の検出と、この検出から結果として生じる制御とに関する実施の形態では、以下の操作モード（Funktionen）が実現される。

〈立脚と歩行の相違〉
立脚と歩行との間の相違は、以下の判定基準でなされる。

１．遊脚局面の検出
遊脚局面は、足部が遊脚局面において無負荷であるので、踝モーメントがゼロに近いことによって検出される。

前足部分１０の絶対角度は、立脚に関して個々に定められているしきい値を上回る。更に、絶対角速度は所定のしきい値を上回る。

２．前方へ揺動された状態における踵接地の検出
（底屈の際の）マイナスの踝モーメントが検出される。絶対角度信号が、立脚に関して個々に定められているしきい値と比較した、前方へ揺動された足部に対応する。

踵の接地の際に、底屈を、踝角速度に関する情報によって示すことができることが選択される。

３．立脚への戻り
踵の接地が検出された後に、前足部分１０の絶対角度が、立脚に関して個々に定められているしきい値の範囲内にある。その代わりにまたは補足的に、背部から足底への立脚局面中期における動き方向のアクティブな反転を、立脚か否かの判断基準として検出することができる。

立脚が検出されるとき、制御弁２７，２８は、立脚に関して、狭い角度（中立点位置）で、腹部および背部へのストッパが生じるように、調整される。歩行サイクルに関しては、ストッパが背部へ移動され、底屈および背屈に関する制動特性が、歩幅に従って調整される。

〈平面と斜面の相違〉
歩行サイクルにおける立脚局面中期の初めの、すなわち、地面への足部全体の着地後の、測定された絶対角度は、絶対角度に関する、平面における歩行に関して定められた数値範囲よりも大きいか、小さい。

斜面の定められた傾斜に対応して、背部ストッパが変えられ、底屈および背屈の際の制動特性が、絶対角度および予知された歩幅に従って、調整される。

〈後方への歩行の検出〉
後方への歩行の検出は、後方遊脚局面（Rueckschwungsphase）の検出と、戻された状態における前足部分の接地の検出とからなる。

１．後方遊脚局面の検出
測定された踝モーメントがゼロに近いときは、絶対角度信号は、立脚に対して戻された足部（後傾）に対応する。絶対角速度は、所定のしきい値を上回る。

２．戻された状態における前足部分の接地の検出
より大きなプラスの踝モーメントが測定される。

測定された数値に従って、ストッパが背部へ移動される。底屈および背屈の際の制動特性は、前足部分の接地の際の絶対角度に従って調整される。

〈踵の種々の高さへの適合〉
トリガ信号が手動で始動される最中に、踵の高さを、絶対角度信号の読み取りによって検出することは好ましい。絶対角度に比例して、制御弁２７，２８のための中立点が調整される。

この代わりに、踵の高さを、関節式に連結された前方足部１５を有する義足足部では、斜面の傾斜からの踵の高さを、主要足部１０に対する前足部分１５の角度が測定されることによって、定めることが可能である。このことが、本発明の枠内における追加的な選択である。

〈傾斜した地面での立脚〉
足底から背部への動き方向の転向の際に絶対角度が測定されるのは、踝モーメントが中立点の通過を達成する場合である。これに応じて、制御弁２７，２８を有する液圧シリンダ１７を制御するための背部ストッパは、地面の傾斜に従って調整される。

〈階段の上りの歩行の検出〉
絶対角度センサ２０が、互いに直交している複数の加速成分のための２つの加速度センサからなり、これらの加速成分が別個に形成されているとき、主要部分１０の、垂直方向に進んだ距離および水平方向に進んだ距離が検出される。距離区間は、対応の加速成分上の２重積分によって、算出される。これらの場合、階段の降下の区別を行い、これに従って、底屈および背屈の際の制動特性のためにストッパを調整することが可能である。

同様に、歩行速度が異なる場合、歩行を調整するために、加速度を活用することができるのは、背部へのストッパ、ならびに底屈および背屈の際の制動特性を適切に変えることによってである。

５ 回転ヒンジ
７ 踝関節
１０ 足部、主要足部
１７ 制動装置
２０ 絶対角度センサ
２１ モーメント・センサ

Claims (29)

