JP4572198B2 - 関節式の人工指アセンブリ - Google Patents

Description

本出願は、２００３年８月２１日に出願され“関節式の人工指アセンブリ”と名称を与えられた米国特許出願公開番号第１０／６４５，２１１号に優先権の利益を請求し、完全に本願明細書において引用したものとする。

本発明は、手足の一部を失った人による人工指の屈曲および伸張運動の制御の回復を可能にする人工指アセンブリに関連する。発明は、部分的な指損失から指全体の損失まで様々な指切断の症例に適応する。指の一部が存在する場合、部分的な指運動は指の自然な屈曲パターンに従うように本発明を屈曲させる。指が完全に失われている場合、隣接した指の運動が本発明の関節を制御する。

現在、人工指の内側の構造は、スポンジのような充填材から構成される。時に人工指は、アクションフィギュアの脚の継手において用いられているように、固定可能な継手によって作成される。これらの継手は、指の固定された位置決めを提供する。現在、高性能な材料での技術により多くの人が人工装具の進歩の新たな波を待っている。手足の指の一部を失った人のための電子的な人工指の作成において直面する問題は、サイズおよびコストである。残念なことに、必要な人による高価な電子人工装具の取得をコストが妨げる。内蔵型の電子指人工装具の作成は、与えられる制限された空間のため、追加的な問題点を提供する。

形成手術および人工装具は、典型的に手足の一部を失った人または創傷患者のための関節のないシリコーン指人工装具を作成する。指人工装具は一般に、機能よりむしろ美学のために設計され、それゆえに、可動性に関して多少役立たないとみなされる。指は、完璧に近いサイズ適合のため、利用できる場合、患者の反対の手の型から作成される。ワックス複製は、型から作成され、そのオリジナル形状の外観および形を反映させるように湾曲される。ワックス指は、失った指のシリコーン複製を作成するため、再び鋳造され、耐久性のあるシリコーンに注入される。シリコーンの指は、スポンジのような材料によって部分的に満たされる。ぴったりと患者の指の軸に適合させるため、人工装具の範囲内で十分な空間が残される。この形状の捕捉性は典型的に、指の人工装具を適所に保持するために十分である。従来技術においては、失った指を人間よりロボットのためにより適切に設計された機械的な装置に置き換える問題を解決する試みが実行された。

米国の特許Ｎｏ．５，９４１，９１４は、人工装具を関節でつなぐために用いることができる人工指の装置を記載する。この特許全体はほとんど、技術が進歩するにつれロボットがより人間らしい外観を有することを可能にしている装置としてこれに関する。これは人工装具にとって最も明らかな利点を述べる１つの方針である。この記載は、誤ってはいないが、多少まぎらわしい。なぜなら、前の記載がほのめかすのは指アセンブリであり、それは手足の指の一部を失った人のための人工指として使われることができるからである。これは、装置の関節は関節バーが装置の後側部分から収縮されることを必要とする事実のために真実でない。この領域は、装置が延長する手にぶつかる。これは、手または腕全体が失われた場合、装置が指としてのみ使われることを明らかにする。このことは、装置が作動できるようにするため、義手の範囲内で十分な空間を残す。以上のことはまだ、前腕以外である場合の残りの義手を容易に満たすことができる装置の運動を起こすために必要な仕組みを説明しない。上述の特許が関節式の指アセンブリの中である一方、それは、手は損なわれていない部分的または完全な指切断に利点を提供しない。

図１は、部分的に切断された指を有する手Ｈを示す。ＦＳという呼称が指根を示す一方で、損傷を受けていない指は、Fとして示される。指根の前端はＥとして示される。

図２は、関節式の人工指アセンブリの上にＣカバーを着用し、健康な指に擬態している図１の手を示す。これは、完全に組み立てられた装置が手に取り付けられた後に実行されるものである。人工指の爪は、Ｎと名称をつけられる。

