KR0176289B1 - 낮은 발목모양을 가지는 의족장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 견고한 다리부분(22)을 가지는 의족(20)에 관계하고 이때 대부분의 구부러짐은 지면에 대해 상대적으로 낮은 발목부분(26)즉 유연성 발가락(28)과 발목부분(26)에서 일어나고, 이때 의족(20)의 구부러짐은 정상적으로 발목관절의 구부러짐과 상당히 닮았다. 이와같은 구부러짐은 의족(20)의 상측편향에 의해 발목부분(26)을 따라 발생하는 수평편향의 양을 감소시키는데 도움이 된다. 본 발명은 또한 발목과 발부분(24)에서 뗄수 있는 튜브형 다리부분(22)과 발부분에서 역시 분리할 수 있는 발꿈치부분(40)으로 구성된다.

Description

[발명의 명칭]

낮은 발목모양을 가지는 의족장치

[도면의 간단한 설명]

제1도는 필론이 연결된 본 발명의 의족장치의 사시도이다.

제2도는 필론없이 제1도와 유사한 의족장치이다.

제3도는 제1도의 의족장치의 측면도이다.

제4도는 제1도의 의족장치의 평면도이다.

제5도는 중간 발목부분이 제거된 제1도의 의족장치의 정면도이다.

제6도는 기존 의족장치의 구부러짐과 움직임을 나타내는 구조적 모양이다.

제7도는 본 발명의 의족장치의 구부러짐과 움직임을 나타내는 구조적 모양이다.

제8a도는 발가락부분에서 윗방향으로 제공되는 부하를 가지는 보철발목의 이상적인 표시를 나타낸 것이다.

제8b도는 발목의 곡선의 제공된 힘과 모멘트를 나타낸 것이다.

제9a도는 본 발명의 장치의 기존장치의 수평과 수직편향을 나타내는 챠트이다.

제9b도는 제9a도에 나타낸 테스트를 조합하여 나타낸 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 의족 22 : 필론부

24 : 발부분 26 : 발목부분

28 : 발가락부분 30 : 발의 상측부분

32 : 부착장치 34,36 : 부착장치 부착면

38,41 : 볼트 40 : 발꿈치

46 : 발끝

[발명의 상세한 설명]

[발명의 분야]

본 발명의 의족장치에 관계하고, 특히 경골부분과 작은 반경의 또는 발목부분에 결합하는 의족장치에 관계한다.

[발명의 배경]

수년간 많은 종류의 의족장치가 개발되어왔다. 초기에는 사람의 사지와 같이 움직이고 보이는 인공사지의 구성에 역점을 두었다. 예로써, 많은 의족장치는 발목주변을 회전할 수 있도록 발목부위 주변에 기소들이 피봇할 수 있는 형태의 다리부분과 발부분으로 짜맞추여졌다. 정교하게 구조된 의족장치가 소개되었는데, 각각은 사람의 다리, 발목과 같이 자연적 움직임 흉내내는 것이다. 이와 같은 시도는 인공사지에 어느 정도의 정상성은 제공하였으나 서서 활동하는데 필요한 탄력적 에너지 반응이 부족하다.

의족장치로 사지절단수술을 받은 사람의 활동성을 실제 증가시키기 위한 다양한 개선이 있어왔다. 가볍고, 강하고, 내구성이 있으며 상대적으로 유연한 흑연 복합물질과 같은 신물질의 등장은 의족장치의 능력을 개선시켜왔다. 또한, 초기 냉각과는 반대로, 의족장치가 복잡한 구조보다는 단순한 구조로 만들어지는 경우 더나은 적응성과 에너지 반응이 얻어진다.

단순히 굴곡된 편평한 스프링형 기소로 연결된 의족장치가 개발되었고 이는 테니스, 농구와 죠깅과 같은 격렬한 활동에도 사지절단된 사람이 참가할 수 있게 하였다.

특히, 미국특허4,457,913 COMPOSITE PROSTHETIC FOOT AND LEG에는 사지절단부분에 운동성을 높인 것이다. 이 특허에는 착용자에 상대적으로 자연스런 느낌의 높은 운동성을 제공하기 위해 다리부분, 발부분과 발꿈치부분에 고-강도 필라멘트 구조에 수지가 충전된 것을 이용한 인공발과 다리장치에 대해 상술하고 있다. 회전가능한 또는 분절되는 발목 메카니즘이 결합된 초기 의족장치와는 반대로, 이 의족장치에는 재료자체의 특징에 대한 에너지 반응성과 고유 유연성 이외에는 움직이는 부분이 없다.

또한, 의족장치에는 실제로 탄성 다리부분이 있는데 이때 다리부분 탄성은 발꿈치와 발부분의 유전성에 추가된다. 이와같은 유연성이 추가의 에너지 저장과 방출을 제공하고 의족에 증가된 탄성과 에너지 반응성을 제공하나 유연성과 탄성이 없는 사람사지의 경골과 비골(종아리 뼈)와는 달리 다리에서 추가의 유연성은 의족이 다소 탄성이 있다.

미국특허 4,822,363에서는 출원인은 굴곡이 다리윗부분 아래에 일어나도록 경골에는 어느정도의 경직성을 제공하는 시도를 하였다. 그러나, 전술한 특허의 의족장치와 같이 의족장치의 유연성과 탄성은 경골, 발과 발꿈치부분을 포함하는 다리하부에서 의족장치의 바닥 25.3cm(10.0in)를 포함하는 부분에 형성된다. 다리하부에 유연성이 어느정도 제거된 경우, 의족은 에너지를 저장하거나 방출하는 능력이 있는 가치있는 부분을 상실하게 된다.

경골의 끝단부와 유연한 정강이뼈와 발목부분의 곡면이 있는 바닥사이의 적어도 25.4cm (10.0in)여유로 기존장치의 탄성과 에너지 반응특징은 사용동안에 멈추거나 덜컹거림없이 개선된다. 또한 구조적 관점에서 정강이뼈와 발목부분의 유연한 곡면의 실제반경을 가지도록 하여 의족에서 어떠한 압력집중을 피할 수 있다.

상대적으로 큰 반경의 완만한 곡선(어떤 경우에 곡선은 복잡하고 단순한 곡선이 아니다) 때문에 굴곡부분 아래의 공간은 발꿈치에 우수한 탄성과 유연성을 상대적으로 오래동안 가지도록 한다.

그럼에도 불구하고, 기존장치의 에너지 반응은 일부 환자에서는 이들의 특정 요구이상으로 너무나 큰 경우가 있다. 노인이나 어린환자에게는 이와 같은 기존장치의 스프링성은 조절하기에 다소 어렵고 따라서 안정성을 감소시킨다. 따라서, 광 범위의 물리적 활동에 우수한 능력을 발휘할 수 있는 의족장치가 요구되며 동시에 강화된 안정성, 보호성과 착용자의 조절도 강화되어야 한다.

[발명의 요약]

본 발명은 기존기술 의족장치 보다 실제 개선된 것으로 자연인 사지의 발목부분과 같은 근접한 기능으로 상대적으로 딱딱한 다리또는 정강이부분, 하측 굴곡측과 팽팽한 발목부분과 연결에 높은 에너지 반응특성을 이용한다. 다리를 따라 상대적으로 긴 거리로 굴곡한 기존 의족장치와는 달리, 본 발명은 상대적으로 간단한 곡선반경을 가지는 발목부분이 있는 의족장치에 관계하는 것으로 사람발목의 굴곡에 근접하여 발목부분에 굴곡을 집중시킨다. 더작은 반경의 굴곡은 또한 의족장치의 하부 만곡점 즉 굴곡축이 사람 발목부분의 위치에 더 가깝게 일치하도록 도와준다.