1. 整形外科用の足部であって、下腿接続部と、踝関節（７）として作用する回転ヒンジ（５）と、前記回転ヒンジ（５）を中心とした回転運動に影響を及ぼす制動装置（１７）と、前記整形外科用の足部の作動状態を検出するためのセンサ装置と、このセンサ装置に結合されておりかつ前記制動装置（１７）を制御する制御装置とを具備し、前記回転ヒンジによって、足部（１０）が背屈および底屈の方向に回転自在に前記下腿接続部に結合されており、
   前記センサ装置は、前記下腿接続部と前記足部（１０）との間の角度を測定する踝角度センサと、垂直線に対する絶対角度センサ（２０）と、前記踝関節（７）におけるトルクまたは前記踝関節（７）におけるトルクを発生させる力を検出するためのモーメント・センサ（２１）とを有することを特徴とする整形外科用の足部。
2. 前記制動装置は、一方では底屈方向におよび他方では背屈の方向に別個のおよび別個に制御可能な制動手段を有することを特徴とする請求項１に記載の整形外科用の足部。
3. 前記足部は、剛性をもって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の整形外科用の足部。
4. 前記足部（１０）は、剛性の基体を有し、この基体からは、弾性的な踵部分が延びていることを特徴とする請求項１または２に記載の整形外科用の足部。
5. 前記制動装置（１７）は、複数の中間段階に調整可能であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の整形外科用の足部。
6. 前記制動装置（１７）は、連続的に調整可能であることを特徴とする請求項５に記載の整形外科用の足部。
7. 前記踝関節（７）の中立点位置を定めるためのスイッチが設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１に記載の整形外科用の足部。
8. 前記スイッチは、遠隔操作スイッチとして形成されていることを特徴とする請求項７に記載の整形外科用の足部。
9. 前記センサ装置のデータによる制御によって中立点位置が検出可能であること、および制動手段はゼロ位置から出て制御可能であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１に記載の整形外科用の足部。
10. 前記制動装置（１７）は、圧液が貫流する液圧装置であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１に記載の整形外科用の足部。
11. 流れに影響を及ぼすために、背屈方向に背部弁が設けられており、底屈方向に、足底弁が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の整形外科用の足部。
12. 下腿接続部と、踝関節（７）として作用する回転ヒンジ（５）と、前記回転ヒンジ（５）を中心とした回転運動に影響を及ぼす制動装置（１７）と、前記整形外科用の足部の作動状態を検出するためのセンサ装置と、このセンサ装置に結合されておりかつ前記制動装置（１７）を制御する制御装置とを具備し、前記回転ヒンジによって、足部（１０）が背屈および底屈の方向に回転自在に前記下腿接続部に結合されていてなる整形外科用の足部を制御する方法において、
    前記踝関節（７）に生じるトルクに比例する値と、前記下腿接続部と前記足部分（１０）との間の踝角度と、垂直線に対する前記足部分（１０）の絶対角度とを確定すること、および、これらの測定された値に従って、歩行の立脚局面における足部の運びと、歩行の遊脚局面における前記足部（１０）の位置と、立脚中の前記脚部（１０）の位置決めおよび可動性とを、前記制動装置（１７）によって制御することを特徴とする方法。
13. 前記足部の制御を前記制動装置（１７）によってのみ定めることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 制動を制御するために、背屈の方向におよび底屈の方向に、複数の別個の制動手段を使用しかつ制御することを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
15. 前記制動手段を、歩行過程中に、多数の中間位置に、好ましくは連続的に調整することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記制動手段を、前記測定された踝角度および／または前記絶対角度を用いて、前記回転ヒンジ（５）をブロックするまで調整することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 歩行サイクルのパラメータへの影響を、この歩行サイクルのための既に測定されたセンサ信号によって、及ぼすことを特徴とする請求項１２ないし１６のいずれか１に記載の方法。
18. 前記歩行サイクルの立脚局面のパラメータへの影響を、同じ立脚局面のための、既に測定されたセンサ信号によって及ぼすことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記歩行サイクルの立脚局面中に、背屈のための最大限の踝角度を確定すること、および、当該の制動手段が、最大限の踝角度への接近の際に、自らの制動値をブロックの方向に増加的に上げることを特徴とする請求項１２ないし１８のいずれか１に記載の方法。
20. 前記歩行サイクルの立脚局面中に、底屈方向における動きのための前記制動手段の制動値を、この方向への踝角度が増大するにつれて、徐々に上げることを特徴とする請求項１２ないし１９のいずれか１に記載の方法。
21. 「踵の接地」という状態を、マイナスの踝モーメントの発生および底屈の方向における踝角度の動きによって、検出することを特徴とする請求項１２ないし２０のいずれか１に記載の方法。
22. 立脚に関しては、前記制動手段の制動値の非常な上昇を、既に、中立点に近い小さな角度に対しても、調整することを特徴とする請求項１２ないし２１のいずれか１に記載の方法。
23. 前記中立点を、足部の載置面の傾斜または靴の踵の高さに従って、確定することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記踝モーメントが、マイナスの値から始まって、ゼロより大きな値に達したとき、前記中立点を調整することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 前記踵の接地の際に、前記制動手段を、底屈の方向に制御しつつ、最大限の制動値まで調整し、プラスの踝モーメントへの移行の際に、前記制動手段を、底屈を制御しつつ戻すためにおよびストッパを形成するために、背屈の方向に制御することを特徴とする請求項１２ないし２４のいずれか１に記載の方法。
26. 前記歩行サイクルの遊脚局面の初めに、戻しばねによって、背屈方向における戻りを、前記制動手段の値の低下によって、背側方向に行ない、その結果、前記踵の接地の際に、遊脚局面の終りに、前記足部分（１０）の背屈が存することを特徴とする請求項１２ないし２５のいずれか１に記載の方法。
27. 足部分として、前記回転ヒンジに接続された基礎部分と、回転ヒンジによってこの基礎部分に結合された前足部分（１５）とを用いることを特徴とする請求項１２ないし２６のいずれか１に記載の方法。
28. 前記基礎部分すなわち足部分（１０）に対する前記前足部位分（１５）の前足角度に関する角度測定を行なうことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
29. 前方への地面の傾斜と、靴の、高くなった踵とを、前記基礎部分（１０）と前記前足部分（１５）との間の角度を確定することによって、区別することを特徴とする請求項２８に記載の方法。

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