図３−５は、カバーＣをその上に着用した人工指が、損傷を受けていない指Ｆの運動によってどのように関与するかを図示する。指根の前端Eの位置は、それが関節で曲がると装置の範囲内で示すことができる。

図６は、部分的なカバーＣが先端で示され、完全に組み立てられた人工の指アセンブリを示す。図７のカバーＣを見る場合、機械的な装置全体がカバーＣに挿入されることができるのは明らかである。参照符号は、図８の等角および展開図において、完全に説明される。図６は、図７および図８と連動して検討されるべきである。

図７は、擬態されたカバーＣが内側の弾力性のあるカバーＧ上に配置される内側の弾力性のあるカバーＧの前および左側を示す。これが挿入される装置全体を隠す可撓性材料の図であることに留意する。内側の弾力性のあるカバーＧは、完全に組み立てられる場合、図６のリング９と同様に基盤１で挿入される。装置が挿入されるならば、外側カバーＣおよび内側カバーＧは、外周Ｒに沿って一緒に封止される。

図８は、等角のおよび拡大図における人工装具を示す。固定された基盤１は、この装置を受容する残った指根上に滑り込む。固定された基盤１は、図１の指根ＦＳ上に滑り込み、指関節で固定される。基盤１の前端（指の先端の方の方向に示される）は、それに枢支的に取り付けられ、上部フォーク３および低いフォーク２ａを備えたブラケット２を有する。上部フォーク３は、上部で作動する駆動装置４の小穴５を受容し、枢軸ネジ４aを経由してしっかり固定される。上部で作動する駆動装置は、止めねじ６ａを経由してそれに取り付けられる長さ調節ロッド６を有する。これにより、人工装具の長さは残っている指の長さに比例して適合するように調整されることができる。調節ロッド６は、上部で作動する駆動装置７に滑り込み、指リング９が溶接またははんだで取り付けられる後部端部８を有する。指リング９は、人工装具が組み立てられた場合、本願においてさらに説明されるように切断された根の上を滑動する。上部で作動する駆動装置７の前方部分は、枢軸ネジ１１を経由して枢軸ブロック１０に連結されることになっている小穴７ｂをその上に有する。枢軸ネジ９は、センタリング・ウォッシャ１２を通じて枢軸ブロック１０上の小穴５１に、および、他のセンタリング・ウォッシャ１２を通じて小穴７ｂに挿入され、枢支ブロック１０上の開口５１から直接横切って枢支ブロック１０の向こう側上の貫かれた孔に通される。上記の要素１−１０は、発明の人工装具の第１の人工指関節の第１のセクションの部分を形成する。
第２の部分は、次のように構成される：
固定された基盤１からまた始めると、基盤１上のブラケット２は、ネジ１３ａを経由してより下部で作動する駆動装置１５の後側部分の小穴１４を受容するより低いフォーク２ａを有する。１５の前端部は、それに取り付けられ、より下部の作動する駆動装置１３の後部端部に滑り込む長さ調節ロッド１５aを有する。その適当な長さに調整されるならば、より下部の作動する駆動装置１５の後側部分およびより下部の作動する駆動装置１３は、止めねじ１３ｃを経由してその位置にしっかり固定される。人工装具が他の指に比例して合わせることができるために、長さ調整は重要である。より下部の作動する駆動装置の前端は、それに取り付けられるスターラップ１６を有する。スターラップ・ピン枢支ネジ１３bは、小穴５０および５０ａを経由して枢軸ブロック１０により下部の作動する駆動装置１３をしっかり固定する。後者の要素１−１６は、次に枢軸ブロック１０に取り付けられる要素を形成する。第１の設定された要素１−７aおよび要素１３−１６の第２のセットは、次に第１関節の指関節部分を完成する枢軸ブロック１０にしっかり固定される。枢支ブロック１０は、次に外側の指骨セクション１８に導かれ、以下の方法でその中にしっかり固定される。枢軸ブロック１０および外側の指骨セクション１８は、ネジ２２をその中にそれぞれ受容するために開口部２０および２１を有する。このアセンブリに含まれるのは、開口１９ａをその中に有している後部継手カバー１９である。組み立てられる場合、ネジ２２は開口部１９ａ、２１および２０を通過する。