더 아래축의 굴곡은 최근 수년간 사지절단이 실행되는 방식으로 인하여 본 발명에 중요한 장점이 된다. 의료진들은 사지절단을 아래부분에 실시하는 경우에 장점이 있다는 것을 인식하였는데 실제로 기존 조건 보다는 사지절단된 자에 절단후 부분이 더 많이 남아있고 다시 말하면, 의족과 연결하여 사용시에 지렛데 역할의 축이 더 길어지는 것으로 이는 의족에 더 큰 힘을 발휘할 수 있게 한다. 이 의미는 본 발명에서 정확하게 제작된 경우라면 의족은 우수한 실행능을 제공하기 위해 착용자에 상당한 에너지부분을 복귀시킬 수 있고; 그러나, 동시에 의족의 능력특성은 바닥에서 절단된 부분까지의 거리보다 짧게된 구조로만 가능하다. 따라서, 하부 절단인 경우 높은 실행능이 가능하나 압력집중으로 인하여 부러질 위험이 더크게 존재한다.

그러나, 본 발명의 보철은 이와 같은 경향의 장점이 있고 동시에 강도와 실행능도 적절히 제공한다. 따라서, 본 발명은 하부절단을 포함한 더 광범위한 사지절단에 의한 우수한 결과를 가지는데 이용될 수도 있다. 동시에 안정성과 조절도 가능하다.

유연한 다리부분과 실제 큰 반경의 곡면 발목부분이 있어 에너지 복원속도가 매우큰 기존의 장치와는 달리 굴곡을 재배치하고 한정한다. 다른 말로, 기존장치는 의족의 상측다리부분에서 유연성과 에너지 복귀를 이용할 수 있다. 그러나 본 발명에는 상측 다리부분이 실제 견고하기 때문에 기존의 유용성을 이용하는 부분이 새로이 고안된 발목에 재배치되고 이때 유연성을 분리되거나 또는 집중된다. 일부 전반적인 성능이 희생되겠지만 여전히 우수한 성능을 가지면서도 더큰 의족 안정성과 조절이 이루어진다. 이와 같은 능력은 하기에서 상술하겠지만 적절한 유연성 레버암을 가지는 발꿈치와 발가락부분의 공동작용 고안을 통하여 이루어진다. 따라서, 발꿈치가 부딪힐 때 발꿈치부분의 유연성과 발가락에서의 유연성이 발목부분에 집중된 구부림과 협력되어 우수한 성능의 의족장치를 제공하게 된다.

또한, 기존장치에서 유연성 있는 다리부분과 상대적으로 큰 반경의 굴곡 발목부분은 편향되었을 때 뒤틀림 방향에서 구부러짐을 허용할 때 전후방향으로 의족이 이동되게 하고 의족장치가 더욱더 조절하기가 어려워진다. 사지 절단된자는 이와 같은 차이를 조절해야 하는데 충분한 힘이 부족한 노인 또는 어린이와 같은 일부 사지절단자는 이와 같은 조정을 할 수 있는 능력이 없게된다.

본 발명은 상대적으로 작은 반경의 곡면을 가지는 유연성 있는 발목부분을 제공함으로써 이 문제를 해결할 수 있고 수평 편향을 최소화된다. 이와 같은 디자인은 본 발명이 안정성 있고 조절가능한 양호한 수준을 제공한다.

본 발명의 모양은 살아있는 듯한 느낌을 제공함으로써 안정성과 제거를 강화시킨다. 본 발명은 실제로 견고한 필론을 이용하기 때문에 상부 다리부분에서 기존에 이용할 수 있는 굽힘이 주로 발목부분에 집중되고 유연성 있는 다리와 정강이 부분과 연관된 추가의 스프링성이 제거된다. 따라서 본 의족은 자연적인 사람사지의 움직임과 좀더 근접한 방식에서 발목부분이 구부러지게 된다. 따라서 착용자가 좀더 제어를 잘할 수 있고 더나은 느낌을 가질 수 있다.

좀더 구체적으로는, 본 발명은 사지절단된 부분에서 아래쪽으로 이어지는 실제 견고한 튜브형 필론부로 구성된다. 필론부분이 실제로 견고하기 때문에, 사람다리의 경골과 비골에 좀더 근접하게 행동한다. 구체예에서, 견고한 필론부분은 구부러짐에 대해 견고성을 제공하면서도 튜브형이고, 무게를 줄이기 위해 공동으로 되어있다. 견고한 필론부의 하단부에 단순한 곡면의 평편한 스프링형면이 있는 유연한 발목부분이 부착되어 있는데 이는 단층스프링과 유사하다. 발목부분은 수직방향의 상부에서 아래쪽으로 이어져 수평방향의 하부 발가락 부분으로 향하고 있다.

발목부분을 따라 이어지는 곡면은 단순한 아치형이거나 또는 복잡한 모양이 될 수 있다.

발목부분의 단면은 모서리가 반드시 직선일 필요는 없으나 적절한 것은 직각이 된다. 구체예에서 발목부분의 단면폭은 실제이 두께보다도 더크다. 전후방향에서 수직면을 따라 유동성을 허용하기 위해 발목부분의 완만한 움직임은 전후방향에 수직인 수평축에 대해 상대적으로 작다. 다른 면에서의 구부러짐을 제한하기 위해 발목부분은 전후방향으로 일반적으로 배열된 축에 대해 순간적 모멘트를 가진다.

본 발명의 또다른 중요한 장점은 착용자에게 발목의 에너지 복원특징을 제공하는 것이다. 발목은 견고한 필론부분의 단부에 탈착식으로 장치되어 있기 때문에 상이한 구부러짐 특징을 가지나 유사한 디자인의 발목부분과 교환할 수도 있고, 따라서 착용자는 다양한 힘든 육체적 활동 또는 다소 부담없는 활동에 따라 적절히 능력을 조절할 수도 있다. 유사하게, 발꿈치 부분은 기소의 스프링 속도와 관계하여 조정이 가능하도록 발목부분 아래에 탈착식으로 부착할 수도 있다.

실제 견고한 필론부분이 또한 상호 교환가능하고 상이한 길이에 맞게 절단하거나 조절할 수도 있다. 이것은 필론부분을 사지 절단된 것의 특정크기에 맞게 조정하거나 제거할 수도 있고 또는 자라는 사지절단부위에 조절할 수도 있다. 이는 필론부분을 사지절단된 자의 특정 필요에 따라 절단하거나 조정할 수 있기 때문에 의족의 나머지 부분은 표준크기로 생산할 수 있게 한다.

출원인의 발명은 의족이 표준 튜브형을 적절한 길이로 절단하거나 또다른 상대적으로 견고한 필론을 절단하는 것을 허용하여 전체적인 다리가 너무 짧게 전달된 경우 상당한 고가 의족이 되는 위험을 제거한다. 이는 또한 의족을 생산하는데 필요한 재료의 양을 감소시키고, 다리부분의 여분의 길이를 절단하기 위한 낭비를 줄이고, 의족을 더 가볍게하고 실제 비용도 절감시킨다.

요약하면, 본 발명 의족은 착용자에 안정성과 제어를 강화시킨 우수한 성능을 가지고 또한 단순한 디자인으로 인하여 의족이 기존 의족과 비교하여 저렴하게 제조될 수도 있다.

