JP4975755B2 - 下肢人工装具用調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、調整装置および係る装置を含む下肢人工装具に関する。本発明は、特に踵高さ調整に関連するものである。

人工脛部に対する義足の角度位置を設定するための既知の調整可能な人工関節は、米国特許第５，９５７，９８１号明細書（Ｇｒａｍｎａｓ）に開示されている。この既知の関節は、バイパス弁によって相互接続された流体含有チャンバ内に配置された１対の羽根ピストン（vane piston）を含み、バイパス弁がその設定によってチャンバ間の流体の通過を許可または阻止する。ピストン、チャンバ壁、およびピストンとチャンバ壁の回転相互接続の組立体が、脛管を受けるための近位クランプを備えた義足の一部を構成する。弁は、組立体の側面の回転レバーを使って手動操作することができ、人工装具装着者は、角度調整が必要なときにこの弁を開くことができる。

既知の構成の欠点は、組立体が、特に前後方向にかさばることである。このことと足内の組立体の組み込みによって、装着者が利用可能な足構成の選択が制限されやすい。

Mauch Laboratories, Inc., Hydraulik Ankle Unit
Manual, page 2, March 1998には、脛部に対して義足の角度位置を動的に油圧制御できる関節が開示されている。この関節は、同じような欠点を持つ。

本発明の目的は、人工脛部に対する義足の相対的角度位置の調整を可能にする改善された手段を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、義足を脱着可能に取り付けるための足取り付け部と、足取り付け部に枢動接続された脛部とを有し、脛部は、チャンバと、このチャンバに収容されるピストンであって、動くときにチャンバの一部の体積を変化させながらチャンバ内で並進運動を行うように構成されたピストンと、前記チャンバ部分と連通する通路であって、通路内の流体の流れを制御しそれによりピストンの運動を制御する弁を収容する通路とを有し、ピストンは、弁が開かれたときに足取り付け部と脛部の相対角度位置を調整することができ、弁が閉じられたときに前記相対角度位置がロックされるように足取り付け部に接続されている。チャンバは、好ましくは、作動油を含み、有利には円筒状であり、その中心軸は、脛部によって規定された脛軸と一致するか脛軸と平行になるように長手方向に向けられおり、チャンバの径は少なくとも２５ｍｍである。脛軸が実質的に中心となる単一シリンダを使用することにより、脛管より大きくない径の足首部内に大きなピストン領域を収めることができる。いくつかの実施形態では、脛部は、脛管部分であり、チャンバは、脛管部分内に収められる。ピストンは、足取り付け部に枢動可能に結合されたピストンロッドを有することが好ましく、ピストンロッドは、脛部内部でチャンバの範囲を定める上側内部横断壁と下側内部横断壁の少なくとも一方を封止された流体密封式に通る。

足取り付け部と脛部の枢動相互接続は、一般に、脛軸から前方にずらされた中間横方向の踵高さ調整軸を規定し、ピストンロッドは、踵高さ調整軸に対して平行であり且つ後方に離された枢動軸を規定する車軸関節によって足取り付け部に結合される。

車軸関節は、単一の枢動軸を規定し、ピストンロッドは、足取り付け部に枢動可能に直接接続されることが好ましい。シリンダ、ピストンおよびピストンロッドは、足取り付け部と脛部間の角度を調整するときにピストンとピストンロッドの中心軸とシリンダの中心軸の間の心合わせ不良を許容するように、ピストンとピストンロッドがシリンダ内で浮動できるように寸法が決められる。

代替として、ピストンロッドは、踵高さ調整軸に対して平行で前方に離された軸のまわりに、足取り付け部に対して枢動できるように足取り付け部に枢動式に取り付けられた結合連結機構によって足取り付け部に間接的に結合される。

踵高さ調整軸は、脛軸から前方ではなく後方にずらされてもよい。

このようにして、脛の遠位に配置された足取り付け部の角度位置を制御するために、脛と関連付けられた構成要素内で並進運動を行うピストンを提供することによって、過度な空間を占有することなく装置を脚接続機構の近くに配置することができる。これにより、装着者または義肢装具士は、様々な異なる義足を取り付けることができる。更に、踵高さ調整装置を交換するコストを必要とすることなく義足を交換することができる。

