WO2006015787A2 - Prothese, insbesondere fussprothese - Google Patents

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Armin Grab
Julia Grunwald
Urs Schneider
Kai VON LÜBTOW
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Definitions

  • the present invention relates to a prosthesis, in particular a foot prosthesis for the care of leg amputees, according to the preamble of patent claim 1.
  • the biomechanical processes of human gait are composed of a multitude of movements of the individual body parts. Extremely complex processes take place in the area of the lower extremities.
  • different joints act synchronously and synergistically to cushion the reaction forces occurring near the place of origin, that is the tread of the foot, in order to further efficiently introduce propulsive forces into the ground and to compensate for possible irregularities in the ground such that the rest of the body does not energy-intensive compensatory movements.
  • the joints within the foot in particular the upper ankle joint (OSG) and the lower ankle joint (USG), play a major role.
  • OSG upper ankle joint
  • USG lower ankle joint
  • 12a to 12h show how the axis of rotation A of the upper ankle joint and the axis of rotation B of the lower ankle run relative to the human foot.
  • a spatial coordinate system with the axes x, y and z is introduced here, wherein the xy plane is defined by the fixed points 10, 12 and 14 of the human foot and the direction of the x axis by the longitudinal extent thereof, further wherein the y-axis is always directed towards the foot outside and where the z-axis orthogonal to the axes x and y extends substantially in the longitudinal direction of the lower leg at a relaxed rest position of the foot 16.
  • the axis of rotation A of the upper ankle joint in the xz-plane according to FIG. 12c is inclined essentially by 10 ° relative to the x-axis, in the yz plane corresponding to FIG .DELTA.l2d is inclined substantially at 82 ° relative to the z-axis and is inclined in the xy-plane accordingly Fig.l2e substantially at 6 ° with respect to the y-axis.
  • 12f is inclined by substantially 41 ° with respect to a parallels to the x axis, in the yz plane substantially by 45th according to FIG ° regarding
  • the y-axis is inclined and is inclined in the xy plane according to Fig.12h substantially at 23 ° with respect to the x-axis.
  • Fig.13a shows the movements during placement of the foot 16 on a substrate U up to the middle stance phase.
  • FIG. 13b shows the further course of motion when rolling over the footpad of the foot 16.
  • a prosthetic foot which is also provided with a universal joint.
  • the universal joint is formed by a Lagerboizen, and a bearing pin orthogonal to its longitudinal extent rotatably aufneh ⁇ mendes pivot bearing.
  • the two axes of rotation are not arranged in a region near the giver, but are arranged clearly above the giver, that is to say at a position at which in a natural human foot no rotational movements take place.
  • this prosthetic foot leads to an unnatural gait and to the above-described disadvantages in terms of excessive burden on the patient.
  • a foot prosthesis is known from DE 42 08 941 C2, which tries to make do without a joint element in favor of a me ⁇ chanically simple structure.
  • a foot prosthesis in which a universal joint device couples an appearance body with a shaft.
  • the universal joint device is arranged and aligned significantly differently from the biomechanical axes of the upper and lower ankle joints, so that the prosthetic foot leads to an unnatural gait pattern and to the unnatural stresses already mentioned above for the patient.
  • a damper element is provided which is arranged around the universal joint device and cooperates with the shaft to dampen a relative movement of the shaft relative to the appearance body. This arrangement of the damper element provides for a biomechanically unnatural damping behavior of the prosthetic foot and also leads to a relatively space-demanding design.
  • prosthesis of the type described at the outset which, in a compact design, is capable of authenticating the biomechanical processes of the natural, ie physiological, gait pattern of the human in the region of an upper and lower ankle replicate.
  • prosthesis - hereinafter "prosthetic device” - with the features of claim 1.
  • an extremely compact replica of the human foot can be achieved, which can be aligned such that the two axes of rotation can be arranged in a position aligned with the human ankle.
  • a dynamic simulated to the biomechanical processes during natural walking can be achieved.
  • the integration of the at least one damper element in a region close to the axis between the joint element and one of the joint parts also allows an extremely compact and stable construction of the prosthetic device according to the invention, wherein the damping effect - as in the case of the human ankle - actually occurs near the axes of rotation.
  • a considerably simpler and more compact prosthesis device can be achieved compared to the prior art described above, which can be arranged according to the orientation of the axes of rotation of the upper and lower ankle of the natural foot, as will be explained in detail below and behaves as much as a natural human foot during the course of the gait.
  • the abovementioned objective of a natural cushioning of ground reaction forces and transmission of hip rotation to the foot can be achieved with economic use of the patient's still existing natural musculoskeletal system and while avoiding unnatural stresses on the spinal column, on the hip, on the still healthy Leg, or be reached on the remaining remains of the shortened leg.
  • a further development of the invention provides that the joint element is disc-shaped and is penetrated on its end face by the axes of rotation. As a result, the construction of the universal joint device is simplified and the susceptibility to defects is also reduced.
  • At least one joint part is designed as a joint fork with two fork jaws which engage around the joint element on respectively opposite sides of its end face.
  • the two joint parts grip in the style of a universal joint under the mediation of the joint member to each other and are rotatably mounted to each other about the Gelenkele ⁇ about the two axes of rotation.
  • a development of the invention provides pivot bearings which support the joint element in a rotatable manner relative to the articulated parts.
  • the pivot bearings may be formed in a conventional manner with rolling elements. According to an advantageous embodiment of the invention, however, it is provided that at least one of the pivot bearing is designed as a sliding bearing.
  • the bearing register of plain bearings with regard to low friction are sufficient for the present case of a supplementprothe.
  • plain bearings By using plain bearings, the maintenance effort of the prosthesis device according to the invention can be reduced to a considerable extent while at the same time increasing its stability and service life.
  • at least one of the axes of rotation is associated with an axially aligned rotary bearing pair, wherein a pivot bearing is mounted in each of the fork jaws of the respective joint part designed as a steering fork.
  • the pivot bearings in the respective fork jaws can be received in receiving openings and pressed or otherwise fixed in them, for example by means of bracing, gluing or screwing in.
  • a development of the invention provides that the joint element with at least one of the joint parts about a singular pivot bearing about one of the axes of rotation nav ⁇ bar and that a rotational movement about these axes of rotation takes place against the resistance of a damper element.
  • the articulated part formed with the singular rotary bearing deviating from a conventional Wien ⁇ joint or Kardangelenkkonstrutation not fork-shaped but coupled only via the singular pivot bearing with the joint element.
  • the at least one damper element can then be provided which replaces the second pivot bearing. It is understood that a relative movement between the joint element and provided with singular Drehla ⁇ ger joint part in the direction of the axis of rotation is substantially prevented.
  • This embodiment further increases the compactness of the arrangement.
  • a further development of the invention provides that, for the pivotable mounting of the joint element, bearing bolts are provided relative to at least one of the joint parts in particular, each bearing pin is axially supported on an associated joint part, is rotatably received in the pivot bearing of the respective joint part and is non-rotatably connected to the joint element.
  • the joint parts are designed to be split and the joint element has bearing journals projecting on its end faces, which are mounted in corresponding bores within the joint parts.
  • the bearing pin has a bearing head which is supported in a friction-free manner on the joint part assigned thereto by means of a support disk.
  • the bearing head and the support disk at least one of the bearing pin is at least partially received i5 in a countersunk recess in the respective joint part.
  • the aforementioned at least one damper element is an essential component of the invention. In principle, it is possible
  • the damper element acts directly on the mutually movable parts, namely the hinge part and the hinge element. Also
  • the respective ligaments and muscles attack the relatively movable parts in a corresponding manner, so that the prosthetic device according to the invention simulates the biomechanical structure of the natural human foot in this respect as well.
  • a development of the invention provides that the at least one damper element is received in a receiving opening in one of the joint parts.
  • a spatial fixation of the damper element can be achieved and prevented that this example, after
  • Prothesenvorrich ⁇ impairing position slips 35 long operating times in a function of the device according to the invention Prothesenvorrich ⁇ impairing position slips.
  • FIGS. 12a to 12h and 13a and 13b the position of the axes of rotation of the upper and lower ankle joints and the course of relative movements during the natural course of the human at a "standard foot" were discussed.
  • no human foot pair resembles another, and that in practice there are a large number of possible deviating orientations and biomechanical characteristics of the described orientations. Accordingly, it is advantageous that the prosthetic device of the type according to the invention can be adapted according to a further development to the respective individual needs of the patient to be supplied with the prosthetic device.
  • a fine-tuning of the prosthesis device according to the invention is for example possible in that the at least one damper element via a feed device, preferably via a threaded adjustable pressure plate, relative to the hinge part and the hinge element displaceable and / or deliverable to the Ge steering element.
  • the bias of the damper element can be adjusted and so the prosthetic device can be adapted to the still healthy other foot.
  • the at least one damper element is formed by an elastically deformable damper body, preferably a hollow cylindrical damper body.
  • damper elements can be used, for example, combined spring damper elements having a compression spring, torsion spring, tension spring or the like.
  • the spring and damper elements may have linear, progressive or degressive spring and damper characteristics, or show a hysteresis.
  • a plurality of damper bodies each with different hardness or / and different damping behavior can be used as damping element optionally in the prosthetic device.
  • the above-mentioned damper body with a wide variety of characteristics can therefore be interchanged and used in the prosthetic device according to the invention, thus providing a variety of adaptation options.
  • a respect to the manufacturing cost, wear resistance and thus the life, advantageous design of the damper elements results beispiels ⁇ example, if the at least one damper element made of a gummielasti ⁇ 's plastic material, preferably made of polyurethane.
  • the two axes of rotation can intersect in the joint element.
  • the two axes of rotation are skewed to each other.
  • the latter variant corresponds in particular to the course of the axes of rotation of the upper and lower ankle of the natural human foot.
  • a development of the invention provides that the at least one damper element at least on deflection of the joint element from a Congressstel ⁇ ment at a lateral distance from the intersection or the point of the smallest distance of the axes of rotation with a force component against pushes the hinge element which is orthogonal to both axes of rotation. It can thus be achieved that the prosthesis device according to the invention, in particular the universal joint device provided therein, remains in a rest position and provides the patient with sufficient stability and support in this rest position, for example during a stance phase or during the middle stance phase of the course of the gait.
  • the shape of the damper element has again come up, which, in the case of a cylindrical or, in particular, hollow cylindrical design, is arranged in such a way that it surrounds the above-mentioned intersection or the point of least distance of the axes of rotation in projection, and thus at each any rotational movement of the joint member relative to the hinge parts damping acts on the joint element.
  • a damper element is sufficient to dampen the movements of the Gelenkele ⁇ ment relative to the joint parts.
  • a development of the invention provides two or more damper elements which act on the joint element from opposite sides.
  • the first axis of rotation in a predetermined by the fixed points of the human foot spatial coordinate system determines, in the plane spanned by the x- and z-axis, by an angle of -10 ° to 30 °, preferably of approximately 10 °, relative to the x-axis inclined, in which of the y- and z-axis plane spanned by an angle of 60 ° to 100 °, preferably of about 82 °, is inclined relative to the z-axis and in the plane spanned by the x-
  • the coordinate system is selected in such a way as explained at the beginning with reference to FIGS. 12a to 12h, namely the x and y axes are predetermined by the fixed points of the foot on which the foot rests on a substrate in a stance phase, wherein the x-axis represents the longitudinal direction of the foot and the y-axis extends in the plane given by the fixed points, is orthogonal to the x-axis and faces the outside of the foot.