最終のネジ２５は、外側の指骨セクション１８の小穴２４を通して枢軸ブロック１０の貫かれた開口２３に挿入される。これは、上下に作動する駆動装置のアセンブリ全体を完成させ、枢軸ブロックおよび外側の指骨セクション１８に連結する方法である。人工装具のアセンブリを継続するため、内側の指骨セクション２６は、以下の方法において部分的に組み立てられた外側の指骨セクション１８に挿入される。内側の指骨セクションは、内側のキー溝２７ａおよび２７ｂに適合する外側の指骨セクション１８の外側および横に突き出ているキー溝２６ａおよび２６ｂを有する。内側のセクション２６が外側のセクション１８に挿入され、キー２６およびキー溝２７によって整列配置され、適当な距離が決定されるならば、止めねじ２６ｃは、２つのセクション１８および２６を一緒にしっかり固定する。フォーク７ａを有する上部作動ロッド７の前方の部分は、次に枢軸ブロック１０、外側の指骨セクション１８および内側の指骨セクション２６の範囲内で限定される。そのフォーク７ａを有するバー７の伸張を継続するため、フォーク７ａに適合し、枢支ピン３７を経由してその中にしっかり固定される開口３７ｃによって、連結３５が提供される。連結３５は、中間の指骨セクションの長さ調整を収容するために様々な長さにおいて作成される。ここで、部材３４を連結している小穴を経由して、フォーク３５ａに連結される枢軸頭部３３を参照する。その前端で枢軸頭部３３は、それに取り付けられる長さ調整フォーク３８を有する。長さ調節フォーク３８は、指先４１が連結される場合、装置の最終の指骨セクションの長さを調整するために役に立つ。枢軸ヘッド３３は、枢支ネジ３２を経由して内側の指骨セクション２６にしっかり固定される。枢軸ヘッドは、止めねじ３０、３０ａ、３１および３１ａでしっかり固定されるセンタリング・ブロック２８および２９により内側の指骨セクションの範囲内で中央に置かれなければならない。内側の指骨セクション２６の前端は、前方の継手カバー４６によっておおわれて、止めねじ４７によってそれにしっかり固定される。装置される場合、長さ調節フォーク３８は指骨セクション２６および前方の継手カバー４６の前端から突き出ていて、前方の指先４０を通過し、しっかり固定する。前方の指先４１に挿入される場合、発明の人工装具の前方の指屈曲を形成する枢軸要素ロック３９によってこれは達成される。また長さ調整フォーク３８は、ネジ４０が指先４１に挿入され、および長さ調節フォーク３８を通過し、ネジ締めによって適所に枢軸要素ロック３９においてしっかり固定される前に指先４１の調整の自由を許容するように設計される。指先端関節の前端は、カバーＣ、ワッシャ４２、および、止めねじ４３に取り付けられる人工指の爪４５を受容する。完全に図８において図示されているように、説明される全ての要素は外側の指骨セクション１８および内側の指骨セクション２６内で含まれることは明らかである。カバーＣは、基盤１を越えるのと同様に作動する駆動装置７および１３を越えて第１および第２の指骨セクションから発明の人工装具の要素のすべてを被覆する。継手カバー１９および４６は、屈曲の間、外側カバーＣの連続した流れを呈するため中間の指骨セクションを円形にする。

図９−１１は、示されるように関節式の人工アセンブリの屈曲および伸張運動の動作を示す。装置は、切断された指または指根の残っている部分の運動から得られるてこ作用での関節式の人工指の運動の制御を可能にする。指根が基盤１を通じて直線の位置でリング９に挿入され、基盤１が適所にある場合、関節式の装置は、図９において示される指先の位置において延長される。指根が垂直および水平に移動する自由を有する一方、基盤１は適所に留まる。装置の関節は、屈曲の間レバーとして作用する上部で作動する駆動装置７の前方の部分から得られるてこ作用を検討することによって最も容易に理解されることができる。指が図９のように延長される場合、リング９上の上方への圧力から得られるてこ作用は、直線の位置において中間の指骨および指骨先端を保持する。

