KR100408747B1 - 시상 조정되는 무릎 보조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시상 조정을 이용한 무릎 보조기, 즉 골관절염을 치료하기 위해 무릎 관절을 외반 또는 내반으로 교정할 수 있는 보조기 또는 교정 장치에 관한 것이다. 무릎 보조기는 이것의 한측만이 힌지부(3)에 의해 상호 연결된 대퇴 커프(1) 및 경골 커프(2)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 힌지부는 무릎 관절의 위치를 외반 또는 내반으로 교정하기 위한 시상 교정력을 제공할 수 있다. 바람직하게는 힌지부는 시상 교정력을 제공하는 곡선 또는 각진 위치에 고정될 수 있다.

Description

시상 조정되는 무릎 보조기 {KNEE BRACE WITH SAGITTAL ADJUSTMENT}

무릎은 대퇴골을 경골에 결합시키고 인대 및 연골에 의해 제어된다. 대퇴골과 경골은 연골을 가로질러 접촉하고, 무릎의 각 측면에 소위 구획 또는 공간이 있다. 무릎의 안쪽에 내측 구획이 위치하며 무릎의 바깥쪽에 외측 구획이 위치한다.

건강한 무릎 관절은 내측과 외측에서의 압력 분포가 균등하다.

내측 구획 또는 외측 구획에서 발생할 수 있는 단독 구획의 골관절염은 무릎에 기계적인 기능 장애를 초래할 것이며, 이에 의해 무릎에서 교차하는 압력 분포가 불균등하게 되므로, 내측 구획의 골관절염으로 무릎 관절의 안쪽이나, 외측 골관절염으로 무릎 관절의 바깥쪽에 과도한 마모가 발생한다.

단독 구획의 골관절염은 상해 또는 노화로 인해 유발될 수 있다. 질병이 촉진되면서 대퇴골 및 경골 사이의 공간이 감소된다. 이 문제는 공간이 없어져 대퇴골이 경골과 접촉하게 되는 정도까지 진행될 수 있다. 이러한 환경에서, 경골이 침식될 수 있다.

질병으로 인하여 대퇴골 및 경골 사이의 정상 각도가 변화하게 된다. 발뒤꿈치 스트라이크에 대한 외측 추력은 종종 대퇴골 및 경골의 오정렬을 증가시키게 된다. 이는 무릎 관절에 악영향을 미치고 경골의 침식을 두드러지게 하면서 반대편의 인대를 스트레칭시키는 경향이 있다.

추가의 문제는 구획 사이의 공간이 감소됨에 따라 회전 약화(slackness)가 발생하는 것이다. 이는 인대의 연결점이 골 저하와 함께 더욱 밀접하게 움직임에 따른 인대의 약화에 의해 야기된다.

무릎 관절에 대한 다양한 교정 장치가 공지되어 있다. 무릎 보조기의 한 유형은 양측성 포지티브 힌지 연결, 즉 외측 및 내측 힌지 메카니즘을 포함하여 무릎 관절이 다소간 자연스럽게 동작하게 할 뿐 아니라, 보행 등에 따른 고통을 경감시키기에 바람직한 지지부를 제공한다. 그러나, 외측 및 내측 힌지 메카니즘으로 인해, 정면에서 교정 장치를 내반 또는 외반으로 조정하는 것이 불가능하다.

다른 유형의 교정 장치는 편측성 무릎 관절이며, 편측성 힌지 메카니즘을 갖는 이러한 예는 US 5,277,698호를 참조할 수 있다. 이러한 무릎 보조기에서, 시상 조정은 원형 힌지 요소를 포함하는 힌지 요소의 사용을 통해 가능하다. 무릎 보조기는 무릎을 가로질러 단단하게 조여질 수 있는 크로스-스트랩(cross-strap)에 의해 무릎에 힘을 실을 수 있다. 또한 무릎 보조기는 다축 힌지 메카니즘을 포함한다.

편측성 무릎 관절의 다른 예는 US 5,458,565호를 참조할 수 있다. 이러한 무릎 보조기에서, 복원력은 힌지 어셈블리와 무릎 관절 사이에 위치하여 팽창과 수축을 가능하게 하는 유체 함유 패드와 함께 회전 힌지 어셈블리의 사용을 통해 획득된다. 복원력은 패드의 선택적인 팽창 및 수축에 의해 조정 가능하다. 또한 무릎 보조기는 다축 기어 힌지 메카니즘을 포함한다.

이러한 유형의 무릎 보조기의 문제점은 다축 힌지 메카니즘이 무릎 관절을 가장 자연스럽게 움직일 수 있게 하지 못한다는 점이다. 또한, 크로스-스트랩뿐 아니라 유체 함유 패드는 부피가 크며 정확한 교정력을 제공하기 어렵다.