[구체예 설명]

본 발명은 상대적으로 견고한 다리 또는 정강이 부분과 실제로 작은 반경의 발목부분을 이용한 의족장치에 관계하고 이는 발목뼈부분에서 자연인의 발의 배복성 굴곡과 발바닥 굴곡에 매우 근접한 굽힘점을 한정시킨다. 여기에서 사용하는 용어인 반경 또는 곡선반경은 단순한 아크 또는 곡선에 한정시키는 것이 아니라 본 발명의 영역내의 복접한 곡선도 포함된다. 통상적으로 이와 같은 용어는 설명을 단순화시키기 위해 사용되나 본 기술에 숙지된자는 단순하지 않은 곡선도 가능하다는 것을 인지할 것이다.

특히, 본 발명은 딱맞는 곡선반경을 가지는 유연성 발목부분과 복합하여 상대적으로 견고한 정강이부분을 가지는데 이는 의족 장치의 굴곡점을 낮추는데 도움이 된다. 이와 같은 복합은 굽힘점을 역시 분리시켜 굽힘측이 의족장치에 있는 하중 중앙선에 매우 근접하게 된다.

[의족장치의 구조]

제1도에서 볼수 있는 것과 같이, 본 발명의 의족(20)은 사지절단부분(나타내지 않음)에 끼워질 필론부(22)로 이는 일반적으로 수직방향으로 아래방향으로 이어져 있다. 구체예에서 필론부(22)는 튜브구조로 모든 방향에서 굽힘을 제한하기 위해 모든 방향에 동일한 관성모멘트를 가진다. 튜브(22)는 무게를 상대적으로 가볍게 하기 위해 속이 비어있고 더 적은 재료를 사용하고 이는 생산비율을 줄이고 적절하게는 표준 튜브형 필론크기를 가진다.

상대적으로 큰 관성모멘트를 가지는 직선 단면과 같은 견고성을 부여하는 또다른 모양이 여기에서 상술하는 장점을 얻기위해 또한 이용할 수 있다. 필론부(22)에서 견고성은 심으로 제공되거나 좀더 조밀한 물질로 제공될 수도 있다.

튜브형 필론부(22)는 필론부를 의족장치의 나머지부분을 바꾸지 않고도 의족에서 제거할 수 있는 이는 본 발명이 좀더 광범위한 곳에 이용할 수 있게한다.

가령, 본 발명의 튜브기소(22)는 절단환자의 성장을 포함한 상이한 절단부 길이를 가지는 절단환자가 이용할 수 있도록 적합하게 길이를 조절할 수있다. 의족학자는 단순히 표준 튜브형 필론을 적절한 길이로 자르기만 하면된다. 또한 제조업자가 이는 인공기관의 일부로써 긴 견고한 다리부분을 요구하는 것도 해결할 수 있다. 따라서 제조업자는 더 적은 재료를 필요로하고, 결국 제조비용이 감소하게 된다.

제1도에서 볼 수 있는 것과 같이, 발부분(24)는 이 부분이 아래로 이어질 수있도록 필론부(22)에 연결되어 있다.

구체예에서 발부분(24)은 상대적으로 편평한 곡면과 실제 유연성 있고 내구적 재질로 만들어진 직선단면을 가지는 긴 기소로 구성된다. 또한, 발부분(24)은 여기에서 논의된 동일한 장점을 얻기위해 직선이 아닌 단면으로 만들어질 수 있다. 도면1에서 볼 수 있는것과 같이, 구체예에서 발부분(24)은 필론부(22)에서 아래방향으로 수직으로 이어지고 발목부분(26)에서는 구부러지고 그다음 발가락부분(28)까지 이어진다.

구체예에서, 발부분(24)의 두께는 이폭에 비해 작고, 전후방향에 대해 수직인 수평축에 대한 관성 모멘트는 전후 방향에서 수평축에 대한 관성 모멘트 보다 작다. 이 모양은 전후방향에서 수직면에 구부러짐을 허용하고 다른면에 대해서는 구부러짐을 제한한다. 이 모양은 비틀림 움직임을 조절하는데 도움이 되나, 과도한 움직임은 제한한다.

도면 1,3,4에서 발부분의 상측부분(30)은 도면1에서 볼수 있는 것과 같이 수직으로 향하고 있다. 도면3에서 볼수 있는 것과 같이, 부착장치(32)는 필론부(22)의 하단에 위치하여 발부분(24)의 수직 상측부분(30)이 고정될 수 있는 평편한 면을 제공한다.

구체예에서, 부착장치의 한 부착면(34)는 튜브형 필론부(22)의 외면과 맞추기 위해 굽어있고 제2부착면(36)은 발의 평편한 상측부분에 상응하기 위해 평편하다.

부착장치(32)는 필론부(22)에 용접될 수도 있고 두 개 볼트가 삽입고정될 수 있도록 두개구멍(나타내지 않음)을 가진다. 발부분(24)의 상측부분(30)은 부착장치(32)에 있는 두개구멍과 나란히 두 개구멍(나타내지 않음)을 가지는데 발부분을 통하여 두 개볼트(38)를,위치시킴으로써 발부분은 필론부의 하단에 고정될 수 있다. 발부분에 필론부분을 고정시키는 또 다른 방법은 1992년 3월 24일자 출원된 연속출원 No. 07/856,666에 상술되어 있는 것과 같다.

도면3에서 볼수 잇는 것과 같이 발목부분(26)은 볼트(38)에 의해 필론(2)에 탈착식으로 부착되고 볼트(41)에 의해 발꿈치(40)에 탈착식으로 부착될 수 있다. 따라서, 전술한 것과 같이, 발목부분(26)과 발꿈치부분(40)은 의족 조정능을 얻기위해 다른 유사한 부분과 상호교환할 수도 있다.

전술한 것과 같이, 발부분(24)의 상측(30)은 수직으로 배열되어 필론부(22)에 부착장치(32)에서 아래9방향으로 이어진다.

도면3에서 볼 수 있는 것과 같이, 수직부분을 따라 발부분(24)의 두께는 발가락부분(28)을 따른 두께보다 상당히 크다. 이 두께는 필론부(22)와 발부분(24)사이에 연결은 충분히 견고하게 제공한다. 상측부분(30)은 또한 의족장치(20)에 부가된 수직 하중을 지지하기 위해 상대적으로 두껍게 되고 이 연결부에서 과도한 구부러짐을 제한한다. 전체적인 상측 수직 배열된 부분(30)은 균일한 두께와 폭을 가진다.

제4도에서 볼 수 있는 것과 같이, 적절한 구체예에서, 발부분(24)은 상측 딱딱한 부분(30)에서 발가락부분(28)까지 실제 일정한 폭을 가지고, 발끝(46)은 실제 발과 유사하게 다양한 미용술을 수용하여 둥글게한다. 발부분(24)은 폭이 3.8 내지 7.6cm(1.5 내지 3in)적절하게는 5.1cm(2in)가 된다. 물론, 본 기술에 숙지된 자는 상이한 크기와 변수들을 가지는 의족이 본 발명의 장점을 얻는데 이용할 수 있음을 인지할 것이다. 그리고 여기에서 사용된 크기와 변수는 본 발명의 구체예를 설명하는 것뿐이다.

제3도를 참고하면, 발부분(24)에 부착된 발꿈치(40)는 발목(26)과 불가락(28)부분 사이의 발부분(24) 아래에 있다.

