SE538280C2 - Ortopedteknisk knäled - Google Patents

Abstract

SAMMANDRAG En ortopedteknisk led (1) är visad, vilken led har en forsta del (11) inrattad att fastas vid en bdrares forsta kroppsdel eller ersdttningskroppsdel, och en andra del (12) inratad att fastas vid en andra kroppsdel eller ersatningskroppsdel, varvid den forsta delen (11) och den andra delen (12) kan vridas relativt varandra och ãr med varandra kopplade via atminstone fyra axlar (21, 22, 23, 24) och tillhorande lankar (13, 14, 15). Leden (1) utmarks av att densamma är fritt rorlig ndr leden är obelastad av bdraren, och vid belastat lage är samma led geometriskt last.

Description

TITEL Ortopedteknisk kndled TEKNISKT OMRADE Uppfinningen avser en ortopedteknisk kndled i form av en mekanisk ledkonstruktion inrattad for att stabilisera en nedre extremitet och understodja ett normalt gangsteg hos anvandaren.

TEKNIKENS STANDPUNKT Gd.endet är en komplicerad process och for att fungera effektivt behover de nedre extremiteterna kunna 1: ta upp kroppstyngden under stodfasen, 2: rotera och koordinera lederna for att astadkomma en progression i gangriktningen, 3: justera extremitetens langd genom att boja kndleden under sving-fasen, och 4: ytterligare minimera kroppstyngdsforflyttningen i hojdled genom att boja kndleden nd.got under midstance (mitt-i-stegetfas). Franvaron av nagon av dessa funktioner kan aventyra en persons formaga att gá.

Dock kan rorelsehinder formildras genom konventionell ortos-forsorjning med till exempel en KAFO (knd ankel fot ortos). En KAFO bör, for att vara energieffektiv, ge fullstandig stabilitet i stodfasen och en naturlig och obehindrad svingfas, samt tilata en viss bojning i knaleden mitt i steget utan att aventyra knastabiliteten. En ortopedteknisk kndled bör ocksá vara konstruerad pa sklant salt att den foljer kndets naturliga polycentriska/fleraxliga rorelsemonster.

For stabilisering av den manskliga kndleden hos individer med nedsatt muskelstyrka och eller nedsatt ledkontroll anvands i stor utstrackning knaleder med lasfunktion for att erbjuda anvandaren stabilitet i sta.endet. Dessa leder lases enbart upp for att mojliggora en sittande stallning med bojt knd. Denna lasning har till nackdel att anvandarna far ett onaturligt gangmonster som bade är energi-ineffektivt och ger i langden upphov till forslitningsskador. 1 Ortopedtekniska kndleder hos vilka knaleden kan lasas upp vid inledning av svingfasen är kanda inom teknikomradet. US patent US5490831, US2943622 och den europeiska EP0872224 beskriver kndleder som anvander ett tryck emot Men for att ge en lasningssignal. Enligt dessa publikationer ãr ett detekteringselement beldget i hdlen, vilket detekteringselement är forbundet med ett laselement, exempelvis medelst en kabel eller stang. SA lange detekteringselementet detekterar ett tryck emot Mien är leden last medelst laselementet. Sa lange som det inte forekommer nagot tryck emot hdlen frigors emellertid kndleden.

En signifikant nackdel med lasningen enligt ndmnda dokument är att knaleden ocksa kommer att frigoras om tryck utovas mot exempelvis den framre delen av anvandaren fot. Om anvandaren forsoker overvinna ett hinder, sasom en trottoarkant, med sitt ben, kommer detekteringselementet inte att detektera nagot tryck mot hdlen och kommer darfOr att frigora den ledade leden. Anvandarens kndled kommer foljaktligen att ge vika. Sasom en foljd av denna begransning är losningen opraktisk och dessutom farlig.

Patent US4632096 beskriver en led som kan frigoras genom att foten vrids relativt benet. En kabel är fast vid foten, vilken kabel är forbunden med ett laselement i knaleden. Genom att vrida foten kan lasningen av leden frislappas med hjalp av kabeln.