  • the z-axis is then orthogonal to the x and y axes.
  • the common point of intersection of the axes is chosen such that the z-axis extends substantially in the longitudinal direction of the lower leg, or in the case of the prosthesis - in the longitudinal direction of a shaft element.
  • the two coordinate systems of left and right foot are each mirror-symmetric with respect to the sagittal plane of the body.
  • the second axis of rotation in a predetermined by the fixed points of the human foot spatial coordinate system, according to the orientation of the hereinafter also generally referred to as "gait" appearance body at Attachment to the impactor-side hinge part determined in the from the x and z axis spanned plane is inclined at an angle of -15 ° to 60 °, preferably of about 41 °, relative to the x-axis, in the plane spanned by the y- and z-axis plane by an angle of 30 ° to 60 °, preferably of about 45 °, is inclined relative to the y-axis and inclined in the plane spanned by the x- and y-axis plane by an angle of 0 ° to 40 °, preferably of about 23 °, relative to the x-axis.
  • the axis course of the axes of rotation of the upper and lower ankle of the patient to be treated may also deviate from the maril ⁇ derten standard foot. Therefore, a development of the invention provides that the orientation of the first axis of rotation and / or the second axis of rotation is selectively adjustable. This can be achieved, for example, by providing different joint parts with respectively different progressions of the associated axes of rotation in the style of a modular system, which can then be combined with one another as required. Furthermore, various hinge elements can be provided with different axis orientations, which can be combined as needed with matching joint parts. This results in diverse adaptation possibilities for adapting the prosthetic device according to the invention to the patient to be supplied.
  • a further development of the invention provides that the appearance body is formed with a foot arch shaped like the human arch.
  • the appearance body preferably via connecting screws, can be coupled or coupled fixedly to the occurrence-side joint part or to a coupling element attached to it.
  • the appearance of the body is formed with a heel element and a stepping spring.
  • the shaft-side hinge part is formed with a shaft adapter, preferably with a pyramid adapter.
  • a high wear resistance combined with low weight and low maintenance costs results in particular in that at least one of the hinge parts is made of metal or plastic, in particular of stainless steel or other mechanically stable materials.
  • the joint element is made of metal or plastic.
  • the invention further relates to a universal joint device with the cross-joint specific features of the above description, in particular a universal joint device for a prosthesis device of the type described above, wherein the universal joint device has a first joint part and a second articulated via a Gelenk ⁇ element coupled to the first joint part Hinge part, wherein the first hinge part about a first axis of rotation C and the second hinge part about a second axis of rotation D relative to the hinge element are pivotable and wo ⁇ in the pivotal movements of the first and second hinge part and relative to the hinge element against the resistance of at least one joint element near Damper element done.
  • Such universal joints can be used for various prosthetic devices, but especially for a prosthetic foot.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a first exemplary embodiment of a prosthesis device according to the invention with a shaft and a deployment device;
  • FIG. 2 shows a side view of the universal joint device of the prosthetic device according to the invention according to FIG.
  • FIG 3 shows a view in the direction of view III of Figure 2 (in a slightly different scale);
  • FIG. 4 shows a side view in the viewing direction IV from FIG. 2 (in a slightly different scale); 5 shows a perspective view of the universal joint device of Fig. 1;
  • FIG. 6 is a plan view of the universal joint device according to viewing direction VI of Figure 2;
  • FIG. 7 shows a bottom view of the universal joint device according to the invention in accordance with the viewing direction VII from FIG.
  • FIG. 10 shows a further perspective view of the universal joint device according to the invention from FIG. 1;
  • FIG. 11 shows a semitransparent detail of the universal joint device according to the invention corresponding to FIG.
  • FIGS. 12a-12h representations of a standard foot for explaining the course of the natural axes of rotation of the upper and lower ankle joints
  • Fig.l3a-13b representations of a schematic drawn natural human lower limb for explaining movement sequences.
  • Fig.14 is a side view of a second embodiment of the invention.
  • Prosthetic device with gating device Prosthetic device with gating device
  • a prosthesis device is designated generally by 30.
  • This comprises a universal joint device 32 which is coupled with a schematically drawn shaft 34 on a shank-side yoke 36.
  • the universal joint device 32 further comprises an occurrence-side yoke 38 to which a gimball 40 is attached with a heel element 42.
  • the gating device 40 and the heel element 42 are resilient, for example in the form of interconnected carbon fiber layers.
  • the two joint parts designed as joint forks 36 and 38 are rotatably connected to each other via a steering element 40.
  • the shank-side yoke 36 is rotatable relative to the joint element 44 about a first axis of rotation C.
  • the occurrence side yoke 38 is rotatable relative to the hinge member 44 about a second axis of rotation D.
  • the axes of rotation C and D from FIG. 1 are shown only schematically and do not exactly reflect the actual course of these axes of rotation. This process is clearer from the following description.
  • FIG. 8 shows that the shank-side yoke 36 has a fork base 46, as well as two fork jaws 48 and 50 which project from the fork base 46. Die ⁇ se two fork jaws 48 and 50 engage around a recess 52 which is inclined by an angle ⁇ of about 8 ° to the y-axis shown in Figure 8.
  • the joint member 44 is received in the recess 52.
  • the joint element 44 is rotatably mounted relative to the yoke 36 via two bearing bolts 54 and 56.
  • the bearing pins 54 and 56 each have a bearing head 58, which is rotatably supported on a bearing plate 60 on a forked jaws 48 and 50 sounote ⁇ the stepped bore 62.
  • Sliding bearing bushes 64 and 66 are pressed against rotation on both sides of the recess 52 in the stepped bore 62 and are supported against rotation by means of flanges.
  • the bearing pins 54 and 56 have externally threaded portions 68, 70 at their ends projecting into the recess 52.
  • the external thread sections 68, 70 are inserted into a corresponding threaded through-bore 72 in the housing. Steering element 44 firmly screwed. Between the two external thread sections 68, 70, a pressure plate 74 is arranged on the front side.
  • the hinge member 44 is pivotable about the first axis of rotation C pivoted to the y-axis relative to the first yoke 36.
  • the articulation element 44 is mounted via bearing bolts 76, 78 relative to the articulation fork 38 on the side.
  • the individual bearing heads 58 of the bearing bolts 54, 56, 76, 78 are accommodated in correspondingly large-diameter recesses in the articulated forks and are thus at least partly countersunk in them, so that they are connected via a respective yoke 36 or 38 enveloping lateral surface are at most slightly out.
  • the articulation fork 38 on the occurrence side also has a steering base 80 and two fork jaws 82 and 84 which surround a recess 86.
  • the recess 86 is also inclined relative to the y-axis, namely by an angle ß of about 42 °.
  • the two joint forks 36, 38 engage in the manner of a gimbal joint or universal joint with their fork jaws 48, 50, 82, 84 in the respective recess 52 and 86 of the other joint yoke 38 and 36, and thus embrace four opposing Side of the end face of the joint member 44th
  • a universal joint 32 which, in a built-in situation corresponding to FIG. 1, is aligned in the rest position such that the first axis of rotation C in the plane spanned by the x and y axes is at an angle of approximately 6 Is inclined relative to the y-axis in the plane subtended by the y- and z-axes by an angle of about 82 ° relative to the z-axis and in the plane spanned by the x- and z-axis plane is inclined at an angle of about 10 ° relative to the x-axis when the prosthetic device is in its relaxed position.
  • the second axis of rotation D in the case of such a viewing mode of the prosthesis foot 30 located in the relaxed position, an alignment results, in which the second axis of rotation D lies in the plane defined by the x and y axes Plane is inclined at an angle of about 23 ° relative to the x-axis, is inclined in the plane spanned by the y- and z-axis by an angle of about 45 ° relative to the y-axis and in the of the x- and z-axis plane spanned by an angle of about 41 ° relative to the x-axis is inclined.
  • the two axes of rotation C and D lie in the rest position in the coordinate system spanned by the x, y and z axes in substantially the same orientation as the axes of rotation A and B. of the upper ankle OSG and the lower ankle USG according to the schematic representation of the standard foot according to Rg.12a to 12h.
  • the two axes of rotation C and D of the universal joint device 32 are also arranged substantially at the same height above the ground, as is the case with the standard foot shown in FIGS. 12a to 12h, that is to say in the region of the knuckle.
  • damper elements 90, 92 are provided.
  • the damper elements 90, 92 are formed by hollow cylindrical rubber bodies, in particular polyurethane bodies, which press on the side surfaces 94, 96 of the joint element 44.
  • the damper elements 90, 92 are received in corresponding receiving openings 98, 100.
  • the damping elements 90, 92 abut against pressure disks 102, 104 guided in the receiving openings 98, 100.
  • the pressure discs 102, 104 can be displaced via threaded bolts 106, 108 within the receiving openings 98 and 100.
  • the threaded bolts 106 and 108 are screwed into adjusting bores 110 and 112 with corresponding réellegewindeab ⁇ cut and accessible in this accessible from the outside. This makes it possible to press the damper elements 90, 92 via the pressure plates 102, 104 by means of the threaded bolts 106 and 108 more or less strongly on the side surfaces 94, 96 of the joint member 44 and thus its mobility, in particular rotation about the axes of rotation C. and D to be less severe or more restrictive.
  • the respective thrust washer 102 or 104 is pressed more strongly onto the respective damper element 90, 92, thus forcing the respective damper element 90, 92 more strongly against the end face 94, 96 of the articulated element 44 that is to say, adjoining.
  • the damping elements 90, 92 act on such a large surface area on the end face 94, 96, that the effective lever arm of the points of attack with respect to the respective axis of rotation C and D is sufficiently long to one of the contact pressure of the respective damper element 90, 92 dependent resistance to any displacement of the hinge member 44 about the respective axis of rotation C, D to effect from the rest position.
  • a receiving ring 116 and fastening bores 118 for attaching a shaft adapter are provided on the upper side 114 of the shank-side yoke, as shown in FIG.
  • four attachment openings 122 for attaching the lancing device 40 are attached to the underside 120 of the articulation fork 38 on the side of the assembly.
  • the fork bases 46 and 80 of the joint forks 36 and 38 are designed such that they allow the respective other joint fork 38 or 36 sufficient range of motion corresponding to the movement possibilities of inversion, eversion, plantar flexion, dorsiflexion, pronation and supination Frame the natural motion of a human foot without the two forks striking each other directly.
  • Such a mutual direct contact between the two joint forks 36 and 38 should be prevented according to the invention as far as possible. Rather, it should - as already mentioned above - a movement limitation according to the invention by the damper elements 90, 92 can be achieved.
  • the prosthesis device 30 according to the invention which is provided with the above-described universal joint device 32 in accordance with the alignment shown in FIG. 1, so that the axes of rotation C and D correspond essentially to the orientation according to the natural orientation of a healthy foot can coincide with the axes of rotation of the upper ankle joint or of the lower ankle joint, a dynamic sequence can be achieved which is modeled on the natural gait pattern in an almost ideal manner.
  • the phases and relative movements described above for better understanding with reference to FIGS. 13a and 13b, which have been carried out during the transition are simulated by the prosthetic device according to the invention in a nearly identical manner.
  • FIGS. 14 to 16 show a second exemplary embodiment of the prosthesis according to the invention.