발꿈치부분(40)은 비록 곡면일지라도 상대적으로 편평하다. 다른 구체예에서 단면은 직선일 필요는 없지만 적절한 구체예에서 직선단면을 가진다. 발꿈치부분(40)은 여기에서 상술하는 것과 같이 동일한 유연성과 내구성 품질로 만들어질수도 있고 폭보다는 적은 두께를 가진다. 따라서, 이의 굽힘특징은 발목부분의 굽힘특징과 유사하다.

발꿈치부분(40)은 구체예에서 발부분(24)와 앞부분에서 연결되고 여기에서 후방으로 이어지며 폭보다는 더 큰 길이를 가진다. 발꿈치(40)의 모양은 폭에 평행한 축에 대해 상대적으로 유연하도록 고안되었으며 길이를 따라 평행한 축에 대해 구부러짐을 제공하고 발꿈치부분의 표면에서 정상축에 대해서는 구부러짐을 제한한다.

의족장치(20)의 하면에 균일한 걸음걸이면을 제공하기 위해 도면3에서 볼수 있는 것과 같이 본 발명에는 하나 또는 두 개의 별도 바닥부분(44a,44b)를 포함한다. 전방 바닥부분(44a)는 부분(24)의 발가락부분(28)의 아래면에 접착식으로 부착되어 있고, 후방바닥부분(44b)은 발꿈치(40)의 아래면에 부착되어 있다.

바닥부분(44a,b)는 발과 발꿈치부분(24,40)과 마찬가지로 유사재질로 만들어질 수 있거나 우레탄 또는 경화고무와 같은 좀더 유연한 재질로 만들어질 수도 있다.

본 발명은 복합흑연과 같은 고강도 물질이 합임된 수지 또는 박층배열로된 필라멘트 구조로 만들어질 수 있다. 이전 특허 U.S Nos. 4,547,913과 4,822,363에서 상술된 것과 같이 에폭시 결합제와 탄소섬유를 이용하여 우수한 결과를 얻을 수 있다.

특히, 발부분(24)과 발꿈치부분(40)은 착용자에 고도의 운동성과 상대적으로 자연스런 느낌을 제공하기 위해 상대적으로 낮은 에너지 흡수를 부여하기 위한 실제 탄력적인 유연성을 가지는 고강도 재질이 합임된 수지로 만들어진다.

견고한 필론부(22)는 동일한 물질로 만들어질 수 있다. 그러나 필론부의 견고성은 이의 튜브형 모양에 의해 제공될 수 있다.

그러나 튜브모양에도 불구하고, 이 물질이 다소 탄력적 유연성을 가지기 때문에 이와 같은 물질로만 만드는 것에 제한하는 것이 아니라, 이와 같은 특징을 가지는 다른 물질로도 만들어질 수 있다.

본 발명은 적절한 구체예에서 비록 필론부(22)가 발부분(24)에서 분리될 수도 있고, 발꿈치부분(40)도 발부분에서 분리될 수 있다 하였으나, 일체형으로 제조될 수도 있다. 이와같은 조절은 너트와 볼트구조로 제공될 수 있다.

[발목부분의 곡면]

본 발명의 장점을 부여하기 위해, 그리고 발부분(24)의 구부러짐을 분리하여 사람 발목부분의 복면유연성과 발바닥 유연성에 근접하기 위해, 발부분에는 팽팽한 곡면 발목부분(26)을 제공하는데 이는 그각은 상측부분(30)에 수직으로 배열된 것과 약 90°각을 이루는 발가락부분(28)쪽으로 하향전방 굽어있다. 발목 부분(26)에서 곡선반경 r(도면3)은 구체예에서 약 5.1cm(2인치)가 되고, 바람직한 범위는 1.3 내지 7.6cm(0.5 내지 3in)가 된다. 적절한 구체예에서 이 곡선이 상대적으로 일정한 반경을 가지는 단순한 아치형이나 곡면은 다소 다양한 반경을 가지는 복합곡선이 이어질 수도 있다. 상대적으로 견고한 필론부(22)와 발부분(24)의 상대적으로 두꺼운 상측부분(30)과 연결하여 이와 같은 곡면의 반경은 바닥에서 더 낮은 굽힘축을 가지고 사람 발목부분의 위치와 매우 근접하게 된다. 또한, 전술한 것과 같이, 낮은 축의 구부러짐은 사지절단부가 더 낮아지는 현재 경향에 의해 나타나는 것과 같이 더긴 절단부분에 본 의족을 장치할 수 있도록 한다.

이와 같은 모양이 발목부분(26)에 유연성이 집중되고 이에 상응하는 굽힘이 가중된다하더라도 본 발명의 발목은 표1과 연관된 하기에서 상술하는 것과 같이 고안되어 구부러짐 압력에 적절히 저항하면서도 우수한 성능특징으로 복원할 수 있다.

구체예에서, 도면 3에서 볼수 있는 것과 같이 발부분(24)은 필론부(22)의 후면에 끼워져 있다. 이와 같은 중심을 벗어난 배열은 의족장치에 부가된 어떠한 수직하중의 중앙선상에 더 근접하게 구부러짐 축을 위치하도록 도와준다. 이는 발이 이와 같은 수직부하를 받게 되었을 때 모멘트암을 감소시키는 경향이 있고 또한, 하기에서 상술하겠지만 발가락이 수직하중을 받게 되었을 때 어뗘한 수평편향을 감소시켜준다. 이와 같은 후미 중앙을 벗어난 배열은 발가락의 베러암을 증가시켜 추가의 지레작용을 제공하고 이는 관절 구부러짐을 제공하는데 도움이 된다. 도면3에서 볼수 있는 것과 같이, 발목부분(26)의 곡선반경 r은 필론부(22)의 하단(22a)아래인 주앙축을 가지고 따라서 필론의 수직 중앙선에 더욱 근접한다.

이 모양은 발부분(24)의 구부러짐을 낮추고 분리하여 발부분에 추가의 유연성과 에너지 저장과 방출을 제공한다. 더 오래 발부분은 더 유연성을 가지고 따라서 에너지 저장과 방출을 제공한다. 필론부(22)의 후면에서 발부분(24)에 연결함으로써 발부분은 필론부의 가장 낮은 부분(22a)까지 이어지고 이는 굽힘축을 낮추면서 추가의 유연성을 제공할 수 있다.

필론부(22)의 후면에 발부분(24)을 부착시킴으로써 발가락 부분(28)의 레버암은 연장되고 따라서 발가락에 추가의 유연성과 발부분은 지레효과를 제공한다. 발부분(24)는 피론(22)의 후면에서 아래99방향으로 이어지고 그리고 전방으로 이어져 발목부분(26)의 구부러짐축에 대해 더큰 모멘트암을 제공한다. 이와 같은 추가 지레효과는 보통의 걸음걸이 상태에서 사지절단된 자가 더 나은 조정이 가능하게 된다. 비록 발부분(24)이 또한 필론부의 전면에 부착되어 있기는 하나 발가락부분(28)의 레버암이 감소되어 익족의 전방부분에 더 작은 탄성과 에너지 반응을 허용한다.