Nackdelen med losningen enligt detta US-patent är att frigorandet kan utforas endast genom aktiv vridning av foten. Detta innebar att anvandaren maste vara beredd att vrida sin fot i vane steg. Vidare kravs enligt denna losning alltid en koppling mellan knaleden och foten eller fotleden. Detta gor systemets funktion beroende av markytans beskaffenhet.

Inom protestekniken, ddr anvandare saknar kndled helt och hallet efter en amputation, finnes de sa kallade fyraxlade kndlederna for att ge stabilitet i knaledskonstruktionen. Ett exempel aterfinns i patent U55181931A. Typiskt for dessa losningar är att tekniken forutsatter att anvandaren inte har nagot eget underben, och dessa losningar är saledes diskvalificerade som hjalpmedel for manga av de anvandare for vilka foreliggande uppfinning är avsedd. 2 KORT REDOGORELSE FOR UPPFINNINGEN Foreliggande uppfinning loser problemen med den kanda tekniken genom att den har de i efterfoljande patentkrav angivna sardragen. Dessutom ger uppfinningen en losning som inte kraver flagon extern mekanisk styrning via vajeranslutningar eller forlitar sig pa elektroniska styrsystem for att uppna stabilitet i stodfasen. Den uppfinningsenliga knaledens geometriska stabilitet är dessutom med sin fjaderbelastade glidande axel justerbar for ett stort omfang av viktklasser.

Fa delar och enkel mekanik Or uppfinningen unik i sin enkelhet och tillforlitlighet, dar andra losningar stravar emot att bli komplexa och darfor kansliga.

Den polycentriska rorelsen hos uppfinningens led imiterar det anatomiska knats rorelse pa ett sa naturligt salt att anvandaren ej begransas i sitt rorelseomfang.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGAR Utforingsexempel av uppfinningen forklaras narmare nedan med hanvisning till bifogade schematiska ritningar, av vilka Figur 1 visar en vy over en knaled enligt uppfinningen inkorporerad i en ortopedisk kna-ankel-fot ortos (KAF0), Figur 2 visar knaleden i monterat lage, Figur 3 visar knaledens enskilda delkomponenter, Figur 4 visar en geometrisk modell av knaleden, Figur 5 visar knaledens placering Over den tibio-femurala leden, i sagitell vy, och Figur 6 -14 visar ledens funktion askadliggjord med avseende pa gangcykelns olika faser. 3 DETALJERAD BESKRIVNING AV FOREDRAGNA UTFORINGSEXEMPEL Figur 1 visar uppfinningen i form av en ortopedteknisk kndled 1 som ãr inkorporerad i ett ortopedtekniskt hjdlpmedel. Kndleden 1 innefattar en forsta del 11 som är vridbart forbunden med en andra del 12 medelst lankar 13 och 14 samt lanken 15, sasom visas i Figur 2.

Kndleden 1 ãr fastbar vid en anvdndares ben 2. Den forsta delen 11 ãr inrattad att kopplas till ett separat tillverkat segment 4 fdstbart vid baarens lar. Del 12 är pa liknande sat kopplingsbar till ett separat tillverkat segment 3 som ãr fastbart vid baarens underben.

Figur 2 visar kndleden 1 i sitt utgangsldge och kan, beroende pa kraftmomenten som verkar genom leden, antingen frigoras for vridning eller 16.sas genom att lankarna del 15 och 13-14 parallel's-1511es. Detta fOrklaras namare nedan med hanvisning till Figurerna 6-15.

Figur 3 visar narmare uppfinningens delkomponenter. Del 11 är ledens ovre del som är fastbar vid larsegmentet av det ortopedtekniska hjalpmedlet, och del 12 är fastbar vid underbenssegmentet. Lankarna som illustreras av del 13, 14 och 15 binder ihop del 11 och del 12 med hjalp av axlarna som illustreras av delarna 21-24. Del 19 är ett stopp for lankarna 13 och 14 sá att de inte gar for langt i sin rorelse.