  • this second exemplary embodiment differs slightly in construction from the first exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 11, it functions essentially in the same way.
  • the same to avoid repetitions were ⁇ therefore used for similar or equivalent components the same sectorszei ⁇ Chen, as in the first embodiment according to Fig.l to 11, but with the lowercase letter "a" readjusted.
  • the shaft-side hinge part is designed as a yoke 36a. It comprises two fork jaws 48a and 50a, which are connected to the plate-shaped base 46a. In the fork jaws 48a and 50a respectively bearing pins 54a and 56a are arranged, which are coupled to the hinge member 44a such that the hinge member 44a relative to the fork jaws 48a and 50a is pivotable. Between the joint member 44a and the base 46a, damper members 90a and 91a are arranged. The damping elements are each of circular-cylindrical design and damp a pivotal movement of the joint element 44a relative to the yoke 36a about the first axis of rotation C.
  • the structure of the second Austex ⁇ approximately example according to Fig.14 to 16 substantially agrees with the structure of the first embodiment according to Fig.l to 11 match.
  • the second embodiment according to FIGS. 14 to 16 differs with respect to the geometry of the second joint part 38a and the coupling of the second joint part 38a with the joint element 44a of the first embodiment.
  • the second hinge part 38a is not fork-shaped in the same way as the first hinge part 36a. Rather, the second articulated member 38a has only one articulation wing 84a, in which a bearing pin 78a is mounted.
  • the bearing pin 78a passes through the joint wing 84a and is coupled to the joint element 44a in such a way that it is rotatable about the axis of rotation D relative to the second joint part 38a.
  • this second axis of rotation D is not assigned a second bearing pin, as in the first embodiment, but the bearing pin 78a far side of the joint member 44a is coupled via two damper elements 124a and 126a with the second joint part 38a.
  • the damper element 124a is received between the joint part 38a and the joint element 44a via a fastening bolt 128a, which passes through the joint part 38a and is anchored in the joint element 44a.
  • the damping element 126a via a fastening bolt 130a, which passes through the joint part 38a and is anchored in the joint member 44a, between joint part 38a and
  • joint member 44a added.
  • one of the damper elements 124a and 126a is compressed to the joint part 38a due to the relative tilting of the joint element 44a.
  • the arrangement according to FIGS. 14 to 16 is designed to be lighter in weight compared with the first embodiment according to FIGS. 1 to 11 and also requires less installation space. This makes it possible to arrange the universal joint arrangement at a comparatively low height above a contact surface, as is possible in the embodiment according to FIGS. In individual cases, it can in the patient care namely
  • prosthesis 30a according to FIGS. 14 to 16 show the same advantageous properties as described above in detail with regard to the first embodiment according to FIGS. Since a virtually identical reproduction of the natural gait pattern is possible with the device according to the invention, the gait of a patient wearing the prosthesis device according to the invention is largely adapted to the natural gait pattern so that a symmetrical gait results and thus un ⁇ natural loads on individual parts the musculoskeletal system, in particular the joints of the healthy leg, the hip and the lumbar spine prevented were ⁇ .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prothesenvorrichtung (30), insbesondere eine Fußprothese zur Versorgung von Beinamputierten, mit einer Kreuzgelenkeinrichtung (32), die einen Schaft (34) mit einer Auftritteinrichtung (40, 42) gelenkig koppelt, wobei die Kreuzgelenkeinrichtung (32) ein Gelenkelement (44) aufweist, das um eine erste Drehachse (C) und eine davon abweichende zweite Drehachse (D) drehbar gelagert ist. Zur genaueren Nachbildung des natürlichen Gangbildes eines gesunden menschlichen Fußes ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kreuzgelenkeinrichtung (32) eine mit dem Schaft (34) koppelbare schaftseitige Gelenkgabel (36) aufweist und eine über das Gelenkelement (44) gelenkig mit der schaftseitigen Gelenkgabel (36) gekoppelte auftrittseitige Gelenkgabel (38) aufweist, wobei die schaftseitige Gelenkgabel (36) um die erste Drehachse (C) und die auftrittseitige Gelenkgabel (38) um zweite Drehachse (D) relativ zu dem Gelenkelement (44) verschwenkbar sind und wobei die Schwenkbewegungen von schaftseitiger und auftrittseitiger Gelenkgabel (36, 38) relativ zu dem Gelenkelement (44) gegen den Widerstand von wenigstens einem gelenkelementnahen Dämpferelement erfolgen.

Description

Prothese, insbesondere Fußprothese
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prothese, insbesondere eine Fußprothese zur Versorgung von Beinamputierten, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die biomechanischen Abläufe des menschlichen Gangs setzen sich aus einer Vielzahl von Bewegungen der einzelnen Körperteile zusammen. Äußerst komplexe Abläufe spielen sich dabei im Bereich der unteren Extremitäten ab. Hier wirken verschiedene Gelenke synchron und synergetisch zusammen, um die auftretenden Reaktionskräfte nahe dem Entstehungsort, das heißt der Auftrittsfläche des Fußes, abzufedern, um ferner in den Untergrund effizient Vortriebskräfte einzuleiten und um eventuelle Un¬ ebenheiten im Untergrund derart auszugleichen, dass der übrige Körper keine ener- gieaufwendigen Ausgleichsbewegungen vollziehen muss. Eine tragende Rolle nehmen dabei die Gelenke innerhalb des Fußes ein, insbesondere das obere Sprung¬ gelenk (OSG) und das untere Sprunggelenk (USG). Diese beiden im knöchelnahen Bereich eines menschlichen Fußes liegenden Sprunggelenke weisen jeweils eine Drehachse auf, die eine bestimmte Ausrichtung zueinander haben. Fig.12a bis 12h zeigen wie die Drehachse A des oberen Sprunggelenks und die Drehachse B des un¬ teren Sprunggelenks relativ zu dem menschlichen Fuß verlaufen. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird hier ein räumliches Koordinatensystem mit den Achsen x, y und z eingeführt, wobei die x-y-Ebene durch die Fixpunkte 10, 12 und 14 des menschli¬ chen Fußes und die Richtung der x-Achse durch dessen Längserstreckung definiert werden, wobei weiter die y-Achse immer zur Fußaußenseite hin gerichtet ist und wo¬ bei die zu den Achsen x und y orthogonale z-Achse im Wesentlichen in Längsrichtung des Unterschenkels bei einer entspannten Ruhestellung des Fußes 16 verläuft.
Setzt man ein derartiges Koordinatensystem voraus, so erkennt man, dass die Dreh- achse A des oberen Sprunggelenks in der x-z-Ebene gemäß Fig.12c im Wesentlichen um 10° relativ zu der x-Achse geneigt ist, in der y-z-Ebene entsprechend Fig.l2d im Wesentlichen um 82° relativ zu der z-Achse geneigt ist und in der x-y-Ebene ent¬ sprechend Fig.l2e im Wesentlichen um 6° bezüglich der y-Achse geneigt ist. Femer erkennt man, dass die Drehachse B des unteren Sprunggelenks in der x-z-Ebene gemäß Fig.l2f um im Wesentlichen 41° bezüglich einer Parallelen zur x-Achse ge¬ neigt ist, in der y-z-Ebene entsprechend Fig.12g im Wesentlichen um 45° bezüglich der y-Achse geneigt ist und in der x-y-Ebene entsprechend Fig.12h im Wesentlichen um 23° bezüglich der x-Achse geneigt ist.
Diese Verläufe der Drehachsen des oberen Sprunggelenks OSG und des unteren Sprunggelenks USG führen bei einem normalen Gangbild eines gesunden menschli¬ chen Fußes zu bestimmten Bewegungsabläufen, insbesondere zu Relativbewegungen zwischen dem Unterschenkel und dem Fuß. Zur Erläuterung dieser Bewegungsabläu¬ fe sei auf Fig.13a und 13b verwiesen. Fig.13a zeigt die Bewegungen beim Aufsetzen des Fußes 16 auf einem Untergrund U bis hin zur mittleren Standphase. Fig.13b zeigt den weiteren Bewegungsablauf beim Abrollen über den Fußballen des Fußes 16.
Beim Aufsetzen des Fußes gemäß Fig.13a kommt es bedingt durch eine Drehung der Hüfte zu einer Innenrotation des Unterschenkels entsprechend Pfeil 18 und einer gleichzeitigen Eversion (Auswärtsdrehung) des Fußes entsprechend Pfeil 20, bis die mittlere Standphase gemäß Fig.13a erreicht ist. Bei dem darauffolgenden Abrollen und Abstoßen entsprechend Fig.13b kommt es hingegen zu einer Außenrotation des Unterschenkels entsprechend Pfeil 22 und einer synchron hierzu ablaufenden Inver¬ sion des Fußes entsprechend Pfeil 24. Diese zusammenwirkenden Bewegungen ent¬ sprechend Fig.13a und 13b im Bereich des oberen und unteren Sprunggelenks des menschlichen Fußes sind maßgeblich für ein effizientes Abfedern von Bodenreakti¬ onskräften und eine schonende Übertragung der Rotation der menschlichen Hüfte auf den Boden und umgekehrt während des menschlichen Ganges, so dass der Be¬ wegungsapparat effizient und schonend genutzt werden kann.
Es stellt sich im Bereich der Prothetik seit langem die Aufgabe, die komplizierten biomechanischen Vorgänge innerhalb der unteren Extremitäten möglichst exakt in einer Prothesenvorrichtung nachzuvollziehen, um beinamputierten Patienten Prothe¬ senvorrichtungen bereitstellen zu können, die eine möglichst authentische Nachbil¬ dung des komplexen menschlichen Gangbildes ermöglichen. Hierzu ist es erforderlich, die einzelnen Prothesenvorrichtungen mit Gelenken zu versehen, die einerseits eine hinreichende Stabilisierung für die beinamputierte Person gewährleis¬ ten, andererseits jedoch derart flexibel sind, dass sie eine möglichst unbeschwerte Fortbewegung der Person ermöglichen. Ein wesentlicher Aspekt hierbei ist, dass ein möglichst ökonomischer Gang erreicht wird, um die Anstrengungen bei der Fortbe- wegung der beinamputierten Person gering zu halten. Es ist dabei zu berücksichti¬ gen, dass es sich bei beinamputierten Personen oftmals um Patienten mit zumindest eingeschränktem Mobilitätsgrad handelt, deren Trainingszustand entsprechend schwach ausgebildet ist, so dass durch das dynamische Verhalten der Prothesenvor¬ richtung hervorgerufene zusätzliche Anstrengungen den Mobilitätsgrad weiter ein¬ schränken können. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass bei einem durch das dynamische Verhalten der Prothesenvorrichtung bedingtes unsymmetrisches Gang- bild Schäden an der Wirbelsäule, insbesondere der Lendenwirbelsäule, auftreten können. Darüber hinaus kann ein prothesenbedingt unsymmetrisches Gangbild zu einer ungewohnt starken Beanspruchung oder gar zu Verschleißerscheinungen am gesunden Bein sowie an dem noch vorhandenen Kniebandapparat des amputierten Beins führen. Als Folge derartiger unnatürlicher Beanspruchungen können sich zu- sätzlich zu der durch die Amputation vorhandenen Behinderung noch Hüftschäden, Bandscheibenschäden, Gelenkinstabilitäten oder gar Arthrose ergeben.