본 발명은 교정력을 제공하는 다른 접근 방법을 이용하여, 상술한 문제점을 해소한다. 본 발명에서, 힌지 메카니즘은 대퇴 및 경골 커프에 교정력을 제공하도록 조정될 수 있다. 또한, 무릎 보조기는 무릎의 움직임을 모방하는 보다 자연스러운 움직임을 제공하는 4개 축의 관절을 포함한다.

본 발명은 시상 조정되는 무릎 보조기, 즉 골관절염을 치료하기 위해 무릎 관절을 내반 또는 외반으로 교정할 수 있는 보조기 또는 교정 장치에 관한 것이다. 본 발명의 무릎 보조기는 환자의 무릎 관절의 위치를 교정하도록, 특히 다리가 신장되는 동안 환자의 다리에 부착된 대퇴 커프(cuff) 및 경골 커프에 교정력을 공급하는 특별한 힌지부를 특징으로 한다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 하기 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 환자의 오른쪽 다리에 부착된 본 발명에 따른 무릎 보조기의 정면도이다.

도 2는 환자의 왼쪽 다리에 부착된 본 발명의 무릎 보조기의 측면도이다.

도 3은 본 발명의 힌지 요소의 측면도이다.

도 4는 힌지 요소 단면의 정면도이다.

바람직한 구체예의 상세한 설명

이전에 제조된 무릎 교정기는 일반적으로 전면의 축 움직임을 안정시키도록 설계된다. 이러한 설계 특성으로 인하여, 이들은 굴곡 및 신장을 일정 한도 이내로 제한할 수 있다. 임의의 이유로 인하여 전면에서의 무릎 정렬의 교정이 요구되는 경우, 전혀 상이한 설계를 갖는 맞춤 보조기 또는 보조기가 필요하게 된다. 굴곡 외에, 내측 또는 외측 구획을 언로딩하기 위해 시상 축에 의한 교정이 필요한 경우, 관절 및 프레임은 상이한 기능을 필요로 한다. 내반 또는 외반에 따른 직립 요소(uprights)를 변화시키기 때문에, 제 2 관절은 직립 요소의 연장과 단축으로 인해 사용하기 어렵게 된다. 이러한 실질적인 이유 외에, 단일 외측 관절은 훨씬 용이하게 정렬될 수 있으며 또한 유리한 외관을 얻을 수 있다. 이러한 유형의 보조기는 주로 골관절염의 치료를 지지하기 위해 사용되고, 이에 따라 고통을 최소화하고 무릎 관절을 보호할 수 있기 때문에, 관절의 움직임은 교합된(articulating) 관절 표면 사이의 불필요한 마찰을 방지하도록 가능한 한 자연적인 움직임에 유사하게 따른다. 대퇴 및 경골 커프의 기능은 압력을 분리하여 사지에서 적당한 위치를 유지시키는 것이다. 무릎 관절의 생체역학적 특성으로 인해, 무릎은 30°굴곡으로부터 완전한 신장까지 정렬을 변화시키는 것이 가능할 뿐이다. 또한, 움직임의 범위에 있어서 언로딩이 요구된다. 골관절염 내반 또는 외반 무릎 보조기의 사용이 아직 과학적으로 입증되지 않았음을 인식함에도 불구하고, 다수의 경우에서 본 발명자들은 실제 고통을 최소화하면서 보다 장시간 동안 무릎 관절의 동작을 유지시킬 수 있다.

본 발명의 무릎 보조기는 무릎 관절, 대퇴 커프 및 경골 커프로 이루어진다.

신장 동안, 무릎 보조기는 무릎의 위치를 내반 또는 외반으로 교정할 수 있다. 완전한 신장 내내 무릎을 조정된 위치로 유지하는 것은 생체역학적으로 불가능하다. 또한 무릎의 내측 또는 외측 구획으로부터 로드를 피하거나 고통을 경감시키기 위해서도 이것은 불필요하다. 보조기가 약 30°의 굴곡으로부터 완전한 신장까지 조정된 내반 또는 내반 위치를 교정할 것이다.

골관절염 환자의 무릎은 모든 유형의 마찰 또는 힘에 민감하고, 따라서 비생리적인 움직임을 피해야 한다. 이러한 이유로, "자연적인 움직임"을 갖는 무릎 관절이 설계되었다. 이는 소위 4개 축의 무릎 관절이 전방 움직임과 함께 굴곡되기 시작하여 C-모양 관절 이동 경로에서 회전한다. 완전한 신장시, 회전축은 경골 고원부(plateau)의 15cm 위에서 관절의 후면에 위치한다. 근위 직립 요소의 전방 변위는 11mm이다. 관절은 하기에 보다 상세히 기술하는대로, 시상 조정을 가능하게 하는 경사 메카니즘을 포함한다. 관절이 과신장을 방지하도록 설계되지 않았음에도 불구하고, 신장 중단이 존재한다(제시되지 않음).