Del 18 ãr en kula som glidbart stodjer emot en nedre ande av del 15, och mojliggiir tillsammans med en fjader 17 och en justerskruv 16 en reglerbar instdllning av den kraft som skall overvinnas for att axeln 23 skall rora sig neda.t/frama.t i ett i delen 12 format spar, i vilket axeln 23 ãr rorligt lagrad. Haigenom kan kndledens geometriska stabilitet anpassas till olika bdrare. Justerskruven 16 med fjddern 17 och kulan 18 är lampligen instucket monterade i ett for andamalet upptaget och invandigt gangat hal i kndledens undre del 12.

Ett foredraget utforande av den ortopedtekniska kndleden innefattar sa.ledes en forsta del 11 i vilken är lagrad en ovre framre axel 22 och en ovre bakre axel 21. I en med den forsta delen 11 ledat forbunden andra del 12 är lagrad en undre frdmre axel 24 och en undre bakre axel 23. En franre lank 13, 14 är vridbart lagrad pa de franre axlarna 22 och 24, och en bakre lank 15 är vridbart lagrad pa de bakre axlarna 21 och 23. Ett pa den forsta delen 11 anordnat stopp 19 är verksamt for begransning av den 4 framre lankens 13, 14 vridrorelse runt den ovre framre axeln 22. Den undre bakre axeln 23 är glidbart lagrad i ett i den andra delen 12 format spar 25 som i forhallande till den nedre framre axeln 24 stracker sig mellan en framre 26 och en bortre 27 ande, varvid axeln 23 är reglerbart forspand 16, 17, 18 i riktning av den bortre anden 27.

Den undre bakre axelns 23 forspanning alstras av en mot axeln 23 stodjande kula 18 vilken paverkas av en i den andra delen 12 lagrad fjader 17 med tillhOrande justerskruv 16.

De framre axlarna 24 och 22 ligger pa en framre linje Li, och de bakre axlarna 21 och 23 ligger pd en bakre linje L2 vilken i de tvd linjernas forlangning skar den framre linjen Li under en vinkel, i en skarningspunkt MRC som i kndledens belastade och utratade lage ligger utanfor kndleden. Sparet 25 har darvid sadan strackning i den andra delen 12, att en forflyttning av axeln 23 i riktning mot sparets framre ande 26 minskar sagda vinkel, med resultat att linjernas skarningspunkt MRC flyttas ldngre bort fran kndleden.

Narmare bestamt blir vinkeln mellan den framre linjen Li och den bakre linjen L2 noll eller nara noll ndr axeln 23 intar ett andlage i sparets 25 framre ande 26.

Centrumaystandet mellan de framre axlarna 22, 24 är stone an centrumaystandet mellan de bakre axlarna 21, 23, varvid forhallandet mellan langden av den framre ldnken 13, 14 och ldngden av den bakre lanken 15 resulterar i att skarningspunkten MRC placeras mellan de framre axlarna 22, 24 i kndledens maximalt bojda, obelastade lage.

Figur 4 visar uppfinningens teoretiska modell for att ge en grundstabilitet med hjalp av ett sâ kallat forhojt momentanrotationscentra, harefter kallat MRC. Denna modells funktion passar val till de anvandare som vanligtvis behOver ortos-forsorjning med hjalp av en KAFO, det vill saga personer med nedsatt muskelstyrka fran hoften och ned i extremiteten. Kndleden 1 har en kort bakre lank mellan axel 21 och 23 och en uppsattning ldngre ldnkar mellan axel 22 och 24. Skarningspunkten, det vill saga momentanrotationscentrat MRC mellan dessa tvd lankar, hamnar bakom bararens hoftled (i forlangningen av pilarna Li-L2 av Figur 2). I och med att MRC initialt projiceras bakom hoffleden tillhandahalls en led som är hyperstabil igenom stodfasen, och genom att den ligger nastan i 116.0 med hoffleden tillhandahalls en led som kan initieras till bojning vid slutet av stodfasen genom att bararen genererar ett litet bojningsmoment. Dá den anatomiska kndleden inte är en monocentrisk led utan en polycentrisk led sá passar den har mekaniska ledtypens rorelsemonster battre ihop med den anatomiska leden.

Placeringen av uppfinningen pa bararens kna maste goras noggrant for att ge basta mojliga funktion.

