WO2022265464A1 - 인공무릎관절 - Google Patents

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WO2022265464A1
WO2022265464A1 PCT/KR2022/008661 KR2022008661W WO2022265464A1 WO 2022265464 A1 WO2022265464 A1 WO 2022265464A1 KR 2022008661 W KR2022008661 W KR 2022008661W WO 2022265464 A1 WO2022265464 A1 WO 2022265464A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shaft
axis
knee joint
artificial knee
support member
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/008661
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English (en)
French (fr)
Inventor
김보일
서현탁
Original Assignee
(주)보일랩스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Priority claimed from KR1020210127057A external-priority patent/KR102661949B1/ko
Application filed by (주)보일랩스 filed Critical (주)보일랩스
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/38—Joints for elbows or knees
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/18—Macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds

Definitions

  • the present disclosure relates to an artificial knee joint, and more particularly, to an artificial knee joint capable of preventing unintentional knee bending or excessive knee bending during stance phase flexion.
  • the artificial knee joint is the most important component of prosthetic limbs, and should be able to provide appropriate braking force according to each stage of the gait cycle in order to ensure the wearer's safety and realize natural gait. Accordingly, it is necessary to implement the movement of the artificial knee joint to which the prosthetic leg is mounted as similar as possible to the movement of the actual knee joint.
  • Embodiments disclosed herein relate to an artificial knee joint, and more specifically, to prevent a prosthetic wearer from suddenly falling during the stance phase while having a stance phase flexion at an angle desired by a user during walking.
  • An artificial knee joint is provided.
  • An artificial knee joint is configured to be fixable to a human body and includes an upper articular side member 210, a first shaft 310, and a second shaft 320 formed to pass a first shaft 310 therethrough. ), the third shaft 330 and the fourth shaft 340 are formed to pass through, and the body portion 230 rotatably connected to the articular side member 210 around the first shaft 310, the second Shaft 320 and the third shaft 330 are formed to pass through, and the support member 240 connected to the body portion 230 by the second shaft 320 and the third shaft 330, fixable to the prosthetic leg
  • the lower joint member 220 configured to allow the fifth shaft 360 and the sixth shaft 370 to pass through, one end of which is rotatably coupled to the third shaft 330, and the other end of the fifth shaft 360 ) And a first link member 250 rotatably coupled, and one end rotatably coupled to the fourth shaft 340, the other end rotatably coupled to the sixth shaft 370 and the second link
  • the main body portion has a 2_1 through part 420 through which the second shaft 320 passes and a 3_1 through part 430 through which the third shaft 330 passes through, and a support member ( 240 has 2_2 penetrating parts 512 and 522 through which the second shaft 320 passes and 3_2 penetrating parts 514 and 524 through which the third shaft 330 passes, and the 2_1 through part 420
  • the cross-sectional shape of is different from that of the 2_2 pass-through portions 512 and 522, or the cross-sectional shape of the 3_1 pass-through portion 430 is different from that of the 3_2 pass-through portions 514 and 524.
  • At least one of the second shaft 320 and the third shaft 330 has an eccentricity.
  • the second axis 320 and the third axis 330 correspond to eccentric axes, and the mutually interlocked eccentric movements of the second axis 320 and the third axis 330,
  • the first link member 250 provides a braking force in the opposite direction to the direction in which the artificial knee joint is folded during the stance phase.
  • the support member 240 is formed to surround the articular side member 210 in a U shape.
  • the support member 240 includes a recess 526 formed to contact the articular side member 210 .
  • an elastic member 810 disposed between the body portion 230 and the support member 240 is further included.
  • the main body portion is configured so that four axes pass therethrough, so that the stance phase flexion can be implemented more stably.
  • At least one of the second axis and the third axis is formed to have an eccentricity, thereby preventing excessive bending of the artificial knee joint or unintentional knee bending during the stance phase. there is.
  • the artificial knee joint can operate as a unit while simplifying the structure of the artificial knee joint by the U-shaped member formed to surround the main body.
  • the elastic member may be inserted between the main body and the U-shaped member during the stance phase to adjust elasticity required for bending in the stance phase.
  • the elastic member when a load of a wearer of a prosthetic leg is applied to the artificial knee joint, the elastic member is compressed in a vertical direction by the load, so that the shock and load that may be applied to the artificial knee joint and the body of the wearer of the prosthesis are evenly distributed. may be dispersed and/or absorbed.
  • 1 is an exemplary diagram illustrating a gait cycle of a person.
  • Figure 2 is an exemplary view showing a state in which the artificial knee joint according to an embodiment of the present disclosure is mounted on the amputation and prosthetic limbs.