図１０は、アセンブリとともに指根が僅かに撓曲した位置を示す。圧力がリング９上で下方に適用されるので、基盤１は固定されて留まる。装置が下に押圧されると、作動する駆動装置のネジ軸１３ｂおよび１１は、装置を下方にカールさせる。上部で作動する駆動装置７のフォーク７ａの運動から得られるてこ作用は、指先４１を連結３５経由で屈曲させる。

図１１は、中間の指骨セクションおよび指骨先端が撓曲位置で完全に屈曲された完全に屈曲された図を示す。装置は、指根の運動によって制御される指の自然な屈曲パターンに続く。次の説明は、指全体が切断された場合の発明の第２の実施例である。

図１２は、指が指関節ＥＫの端部のみを残して、完全に切断された手Ｈを図示する。明らかに、実施例１における残っている指根は、人工指を運動させるためには用いることができない。それゆえに、失った指の隣接した指が、このために使われる。したがって、図１３において、次の図において示されるこの接続を作成するリング５９が存在する。

また図１３は、擬態された指の爪６１を含みそれが配置された後、人工指上に配置されるＣとして前述の図において示される弾力性のあるカバー６０を示す。

図１４は、健康な指と健康な指に隣接する人工指を作動させるメカニズムとの結合を図示する。このために、隣接した指上の作動リング５９は、溶接またははんだによりリング５９にしっかり固定され、以下に説明される直角を形成する伸張ワイヤまたはロッド６２を有する。この第２の実施例は、第１実施例の固定された基盤１と同様の方法で作動する失った指の指関節を通じて取り付けられる固定された基盤６３を含む。固定された基盤６３は、小穴５を経由して上部で作動する駆動装置４の後側部分をその中に受容し、枢軸ネジ４ａを経由してその中でしっかり固定されたフォーク７１ａを形成する上部延長部分７１を有し、それに取り付けられるブラケット６４を有する。ブラケット６４は、フォーク７２aを含むより下部のおよびより短い延長部分７２をその上に有する。リング５９に直角で取り付けられている伸張ワイヤ６２は、フォーク７２aに配置され、止めねじ６６を経由してそれにしっかり固定された第１のより低い分割されたギア６５への延長を継続する。フォーク７２ａにおいて受容され、枢軸ネジ６８を経由して適所にその中に保持される上部の分割されたギアが存在する。駆動接続は、枢軸ネジ７０を経由してフォーク７２ａにおいて枢動できるように搭載される中間歯車６９の介入を通じて上部の分割されたギア６７とより低い分割されたギア６５との間で作成される。上部分割されたギア６７は、上部で作動する駆動装置４の後側部分と同様、第１実施例に基づいて形成された下部で作動する駆動装置１５の後側の延長部分である。ここから、第１実施例において説明されたように、第２の実施例の要素は同様に作動する。上記のすべてから、切断された残る指根または隣接した指のどちらによっても人工および関節式の指がどのように作動するかは明らかである。指が完全に切断された場合、装置の作動のわずかに変更させることによって、隣接した指が使われる。

図１５は、図１４に記載される第２の実施例の側面図である。リング５９が伸張ワイヤ６２にどのように連結し、より低い分割されたギア６５に挿入されるかが明らかである。本実施例において、第１実施例で、リングは上部で作動する駆動装置を制御する一方、より下部の作動する駆動装置は装置を作動させる。本出願において関連する特許文献および科学的な論文を含むすべての刊行物は、刊行物の各々が個別に引用したもののように同じ範囲における目的のため、それら全部を引用したものとする。