도 1 및 2에서, 무릎 보조기는 환자의 다리(오른쪽 및 왼쪽 각각)에 고정되는 것으로 도시된다. 복합물로 구성된 대퇴 커프(1)는 연조직을 둘러쌈에 의해 대퇴골 상에서 그립을 수득하도록 설계된다. 원위 단부는 무릎 관절을 안정화시키기 위해 관절구에까지 도달한다. 대퇴 커프(1)는 적합한 기능을 달성하는 단단한 영역: 외측 지주(10), 근위(8), 및 원위 경골 밴드(9)를 갖는다. 내측 수직 지주(11)는 원위 수평 밴드(9) 및 근위 대퇴부 밴드(8)와 일체형이다. 수평 밴드(8,9)는 외측에 고정되어 외측 지주(10)로의 단단한 결합을 제공하는 반면, 내측은 크기 조정가능성 및 편안함을 위해 보다 얇고 보다 가요성이다. 대퇴 커프(1)는 조정가능한 배측 바인딩(12)(dorsal bindings)으로 제한된다.

복합물로 구성된 경골 커프(2)는 연조직을 둘러쌈에 의해 경골 및 비골 상에서 그립을 수득하도록 설계된다. 근위 단부는 무릎 관절을 안정화시키기 위해 관절구에까지 도달한다. 경골 커프(2)는 적합한 기능을 달성하는 단단한 영역: 외측 지주(15), 근위(13), 및 원위 경골 밴드(14)를 갖는다. 내측 수직 지주(16)는 근위 수평 밴드(13) 및 원위 경골 밴드(14)와 일체형이다. 수평 밴드(13, 14)는 외측에 고정되어 외측 지주(15)로의 단단한 결합을 제공하는 반면, 내측은 크기 조정가능성 및 편안함을 위해 보다 얇고 보다 가요성이다. 경골 커프(2)는 조정가능한 배측 바인딩(17)으로 제한된다.

대퇴 커프 및 경골 커프 모두는 다양한 크기의 다리에 맞도록 세가지의 상이한 크기(소, 중, 대)로 제조되며 교체가능하다. 예컨대, 소형 경골 커프를 중형 대퇴 커프와 조합할 수 있고, 그밖의 모든 조합이 가능하다.

힌지 요소는 도 3에서 커프 없이 제시된다. 힌지는 바람직하게 외측에 위치된다. 힌지부는 대퇴 및 경골 커프에 연결하기 위한 직립 요소(20) 및 힌지 플레이트(21)로 이루어진다. 직립 요소는 하기에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 각각의 커프에 부착되기 위한 홀(7)을 갖는다. 힌지 플레이트(21)에 4개 축(18) 중 2개 축이 제공되어 직립 요소 사이에서 바람직하게 교합된 연결을 수득하게 한다. 나머지 두개 축(18)이 힌지 플레이트(21) 내에 위치한 요소(제시되지 않음)에 의해 연결된다.

도 4에서, 힌지 요소가 대퇴 커프(1) 및 경골 커프(2)의 일부와 함께 단면으로 제시된다. 직립 요소(20)가 4개 축 관절을 형성하는 힌지 플레이트(21)에 연결된다. 직립 요소(20)가 조정 고정 장치에 의해 대퇴 커프(1) 및 경골 커프(2)에 연결된다. 최상의 조정을 위해, 두개의 조정 고정 장치, 대퇴 및 경골 커프에 대해 각각 하나씩의 조정 고정 장치가 존재하는 것이 적합하다. 조정 고정 장치는 경사 메카니즘(4)과 홀(7)에 고정된 두 쌍의 나사(6)를 포함한다. 홀(7)은 홀(7)과 나사(6)의 사이에 여유를 두도록 타원형이므로, 각도의 조정이 가능하다. 경사 메카니즘은 커프(1,2) 및 직립 요소(20) 상에서, 각각 반대되는 V-모양 표면(4)에 의해 형성되기 때문에, 커프(1,2)는 시상축(시상면을 갖는 축 평행)을 따라 각각의 직립 요소(20)와 (5)에서 선접촉한다. 이후, 커프 및 직립 요소원 사이의 각은 접촉 라인(5)을 따라 시상축 주변에서 경사에 의해 조정될 수 있다. 하나의 나사(6)는 접촉 라인(5)의 각 측에 위치된다.