  • FIG. 3 is a perspective view of an artificial knee joint according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 4 is a perspective view of the main body shown in Figure 3;
  • FIG. 5 is a perspective view of the member disclosed in FIG. 3;
  • FIG. 6 is a perspective view of the articular side member disclosed in FIG. 3;
  • FIG. 7 is a side view showing a swing phase flexion state of an artificial knee joint according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a perspective view of an artificial knee joint according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is an exemplary diagram showing a flexion state in the stance phase of an artificial knee joint configured to have an eccentricity according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a perspective view of a second axis or a third axis according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a perspective view of a first link member according to an embodiment of the present disclosure.
  • description of 'A and/or B' means 'A', or 'B', or 'A and B'.
  • a human gait cycle may consist of a stance phase and a swing phase.
  • the stance phase refers to the period from the moment the foot touches the ground to the moment the foot is completely removed from the ground, and corresponds to steps a to d shown in FIG. 1 .
  • the swing phase means the period from the moment the foot leaves the ground to the moment the foot steps on the ground, and corresponds to stages e to g shown in FIG. 1 .
  • an artificial knee joint may be designed to generate a braking force in a knee extension direction when a leg to which a prosthetic leg is attached is in a stance phase.
  • the bending of the artificial knee joint is limited, and the artificial knee joint can support the body weight of the prosthetic leg wearer by realizing the bending of the actual knee in the stance phase.
  • the stance phase flexion may refer to bending of the knee during the stance phase. As shown in FIG. 1, the stance phase flexion can be performed within a relatively small angular range compared to the swing phase flexion.
  • the stance phase flexion at the beginning and/or end of the stance phase may have a smaller angle than that of the middle stance phase.
  • the pedestrian places the sole of the foot on the ground or pushes the ground with the toe, the pedestrian's knee moves in the walking direction. It can be seen that the bending of The angle at which the knee is bent at this time may be smaller than the angle at which the knee is completely bent in the middle stance phase (b).
  • stance phase flexion at the beginning of the stance phase (a) and/or the end of the stance phase (d) natural implementation may be difficult because the artificial knee joint must be slightly bent at a predetermined angle in the walking direction.
  • a prosthetic wearer places the sole of the foot on the ground or pushes the ground for walking, abnormal motions such as excessive bending of the artificial knee joint or unintended sudden knee bending by the prosthetic leg wearer may occur.
  • the artificial knee joint 200 includes an upper joint member 210, a lower joint member 220, a body portion 230, a support member 240, a first link member 250, and a second link.
  • a member 260 may be included.
  • the support member 240 may correspond to a U-shaped member.
  • the articular side member 210 may be configured to be fixed to the human body.
  • the upper joint member 210 has a coupling part 212 formed thereon, and the socket 2 coupled to the wearer's body (eg, not cut 1). ) can be combined with Alternatively, the articular side member 210 and the socket 2 may be integrally configured.
  • the lower joint member 220 may be configured to be fixable to the prosthetic leg 3 .
  • the prosthetic leg 3 may include a pylon 4 and a foot 5.
  • the lower joint member 220 may be combined with the pylon 4 of the prosthetic leg 3 by forming a coupling portion (not shown) at the lower portion.
  • the upper joint member 210 and the lower joint member 220 are combined with the body portion 230, the support member 240, the first link member 250, and the second link member 260 to have a predetermined angle. It can be folded as well.
  • the artificial knee joint 200 is bent or unfolded according to the gait cycle by the main body 230, the support member 240, the first link member 250, and the second link member 260 to provide an appropriate braking force. can
  • the lower configuration and coupling structure of the artificial knee joint 200 will be described in detail with reference to subsequent drawings.
  • FIG. 3 is a perspective view of an artificial knee joint 200 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a perspective view of the main body 230 shown in FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a perspective view of the support member 240 shown in FIG. 3 .
  • FIG. 6 is a perspective view of the articular side member 210 shown in FIG. 3 .
  • the artificial knee joint 200 includes an upper joint member 210, a lower joint member 220, a body portion 230, a support member 240, a first link member 250, and a first link member 250.
  • Two link members 260 may be included.
  • a first shaft 310 , a second shaft 320 , a third shaft 330 , and a fourth shaft 340 may pass through the body portion 230 .
  • the first axis 310, the second axis 320, the third axis 330, and the fourth axis 340 may be sequentially disposed forward based on the walking direction.
  • the body portion 230 may be rotatably connected to the articular side member 210 about the first shaft 310 .
  • the body part 230 may be connected to the support member 240 through the second shaft 320 and the third shaft 330 .
  • the body part 230 may be connected to the first link member 250 through the third shaft 330 .
  • the body part 230 may be connected to the second link member 260 through the fourth shaft 340 .
  • the main body may be connected to the articular side member 210, the support member 240, the first link member 250, and the second link member 260 through four axes.