이와 같은 형태의 고성능 의족을 고안하기 위해서는 많은 변수들을 고려해야 한다. 주요고안변수는 : (1) 상대적으로 견고한 상측 필론에 의족의 부착위치; (2) 곡면반경과 두께에 의해 미리 결정된 것과 같은 발목부의 유연성 특징; (3) 발가락부분의 유연성 특징과 발가락 길이; 그리고 (4) 발꿈치 부분의 유연성 특징과 발꿈치길이등이다. 전반적인 무게와 미용상 적응력과 같은 다른 인자들도 고려해야 하나 더 중요한 실행변수가 있다.

또한, 이들 변수는 상당수 약속 또는 교환을 나타낸다. 전술한 것과 같이, 의족의 부착위치가 상대적으로 낮은 경우 본 고안의 발목부분은 상대적으로 타이트한 반경을 가지고 따라서 최대 에너지 반응을 제한한다. 그러나, 발목은 약간 제한된 수직편향을 가지는 우수한 에너지 반응을 나타내고(또는 전술한 것과 같이 스프링을 감소시키고)더 큰 조절과 안정성을 제공한다. 동시에 하기에 설명하는 것과 같이 여기에 굽힘 스트레스를 집중시키기 위해 발목의 구부러짐이 두꺼워질 수도 있다. 또한 발목의 구부러짐은 적절한 길이의 발꿈치 수용하기 위해 바닥에서 충분한 틈을 제공해야 한다. 따라서, 본 발명의 적절한 모양에서 교환이 고려되어야 한다.

본 발명의 발목고안은 의족의 전반적인 실행을 협조하기 위해 적절한 발가락과 발꿈치 모양을 허용한다. 한 구체예에서, 본 발명에 따라 제조된 의족은 약 5.1cm(2인치)의 r반경을 가지고, 부착(42) 지점전방에서 발가락(46)의 끝까지(46) 측정한 발가락 레버암은 약 11.4cm(4.5in)이고, 동일한 부착지점에서 발꿈치(40)의 단부까지의 발꿈치 레버암은 약 11.4cm(4.5in)이다. 상이한 크기의 많은 다른 의족도 본 발명의 영역내에 속하나 본 발명은 안전하고 낮은 비용의 우수한 성능을 가지는 것을 제공한다.

적절한 구체예에서, 별도 필론부(22)에 고정된 별도 팔부분(24)를 가지나 본 발명은 필론부의 통합 연장인 발부분도 고려할 수 있고 이는 필론부의 축이 발부분의 상부분(30)의 축선상에 있다. 일부 기존장치가 유사한 모양을 가지나 유연성 있는 발부분이 견고한 상단부분에서 아래로 이어지기 때문에 기존장치에서 특히 티아트한 반경을 가지는 발목부분 곡면과 여기에서 상술하는 낮은 굽힘축에 대해서 상술한 것은 없었다.

구체예에서 필론부(22)는 바닥부분(44a,b)에서 약 8.9cm(3.5in)까지 연장된 하측 끝단(22a)를 가진다. 도면3에서 볼 수 있는 것과 같이 이 거리 h는 크기, 중량, 탄성, 스프링성, 유연성과 활동정도를 포함한 다양한 사지절단에 따라 조절할 수 있고 여기에서 논의된 장점은 필론부(22)의 하측끝단(22a)이 12.7cm(5in)까지 연장되고, 바닥부분(44a,b)에서는 6.4cm(2.5내지 5in)가 될 수 있다.

발부분(24)에 대해 필론부(22)의 정확한 위치는 발부분의 길이, 두께와 굴곡을 포함한 인자들의 복합족 요소에 의해 결정된다. 필론(22)의 하부끝단이 바닥부(44a,b)에 근접할수록 발목부분의 굴곡반경이 더 타이트하게 된다. 동시에 반경이 타이트할수록 발목부분(26)이 더 두꺼워지는데 이는 스트레스 집중이 더 분리되기 때문이다. 비록, 발목부분(2)의 증가된 두께가 이를 더 견고하게 하기는 하나 발목부분의 실제 유연성은 고성능 발목부분에 의해 이루어진다.

발목부분(26)의 두께는 의족장치(20)에 의해 제공되는 탄성과 에너지 반응을 약간 낮추기 때문에 본 발명은 중간정도의 활동을 하는자와 더 큰 안정성과 제어력 대신에 최대성능을 다소 희생을 감수할 자들에게 이용할 수 있다. 또한, 의족장치(20)가 사람의 사지를 닮은 움직임과 성능을 얻을 수 있기 때문에 달리기, 조깅과 점프와 같은 활동에 이상적이다.

[발목부분에서의 구부러짐 집중과 수평 편향 감소]

본 발명의 장점은 의족을 구부리거나 편향시킬 수 있다는 것이다. 도면 6과 7에는 본 발명의 의족이 구부러지는 방식에 대해 기존의 의족의 구부러짐을 비교한 것이다. 쉽게 볼 수 있는 것과 같이, 기존기술의 의족은 유연성 외족다리와 발목부의 길이를 통하여 상당범위의 움직임을 가진다. 구부러짐과 이에 따른 편향이 유연성부분의 전체길이를 통하여 발생한다. 한편, 본 발명의 유연성 부분은 곡면을 이루는 발목부분(26) 부근에 집중되는 영향이 있는 반면, 보통 걸음걸이에서도 추가의 편향이 발가락부분(28)을 따라 발생할 수 있다. 도면 6과 7에서는 발목부분과 같은 유연성부분의 곡면부 편향을 나타내는 경향이 있다.

본 발명의 중요한 편은 구부러짐을 집중하는 것으로 이는 발목부분(26)의 곡면반경을 감소시킴으로 이루어진다. 기존의 상처에서는 상대적으로 긴 유연성부가 제공되어 상당량의 에너지가 유연성부 길이를 따라 저장될 수 있다. 이 목적은 유연성부의 길이를 통해 발생하는 구부러짐과 편향에서 더 많은 성능을 얻는 것이다.

그러나, 상대적으로 긴 유연성부와 큰 반경의 발목부분을 가지는 기존장치는 지나치게 탄력이 있어 전후방향에서 실제 편향하게 된다. 게다가 본 발명의 중요한 장점들중에 하나는 발목부분의 유연성에 의해 발생하는 수평 움직임의 감소이다.

수학적으로 불수 있는 것과 같이, 일정 반경의 곡면을 가지는 굴곡된 부분이 수직하중이 곡면단부에 위치할 때 수평과 수직으로 편향하게 된다. 가령, 상측힘이 도면 8a-c에서 볼수 있는 것과 같이 곡면부의 발가락단부로 향할때 발가락부는 상측으로 편향되고 이는 전방향 △x에서 수평편향에 상응하게 된다. 도면 8c에서 볼수 있는 것과 같이, 수직 편향 요소와 수평편향 요소△x가 있기 때문에 이는 곡면부의 발가락 단부쪽으로 상부힘에서 나오는 것이된다.

도면 8c에서 △x로 나타내는 것과 같이, 수직편향이 전방 수평 편향요소가 되며 실제 작용시에 전방 수평편향은 P점에 대해 후방 수평운동의 결과가 된다. 다른 말로, 사지절단자 발가락부분(28)에 하중을 둘 때 발가락부분은 서게되고 발가락부분보다는 의족의 후단이 움직인다. 그 결과로 사지절단자가 의족의 단부에 체중을 가할 때 수평 편향요소는 발가락에 대해 전방보다는 후방이 된다. 실제 모든 걸음걸이에서 이것의 의미는 사지절단자가 발가락을 내밀 때 발가락부분이 윗쪽으로 향하게 되고 이에 상응하는 수평 편향요소가 의족을 움직이고 따라서 사지절단자는 발가락에 대해 뒤에 있게 된다. 하기 논의되겠지만 이와 같은 후방 수평 움직임은 사지절단자가 그(그녀)의 균형을 잃게되고, 이는 의족의 조절을 어렵게 한다.