足取り付け部は、義足の従来の雄形四面逆ピラミッド型接続部を収容し、適切に選択した義足を装置と接続することができるピラミッド型接続ソケットを含むことが好ましい。ピラミッド型接続機構は、一般に、少なくとも内転外転アライメントを可能にするアライメント手段を含む。

好ましい装置の足取り付け部に取り付けられる義足には、足裏からコネクタと係合する足の最高重量荷担面部分まで測定した高さが少なくとも７０ｍｍの足がある。これは、一般に、地面から取り付け接続機構までの高さが８０ｍｍであることと等価である。

弁は、装着者が操作可能で、装置の片側面、好ましくは横側面から突出する操作ボタンを有することができる。弁部材は、その閉位置にばねで付勢されることが好ましい。

本発明の第２の態様によれば、断端ソケットと、断端ソケットに接続された脛部材と、脛部材の遠位端に足取り付けコネクタを有する下肢人工装具が提供され、脛部材は、中間横方向の踵高さ調整軸のまわりに足取り付けコネクタを枢動させるための油圧式踵高さ調整装置を含み、装置は、脛部材の内側に配置されたチャンバ内で移動可能で且つ踵高さ調整軸と平行な枢動軸を規定する車軸関節によって足取り付けコネクタに接続されたピストンロッドを有するピストンを有し、チャンバの少なくとも一部分は、ピストンが動くときに体積が変化し、チャンバと連通する通路内の流体の流れを制御する弁とを有し、弁とピストンは、前記軸のまわりの足取り付け接続の角度位置を設定する。

本発明の第３の態様によれば、断端ソケットと、脛部材と、脛部材と断端ソケットを相互接続する膝関節と、脛部材の遠位端の足取り付けコネクタとを有する下肢人工装具が提供され、脛部材は、脛足取り付けコネクタを中間横方向の踵高さ調整軸のまわりに枢動させるために、部材内に配置された流体充填チャンバ内で移動可能なピストンを有する油圧式踵高さ調整装置を有する。

本発明の第４の態様によれば、断端ソケットと、断端ソケットに接続された人工脛部材と、足部材と脛部材の相対角度位置を中間横方向調整軸のまわりで変化させるように構成された油圧機構によって脛部材に接続された義足部材とを有する下肢人工装具が提供され、油圧機構は、前記調整軸を規定する脛部材への足部材の第１の枢動接続と、足と脛部材を相互接続し調整軸の片側面に対してずらされたピストンおよびシリンダ組立体とを有し、ピストンとシリンダ組立体は、シリンダ部内で並進運動可能なピストン部を有し、シリンダ部およびピストン部の一方は、足部材と脛部材の一方と堅く接続され、他方は、足部材と脛部材の他方に枢動式に取り付けられ、ピストンとシリンダ組立体は、ピストン部が、シリンダ部内で軸方向以外に動くことができるように構成されている。

シリンダ部は、脛部材と関連付けられることが好ましく、ピストン部は、調整軸と平行な単一枢動軸を規定する車軸関節によって足部材に枢動接続されることが好ましいピストンロッドを有する。

次に、図面を参照して本発明を例として説明する。

図１Ａと図１Ｂを参照すると、下腿切断者用の人工装具は、断端ソケット１０（一部分だけを示した）と、部分的に断面で示した脛管（shin tube）１２と、脛部１６と足取り付け部１８を有し且つ足取り付け部１８に取り付けられた油圧式踵高さ調整装置１４と、義足２０とを有する。

脛管１２は、脛軸２２を規定し、上側アライメント調整部品２４によってソケット１０に留められた近位端部分と、脛部１６の脛管クランプ２６に固定された遠位端部分とを有する。

踵高さ調整装置１４の脛部１６と足取り付け部１８は、中間横方向に延在する踵高さ調整軸２８のまわりに互いに対して枢動可能であり、その結果、足取り付け部１８を脛部１６に対して足裏方向に枢動させたとき、図１Ｂに示したように、地面３０に対する足２０の踵高さが高くなる。