Daher wurde im Stand der Technik bereits versucht, durch verschiedene Maßnahmen Prothesenvorrichtungen bereitzustellen, die zumindest annähernd ähnliches dynami- sches Verhalten wie ein natürlicher menschlicher Fuß während eines normalen menschlichen Ganges zeigen.
Aus US 5,425,780 ist eine Unterschenkelprothese der eingangs bezeichneten Art be¬ kannt, bei der über ein kardanisches Gelenk ein Fußabschnitt mit einem Unterschen- kelschaft verbunden ist. Die dort gezeigte Vorrichtung ist verhältnismäßig kompliziert und raumfordernd aufgebaut, was insbesondere im Hinblick auf deren Gewicht und Tragekomfort nachteilig ist. Darüber hinaus zeigt diese Prothese gemäß dem Stand der Technik ein von dem natürlichen dynamischen Verhalten eines menschlichen Fußes stark abweichendes dynamisches Verhalten, da die Orientierung der kardani- sehen Achsen signifikant von der Orientierung der biomechanischen Achsen des obe¬ ren und des unteren Sprunggelenks abweichen.
Aus WO 94/22399 ist ein Fußprothese bekannt, die ebenfalls mit einem Kreuzgelenk versehen ist. Bei dieser Fußprothese ist das Kreuzgelenk durch einen Lagerboizen, sowie ein den Lagerbolzen orthogonal zu seiner Längserstreckung drehbar aufneh¬ mendes Schwenklager gebildet. Dadurch lässt sich zwar eine Bewegung der Fußpro¬ these relativ zu dem Schaft um zwei Achsen realisieren, allerdings sind die Achsen wiederum signifikant abweichend von den biomechanischen Achsen des oberen und des unteren Sprunggelenks ausgerichtet. Darüber hinaus weicht die Achslage auch deutlich von der Achslage des oberen und unteren Sprunggelenks ab. Die beiden Drehachsen sind nicht etwa in einem der Auftritteinrichtung nahen Bereich, sondern deutlich oberhalb der Auftritteinrichtung angeordnet, das heißt an einer Stelle, an der bei einem natürlichen menschlichen Fuß keine Drehbewegungen stattfinden. Auch diese Fußprothese führt zu einem unnatürlichen Gangbild und zu den vorstehend geschilderten Nachteilen hinsichtlich übermäßiger Belastungen für den Patienten. Dieselben Nachteile ergeben sich bei den Fußprothesen, die aus den Dokumenten AT 16 22 41, US 2,692,990, US 2,644,165 und DE 804 830 bekannt sind.
Als weiterer Stand der Technik ist auf US 5,314,499 zu verweisen. Dieser Stand der Technik sieht eine Fußprothese mit einem einzigen Schwenkgelenk zur Verbindung des Schaftes mit der Auftritteinrichtung vor. Die vorstehend geschilderten korrespon- dierenden Relativdrehbewegungen während des Ablaufs des natürlichen Gangs sind mit einem derartigen Einachsgelenk nicht nachbildbar.
Zum technischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung ist ferner auf den Stand der Technik gemäß EP 1 128 789 Bl, US 5,800,570, US 4,892,554 und EP 0 498 586 zu verweisen.
Ferner ist aus DE 42 08 941 C2 eine Fußprothese bekannt, die zu Gunsten eines me¬ chanisch einfachen Aufbaus ganz ohne Gelenkelement auszukommen versucht.
Aus dem gattungsbildenden Stand der Technik gemäß DE 818 677 ist eine Fußpro¬ these bekannt, bei der eine Kreuzgelenkeinrichtung einen Auftrittkörper mit einem Schaft koppelt. Auch bei dieser Anordnung ist die Kreuzgelenkeinrichtung signifikant abweichend von den biomechanischen Achsen des oberen und des unteren Sprung¬ gelenks angeordnet und ausgerichtet, so dass die Fußprothese zu einem unnatürli- chen Gangbild und zu den vorstehend bereits mehrfach angesprochenen unnatürlichen Belastungen für den Patienten führt. Darüber hinaus ist ein Dämpfer¬ element vorgesehen, das um die Kreuzgelenkeinrichtung herum angeordnet ist und mit dem Schaft zusammenwirkt, um eine Relativbewegung des Schafts relativ zu dem Auftrittkörper zu dämpfen. Diese Anordnung des Dämpferelements sorgt zum einen für ein biomechanisch unnatürliches Dämpfungsverhalten der Fußprothese und führt darüber hinaus zu einer verhältnismäßig raumfordernden Bauform.
Es ist demgegenüber eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Prothese der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, die bei kompaktem Aufbau dazu in der Lage ist, die biomechanischen Abläufe des natürlichen, d. h. physiologischen, Gang¬ bildes des Menschen im Bereich eines oberen und unteren Sprunggelenks möglichst authentisch nachzubilden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Prothese - im Folgenden auch "Pro¬ thesenvorrichtung" bezeichnet - mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Prothese, insbesondere die erfindungsgemäße Ausbil¬ dung der Kreuzgelenkeinrichtung, lässt sich eine äußerst kompakte Nachbildung des menschlichen Fußes erzielen, die derart ausrichtbar ist, dass die beiden Drehachsen in entsprechend dem menschlichen Fußgelenk zueinander ausgerichteter Lage ange¬ ordnet werden können. Somit kann mit der erfindungsgemäßen Fußprothese eine den biomechanischen Vorgängen während des natürlichen Ganges nachgebildete Dynamik erreicht werden. Die Integration des wenigstens einen Dämpferelements in einen achsnahen Bereich zwischen dem Gelenkelement und einem der Gelenkteile ermöglicht darüber hinaus einen äußerst kompakten und stabilen Aufbau der erfin¬ dungsgemäßen Prothesenvorrichtung, wobei die Dämpfungswirkung - ähnlich wie beim menschlichen Fußgelenk - auch tatsächlich nahe der Drehachsen auftritt.
Insgesamt lässt sich erfindungsgemäß eine gegenüber dem vorstehend beschriebe¬ nen Stand der Technik deutlich vereinfachte und kompaktere Prothesenvorrichtung erreichen, die sich, wie nachfolgend noch im Detail erläutert wird, entsprechend der Orientierung der Drehachsen des oberen und des unteren Sprunggelenks des natürli¬ chen Fußes anordnen lässt und sich während des Gangablaufs weitestgehend wie ein natürlicher menschlicher Fuß verhält. Dadurch kann die vorstehend genannte Zielset¬ zung einer naturgemäßen Abfederung von Bodenreaktionskräften und Übertragung der Hüftrotation auf den Fuß unter ökonomischer Nutzung des noch vorhandenen natürlichen Bewegungsapparats des Patienten sowie unter Vermeidung von unnatür¬ lichen Beanspruchungen an der Wirbelsäule, an der Hüfte, an dem noch gesunden Bein, oder an den noch vorhandenen Resten des verkürzten Beines erreicht werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gelenkeiement scheibenförmig ausgebildet ist und an seiner Stirnfläche von den Drehachsen durchsetzt wird. Da¬ durch wird der Aufbau der Kreuzgelenkeinrichtung vereinfacht und auch die Anfällig¬ keit hinsichtlich Defekten reduziert.
Ferner kann hinsichtlich des mechanischen Aufbaus der Kreuzgelenkeinrichtung vor- gesehen sein, dass wenigstens ein Gelenkteil als Gelenkgabel mit zwei Gabelbacken ausgebildet ist, die das Gelenkelement an jeweils entgegengesetzten Seiten seiner Stirnfläche umgreifen. Die beiden Gelenkteile greifen im Stil eines Kardangelenks unter Vermittlung des Gelenkelements aneinander an und sind über das Gelenkele¬ ment um die beiden Drehachsen zueinander drehbar gelagert. Zur Verschleißreduzie¬ rung und zur Minimierung unerwünschter Reibungseffekte sieht eine Weiterbildung der Erfindung Drehlager vor, die das Gelenkelement drehbar relativ zu den Gelenktei- len lagern.
Die Drehlager können in an sich bekannter Weise mit Wälzkörpern ausgebildet sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass wenigstens eines der Drehlager als Gleitlager ausgebildet ist. Die Lagereigen- scharten von Gleitlagern hinsichtlich Reibungsarmut sind für den vorliegenden Fall einer Fußprothe ausreichend. Durch die Verwendung von Gleitlagern lässt sich der Wartungsaufwand der erfindungsgemäßen Prothesenvorrichtung in erheblichem Ma¬ ße reduzieren und gleichzeitig deren Stabilität und Lebensdauer erhöhen. Vorzugs¬ weise ist vorgesehen, dass wenigstens einer der Drehachsen ein axial fluchtendes Drehlagerpaar zugeordnet ist, wobei in jeder der Gabelbacken des jeweiligen als Ge¬ lenkgabel ausgebildeten Gelenkteils jeweils ein Drehlager angebracht ist. Dabei kön¬ nen die Drehlager in den jeweiligen Gabelbacken in Aufnahmeöffnungen aufgenommen und in diesen eingepresst oder anderweitig festgelegt sein, beispiels¬ weise durch Verspannen, Verkleben oder Einschrauben.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gelenkelement mit zumindest einem der Gelenkteile über ein singuläres Drehlager um eine der Drehachsen dreh¬ bar ist und dass eine Drehbewegung um diese Drehachsen gegen den Widerstand eines Dämpferelements erfolgt. Bei dieser Ausführungsform ist das mit dem singulä- ren Drehlager ausgebildete Gelenkteil abweichend von einer herkömmlichen Kreuz¬ gelenk- beziehungsweise Kardangelenkkonstruktion nicht gabelförmig ausgebildet sondern nur über das singuläre Drehlager mit dem Gelenkelement gekoppelt. In ei¬ nem von dem singulären Drehlager entfernten Bereich kann dann das wenigstens eine Dämpferelement vorgesehen sein, das das zweite Drehlager ersetzt. Es versteht sich, dass eine Relativbewegung zwischen Gelenkelement und mit singulären Drehla¬ ger versehenen Gelenkteil in Richtung der Drehachse im Wesentlichen unterbunden wird. Durch diese Ausführungsform lässt sich sie Kompaktheit der Anordnung weiter erhöhen.
Hinsichtlich der Drehbeweglichkeit von Gelenkelement und Gelenkteilen zueinander sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass zum schwenkbaren Lagern des Ge¬ lenkelements relativ zu wenigstens einem der Gelenkteile Lagerbolzen vorgesehen sind, wobei insbesondere sich jeder Lagerbolzen an einem zugeordneten Gelenkteil axial abstützt, drehbar in dem Drehlager des jeweiligen Gelenkteils aufgenommen ist und drehfest mit dem Gelenkelement verbunden ist. Ein derartiger Aufbau ermöglicht eine einfache Herstellung und Montage, sowie eine leichte Wartbarkeit der erfin-
5 dungsgemäßen Prothesenvorrichtung. Selbstverständlich sind aber auch andere Kon¬ struktionsvarianten denkbar, beispielsweise derart, dass die Gelenkteile geteilt ausgeführt sind und das Gelenkelement an seinen Stirnflächen vorspringende Lager¬ zapfen aufweist, die in entsprechende Bohrungen innerhalb der Gelenkteile gelagert sind. Bei der erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform mit Lagerbolzen sieht lo eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Lagerbolzen einen Lager¬ kopf aufweist, der sich vermittels einer Stützscheibe reibungsarm an dem diesem zugeordneten Gelenkteil abstützt. Ferner kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass der Lagerkopf und die Stützscheibe wenigstens eines der Lagerbolzen in einer Senkvertiefung in dem jeweiligen Gelenkteil zumindest teilweise aufgenommen i5 ist. Dadurch kann die erfindungsgemäße Prothesenvorrichtung noch kompakter ges¬ taltet werden.