따라서, 본 발명의 중요한 편은 사지절단자가 발가락을 박아넣을 때 전후 방향에서 이와 같은 수평운동 또는 편향요소에 감소가 된다. 본 발명의 의족(20)은 이와 같은 수평 편향요소를 감소시키고 따라서 사지절단자가 안정화되고 좀더 자연스런 느낌을 제공한다. 모든 걸음걸이에서 의족의 후방운동을 감소시킴으로써 사지절단자는 큰반경 발목부분을 가지는 기존 일부 의족장치와 관련된 불안정한 스프링성을 경험하지 않게 된다.

사지절단자의 활동에 있어서 큰 변경의 발목부분이 추가의 에너지를 저장하고 더나은 에너지 반응을 제공할 수 있는 능력 때문에 더 바람직할 수도 있다. 그러나, 많은 사지절단자가 일반적으로 매우 활동성이 있는 것이 아니므로, 조절능이 개선된 의족이 더 바람직할수도 있다. 따라서, 본 발명은 조절능이 증가된 것을 사지절단자에 제공하기 위해 의족분야에 상당한 개선을 나타내는 것이다. 이는 사지절단자가 의족장치에 신뢰를 가지는데 도움이 되고 이는 개선된 적응성과 회복성을 제공할 수 있다.

발목부분의 곡면반경을 감소시킴으로써 제공될 수 있는 수평 편향 요소에 이와 같은 감소는 수학적으로 불수도 있다.

시험결과는 다양한 반경의 곡면을 가지는 발목부분을 가지는 의족장치에 의해 수평편향 양이 급격히 차이가 있음을 나타낸다.

우선, 수직편향에 대해 나타나는 수평편향 양은 수학적으로 계산될 수 있다. 도면 8a를 참고하면, 실험적인 발목하중 상황을 나타낼 수 있다. 상부 수직부분(52), 중간 곡선부분(54)와 하부수평부분(56)을 가지는 다리부분(50)은 상단부에 위치(58)에 고정된다. 상부힘(F)는 다리(50)의 발가락단부인 T위치에서 제공되어 정상 걸음걸이 또는 달리기에 발가락 내밀기를 자극한다. 상측부분(52)이 구부러짐에 저항이 되는 실제 견고한 부분이라 추측하면 도면 8b는 곡선부분(54)에서 힘/모멘트 다이아그램이다. 하단 P에서 상측힘 F(도는 도면 8b에서 전단력 V)와 모멘트 M은 힘F와 거리 L곱에서 r을 뺀것과 같은데 r 은 곡선부분(54)의 바닥단부에 힘 F까지의 거리(60)이다.

Formulas for Stress and Strain, R. J. Roark, 4th Ed., p. 180를 참고하면, 상측힘 F에 의해 곡면 발목부분(54)를 따라 나타내는 수직편향에 대한 수평 편향의 양을 결정하기 위해 다음과 같은 공식이 얻어진다:

△X-도면 8b,c에서 P위치의 수평방향의 움직임

E-탄성모듈

I-관성모멘트

M-제공된 모멘트

V-수직 전단 부하

R-반경

θ-호에서 반경의 내각

[실시예 1]

5.1cm(2.0in) 반경 발목부분과 0.61cm(0.24in)두께를 가지는 본 발명의 의족에서 사지절단자의 평균체중인 제공된 부하 F=67.9kg(150lb_m) 인 경우

E=0.138E⁶MPa=13.8E⁶N/cm²(20E 1b/in²)

t=0.61cm(0.24in)

I=bh³/12=(5.1(0.61)³/12=0.096cm⁴(0.0023in⁴)

R=5.1cm(2.0in)

θ=1.5708 radians

sin θ=1

cos θ=0

L=20.3cm(8.0in)

수직전단부하 V=666N(1501b_f)와 제공된 모멘트 M=666(0.203-0.051)=101.5N-m(900in-1b_f)

수직부하, F에 의한 P위치에서 수평편향이다. 발가락 부분(56)이 수평이기 때문에 P와 T사이의 발가락 길이를 따라 추가의 수평편향이 발생하지 않는다. 또한 T위치에서 수평발가락부분이 P를 넘기 때문에 수평편향은 실제 변화하지 않는다. 따라서 수직 상측힘에 의한 의족의 상대적 수평편향은 약 0.15cm(0.058in)이다. 이것은 모든 걸음걸이에서 발가락에 매 67.9kg의 하중이 있는 경우 의족은 후방 0.15cm(0.058in)움직인다는 의미가 된다.

[실시예 2]

도면6에서 볼수 있는 것과 같이 12.7cm(5in)반경의 0.61cm(0.24in)두께의 발목부분을 가지는 기존장치의 의족장치에서:

E=0.138E⁶Mpa=13.8E⁶N/cm²(20E⁶1b/in²)

t=0.61cm(0.24in)

I=bh³/12=(5.1(0.61)³)/12=0.096cm⁴(0.0023in⁴)

R=12.7cm(5in)

θ=1.5708 radians

sin θ=1

cos θ=0

F=666N(150b_f)

M=666(0.203-0.051)=50.75N-m(450in-1b_f)

이는 수직부하 F에 의한 P위치에서 수평편향이다. 다시 수평 발가락부분(56)을 따라 더 이상의 수평편향이 발생되지 않는다. 0.97cm(0.343in)는 장치의 발가락부분에 부하 67.9kg(1501b_m)에 의해 수평편향 양을 나타낸다. 이 의미는 사지절단자가 의족의 발가락을 심었을 때 모든 발걸음에서 사지절단자는 약 0.87cm(0.34in)후방 움직임을 경험하에 된다.

이와 같은 실시예의 결과에서 본 발명의 작은 반경의 발목부분이 기존 의족의 큰 반경 발목부분 보다 수평 편향이 적음을 분명하게 알수 있다. 또한, 5.1cm(2in) 반경과 12.7cm(5in) 반경을 비교하면 12.7cm(5in)반경 발목부분은 5.1cm(2in) 발목부분 보다 약 6배이상 수평편향을 경험하게 되는 것이다. 이것은 본 발명이 발목부분에 구부러짐을 집중시키고 또한 의족을 통하여 사지절단자가 각 걸음걸이마다 약간 뒤쪽으로 이동되는 느낌을 가지게하는 원인이 되는 바람직하지 못한 수평편향을 감소시켜 준다. 본 발명은 이와 같은 수평 편향을 최소화시키고 이는 의족을 사용하는 동안에 착용자가 더 큰 조정능과 안정성을 유지시키도록 돕는다.

전술한 실시예의 결과는 일정두께를 가지는 발목부분에 기초한 것이다. 본 발명의 점차 가늘어지는 발목부분(26)은 실제 경험하는 수평편향의 양을 더욱 감소시키고 이는 하기에서 논의하겠지만 발목부분(26)에 더 유연성이 있는 하부는 상부에 있는 것 보다 더 많은 구부러짐을 경험하게 된다. 따라서 가늘어지는 구조에 의해 구부러짐이 발목부분의 하측에 집중되기 때문에 수평움직임이 이에 상응하게 감소된다.