図２Ａと図２Ｂに、踵高さ調整装置をより詳しく示した。踵高さ調整装置１４の脛部１６は、概略管状であり、脛管部分を形成する。脛管部分は、脛軸２２を中心とし、円筒状の側壁３４と２つの離れた横断壁３６と３８を有し、横断壁３６と３８は、脛軸２２に対して垂直で且つそれらの間に円筒状チャンバ４０を画定し、その軸は脛軸の長手方向に向けられている。チャンバの径は、２５ｍｍより大きく、本発明の好ましい実施形態では３０ｍｍ〜３５ｍｍである。好ましい実施形態では、円筒状チャンバは脛と共軸である。

チャンバ４０内で、各横断板３６と３８の穴を通るピストンロッド４４を有するピストン４２が直線的に動くことができる。本発明のこの実施形態では、ピストンと脛部１６の管状壁３４と横断壁３６，３８によって構成されたシリンダは、中心が脛軸２２にある。

踵高さ調整軸２８は、脛部１６の一部を構成する枢動ピン４６によって画定され、足取り付け部１８の穴に収容される。この実施形態では、踵高さ調整軸２８は、脛軸２２の後側にあり、また脛部１６内に留められた脛管の半径とほぼ等しい距離だけ脛軸２２から離されていることに注意されたい。

足取り付け部１８は、義足２０の四面雄形逆ピラミッド型接続部２１（図１Ａと図１Ｂを参照）を収容するためのピラミッド型接続ソケットとして構成される。足取り付け部１８に対する足２０の内転外転と足裏−足背アライメントのためのねじ（図２Ａと図２Ｂには示していない）用の４つのねじ穴１８Ｂが従来の方式で設けられている。従って、ピラミッド型接続ソケットによって提供される接続部は、環状の部分球状の遠位方向に向いた受面１８Ｓによって境界が定められて足２０（図１Ａ）上の対応する部分球状の遠位方向の受面２０Ａと接する遠位方向に向けられたレセプタクル１８Ｒの形をとる。受面２０Ａは、逆ピラミッド型接続部２１のまわりに環状に延在する。

ピストンロッド４４の遠位端が足取り付け部１８に枢動接続されるので、足取り付け部１８の角度位置は、脛部１６内のピストン４２の並進位置によって決定される。この実施形態において、接続は、それぞれピストンロッド４４と足取り付け部１８との近位枢動接続５２と遠位枢動接続５４を有する連結機構部材５０によって行われ、遠位枢動接続によって規定される枢動軸は、足取り付け部１８内で踵高さ調整軸２８から前方に離されている。従って、ピストン４２が、図２Ａに示したようなその最上位置から図２Ｂに示したような低い方の位置までチャンバ４０内で遠位方向に移動するとき、足取り付け部１８は、足裏の方向に枢動し、それにより図１Ｂに示したように足２０の踵高さが大きくなる。最小踵高さ構成で、足取り付け部１８の前部１８Ａは、図１Ａに示したような脛部１６上の前方ストップ１６Ａに当たる。

チャンバ４０は、ピストン４２の両側が作動油で満たされている。ピストン４２の動きは、ピストン４２の両側のチャンバ部分の間で脛部１６の本体を通るバイパス通路５６内の流体の流れを制御することによって制御される。図２Ａと図２Ｂに図で示したスプール弁５８は、後でより詳しく説明するように、流体の流れ、従ってピストンの動きを阻止または許可するために使用される。スプール弁５８は、脛部の管状壁３２の外側の制御機構６０によって手動操作される。弁５８が閉じられると、ピストン４２の位置が固定され、それにより踵高さが固定される。弁５８が開けられたとき、人工装具の装着者は、例えば足を硬い面に置き、必要に応じて脛を前後に動してチャンバ４０内のピストン４２を動かすことによって踵高さを変化させて、それにより例えば異なる靴に合うように踵高さを増減することができる。一般に、装着者は、靴を履いている間に調整を行い、脛を動かして脛軸２２を垂直にする。次に、ボタン６０を放して弁５８を閉じた後、その特定の靴の踵高さが維持される。