１つの指が切断された手を示す。 切断された指が置き換えられた手を示す。 指を動かしている人工装具を含む手を図示する。 指を動かしている人工装具を含む手を図示する。 指を動かしている人工装具を含む手を図示する。 完全に組み立てられた人工装具の指を示す。 装置を隠す内側と外側の弾力性のあるカバーを示す。 人工装具全体の等角および分解図を示す。 まっすぐな位置完全に撓曲した位置までの装置の運動を図示する。 まっすぐな位置完全に撓曲した位置までの装置の運動を図示する。 まっすぐな位置完全に撓曲した位置までの装置の運動を図示する。 指関節を除いて指を完全に失った手を図示する。 人工装具が取り付けられた後の擬態された指を図示する。 隣接した指によって作動された場合の第２の実施例における違いを示す。 図１４の組み立てられた側面図を示す。

Claims (15)

1. 切断された指に装着するための人工指であって、前記人工指は、切断後に残っている指根を越えて配置される固定された基盤、前記固定された基盤に枢支的に取り付けられた下部で作動する駆動装置、および、前記固定された基盤に枢支的に取り付けられた上部で作動する駆動装置を含み、前記上部および下部の駆動装置は、前記人工指の指先セクション部分（末節骨）が枢支的に取り付けられた第２のセクション部分（中節骨）を形成する枢支ブロックに相互におよび横断方向に枢支的に連結されることにより、切断後に残っている指根によって作動されるように適応して、前記指先セクション部分と第２のセクション部分とを同時に作動することが可能な、第１の指関節部分と第１のセクション部分（基節骨）を形成することを特徴とする人工指。
2. 請求項１の人工指において、外側の指骨セクションは、前記枢支ブロックにしっかり固定される人工指。
3. 請求項２の人工指において、少なくとも１つの作動している駆動装置は、前記作動している駆動装置を枢軸ヘッドに連結する手段を有して枢支的に連結される人工指。
4. 請求項３の人工指において、前記枢軸ヘッドはその上に取り付けられる延長部分を有し、前記延長部分はそれに指先の指骨部分をしっかり固定する手段を有する人工指。
5. 請求項４の人工指において、前記延長部分は、前記枢軸ヘッドと前記指先要素との間の相対的位置を調整する手段で前記枢軸ヘッドにしっかり固定される人工指。
6. 請求項１の人工指において、前記上部および下部の作動している駆動装置の両方は、それらの長さを調整する手段を有する人工指。
7. 請求項２の人工指において、前記外側の指骨セクションは後方および前方の端部を有する内側の指骨セクションを受容し、前記枢軸ヘッドは前記内側の指骨セクションの前方へ端部に、枢支的にしっかり固定され、このことにより、前記人工指の第２のおよび関節式のセクションを形成する人工指。
8. 請求項２の人工指において、前記外側の指骨セクションの後部の端部は、その上にしっかり固定される継手カバーを有する人工指。
9. 請求項７の人工指において、前記内側の指骨セクションの前記前部は、その上にしっかり固定される継手カバーを有する人工指。
10. 請求項７の人工指において、前記外側および内側の指骨セクションの両方は、互いに相対的位置を調整する手段を含み互いに関連してしっかり固定される人工指。
11. 請求項１の人工指であって、前記上部およびまたは下部の関節の駆動装置を切断された指の前記残っている指根にしっかり固定する手段を含む人工指。
12. 請求項１の人工指であって、組み立てられる場合に前記人工指上に配置される弾力性のあるカバーを含む人工指。
13. 請求項１２の人工指において、内側の弾力性のあるカバーは、前記基盤を通じて挿入され、前記外側の弾力性のあるカバーに封止される人工指。
14. 請求項１１の人工指において、前記上部およびまたは下部で作動する駆動装置をしっかり固定する手段は、利用可能である残った指根がない場合、隣接した指に固定され、前記下部で作動する駆動装置を回転させる手段を含む人工指。
15. 請求項１４の人工指において、内側の弾力性のあるカバーは、前記基盤を通じて挿入され、前記外側の弾力性のあるカバーで封止される人工指。

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