테스트는 도면 9a와 b에서 볼수 있는 것과 같이 E지점에서 나타나는 실제 수직과 수평편향을 결정하기 위해 12.7cm(5in)반경 발목부분을 가지는 기존장치와 본 발명 표준장치에서 실행하였다. 장치는 상단부를 고정시킨 표준 하중 기계하에서 검사한다. 하중은 발목부분 수직위치에서 수평으로 약 15.2cm(6in)에 위치한 E지점에서 상방향으로 부과된다. 상방향 힘 F는 사지절단자에 의해 장치에 부가되는 67.9kg(1501b_m)를 포함한 하중에 의한 반응력에 상응한다. 이와 같은 상방향 하중은 상방향 하중이 제공될 때 E위치에서 수평 움직임을 허용하기 위해 롤라에 연결된다.

도면 9a 는 0 내지 67.9kg(1501b_m)하중에서 수평과 수직 편향양을 나타낸다. 실험결과는 상당히 극적이다. 본 발명의 수평과 수직편향은 실선으로 기존장치의 수평과 수직 편향은 점선으로 나타내었다. E위치에 67.9kg(1501b_m)이 부과된다면 본 발명의 수직편향은 약 2.3(0.9in)이고 동일 하중에 의한 수평편향은 단지 0.5cm(0.2in)이다. 한편, 기존장치에서 E위치에 제공된 67.9kg(1501b_m)에 의한 수직과 수평편향은 상당히 크다.

도면9a에서 점선으로 나타내는 수직 편향양은 약 4.3cm91.7in)인데, 수평편향은 약 1.9cm(0.75in)이다. 이 결과에서 67.9kg(1501b_m)하중이 제공된다면, 본 발명의 수직 움직임만큼 기존장치가 수평으로 움직인다는 것을 볼수 있다.

이와 같은 차이는 수평과 수직편향 사이의 비로써 설명할 수 있다. 67.9kg(1501b_m)하중이 주어지는 경우에 본 발명의 수평 편향 대 수직편향은 0.5/2.3(0.2/0.9) 또는 0.22이다. 기존장치에서 수평편향 대 수직편향은 1.9/4.3(0.75/1.7) 즉 0.44이다. 이 비는 매 걸음시에 발가락부분의 수직편향이 수직편향의 일부에 이에 상응하는 후방 수평편향 양이 되기 때문에 중요하다. 0.44비율인 경우 의족은 경험한 수직편향 매 cm(inch)마다 약 1.1cm(0.44in)후방 수평방향으로 움직이게 된다. 역으로, 본 발명에서 수평후방편향의 양은 경험한 수직편향 매 cm(inch) 마다 단지 0.56cm(0.22인치)가 된다.

몇가지 인자들이 수직편향에 대해 수평편향의 비율 개선에 공헌을 한다. 공지된 바와 같이, 그리고 수학적으로도 볼 수 있는 것과 같이, 도면 8c에서 P위치에 수직편향에 대한 수평편향은 거의 0.59에 가깝다. 이는 곡선이 한 반경의 호인지 또는 곡선이 호안의 90°각으로 이어져 있는지에 따라 달라진다. 수직편향에 대한 수평편향은 발목부분의 곡선반경이 얼마나 타이트한지 그리고 발목부분에서 발가락부분(56)이 얼마나 길게 전방으로 이어져 있는지에 대한 함수가 된다. 수평 발가락부분(56)이 수직편향이 감소함에 따라 거의 수평편향이 없기 때문에, 수평편향의 증가없이 더긴 발가락부분(56)이 추가의 수직편향을 허용한다. 발목부분의 곡선반경을 감소시킴으로써 더긴 발가락부분(56)이 발목부분 바닥에서 이어져 연관된 수평편향 증가없이 추가의 수직편향을 허용하게 된다. 이와 같은 현상은 하중이 증가할 때 수평과 수직편향 사이의 비율이 상당히 감소한다.

적절하게는 본 발명에서 수평편향 △X는 E지점에 67.9kg(1501b_m)이 주어지는 경우에 0.64cm(0.25in)이나 최고 1.3cm(0.5in)까지 된다. 또한 적절하게는 E지점(또는 T지점)에서 수직편향에 대한 수평편향은 적어도 1/3이하이고 이 비는 최고 0.5가지 가능하다. 전술한 것과 같이, 이 비는 P위치에서 거의 일정하다(0.59)(도면 8a). 이는 발목부분 반경이 크거나 작거나에 무관하다. 작은 반경 발목부분이 있는 생성발목부분(56)은 더길수 있고 수평편향 증가없이 T지점에서 수직편향이 더크게된다. 이 비율은 두께가 발목과 발가락부분을 따라 가늘어지는지에 따라 다양하게 된다. 발목부분(56)이 더 가늘어짐에 따라 T지점에서 수직편향이 더크고 결과적으로, 발목부분을 따라 수평편향의 증가없이 에너지 저장이 더 크다.

[발목부분, 발꿈치와 발가락의 가늘어짐]

제3도에서 볼수 있는 것과 같이 발부분(24)의 두께가 얇아지는데 이는 발부분에 유연성기능을 한다. 상측수직부분(30)이 실제 균일한 두께를 가지지만 발목부분(26)은 상측 a부분에서 중간 b부분을 경유하여 곡면 하부 c부분으로 두께가 점차 얇아진다.

적절하게는 일련의 표준두께가 다양한 크기의 사지절단자에게 제공된다. 가령, 본 발명의 의족(20)은 A1부터 A9까지 9개 크기로 제공되고 A1은 가장 작은 얍은 것이고, A9은 가장 큰 두께이다. 하기표1은 9개크기로 발목부분(26)의 상중하에 해당되는 a, b, c에서 두께 t를 나타낸다. 또한, 표1에는 5.1cm(2in)폭의 발부분924)에 기초한 a, b와 c지점의 굽힘축에 대한 관성모멘트 I를 나타낸다.

표 1에서 볼수 있는 것과 같이 발목부분(26)의 하부 c의 두께는 A1에서 A9까지의 a부분 두께의 약 70%이다. 그러나 어떠한 위치에서건 관성모멘트가 두께튜브에 비례하기 때문에 발목(26)의 하부에 I_C관성모멘트는 I_a관성모멘트 면적의 31% 내지 35%이다. 또한 중간부분에서 관성 I_b모멘트는 a의 48% 내지 54%이다. 특별히 제공되는 힘에서 편향양은 관성모멘트 면적에 역비례하므로 의족(20)의 관절에서 주요 편향은 발목부분(26)의 하부에서 발생하고 특히, 발목부분 b중간부분 아래가 된다.

곡면(26)의 상측부 a가 하측부 c보다 두껍기 때문에, 대부분의 구부러짐은 곡면의 하측 1/3 내지 1/2에서 발생한다. 또한 발목부분(26)에 대한 구부러짐을 분리하고 굽힘점을 낮춘다. 곡면(26)의 견고한 상부 a는 구부러짐에 대해 약간 큰 저항성을 주고 이는 필론부(22)에 아래쪽으로 이어진다.

전술한 것과 같이, 의족의 발가락과 발꿈치부분의 유연성 특징은 전체적인 성능을 결정하는데 중요한 변수가 된다. 레버암 또는 이들 부분의 길이에 추가하여 물론 이의 두께 또는 가늘어짐도 유연성에 영향을 준다. 따라서 곡면 발목부분(26)의 하측 c는 더 얇게 만들고 발가락부분(28)을 따라 이어지고 추가의 유연성은 의족의 발가락단부(46)에 부가한다. 또한, 적절한 구체예에서 발가락단부(46)은 발부분(24)의 상측(30)에 수직으로 배열된 두께의 1/3 내지 1/2인 두께를 가진다.