図３Ａから図３Ｄは、本発明の別の実施形態の図である。図３Ｃと図３Ｄを参照すると、この実施形態において、弁５８が、上側横断壁３６の中央を横方向に通るスプール部材５８Ａを有するスプール弁であることが分かる。ピストン４２の両側のチャンバ４０の近位部分４０Ｐと遠位部分４０Ｄの間のバイパス通路５６は、上側横断壁３６の上側部分５６Ａと、管状側壁３２の中間部分５６Ｂと、遠位チャンバ部分４０Ｄに開いた下側部分５６Ｃとを有する。図３Ｃを参照すると、スプール部材５８Ａが、制御ボタン６０を押すことによってバイパス通路５６の上側部分５６Ａと位置が合って弁５８が開き、流体がバイパス通路５６を介してピストン４２の一方の側から他方の側に流れることを許可する細い直径の部分５８ＡＲを有することが分かる。

圧縮ばね６１は、スプール部材５８Ａを閉位置の方に付勢する。

図３Ｂと図３Ｅに示したように、管状壁３２によって形成されたシリンダの径、および従ってピストン４２の径は、脛管クランプ２６の内径と実質的に等しい。ピストン径をこの程度にすることによって、装置の脛部１６の中間横寸法と前後寸法が、脛管クランプの径より大きくなりすぎることがなく、その結果、装置の機構の多くを足の中ではなく人工装具の脛部分の下側部分に収めることができるという利点が得られる。実際に、脛部１６を、脛管に留められた脛管部分としてではなく、人工装具の単一管状脛部分の一部分として構成するこができる。更に、ピストンの径をこの好ましい実施形態のピストン４２よりも小さくして、脛レベルでの装置の外寸を更に小さくすることができる。従って、ピストン４２とそのチャンバの径は、脛管の内径より小さくもてよい。

図３Ｅを参照すると、この実施形態において、連結機構５０は、ピストンロッド４４の遠位部分４４Ｄを収容し上側枢動ピン５２Ｐによってピストンロッド４４に接続された上側ヨーク部分５０Ａを有する。連結機構５０の下側部分５０Ｂは、足取り付け部１８に収容された下側枢動ピン５４Ｐを支持する。

図４を参照すると、代替の実施形態では、前述の実施形態の連結機構５０が、ピストンロッド４４の拡張部４４Ｅによって置き換えられている。このピストンロッド拡張部は、足取り付け部１８内で回転可能な中間横方向枢動ピン５４を収容する軸受６２を有する。従って、ピストンロッド４４は、このようにして、単一の枢動接続によって足取り付け部１８に直接接続される。この実施形態の特定の機能は、枢動ピン５４が、ピンの端部から偏心的にずらされた中央部分を有し（ピンの端は足取り付け部１８に収容されている）、ピン５４は、枢動ピン５４を足取り付け部１８内に取り付けることによって規定された枢動軸の動きを可能にするように、足取り付け部１８とピストンロッド拡張部４４Ｅの軸受６２の両方の中で回転可能である。この枢動軸は、足取り付け部１８が踵高さ調整軸２８のまわりに足裏方向に回転するときにピストンロッド４４の軸から遠ざかることを理解されるであろう。

この実施形態では、踵高さ調整範囲は、横断壁３６，３８に対するピストン４２の当たりによって画定される。

図５に示した特に好ましい実施形態では、前述の偏心的に回転する枢動ピン接続が提供されること好ましいが、ピストンロッド４４は、図示したような軸受６２に嵌められた単純なピンによって足取り付け部１８に直接接続されるか、足取り付け部１８内に接続される。従って、枢動ピン５４は、単一の枢動軸を規定する。その結果、一方でピストン４２の中心軸とピストンロッド４４の間と、他方でシリンダ３２の軸と横断壁３６，３８にピストンロッド４４を収容する穴の間で生じる可能性のある芯合わせ不良は、ピストン４２とピストンロッド４４が、チャンバ４０内と横断壁３６，３８内のピストンロッド穴６４Ａ，６４Ｂ内でわずかに揺動できるようにすることによって吸収される。この改良において、ピストンロッド４４と穴６４，６６の間の隙間は、円筒状チャンバ４０の軸からのピストンロッド４４とピストン４２のわずかな角度のずれを許容するように前述の実施形態よりも大きくされる。この実施形態では、穴６４，６６内のピストンロッド４４の周囲の半径方向のすきまは、約０．１３ｍｍである。更に、ピストン４２の周囲は、ピストンが揺動するときにシリンダ壁からの隙間を維持するために樽状に形成される。心合わせ不良に対処する更に他の方法には、枢動ピン５４の軸（および従って、足取り付け部１８への接続部でのピストンロッド４４の軸）を脛軸に対して踵高さ調整軸から遠ざかる方向にずらすことがある。このずらしは、足取り付け部１８が脛部１６に対して中立または中間位置にあるときに行われる。この実施形態では、中立位置でのずれは約０．１ｍｍである。エラストマーシール部材６８，７０，７２（ここでは、ゴム製Ｏリングの形）とそれらが位置している溝は、それぞれの流体密封シールを維持するように寸法が決められる。この好ましい実施形態の別の特徴は、踵高さ調整軸が、枢動ロッド４４を足取り付け部１８に接続する車軸関節の枢動軸より前側に配置されることである。他の点で、図５の装置は、図３Ａから図３Ｅと図４に示したものと類似している。

