JP4226333B2 - 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

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

‐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、

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強制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強制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。

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。

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。

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。

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。このこ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、屈曲運動が達成されるとともに、第２の位置が、スイングの屈曲運動が可能であることを意味することを意図している。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１に示す膝関節の側面図。 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３Ａと同様な図。 図３Ａと同様な図。 腰掛けた姿勢における図１に示す大腿部の義足を示す。 腰掛けた姿勢における図１に示す大腿部の義足を示す。 この発明のデバイスの第２の具体例を示す。 この発明のデバイスの第３の具体例を示す。 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７Ａと同様な図。 図７Ａと同様な図。 図７Ａと同様な図。 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８Ａと同様な図。 図８Ａと同様な図。

Claims (14)

1. 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４のバーは、第２のバーと第４のバーの間の接続部が強制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強制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。
2. 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。
3. 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。
4. 強制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。
5. 強制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。
6. 第６のバーと、第３のバーおよび第４のバーの間の旋回点は、それぞれ、第３のバーと第４のバーの両端部から離間している請求項３に記載のデバイス。
7. 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。
8. 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。
9. マルチバー機構の大きさは、デバイスが、姿勢の屈曲運動を達成した位置である第１のブロック位置と、屈曲運動への回転が可能な位置である第２の位置と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。
10. デバイスの垂直負荷は、歩行の方向(Ｌ)に移動され、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。
11. ブロック位置を規定するために、バーを停止させる少なくとも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。
12. 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。
13. 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、デバイスのブロック位置の方向に作用し、かつ、少なくともデバイスのブロック位置においても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。
14. 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。

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