Das vorstehend bereits mehrfach angesprochene wenigstens eine Dämpferelement stellt eine wesentliche Komponente für die Erfindung dar. Grundsätzlich ist es mög-
2o lieh, die Relativbewegung der Achsen beispielsweise durch Torsionsfedern oder der¬ gleichen zu federn bzw. zu dämpfen. Dies führt jedoch zu einem verhältnismäßig hohen technischen Aufwand und ist in der Regel wartungsunfreundlich. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dämpferelement unmittelbar an den zueinander beweglichen Teilen, nämlich dem Gelenkteil und dem Gelenkelement angreift. Auch
25 im natürlichen menschlichen Fuß greifen die jeweiligen Bänder und Muskeln in ent¬ sprechender Weise an den relativ zueinander beweglichen Teilen an, so dass die er¬ findungsgemäße Prothesenvorrichtung den biomechanischen Aufbau des natürlichen menschlichen Fußes auch in dieser Hinsicht nachbildet.
30 Hinsichtlich der Kompaktheit der erfindungsgemäßen Prothesenvorrichtung in Bezug auf die Anordnung des Dämpferelements sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass das wenigstens eine Dämpferelement in einer Aufnahmeöffnung in einem der Gelenkteile aufgenommen ist. Dadurch kann zusätzlich eine räumliche Fixierung des Dämpferelements erreicht und verhindert werden, dass dieses beispielsweise nach
35 langen Betriebzeiten in eine die Funktion der erfindungsgemäßen Prothesenvorrich¬ tung beeinträchtigende Lage verrutscht. Eingangs wurde mit Bezug auf Fig.12a bis 12h und 13a sowie 13b die Lage der Drehachsen von oberem und unterem Sprunggelenk und der Ablauf von Relativbe¬ wegungen während des natürlichen Gangs des Menschen an einem "Normfuß" disku¬ tiert. Es ist für den Fachmann jedoch klar, dass kein menschliches Fußpaar einem anderen gleicht und dass es in der Praxis durchaus von den geschilderten Ausrich¬ tungen eine Vielzahl möglicher abweichender Ausrichtungen und biomechanischer Charakteristiken gibt. Demzufolge ist es vorteilhaft, dass die Prothesenvorrichtung der erfindungsgemäßen Art gemäß einer Weiterbildung an die jeweils individuellen Bedürfnisse des mit der Prothesenvorrichtung zu versorgenden Patienten angepasst werden kann. Eine Feinabstimmung der erfindungsgemäßen Prothesenvorrichtung ist beispielsweise dadurch möglich, dass das wenigstens eine Dämpferelement über eine Zustellvorrichtung, vorzugsweise über eine gewindemäßig verstellbare Druckscheibe, relativ zu dem Gelenkteil und dem Gelenkelement verlagerbar und/oder auf das Ge¬ lenkelement zustellbar ist. Dadurch kann die Vorspannung des Dämpferelements eingestellt werden und so die Prothesenvorrichtung an den noch gesunden anderen Fuß adaptiert werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das wenigstens eine Dämpferele¬ ment von einem elastisch deformierbaren Dämpferkörper, vorzugsweise einem hohl- zylindrischen Dämpferkörper, gebildet ist. Selbstverständlich können auch andersartige Dämpferelemente verwendet werden, beispielsweise kombinierte Feder- Dämpfer-Elemente, die eine Druckfeder, Torsionsfeder, Zugfeder oder dergleichen aufweisen. Je nach Bedarf zur Anpassung der Prothesenvorrichtung an dem Patien¬ ten können die Feder- und Dämpferelemente lineare, progressive oder degressive Feder- und Dämpfercharakteristiken aufweisen, oder ein Hystereseverhalten zeigen.
Für den Fall, dass die vorstehend geschilderte Anpassung durch Veränderung der Vorspannung des Dämpferelements über die Zustellvorrichtung nicht zu einem opti¬ malen Adaptierungsergebnis der erfindungsgemäßen Prothesenvorrichtung an den zu versorgenden Patienten führt, kann erfindungsgemäß weiter vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Dämpferkörpern mit jeweils unterschiedlicher Härte oder/und un¬ terschiedlichem Dämpfungsverhalten als Dämpferelement wahlweise in die Prothe¬ senvorrichtung einsetzbar ist. Die vorstehend angesprochenen Dämpferkörper mit unterschiedlichster Charakteristik können demnach untereinander ausgetauscht und in die erfindungsgemäße Prothesenvorrichtung eingesetzt werden, um somit eine Vielzahl von Adaptierungsmöglichkeiten bereitzustellen. Eine hinsichtlich der Herstellungskosten, der Verschleißunempfindlichkeit und damit der Lebensdauer, vorteilhafte Gestaltung der Dämpferelemente ergibt sich beispiels¬ weise dann, wenn das wenigstens eine Dämpferelement aus einem gummielasti¬ schen Kunststoffmaterial, vorzugsweise aus Polyurethan hergestellt ist.
Hinsichtlich des Achsverlaufs ergeben sich ebenfalls unterschiedliche Gestaltungs¬ möglichkeiten. So ist es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung möglich, dass sich die beiden Drehachsen im Gelenkelement schneiden. Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die beiden Drehachsen windschief zueinander verlaufen. Letz- tere Variante entspricht insbesondere dem Verlauf der Drehachsen des oberen und des unteren Sprunggelenks des natürlichen menschlichen Fußes.
Bezüglich des Zusammenwirkens des wenigstens einen Dämpferelements mit dem Gelenkelement sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass das wenigstens eine Dämpferelement zumindest bei Auslenkung des Gelenkelements aus einer Ruhestel¬ lung in seitlichem Abstand von dem Schnittpunkt oder dem Punkt des geringsten Abstandes der Drehachsen mit einer Kraftkomponente gegen das Gelenkelement drückt, die orthogonal zu beiden Drehachsen verläuft. Dadurch kann erreicht werden, dass die erfindungsgemäße Prothesenvorrichtung, insbesondere die darin vorgese- hene Kreuzgelenkeinrichtung, in einer Ruhestellung verharrt und in dieser Ruhestel¬ lung, beispielsweise während einer Standphase oder während der mittleren Standphase des Gangablaufs dem Patienten hinreichende Stabilität bereitstellt und diesen stützt. Sobald jedoch der Fuß eine Stellung einnimmt, die von der zu der Standphase korrespondierenden Stellung abweicht, beispielsweise beim Auftreten mit dem zur Ferse korrespondierenden Bereich der Fußprothese, oder beim Abstoßen über den zum Ballen bzw. zu den Zehen korrespondierenden Bereich der Fußprothe¬ se, wird die Prothesenvorrichtung aus ihrer Ruhestellung ausgelenkt, so dass das Dämpferelement unabhängig von der Art der Auslenkung dämpfend an dem Gelenk¬ element angreift. In diesem Zusammenhang sei nochmals auf die Form des Dämp- ferelements zurückgekommen, das bei zylindrischer oder insbesondere hohlzylindrischer Ausbildung derart angeordnet ist, dass es den vorstehend genann¬ ten Schnittpunkt oder den Punkt des geringsten Abstands der Drehachsen in Projek¬ tion umgibt und somit bei jeder beliebigen Drehbewegung des Gelenkelements relativ zu den Gelenkteilen dämpfend an dem Gelenkelement angreift.
Grundsätzlich reicht ein Dämpferelement aus, um die Bewegungen des Gelenkele¬ ments relativ zu den Gelenkteilen zu dämpfen. Um die mechanischen Belastungen und damit mögliche Verschleißerscheinungen zu reduzieren, so dass insgesamt die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Prothesenvorrichtung verlängert werden kann, sieht eine Weiterbildung der Erfindung zwei oder mehr Dämpferelemente vor, die von entgegengesetzten Seiten auf das Gelenkelement einwirken.
Eingangs wurde dargelegt, dass durch erfindungsgemäße Lösung eine entsprechend den natürlichen Verläufen der Drehachsen des oberen Sprunggelenks und des unte¬ ren Sprunggelenks gewählte Ausrichtung der Drehachsen in der Kreuzgelenkeinrich¬ tung möglich ist. In diesem Zusammenhang sieht eine Weiterbildung vor, dass in einer Ruhestellung der Prothesenvorrichtung die erste Drehachse in einem durch die Fixpunkte des menschlichen Fußes vorgegebenen räumlichen Koordinatensystem, nach dem sich die Ausrichtung des im Folgenden auch allgemein mit "Auftritteinrich¬ tung" bezeichneten Auftrittkörpers bei Anbringung an dem auftrittkörperseitigen Ge¬ lenkteil bestimmt, in der von der x- und z- Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von -10° bis 30°, vorzugsweise von etwa 10°, relativ zur x-Achse geneigt ist, in der von der y- und z- Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von 60° bis 100°, vorzugsweise von etwa 82°, relativ zur z-Achse geneigt ist und in der von der x- und y- Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von -10° bis 20°, vorzugs¬ weise von etwa 6°, relativ zur y-Achse geneigt ist. Das Koordinatensystem ist dabei derart gewählt, wie eingangs mit Bezug auf die Fig.12a bis 12h erläutert, nämlich die x- und die y-Achse sind durch die Fixpunkte des Fußes vorgegeben, auf denen sich der Fuß in einer Standphase auf einem Untergrund abstützt, wobei die x-Achse die Längsrichtung des Fußes wiedergibt und die y-Achse in der durch die Fixpunkte vor¬ gegebenen Ebene verläuft, zur x-Achse orthogonal ist und jeweils zur Fußaußenseite hin weist. Die z-Achse ist dann zur x- und zur y-Achse jeweils orthogonal. Der ge¬ meinsame Schnittpunkt der Achsen ist derart gewählt, dass die z-Achse im Wesentli¬ chen in Längsrichtung des Unterschenkels, oder im Falle der Prothese - in Längsrichtung eines Schaftelements - verläuft. Die beiden Koordinatensysteme von linkem und rechtem Fuß sind jeweils spiegelsymmetrisch bezüglich der Sagittai- ebene des Körpers.
Bei einer derartigen Wahl des Koordinatensystems kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass in einer Ruhestellung der Prothesenvorrichtung die zweite Drehachse in einem durch die Fixpunkte des menschlichen Fußes vorgegebenen räumlichen Koordinatensystem, nach dem sich die Ausrichtung des im Folgenden auch allgemein mit "Auftritteinrichtung" bezeichneten Auftrittkörpers bei Anbringung an dem auftrittkörperseitigen Gelenkteil bestimmt, in der von der x- und z- Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von -15° bis 60°, vorzugsweise von etwa 41°, relativ zur x-Achse geneigt ist, in der von der y- und z- Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise von etwa 45°, relativ zur y- Achse geneigt ist und in der von der x- und y- Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von 0° bis 40°, vorzugsweise von etwa 23°, relativ zur x-Achse geneigt ist.