要約すると、踵高さ調整装置を、装置の上側部分の制御部分の実質的線形運動を装置の下側部分の回転（枢動）運動に変換する変換器として構成することによって、装置を人工脛の一部分を構成することができるほど十分に細くすることができ、それにより踵高さ調整軸の下の足取り付け接続が可能になる。装置は、説明し図示した実施形態でと同じように脛管クランプを備えてもよく、一体的な脛部材の一部を構成してもよい。いずれの場合も、特定の義足の垂直方向の長さにより、脛管または脛部材を必要な長さに切断することができる。このように、地面と接続部の垂直距離が８０ｍｍを超える様々な垂直寸法の義足に対応することができる。実際には、これは、踵高さが１０ｍｍの場合に（代表的な最小踵高さ）、義足の足裏と例えば接続機構の最上受面との間の距離を、必要に応じて７０ｍｍより大きくすることができる意味する。前に述べ示したような従来のピラミッド型接続である接続機構の場合、前に言及した垂直方向の測定は、義足上の雄形逆ピラミッド型接続のまわりに延在する環状受面の最上部分に対して行なわれる。この測定は、この表面部分から接続機構の垂直方向下の足裏の部分まで、即ちピラミッド軸で行われる。

油圧ピストンおよびシリンダ構成を弁付きバイパス通路と組み合わせて使用することにより、踵高さ位置が無限数の滑らかな無段階調整が可能になる。

本発明による踵高さ調整装置を含む下肢人工装具の側面図であり、異なる踵高さにセットされた装置を示す。 本発明による踵高さ調整装置を含む下肢人工装具の側面図であり、異なる踵高さにセットされた装置を示す。 図１Ａと図１Ｂの人工装具に使用される踵高さ調整装置の断面図であり、異なる踵高さ設定に対応する２つの状態の一方の状態を示す。 図１Ａと図１Ｂの人工装具に使用される踵高さ調整装置の断面図であり、異なる踵高さ設定に対応する２つの状態の一方の状態を示す。 本発明による踵高さ調整装置を示す平面図である。 図３Ａに示した中間前後方向面Ａ−Ａの断面図である。 図３Ａに示した後方にずらされた中間横方向面Ｂ−Ｂの断面図である。 図３Ａに示した横方向にずらされた前後方向面Ｃ−Ｃの断面図である。 図３Ａに示した中央中間横方向面Ｄ−Ｄの断面図である。 本発明による代替の踵高さ調整装置の中央前後面の断面図である。 本発明による更に他の代替の踵高さ調整装置の中央前後面の断面図である。

Claims (12)