Figur 5 visar var, jamfort med den anatomiska knaleden, uppfinningen skall placeras.

Genom att lAta axel 23 glida nedat i namnda spar format i delen 12 medges dels en latt bojning i knaleden om ca 5-10 grader, samt sa ges lank 15 mojlighet att stalla sig parallellt med lankarna 13 och 14. Detta flyttar MRC oandligt langt ut sa att leden blir sá stabil att det inte gar att initiera en bojning i knaleden sá lange som denna geometriska lasning foreligger.

Figur 6. Initial Contact: Borjan av gangcykeln. DA golvreaktionskraften (GRK) är riktad anteriort om MRC sá alstras ett strackande moment i leden vilket laser knaledsrorelsen, men i och med att GRK flyttas narmare axel 24 aktiveras en energibesparande bojning i knaleden, som mojliggors av bojningskomponenten, och som samtidigt far leden att bli geometriskt stabil.

Figur 7. Loading Respons: I detta lage under gangcykeln har ledens lankar blivit fullt parallella och leden är helt stabil.

Figur 8. Opposite Toe Off: DA det stodjande benet tar upp kroppens hela belastning och bojningskomponenten är i sitt max-lage, har knaleden 7 graders bojning for att minska den vertikala forflyttningen av kroppsvikten. Detta ger en mer energiriktig gang, vilket är extra viktigt for anvandare med nedsatt muskelstyrka.

Figur 9. Midstance: I stort sett samma tillstand som i foregaende del av gangcykeln. GRK har sadan riktning att bararens kna ej skulle kunna vara stabilt utan normal muskelstyrka, om inte uppfinningens geometriska stabilitet mojliggjorde detta.

Figur 10. Heel Rise: DA GRKs vinkelrata avstand till axel 24 minskar sá avaktiveras bojningskomponenten gradvis for att mojliggora overgangen till svingfas.

Figur 11. Opposite Initial Contact: Med bojningskomponenten avaktiverad sá är leden fullt utratad, och stabil sá lange som GRK ãr riktad anteriort om ledens MRC. Bararen kan i detta lage ocksá styra om leden skall kunna bojas genom att alstra ett bojningsmoment i hoften. Detta flyttar manuellt GRK posteriort om MRC och pA sá vis 6 initieras en svingfas. Vanligtvis sâ sker denna process vid ca 55% av gangcykelns langd.

Figur 12. Toe Off: Efter Opposite Initial Contact nth-mar sig stedfasen snabbt sitt slut och bdraren kan antingen initiera en svingfas genom att generera ett bojningsmoment i hoftleden, eller vanta tills GRK pa naturlig vdg forflyttar sig posteriort om MRC, eller helt enkelt genom att lyfta benet ifran marken. Genom bojningen i kndleden forflyttar sig MRC snabbt ned till i nivá med kndleden 1. Redan vid 13grader bojning i det anatomiska kndt sá har MRC forflyttat sig ned till axel 22 av knaleden 1.

Figur 13. Feet Adjacent: I svingfasen sá roterar uppfinningens kndled runt ett MRC som befinner sig pa ledens nivâ, for vinklar over 13 grader, och ror sig med det anatomiska ledcentrumet. Den maximala knabojningsvinkelsom bdraren har i svingfasen är relaterad dels till ganghastigheten och den hoftstyrka bararen har. Lagre ganghastighet ger en lagre maximal knaledsbojning i svingfasen, och lagre muskelstyrka i hoftbojningen ger ocksa en lagre maximal kndledsbojning i svingfasen.

Figur 14. Tibia Vertical: Nu bOrjar svingfasen narma sig sitt slut och en ny gangcykel startar med Initial Contact. Mellan Tibia Vertical och Initial Contact sá gar leden mot full extension.

Denna uppfinning presenterar en teoretisk och praktisk modell for en geometrisk stafas-stabilitet inkorporerad i en ortosled verksam for att stodja en kvarvarande extremitet eller ersdttning for en forkorad extremitet, samt ger en anvandare mojligheten till en energieffektiv gang med en enkel och adaptiv kndledsortos.