Wie vorstehend bereits im Hinblick auf die Adaptierbarkeit der erfindungsgemäßen Prothesenvorrichtung an die natürlich vorgegebenen Dämpfungseigenschaften des zu versorgenden Patienten ausgeführt, kann auch der Achsverlauf der Drehachsen des oberen und unteren Sprunggelenks des zu versorgenden Patienten von dem geschil¬ derten Normfuß abweichen. Daher sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Ausrichtung der ersten Drehachse oder/und der zweiten Drehachse wahlweise einstellbar ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass unterschiedli¬ che Gelenkteile mit jeweils verschiedenen Verläufen der zugeordneten Drehachsen im Stile eines Baukastensystems zur Verfügung gestellt werden, die dann je nach Bedarf miteinander kombinierbar sind. Ferner können verschiedene Gelenkelemente mit unterschiedlichen Achsausrichtungen bereitgestellt werden, die je nach Bedarf mit passenden Gelenkteilen kombiniert werden können. Dadurch ergeben sich vielfäl¬ tige Anpassungsmöglichkeiten zur Adaptierung der erfindungsgemäßen Prothesen- Vorrichtung an den zu versorgenden Patienten.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Auftrittkörper mit einer der menschlichen Fußwölbung nachempfundenen Fußwölbung ausgebildet ist. Hierzu sei verwiesen auf die europäische Patentschrift EP 1 128 789 Bl, die diesen Gedanken im Detail weiter ausführt.
Darüber hinaus kann hinsichtlich dem Auftrittkörper vorgesehen sein, dass dieser dämpfend oder/und federnd ausgebildet ist. Dadurch können Boden reaktionskräfte bereits nahe ihres Entstehungsortes, nämlich in dem Auftrittkörper, abgefedert oder gedämpft werden.
Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Auftrittkörper, vorzugswei¬ se über Verbindungsschrauben, fest mit dem auftrittseitigen Gelenkteil oder mit ei¬ nem an diesem angebrachten Koppelelement koppelbar oder gekoppelt ist. Darüber hinaus kann in diesem Zusammenhang erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Auftrittkörper mit einem Fersenelement und einer Trittfeder ausgebildet ist. Zur Kopplung der erfindungsgemäßen Prothesenvorrichtung an einen Schaft sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass das schaftseitige Gelenkteil mit einem Schaftadapter, vorzugsweise mit einem Pyramidenadapter, ausgebildet ist. Eine hohe Verschleißbeständigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht und geringem Wartungs- aufwand ergibt sich insbesondere dadurch, dass wenigstens eines der Gelenkteile aus Metall oder Kunststoff hergestellt ist, insbesondere aus Edelstahl oder sonstigen mechanisch stabilen Werkstoffen. Ferner kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass das Gelenkelement aus Metall oder Kunststoff hergestellt ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Kreuzgelenkeinrichtung mit den kreuzgelenkspezifi¬ schen Merkmalen der vorstehenden Beschreibung, insbesondere eine Kreuzgelenk¬ einrichtung für eine Prothesenvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, wobei die Kreuzgelenkeinrichtung ein erstes Gelenkteil aufweist und ein über ein Gelenk¬ element gelenkig mit dem ersten Gelenkteil gekoppeltes zweites Gelenkteil aufweist, wobei das erste Gelenkteil um eine erste Drehachse C und das zweite Gelenkteil um eine zweite Drehachse D relativ zu dem Gelenkelement verschwenkbar sind und wo¬ bei die Schwenkbewegungen von erstem und zweitem Gelenkteil und relativ zu dem Gelenkelement gegen den Widerstand von wenigstens einem gelenkelementnahen Dämpferelement erfolgen. Derartige Kreuzgelenkeinrichtungen lassen sich für ver- schiedene Prothesenvorrichtungen, insbesondere aber für eine Fußprothese einset¬ zen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren beispielhaft erläu¬ tert. Es stellen dar:
Fig.l eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer er¬ findungsgemäßen Prothesenvorrichtung mit einem Schaft und einer Auftritteinrichtung;
Fig.2 eine Seitenansicht der Kreuzgelenkeinrichtung der erfindungsgemäßen Prothe¬ senvorrichtung gemäß Fig.l;
Fig.3 eine Ansicht in Blickrichtung III aus Fig.2 (in leicht verändertem Maßstab);
Fig.4 eine Seitenansicht in Blickrichtung IV aus Fig.2 (in leicht verändertem Ma߬ stab); Fig.5 eine perspektivische Darstellung der Kreuzgelenkeinrichtung aus Fig. 1;
Fig.6 eine Draufsicht der Kreuzgelenkeinrichtung entsprechend Blickrichtung VI aus Fig.2;
Fig.7 eine Unteransicht der erfindungsgemäßen Kreuzgelenkeinrichtung gemäß Blickrichtung VII aus Fig.2;
Fig.8 eine Schnittansicht entsprechend Schnittlinie VIII-VIII aus Fig.6;
Fig.9 eine Schnittansicht entsprechend Schnittlinie IX-IX aus Fig.6;
Fig.10 eine weitere perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Kreuzgelenkein¬ richtung aus Fig. 1;
Fig.11 eine semitransparente Detaildarstellung der erfindungsgemäßen Kreuzgelenk¬ einrichtung entsprechend Fig.10;
Fig.l2a-12h Darstellungen eines Normfußes zu Erläuterung des Ver laufs der natürli- chen Drehachsen von oberem und unterem Sprunggelenk;
Fig.l3a-13b Darstellungen einer schematisiert gezeichneten natürlichen menschli¬ chen unteren Extremität zur Erläuterung von Bewegungsabläufen.
Fig.14 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindungsgemäßen
Prothesenvorrichtung mit Auftritteinrichtung;
Fig.15 eine gegenüber der Ansicht aus Fig.14 um 180 0C um eine Vertikalachse ge¬ drehte Seitenansicht der Fußprotheseneinrichtung gemäß Fig.14 und
Fig.16 eine perspektivische Ansicht von schräg vorne der erfindungsgemäßen Fu߬ protheseneinrichtung gemäß Figuren 14 und 15.
In Fig.l ist eine erfindungsgemäße Prothesenvorrichtung allgemein mit 30 bezeich- net. Diese umfasst eine Kreuzgelenkeinrichtung 32, die mit einem schematisch gezeichne¬ ten Schaft 34 an einer schaftseitigen Gelenkgabel 36 gekoppelt ist. Die Kreuzgelenk¬ einrichtung 32 umfasst ferner eine auftrittseitige Gelenkgabel 38, an der eine Auftritteinrichtung 40 mit einem Fersenelement 42 befestigt ist. Die Auftritteinrich- tung 40 und das Fersenelement 42 sind federnd ausgebildet, beispielsweise in Form von miteinander verbundenen Kohlestofffaserlagen.
Die beiden als Gelenkgabeln 36 und 38 ausgebildeten Gelenkteile sind über ein Ge¬ lenkelement 40 drehbar miteinander verbunden. Insbesondere ist die schaftseitige Gelenkgabel 36 relativ zu dem Gelenkelement 44 um eine erste Drehachse C dreh¬ bar. Die auftrittseitige Gelenkgabel 38 ist relativ zu dem Gelenkelement 44 um eine zweite Drehachse D drehbar. Die Drehachsen C und D aus Fig.1 sind nur schema¬ tisch eingezeichnet und geben nicht exakt den tatsächlichen Verlauf dieser Drehach¬ sen wieder. Dieser Verlauf ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung deutlicher.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Prothesenvorrichtung, insbesondere des in die¬ ser vorgesehenen Kreuzgelenkeinrichtung wird im Folgenden insbesondere mit Bezug auf Fig.8 und 9 erläutert, wobei die verschiedenen Ansichten entsprechend Fig.2 bis 7 sowie 10 und 11 dem Leser ein klares Bild über die tatsächliche Anordnung und räumliche Lage der einzelnen Komponenten der Kreuzgelenkeinrichtung 32 vermit¬ teln.
Fig.8 ist entnehmbar, dass die schaftseitige Gelenkgabel 36 eine Gabelbasis 46, so- wie zwei von der Gabelbasis 46 vorspringende Gabelbacken 48 und 50 aufweist. Die¬ se beiden Gabelbacken 48 und 50 umgreifen eine Ausnehmung 52, die um einen Winkel α von etwa 8° zu der in Fig.8 gezeigten y-Achse geneigt ist.
In der Ausnehmung 52 ist das Gelenkelement 44 aufgenommen. Das Gelenkelement 44 ist über zwei Lagerbolzen 54 und 56 drehbar relativ zu der Gelenkgabel 36 gela¬ gert. Die Lagerbolzen 54 und 56 weisen jeweils einen Lagerkopf 58 auf, der sich drehbar an einer Lagerscheibe 60 an einer die Gabelbacken 48 und 50 durchsetzen¬ den Stufenbohrung 62 abstützt. In der Stufenbohrung 62 sind beidseits der Ausneh¬ mung 52 Gleitlagerbuchsen 64 und 66 drehfest eingepresst und stützen sich über Flansche ab. Die Lagerbolzen 54 und 56 weisen an ihren in die Ausnehmung 52 hin¬ einragende Enden Außengewindeabschnitte 68, 70 auf. Die Außengewindeabschnitte 68, 70 sind in eine korrespondierende Gewindedurchgangsbohrung 72 in dem Ge- lenkelement 44 fest eingeschraubt. Zwischen den beiden Außengewindeabschnitten 68, 70 ist stirnseitig eine Pressscheibe 74 angeordnet.
Durch diese Anordnung ist das Gelenkelement 44 um die zur y-Achse verschwenkte erste Drehachse C relativ zur ersten Gelenkgabel 36 verschwenkbar. Auf gleiche Art und Weise ist, wie aus Fig.2, 3 und 4 sowie 10 und 11 im Einzelnen zu erkennen ist, das Gelenkelement 44 über Lagerbolzen 76, 78 relativ zu der auftrittseitigen Gelenk¬ gabel 38 gelagert.
Es ist noch darauf hinzuweisen, dass die einzelnen Lagerköpfe 58 der Lagerbolzen 54, 56, 76, 78 in entsprechend durchmessergroßen Ausnehmungen in den Gelenk¬ gabeln aufgenommen sind und so zumindest teilweise in diesen versenkt sind, so dass sie über eine die jeweilige Gelenkgabel 36 bzw. 38 einhüllende Mantelfläche allenfalls geringfügig hinaus stehen.
Ferner ist darauf hinzuweisen, dass auch die auftrittseitige Gelenkgabel 38 eine Ge¬ lenkbasis 80 sowie zwei Gabelbacken 82 und 84 aufweist, die eine Ausnehmung 86 umgreifen. Die Ausnehmung 86 ist ebenfalls relativ zu der y-Achse geneigt, nämlich um einen Winkel ß von etwa 42°.
Die beiden Gelenkgabeln 36, 38 greifen im Stile eines kardanischen Gelenks bzw. Kreuzgelenks mit ihren Gabelbacken 48, 50, 82, 84 in die jeweilige Ausnehmung 52 bzw. 86 der jeweils anderen Gelenkgabel 38 bzw. 36 ein, und umgreifen somit an vier einander gegenüberliegenden Seiten der Stirnfläche das Gelenkelement 44.