1. 油圧機構を有する、足部材および脛部材を含む下肢人工装具用の人工足首であって、前記油圧機構は、
   前記足部材および、脛軸を規定する前記下肢人工装具の長手方向に延びる前記脛部材をそれぞれ関連付けられるように適応された第１の構成要素および第２の構成要素と、
   前記第１の構成要素と前記第２の構成要素とを相互接続し、前記第１の構成要素と前記第２の構成要素とが互いに対して枢動可能な中間横方向調整軸を規定する第１の枢動機構と、
   前記第１の構成要素と前記第２の構成要素とを相互接続し、前記調整軸の一方の側とずらされたピストンシリンダ組立体とを有し、
   前記ピストンシリンダ組立体は、シリンダ部分内で並進運動可能なピストン部分を有し、前記シリンダ部分が、前記第２の構成要素に堅く接続され、前記ピストン部分が、前記第１の構成要素に枢動可能に取り付けられており、
   前記ピストンシリンダ組立部の前記シリンダ部分は、円筒状チャンバを有し、
   前記円筒チャンバが、前記ピストン部分を有し、前記脛軸と一致するか前記脛軸と平行になるように長手方向に向けられている中心軸を規定し、少なくとも１つの横断壁によって範囲が定められ、
   前記ピストン部分が、前記チャンバの横断壁との間を流体密封式に貫通し、前記第１の構成要素に対する前記ピストン部分の枢動接続に到るピストンロッドを有している、下肢人工装具用の人工足首。
2. 前記ピストンロッドと前記第１の構成要素の間の前記枢動接続が、前記調整軸と平行な単一枢動軸を規定する、請求項１に記載の人工足首。
3. 前記ピストンシリンダ組立体は、前記ピストン部分が前記シリンダ部分内で軸方向以外に動けるように構成された、請求項１または請求項２に記載の人工足首。
4. 前記ピストン部分が、前記第１の構成要素における前記調整軸から離間された前記シリンダ部分における枢動接続手段によって、前記第１の構成要素に枢動可能に取り付けられている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の人工足首。
5. 前記調整軸は、前記ピストンロッドと前記第１の構成要素とを接続する車軸関節の枢動軸に対して前側に配置される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の人工足首。
6. 前記ピストンシリンダ組立部の前記チャンバが、前記ピストン部分のピストンと対向する側にチャンバ部分を有し、
   前記組立部が、前記チャンバ部分間に延びる弁付きバイパス通路をさらに有している、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の人工足首。
7. 油圧機構を有する下肢人工装具用の人工足首であって、前記油圧機構は、
   足部材と脛部材の一方および他方とそれぞれ関連付けられるように適応された第１の構成要素および第２の構成要素と、
   前記第１の構成要素と前記第２の構成要素とを相互接続し、前記第１の構成要素と前記第２の構成要素が互いに対して枢動可能な中間横方向調整軸を規定する第１の枢動機構と、
   前記第１の構成要素と前記第２の構成要素とを相互接続し、前記調整軸の一方の側とずらされたピストンシリンダ組立体とを有し、
   前記ピストンシリンダ組立体は、シリンダ部分内で並進運動可能なピストン部分を有し、シリンダ部分とピストン部分の一方は、前記第１の構成要素と前記第２の構成要素の一方に堅く接続され、前記シリンダ部分と前記ピストン部分の他方は、前記第１の構成要素と前記第２の構成要素の他方に枢動可能に取り付けられており、
   前記ピストンシリンダ組立体は、前記第１の構成要素と前記第２の構成要素との間の角度を変更するときに、前記ピストン部分が前記シリンダ部分内で軸方向および軸方向以外に動けるように構成された下肢人工装具用の人工足首。
8. 前記シリンダ部分は、脛部材に堅く接続されるように適応され、前記ピストン部分は、足部材に枢動接続されるように適応され、前記ピストン部分は、前記足部材と関連付けられるように適応された前記構成要素と枢動接続されたピストンロッドを有し、前記ピストンロッドと前記構成要素との間の前記枢動接続は、前記調整軸と平行な単一枢動軸を規定する、請求項７に記載の人工足首。
9. 前記脛軸を規定する脛管部分と、
   前記脛管部分内で長手方向に向けられた軸を有する前記ピストンシリンダ組立部の前記チャンバと
   を有する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の人工足首。
10. 前記第１の構成要素と前記脛管部分との枢動相互接続は、少なくとも前記脛管部分の管半径とほぼ等しい距離だけ前記脛軸から離間された枢動軸を規定する、請求項９に記載の人工足首。
11. 前記第１の構成要素が、前記足部材を脱着可能に取り付ける足取り付けクランプである、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の人工足首。
12. 断端ソケットと、前記断端ソケットに接続された人工脛部材と、足部材と、前記足部材を前記人工脛部材に接続する請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の人工足首と、を有し、
    足裏から前記第１の構成要素と係合する前記足部材の最高体重負荷面部分まで測定した前記足部材の高さが、少なくとも７０ｍｍである、下肢人工装具。

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