Pa ovan beskrivet salt tillhandahalls en ortopedteknisk kndled vilken har en forsta del inratad att fastas vid en bdrares forsta kroppsdel eller ersattningskroppsdel och en andra del inrattad att fastas vid en andra kroppsdel eller ersdttningskroppsdel, varvid den forsta delen och den andra delen kan vridas relativt varandra och är med varandra kopplade via kminstone fyra axlar och tillhorande ldnkar. Utmarkande for uppfinningens mekaniska kndled dr att densamma är fritt rOrlig ndr leden är obelastad av bdraren, men vid belastat ldge är densamma geometriskt last. Ndrmare bestdmt är en av axlarna glidbart lagrad pa sadant salt att geometrin i systemet av lankar kan andras sá att leden blir last. Ett annat utmdrkande drag är att belastningsforhallandet genom leden paverkar stabliteten utan att ytterligare kontrollmekanismer behOver inverka, och stabilitetsgraden kan justeras utifran bdrarens behov. 7

Claims (5)

PATENTKRAV

1. Ortopedteknisk knaled (1), vilken har en forsta del (11) inrattad att fastas vid en barares forsta kroppsdel eller ersattningskroppsdel och en andra del (12) inrattad att fastas vid en andra kroppsdel eller ersattningskroppsdel, vilken kndled innefattar en fOrsta del (11) i vilken är lagrad en Ovre framre axel (22) och en Ovre bakre axel (21), en med den forsta delen (11) ledat forbunden andra del (12) i vilken är 10 lagrad en undre framre axel (24) och en undre bakre axel (23), en framre lank 13; 14) vridbart lagrad pa de framre axlarna (22, 24), en bakre lank (15) vridbart lagrad pa de bakre axlarna (21, 23), ett pa den fOrsta delen (11) anordnat stopp (19) verksamt fOr begransning av den framre lankens (13; 14) vridrorelse runt den Ovre framre axeln (22), kannetecknad av att den undre bakre axeln (23) är glidbart lagrad i ett i den andra delen (12) format spar (25) som i fOrhallande till den nedre framre axeln (24) stracker sig mellan en frdmre (26) och en bortre (27) dnde, varvid axeln (23) ãr reglerbart fOrspand (16, 17, 18) i riktning av den bortre anden (27).

2. Ortopedteknisk knaled enligt krav 1, kannetecknad av att den undre bakre axelns (23) fOrspanning alstras av en mot axeln (23) stodjande kula (18) vilken paverkas av en i den andra delen (12) lagrad fjader (17) med tillhorande justerskruv (16).

3. Ortopedteknisk knaled enligt krav 1, kannetecknad av att de framre axlarna (24, 22) ligger pa en framre linje (L1), och de bakre axlarna (21, 23) ligger pa en bakre linje (L2) vilken i fOrlangningen av de tva linjerna skdr den framre linjen (L1) under en vinkel, i en skarningspunkt (MRC) som i knaledens belastade och utratade lage ligger utanfOr kndleden, varvid sparet (25) har sklan strackning i den andra delen (12), att en fOrflyttning av axeln (23) i riktning mot sparets framre ande (26) 8 minskar sagda vinkel, och forflyttar linjernas skarningspunkt (MRC) langre bort fran knaleden.

4. Ortopedteknisk kndled enligt krav 3, kannetecknad av att vinkeln mellan den framre linjen (L1) och den bakre linjen (L2) är noll eller nara noll ndr axeln (23) intar ett andlage i spdrets (25) framre ande (26).

5. Ortopedteknisk knaled enligt krav 3 eller 4, kannetecknad av att centrumaystandet mellan de framre axlarna (22, 24) ãr st8rre an centrumaystandet mellan de bakre axlarna (21, 23) varvid fOrhallandet mellan langden av den framre lanken (13, 14) och ldngden av den bakre lanken (15) resulterar i att skarningspunkten (MRC) placeras mellan de framre axlarna (22, 24) i knaledens maximalt bOjda, obelastade lage. 9 1/q \ 3/ 3 V9 r•- 0 779 7----/9', /1 I, ‘ % 1

0. --- •••• .1::, IS , 19 /3 9/q