Aus der gezeigten Anordnung ergibt sich ein Kreuzgelenk 32, das bei einer Einbausi¬ tuation entsprechend Fig.l in der Ruhestellung derart ausgerichtet ist, dass die erste Drehachse C in der von der x- und y-Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von etwa 6° relativ zur y-Achse geneigt ist, in der von der y- und z-Achse aufge- spannten Ebene um einen Winkel von etwa 82° relativ zur z-Achse geneigt ist und in der von der x- und z-Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von etwa 10° relativ zur x-Achse geneigt ist, wenn sich die Prothesenvorrichtung in ihrer entspann¬ ten Stellung befindet.
Hinsichtlich der zweiten Drehachse D ergibt sich bei einer derartigen Betrachtungs¬ weise des in der entspannten Stellung befindlichen Prothesenfußes 30 eine Ausrich¬ tung, bei der die zweite Drehachse D in der von der x- und y-Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von etwa 23° relativ zur x-Achse geneigt ist, in der von der y- und z-Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von etwa 45° relativ zur y- Achse geneigt ist und in der von der x- und z-Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von etwa 41° relativ zur x-Achse geneigt ist.
Die beiden Drehachsen C und D liegen demnach bei der in Fig.l gezeigten Einbausi¬ tuation in der Ruhestellung in dem von der x-, y- und z-Achse aufgespannten Koordi¬ natensystem in im Wesentlichen gleicher Ausrichtung, wie die Drehachsen A und B des oberen Sprunggelenks OSG und des unteren Sprunggelenks USG entsprechend der schematischen Darstellung des Normfußes gemäß Rg.12a bis 12h.
Darüber hinaus sind die beiden Drehachsen C und D der Kreuzgelenkeinrichtung 32 auch im Wesentlichen in derselben Höhe über dem Untergrund angeordnet, wie dies bei dem in Fig.12a bis 12h gezeigten Normfuß der Fall ist, das heißt in dessen Knö- chelbereich.
Mit der erfindungsgemäßen Achsanordnung lassen sich somit dieselben Drehbewe¬ gungen ausführen, wie dies mit dem oberen und unteren Sprunggelenk eines natürli¬ chen menschlichen Fußes 16 entsprechend der Fig.12a bis 12h gezeigt und eingangs mit Bezug auf Fig.13a und 13b erläutert wurde.
Vorstehend wurden die Drehachsen C und D und die entsprechende Möglichkeit zur Relativdrehbewegung von Gelenkgabeln 36 und 38 sowie Gelenkelement 44 erläu¬ tert. In der Folge wird dargestellt, wie derartige Bewegungen gedämpft bzw. einge- grenzt werden.
Hierzu sind Dämpferelemente 90, 92 vorgesehen. Die Dämpferelemente 90, 92 sind von hohlzylindrischen Gummikörpern, insbesondere Polyurethankörpern gebildet, die auf die Seitenflächen 94, 96 des Gelenkelements 44 drücken. Die Dämpferelemente 90, 92 sind in korrespondierenden Aufnahmeöffnungen 98, 100 aufgenommen. An ihrer von Gelenkelement 44 fernen Seite liegen die Dämpferelemente 90, 92 an in den Aufnahmeöffnungen 98, 100 geführten Druckscheiben 102, 104 an. Die Druck¬ scheiben 102, 104 können über Gewindebolzen 106, 108 innerhalb der Aufnahme¬ öffnungen 98 und 100 geführt verschoben werden. Die Gewindebolzen 106 und 108 sind in Verstellbohrungen 110 und 112 mit korrespondierenden Innengewindeab¬ schnitten eingeschraubt und in diesen von außen zugänglich verstellbar. Dadurch ist es möglich, die Dämpferelemente 90, 92 über die Druckscheiben 102, 104 vermittels der Gewindebolzen 106 und 108 stärker oder weniger stark auf die Seitenflächen 94, 96 des Gelenkelements 44 zu pressen und damit dessen Beweg¬ lichkeit, insbesondere Drehbarkeit um die Drehachsen C und D weniger stark oder stärker einzuschränken. Mit anderen Worten wird durch Einschrauben der Gewinde¬ bolzen 106 und 108 die jeweilige Druckscheibe 102 bzw. 104 stärker auf das jeweili¬ ge Dämpferelement 90, 92 gedrückt und somit das jeweilige Dämpferelement 90, 92 stärker auf die Stirnseite 94, 96 des Gelenkelements 44 gedrückt, das heißt zuge¬ stellt. Die Dämpferelemente 90, 92 greifen dabei über einen derart großen Flächen- bereich an der Stirnfläche 94, 96 an, dass der effektive Hebelarm der Angriffsstellen bezüglich der jeweiligen Drehachse C bzw. D hinreichend lang ist, um einen von der Anpresskraft des jeweiligen Dämpferelements 90, 92 abhängigen Widerstand gegen jegliche Verlagerung des Gelenkelements 44 um die jeweilige Drehachse C, D aus der Ruhestellung zu bewirken.
Es ist noch ergänzend anzumerken, dass an der Oberseite 114 der schaftseitigen Gelenkgabel ein Aufnahmering 116 sowie Befestigungsbohrungen 118 zur Anbrin¬ gung eines Schaftadapters, beispielsweise eines Pyramidenadapters, vorgesehen sind, wie in Fig.6 gezeigt. Darüber hinaus sind an der Unterseite 120 der auftrittseiti- gen Gelenkgabel 38 vier Befestigungsöffnungen 122 zur Anbringung der Auftrittein¬ richtung 40 angebracht.
Ferner ist noch anzumerken, dass die Gabelbasen 46 und 80 der Gelenkgabeln 36 und 38 derart ausgebildet sind, dass sie der jeweils anderen Gelenkgabel 38 bzw. 36 hinreichenden Bewegungsspielraum entsprechend der Bewegungsmöglichkeiten ei¬ ner Inversion, Eversion, Plantarflexion, Dorsiflexion, Pronation und Supination im Rahmen der natürlichen Bewegung eines menschlichen Fußes geben, ohne dass die beiden Gelenkgabeln direkt aneinander anstoßen. Ein derartiges gegenseitiges un¬ mittelbares Berühren der beiden Gelenkgabeln 36 und 38 soll erfindungsgemäß wei- testmöglich verhindert werden. Vielmehr soll - wie vorstehend bereits erwähnt - eine Bewegungsbegrenzung erfindungsgemäß durch die Dämpferelemente 90, 92 erreicht werden.
Durch die erfindungsgemäße Prothesenvorrichtung 30, die mit der vorstehend aus- führlich beschriebenen Kreuzgelenkeinrichtung 32 entsprechend der in Fig.l gezeig¬ ten Ausrichtung versehen ist, so dass die Drehachsen C und D entsprechend der natürlichen Ausrichtung eines gesunden Fußes im Wesentlichen mit der Ausrichtung der Drehachsen des oberen Sprunggelenks bzw. des unteren Sprunggelenks zusam¬ menfallen, kann ein dem natürlichen Gangbild in nahezu idealer Weise nachgebilde¬ ter dynamischer Ablauf erreicht werden. Dies bedeutet, dass die vorstehend zum besseren Verständnis mit Bezug auf Hg.13a und 13b geschilderten, während des Gangs durchlaufenen Phasen und Relativbewegungen durch die erfindungsgemäße Prothesenvorrichtung in nahezu identischer Weise nachgebildet werden. Somit kann mit der erfindungsgemäßen Prothesenvorrichtung 30 entsprechend Figur 13a beim Aufsetzen bis hin zu einer mittleren Standphase eine Innenrotation des Schaftes 34 (Pfeil 18) und der mit diesem fest verbundenen schaftseitigen Gelenkgabel 36 bei einer gleichzeitigen Eversion (Pfeil 20) der Auftritteinrichtung 40 erreicht werden. Bei einem nachfolgenden Abrollen und Abstoßen von dem kreuzgelenkfernen vorderen Ende der Auftritteinrichtung 40 erfolgt mit der erfindungsgemäßen Prothesenvorrich¬ tung 30 eine Außenrotation entsprechend Figur 13b, dort Pfeil 22, des Schaftes 34 und der mit diesem fest gekoppelten schaftseitigen Gelenkgabel 36 und eine syn- chrone Inversion der Auftritteinrichtung 40 entsprechend Pfeil 24.
Fig.14 bis 16 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Prothe¬ se. Diese zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zwar im Aufbau geringfügig von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig.l bis 11, funktioniert jedoch im Wesentlichen auf gleiche Art und Weise. Zur Vermeidung von Wiederholungen wer¬ den daher für gleichartige oder gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszei¬ chen verwendet, wie bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig.l bis 11, jedoch mit dem Kleinbuchstaben "a" nachgestellt.
Auch bei dieser Ausführungsform ist das schaftseitige Gelenkteil als Gelenkgabel 36a ausgeführt. Es umfasst zwei Gabelbacken 48a und 50a, die mit der plattenförmigen Basis 46a verbunden sind. In den Gabelbacken 48a und 50a sind jeweils Lagerbolzen 54a und 56a angeordnet, die mit dem Gelenkelement 44a derart gekoppelt sind, dass das Gelenkelement 44a relativ zu den Gabelbacken 48a und 50a verschwenkbar ist. Zwischen dem Gelenkelement 44a und der Basis 46a sind Dämpferelemente 90a und 91a angeordnet. Die Dämpferelemente sind jeweils kreiszylindrisch ausgebildet und dämpfen eine Schwenkbewegung des Gelenkelements 44a relativ zu der Gelenkgabel 36a um die erste Drehachse C. Insoweit stimmt der Aufbau des zweiten Ausfüh¬ rungsbeispiels gemäß Fig.14 bis 16 im Wesentlichen mit dem Aufbau des ersten Aus- führungsbeispiels gemäß Fig.l bis 11 überein. Allerdings unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig.14 bis 16 hinsichtlich der Geometrie des zweiten Gelenkteils 38a und der Kopplung des zweiten Gelenkteils 38a mit dem Gelenkelement 44a vom ersten Ausführungsbeispiel.
5 Das zweite Gelenkteil 38a ist nicht in gleicher Weise gabelartig ausgebildet, wie das erste Gelenkteil 36a. Vielmehr weist das zweite Gelenkteii 38a lediglich einen Gelenk¬ flügel 84a auf, in dem ein Lagerbolzen 78a angebracht ist. Der Lagerbolzen 78a durchsetzt den Gelenkflügel 84a und ist derart mit dem Gelenkelement 44a gekop¬ pelt, dass dieses um die Drehachse D relativ zu dem zweiten Gelenkteil 38a drehbar lo ist. Allerdings ist dieser zweiten Drehachse D kein zweiter Lagerbolzen zugeordnet, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, sondern die dem Lagerbolzen 78a ferne Seite des Gelenkelements 44a ist über zwei Dämpferelemente 124a und 126a mit dem zweiten Gelenkteil 38a gekoppelt.
i5 Das Dämpferelement 124a ist über einen Befestigungsbolzen 128a, der das Gelenk¬ teil 38a durchsetzt und in dem Gelenkelement 44a verankert ist, zwischen dem Ge¬ lenkteil 38a und dem Gelenkelement 44a aufgenommen. Ebenso ist das Dämpfelement 126a über einen Befestigungsbolzen 130a, der das Gelenkteil 38a durchsetzt und in dem Gelenkelement 44a verankert ist, zwischen Gelenkteil 38a und
20 Gelenkelement 44a aufgenommen. Bei einer Relatiwerdrehung des Gelenkelements 44a relativ zu dem Gelenkteil 38a um die Drehachse D wird eines der Dämpferele¬ mente 124a und 126a aufgrund der Relatiwerkippung des Gelenkelements 44a zum Gelenkteil 38a komprimiert.