경사각은 각 쌍의 나사(6)를 조정하여 설정되고, 즉, 하나의 나사는 조여지는 반면, 다른 나사는 느슨해지거나 혹은 그 반대로 된다. 이러한 방식에서, 포지티브 조정 고정 장치가 수득된다. 이후, 무릎 보조기가 환자의 다리에 부착되는 경우, 힌지의 커프(1,2) 및 직립 요소(20) 사이의 각도로 인해 원하는 내반 또는 외반 위치를 제공하기 위한 교정력으로 작용하는 바이어스력이 발생한다.

따라서, 본 발명의 무릎 보조기가 시상 교정력을 제공하며, 이 교정력이 어떠한 크로스-스트랩 또는 팽창가능한 패드의 사용 없이 힌지부에 의해 생성되는 것이 이해될 것이다. 힘 또는 각도 조정은 나사 쌍을 조절하여 용이하게 수득된다. 이는 환자가 무릎 보조기를 착용한 상태에서도 행해질 수 있다. 또한, 대퇴 커프 및 경골 커프는 무릎 보조기를 환자의 다리에 견고하게 유지시키는 부분적으로 단단한 케이지로서 설계된다. 대퇴 및 경골 커프는 다양한 크기로 상호 변화가능하기 때문에, 무릎 보조기는 환자의 대퇴 및 경골의 상이한 크기에 대하여 용이하게 조정된다. 본 발명의 범주는 하기 청구항에 의해서만 한정된다.

본 발명은 단지 무릎 보조기의 한측만이 힌지부에 의해 상호연결된 대퇴 커프 및 경골 커프를 포함하는 시상 조정을 이용한 무릎 보조기를 제공한다.

본 발명에 따르면, 힌지부는 내반 또는 외반으로 무릎 관절의 위치를 교정하도록 시상 교정력을 제공할 수 있다. 바람직하게, 힌지부는 시상 교정력을 제공하도록 각을 이룬 상태로 고정될 수 있는 경사 메카니즘(tilting mechanism)을 포함한다.

본 발명은 하기 청구항 1에서 정의되며, 바람직한 구체예는 종속항으로 설명된다.

Claims (11)

1. 대퇴 커프(1) 및 경골 커프(2)를 포함하며 이들이 한쪽만 힌지부(3)에 의해 상호 연결되어 있고 힌지부(3)가 직립 요소(20)와 ((5)에서) 접촉하는 커프 요소에 의해 형성된 경사 메카니즘(tilting mechanism)(4,5,6)에 의해 무릅 관절의 위치를 내반 또는 외반으로 교정하는 시상 교정력을 제공할 수 있어 요소들 사이의 각도가 조정될 수 있는 시상 조정 무릎 보조기에 있어서, 경사 메카니즘이 커프(1,2) 및 직립 요소(20) 상에서 반대되는 V-모양 표면(4)을 포함하여 커프(1,2)가 시상 축을 따라 각각의 직립 요소(20)와 ((5)에서) 선접촉함을 특징으로 하는 무릎 보조기.
2. 제 1항에 있어서, 각도가 한 쌍 이상의 나사(6)에 의해 조절되며, 이 중 하나의 나사가 접촉부(5)의 각 측에 위치함을 특징으로 하는 무릎 보조기.
3. 제 1항에 있어서, 대퇴 커프(1)가 근위 밴드(8), 원위 밴드(9), 외측 지주(10), 내측 지주(11) 및 배측 바인딩(bindings)(12)을 포함하는 케이지(cage)로 이루어짐을 특징으로 하는 무릎 보조기.
4. 제 3항에 있어서, 대퇴 커프(1)의 근위 밴드(8), 원위 밴드(9) 및 외측 지주(10) 부분이 단단함을 특징으로 하는 무릎 보조기.
5. 제 1항에 있어서, 경골 커프(2)가 근위 밴드(13), 원위 밴드(14), 외측 지주(15), 내측 지주(16) 및 배측 바인딩(17)을 포함하는 케이지로 이루어짐을 특징으로 하는 무릎 보조기.
6. 제 5항에 있어서, 경골 커프(2)의 근위 밴드(13), 원위 밴드(14) 및 외측 지주(15) 부분이 단단함을 특징으로 하는 무릎 보조기.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 대퇴 커프(1) 및/또는 경골 커프(2)가 다양한 크기로 상호 교환될 수 있음을 특징으로 하는 무릎 보조기.
8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 힌지부가 4개 축(18)의 관절을 포함함을 특징으로 하는 무릎 보조기.
9. 제 8항에 있어서, 관절이 C-모양 경로를 따르며 C-모양 경로에서 완전 신장시 관절의 회전 축이 경골 고원부(plateau)의 15cm 위에서 관절의 배측에 위치하고, 동작 초기에 근위 직립 요소의 전방 변위가 약 11mm임을 특징으로 하는 무릎 보조기.
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