발꿈치부분(40)은 발꿈치부분에 유연성을 제공하기 위해 발부분(24)의 수직으로 배열된 상측부분(30)보다 상대적으로 얇게 만들어진다. 발꿈치부분(40)에는 가늘어지는 부분이 제공되고 발부분(24)의 아래면에 연결된 발꿈치부분의 전단(40a)는 발꿈치부분의 후단(40b)보다 약간 두껍다.

적절한 구체예에서 도면1에서 볼수 있는 것과 같이 이들 기소각각이 가늘어지지만 본 발명의 많은 장점들은 발부분(24)과 발꿈치부분(40)를 통하여 일정한 두께를 포함한 다양한 두께를 이용하여 얻을 수 있다. 그러나 이들 기소들의 가늘어짐은 의족(20)에 이와 같은 가늘어짐이 없는 경우 없었던 추가의 느낌을 제공한다.

발가락부분(28)과 발부분(40)이 더 얇아지면 따라서 발목부분(26)과 수직으로 배열된 상부(30)보다 더 유연성이 있게된다. 이와 같은 유연성은 사람발에서 나타나는 움직임의 유연성에 더 근접하게 된다. 사람의 발에서 상당수의 관절이 다양한 방향으로 발을 움직일 수 있도록 위치하고 있다. 가령 발의 전단에는 나머지 발부분에 대해 움직일 수 있도록 척골이 연결되어 있다. 사람발의 유연성과 더 근접하게 하기 위해 의족의 전단을 더 얇게 함으로써 추가의 유연성을 부가할 수 있다.

구체예에서 발의 폭이 5.1cm(2in)로 일정하게 하였으나 발부분(24)의 폭도 다양할 수 있다. 발부분(24)과 발꿈치부분(40)역시 폭과 두께에서 점차 가늘어지게하여 다양한 축에 대한 저항성 또는 유연성을 추가로 제공할 수 있다. 가령, 발부분(24)을 상부(30) 수직방향을 따라 폭을 약간 줄임으로써 추가의 뒤틀림 유연성을 제공할 수있다.

[작동]

사용할 때에 본 발명의 의족(20)은 자연의 사람사지의 움직임을 적절히 흉내낸다. 본 발명의 모양은 발꿈치-치기에서 발가락-내밀기의 유연하고 연속적인 발목 움직임을 흉내낸다.

발꿈치-치기에서 의족장치에 작용되는 하중이 발꿈치(40)를 누르고 이는 발가락(28)의 발바닥 유연성에 레버작용을 한다. 사지 절단자의 체중이 여전히 의족의 뒤에 있고 발목부분(26)이 뒤로 굽게된다. 발꿈치부분(40)과 발목부분(26)이 고유 유연성 위치로 복귀하려는 경향이 사지절단자의 체중을 전방으로 이동시키는데 도움을 준다. 사지절단자가 중간거리에서 발가락 앞부분으로 구를 때 의족(20)은 복면유연성을 가지고 발목부분(26)을 전방으로 구부리고, 이는 곡면 반경이 90°위치에 상대적으로 근접하게 된다. 발가락 하중에서 사지절단자의 체중은 전방으로 이동하게 되고 이는 발가락부분(28)이 구부러지게 된다. 발가락부분(28)이 구부러지면 의족은 전방으로 각진위치가 되고 발목부분(26)의 자연스런 경향에서 이의 고유위치로 복귀하여 에너지가 발가락끝에서 방출될 때 전방으로 사지절단자가 움직이게 된다. 발가락부분(28)을 상대적으로 유연하게 만들므로써, 발목부분(26)에서 방출되는 에너지와 발가락 유연성의 복합이 바로 위쪽 위치보다는 전방으로 움직이게 된다.

따라서, 본 발명은 정상적인 발목관절과 거의 유사하게 행동할 수 있는 의족 기소의 복합을 제공하고 이때 다리와 정강이 부분은 상대적으로 뻣뻣하고, 대부분의 구부러짐은 발목부분과 유연성있는 발끝과 발가락부분 등의 낮은 위치에서 일어난다. 또한 본 발명은 과도한 수평 움직임을 감소시키고 타이트한 발목부분에 구부러짐을 한정시키기 때문에 기존장치에 의해 제공되지 못했던 개선된 제어력과 안정성을 제공한다. 이와 같은 특별한 장점이 여기에서 상술한 본 발명에서 구체적으로, 설명하였으나 본 발명은 이와 같은 특정구체예에서 한정시키지 않는다. 본 발명은 여기에서 상술한 장점을 제공하는 또다른 구체예를 생각해볼 수 있다.

Claims (13)

1. 지면에 대해 사지절단자를 탄성적 운동학적인 지탱을 제공하기 위한 의족에 있어서: -펄론 또는 소켓에 고정되기에 적합한 상측부; -상측부분에서 하향 전방으로 이어진 탄성적 곡면을 가지는 발목부, 이때 발목부분은 정상적인 걸음걸이와 달리는 활동동안에 구부러질 수 있도록 구성되고, 구부러짐이 일어나는 굽힘축에 대해 7.6cm(3.0인치)이하의 곡면반경을 가지고 구부러짐축은 정상적인 사람 발목 관절이 있는 위치에 있고; -발목부분에서 전방 수평으로 이어진 일체형의 발가락부분; -발목부분에서 후방으로 이어진 발꿈치부분으로 구성된 것을 특징으로 하는 의족.
2. 제1항에 있어서, 발목부분의 곡면반경은 5.08cm(2.0인치)인 것을 특징으로 하는 의족.
3. 제1항에 있어서, 구부러짐축은 지면위에서 8.9cm(3.5인치)이하에 위치하는 것을 특징으로 하는 의족.
4. 제1항에 있어서, 의족은 발목부분에서 발가락부분쪽으로 가늘어지는 구조이며 실제로 균일한 압박이 이루어지는 것을 특징으로 하는 의족.
5. 제1항에 있어서, 발꿈치부분은 발목과 발가락부분 사이의 위치에서 선택적으로 부착과 탈착이 되는 모양인 것을 특징으로 하는 의족.
6. 제1항에 있어서, 발꿈치부분은 발목부분 또는 발가락부분에서 영구적으로 부착된 것을 특징으로 하는 의족.
7. 제1항에 있어서, 발은 튜브형 필론에 선택적으로 탈착과 부착이 되는 것을 특징으로 하는 의족.
8. 제7항에 있어서, 사지절단자의 전방에 대하여 필론의 후면에 의족을 수용할 수 있는 부착면을 가지는 부착부분(34)이 고정되고 부착부분은 발을 수용하는 면에 수직으로된 부착면이 있는 것을 특징으로 하는 의족.
9. 제8항에 있어서, 필론은 실린더형 필론인 것을 특징으로 하는 의족.
10. 제1항에 있어서, 발은 필론에 영구적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 의족.
11. 제1항에 있어서, 발의 두께는 발목부분 두께의 1/3 내지 1/2인 것을 특징으로 하는 의족.
12. 제1항에 있어서, 발꿈치의 두께는 상측부분 두께의 1/3 내지 1/2인 것을 특징으로 하는 의족.
13. 제1항에 있어서, 발가락과 발꿈치부분은 실제로 평편하고 공평면인 것을 특징으로 하는 의족.