25 Die Anordnung gemäß Fig.14 bis 16 ist gegenüber der ersten Ausführungsform ge¬ mäß Fig.l bis 11 leichtgewichtiger ausgeführt und erfordert auch weniger Bauraum. Dies macht es möglich, die Kreuzgelenkanordnung auf verhältnismäßig niedriger Hö¬ he über einer Auftrittfläche anzuordnen, als dies bei der Ausführungsform gemäß Fig.l bis 11 möglich ist. In Einzelfällen kann es bei der Patientenversorgung nämlich
3o erforderlich sein, eine derart niedrige Höhe der Kreuzgelenkeinrichtung und der in dieser realisierten Achsen über einer Auftrittfläche bereitzustellen, um ein physiologi¬ sches Gangbild zu erreichen.
Im Übrigen zeigt aber die Prothese 30a gemäß Fig.14 bis 16 dieselben vorteilhaften 35 Eigenschaften, wie vorangehend detailliert im Hinblick auf die erste Ausführungsform gemäß Fig.l bis 11 beschrieben. Dadurch dass mit der erfindungsgemäßen Einrichtung eine nahezu identische Nach¬ bildung des natürlichen Gangbildes möglich ist, wird der Gang eines die erfindungs¬ gemäße Protheseeinrichtung tragenden Patienten dem natürlichen Gangbild weitgehend angepasst, so dass sich ein symmetrischer Gang ergibt und dadurch un¬ natürliche Belastungen einzelner Teile des Bewegungsapparats, insbesondere der Gelenke des gesunden Beins, der Hüfte sowie der Lendenwirbelsäule verhindert wer¬ den.

Claims

Patentansprüche
1. Prothese (30), insbesondere Fußprothese zur Versorgung von Beinamputier¬ ten, mit einer Kreuzgelenkeinrichtung (32), die einen Schaft (34) mit einem Auftritt¬ körper (40, 42) gelenkig koppelt, wobei die Kreuzgelenkeinrichtung (32) ein Gelenkelement (44) aufweist, das um eine erste Drehachse (C) und eine davon ab¬ weichende zweite Drehachse (D) drehbar gelagert ist, wobei die Kreuzgelenkeinrichtung (32) ein mit dem Schaft (34) koppelbares schaft- seitiges Gelenkteil (36) aufweist und ein über das Gelenkteil (44) gelenkig mit dem schaftseitigen Gelenkteil (36) gekoppeltes auftrittkörperseitiges Gelenkteil (38) auf¬ weist, wobei das schaftseitige Gelenkteil (36) um die erste Drehachse (C) und das auftrittkörperseitige Gelenkteil (38) um die zweite Drehachse (D) relativ zu dem Ge¬ lenkelement (44) verschwenkbar sind und wobei die Schwenkbewegungen von schaftseitigem und auftrittkörperseitigem Gelenkteil (36, 38) relativ zu dem Gelenk¬ element (44) gegen den Widerstand von wenigstens einem elastisch deformierbaren Dämpferelement (90, 92) erfolgen, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Dämpferelement (90, 92) zwi- sehen dem Gelenkelement (44) und einem der Gelenkteile (36, 38) angeordnet ist.
2. Prothese (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkelement (44) scheibenförmig ausgebildet ist und an seiner Stirnfläche von den Drehachsen (C, D) durchsetzt wird.
3. Prothese (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gelenkteil als Gelenkgabel (36, 38) mit zwei Gabelbacken (48, 50, 82, 84) ausgebildet ist, welche das Gelenkelement (44) an jeweils entgegengesetzten Seiten seiner Stirnfläche umgreifen.
4. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Drehlager (64, 66), die das Gelenkelement (44) drehbar relativ zu den Gelenkteilen (36, 38) lagern.
5. Prothese (30) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Drehlager (64, 66) als Gleitlager ausgebildet ist.
6. Prothese (30) nach Anspruch 3 und Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Drehachsen (C, D) ein axial fluchtendes Drehlagerpaar (64, 66) zugeordnet ist, wobei in jeweiligen Gabelbacken 5 (48, 50, 82, 84) jeweils ein Drehlager (64, 66) angebracht ist.
7. Prothese (30a) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkelement (44a) mit zumindest einem der Gelenkteile (38a) über ein singuläres Drehlager (64, 66) um eine der Drehachsen (D) lo drehbar ist und dass eine Drehbewegung um diese Drehachse (D) gegen den Wider¬ stand wenigstens eines Dämpferelements (124a, 126a) erfolgt.
8. Prothese (30) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum schwenkbaren Lagern des Gelenkelements (44) i5 relativ zu wenigstens einem der Gelenkteile (36, 38) Lagerbolzen (54, 56, 76, 78) vorgesehen sind, wobei insbesondere sich jeder Lagerbolzen (54, 56, 76, 78) an den Gelenkteilen (48, 50, 82, 84) axial abstützt, drehbar in den jeweiligen Drehlagern (64, 66) des jeweiligen Gelenkteils (36, 38) aufgenommen ist und drehfest mit dem Gelenkelement (44) verbunden ist.
20
9. Prothese (30) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen (54, 56, 76, 78) einen Lagerkopf (58) aufweist, der sich vermittels einer Stützscheibe (60) reibungsarm an dem diesem zugeordneten Gelenkteil (36, 38) abstützt.
25
10. Prothese (30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkopf (58) und die Stützscheibe (60) wenigs¬ tens eines der Lagerbolzen (54, 56, 76, 78) in einer Senkvertiefung (62) in dem je¬ weiligen Gelenkteil (36, 38) zumindest teilweise aufgenommen ist.
30
11. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Dämpferelement (90, 92) in einer Aufnahmeöffnung (98, 100) in einem der Gelenkteile (36, 38) aufgenommen ist.
35 12. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Dämpferelement (90, 92) über eine Zustellvorrichtung (102, 104, 106, 108), vorzugsweise über eine gewindemäßig verstellbare Druckscheibe (102, 104), relativ zu dem Gelenkteil (36, 38) und dem Gelenkelement (44) verlagerbar und/oder auf das Gelenkelement (44) zustellbar ist.
13. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
5 dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Dämpferelement (90, 92) von einem elastisch deformierbaren Dämpferkörper, vorzugsweise einem hohlzylindri- schen Dämpferkörper, gebildet ist.
14. Prothese (30) nach Anspruch 13, lo dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl verschiedener Dämpferkörper (90, 92) mit jeweils unterschiedlicher Härte oder/und unterschiedlichem Dämpfungsverhalten als Dämpferelement (90, 92) wahlweise in die Prothese (30) einsetzbar ist.
15. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, i5 dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Dämpferelement (90, 92) aus einem gummielastischen Kunststoffmaterial, vorzugsweise aus Polyurethan, herge¬ stellt ist.
16. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
20 dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Drehachsen (C, D) im Gelenkelement (44) schneiden.
17. Prothese (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drehachsen (C, D) windschief zueinander 25 verlaufen.
18. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Dämpferelement (90, 92) zumin¬ dest bei Auslenkung des Gelenkelements (44) aus einer Ruhestellung in seitlichem 3o Abstand von dem Schnittpunkt oder dem Punkt des geringsten Abstandes der Dreh¬ achsen (C, D) mit einer Kraftkomponente gegen das Gelenkelement (44) drückt, die orthogonal zu beiden Drehachsen (C, D) verläuft.
19. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
35 gekennzeichnet durch zwei Dämpferelemente (90, 92), die von entgegengesetzten Seiten auf das Gelenkelement (44) einwirken.
20. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ruhestellung die erste Drehachse (C) in ei¬ nem durch die Fixpunkte (10, 12, 14) des menschlichen Fußes (16) vorgegebenen räumlichen Koordinatensystem, nach dem sich die Ausrichtung des Auftrittkörpers 5 (40, 42) bei Anbringung an dem auftrittkörperseitigen Gelenkteil (38) bestimmt, in der von der x- und z- Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von -10° bis 30°, vorzugsweise von etwa 10°, relativ zur x-Achse geneigt ist (Fig. 12c), in der von der y- und z- Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von 60° bis 100°, vorzugsweise von etwa 82°, relativ zur z-Achse geneigt ist (Fig. 12d) lo - und in der von der x- und y- Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von -10° bis 20°, vorzugsweise von etwa 6°, relativ zur y-Achse geneigt ist (Fig. 12d).
21. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, i5 dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ruhestellung die erste Drehachse (D) in ei¬ nem durch die Fixpunkte (10, 12, 14) des menschlichen Fußes (16) vorgegebenen räumlichen Koordinatensystem, nach dem sich die Ausrichtung des Auftrittkörpers (40, 42) bei Anbringung an dem auftrittkörperseitigen Gelenkteil (38) bestimmt, in der von der x- und z- Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von -15° 20 bis 60°, vorzugsweise von etwa 41°, relativ zur x-Achse geneigt ist (Fig. 12f)/ in der von der y- und z- Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise von etwa 45°, relativ zur y-Achse geneigt ist (Fig. 12g) und in der von der x- und y- Achse aufgespannten Ebene um einen Winkel von 0° bis 40°, vorzugsweise von etwa 23°, relativ zur x-Achse geneigt ist (Fig.
25 12d).
22. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der ersten Drehachse (C) oder/und der zweiten Drehachse (D) wahlweise einstellbar ist.
30
23. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrittkörper (40, 42) mit einer der menschlichen Fußwölbung nachempfundenen Wölbung ausgebildet ist.
35 24. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrittkörper (40, 42) dämpfend oder/und fe¬ dernd ausgebildet ist.
25. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrittkörper (40, 42), vorzugsweise über Verbin¬ dungsschrauben, fest mit dem auftrittkörperseitigen Gelenkteil (38) oder mit einem 5 an dieser angebrachten Koppelelement koppelbar oder gekoppelt ist.
26. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrittkörper (40, 42) mit einem Fersenelement (42) und einer Trittfeder (40) ausgebildet ist.
10
27. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schaftseitige Gelenkteil (36) mit einem Schafta¬ dapter, vorzugsweise mit einem universalen Pyramidenadapter, ausgebildet ist.
i5 28. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Gelenkteile (36, 38) aus Metall oder Kunststoff hergestellt ist.
29. Prothese (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
2o dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkelement (44) aus Metall oder Kunststoff hergestellt ist.
30. Kreuzgelenkeinrichtung (32) für eine Prothese (30) nach einem der vorange¬ henden Ansprüche,
25 dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzgelenkeinrichtung (32) ein erstes Gelenkteil (36) aufweist und ein über ein Gelenkelement (44) gelenkig mit dem ersten Gelenk¬ teil (36) gekoppeltes zweites Gelenkteil (38) aufweist, wobei das erste Gelenkteil (36) um eine erste Drehachse (C) und das zweite Gelenkteil (38) um eine zweite Drehachse (D) relativ zu dem Gelenkelement (44) verschwenkbar sind und wobei die 0 Schwenkbewegungen von erstem und zweitem Gelenkteil (36, 38) relativ zu dem
Gelenkelement (44) gegen den Widerstand von wenigstens einem gelenkelementna- hen Dämpferelement (90, 92) erfolgen.
5
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