  • the main body 230 includes a 1_1 through part 410 through which the first axis 310 passes, and a 2_1 through part through which the second axis 320 passes (as shown in FIG. 4 ). 420), and a 3_1 through part 430 through which the third axis 330 passes, and a 4_1 through part 440 through which the fourth axis 340 passes.
  • the 1_1st through part 410 to the 4_1st through part 440 may pass through the body part 230 along the y-axis direction. In one embodiment, some sections of the through part may be blocked.
  • the 2_1 penetrating part 420 through which the second axis 320 passes and the 3_1 penetrating part 430 through which the third axis 330 passes pass through the central portion of the main body part 230.
  • Each can be formed one by one.
  • the cross-sectional shape of the 2_1st through part 420 and the 3_1st through part 430 may not correspond to a circular shape.
  • the cross-sectional shapes of the 2nd_1st penetration part 420 and the 3_1st penetration part 430 may correspond to an elliptical shape or an irregular curvature.
  • the cross-sectional shape of the 2_1 penetrating part 420 of the body part 230 through which the second shaft 320 passes is the 2_2 penetrating part 512, 522 of the support member 240 through which the second shaft 320 passes.
  • the cross-sectional shape of the 2_2 through portions 512 and 522 may correspond to a circular shape.
  • the cross-sectional shape of the 3_1 penetrating part 430 of the body part 230 through which the third shaft 330 passes is the 3_2 penetrating part 514, 524 of the support member 240 through which the third shaft 330 passes.
  • the cross-sectional shape of the 3_2 through portions 514 and 524 may correspond to a circular shape.
  • the cross-sectional shape of the 3_1 penetrating portion 430 of the main body 230 through which the third shaft 330 passes is the 3_3 of the first link member 250 or 1110 in FIG. 11 through which the third shaft 330 passes. It may be different from the penetrating portion (1120 in FIG. 11 ).
  • the cross-sectional shape of the 3_3 through part 1120 may correspond to a circular shape.
  • the second shaft 320 and/or the third shaft 330 may be configured to have a corresponding eccentricity while passing through a through-hole having a different cross-sectional shape.
  • cross-sectional shapes of the central portion and both ends of the shaft 1010 may be different from each other. Accordingly, the support member 240 and the first link member 250 connected to the second shaft 320 and/or the third shaft 330 may rotate eccentrically.
  • the center of rotation of the main body 230 of the second shaft 320 and the center of rotation of the support member 240 of the second shaft 320 may be different from each other.
  • the center of rotation of the main body 230 of the third shaft 330 and the center of rotation of the support member 240 and the first link member 250 of the third shaft 330 may be different from each other.
  • the support member 240 may include a first support member 510 and a second support member 520 .
  • the first support member 510 and the second support member 520 may have structures corresponding to each other.
  • the first support member 510 and the second support member 520 may be fastened to each other at one side.
  • the first support member 510 and the second support member 520 are formed through one or more fifth through-portions 518 formed on one side of each (the through-portion of the second support member 520 is not shown). They may be screwed together or bolted to each other to form a U-shaped member.
  • the support member 240 may be configured such that the second shaft 320 and the third shaft 330 pass therethrough, and the second shaft 320 and the third shaft 330 are fastened to the main body 230.
  • the support member 240 includes the 2_2 through-portions 512 and 522 through which the second axis 320 passes, and the 3_2 through-holes 514 and 524 through which the third axis 330 passes.
  • the second shaft 320 may pass through the 2_1 through part 420 of the main body 230 and the 2_2 through part 512 or 522 of the support member 240 .
  • the third shaft 330 may pass through the 3_1 through part 430 of the main body 230 and the 3_2 through part 514 and 524 of the support member 240 .
  • the upper surface of the support member 240 may be in contact with the A-axis (see FIG. 6) of the articular side member 210.
  • the upper surface of the support member 240 contacting the axis A may have a curve.
  • the support member 240 may include depressions 516 and 526 formed to contact the A axis of the articular side member 210 . Since the second shaft 320 is disposed later than the protruding part 350 in the walking direction, the support member 240 may secure the recessed parts 516 and 526 .
  • the support member 240 may be disposed on the upper surface of the body portion 230 .
  • the support member 240 may be formed to surround the articular side member 210 and/or the main body 230 in a U shape.
  • the support member 240 may be coupled to one or more first link members 250 through the second shaft 320 . Accordingly, one or more first link members 250 connected to the second shaft 320 may operate as a unit without moving individually.
  • the first link member 250 and the second link member 260 connect between the lower joint member 220 and the main body 230 so that the artificial knee joint 200 provides an appropriate braking force according to each step of the gait cycle. can connect That is, the body portion 230 may be coupled to the lower joint member 220 through the first link member 250 and the second link member 260 .
  • the second shaft 320 may pass through one end 1120 of the first link member 250 .
  • the second shaft 320 may pass through the 2_1 through part 420 of the main body 230 and the 2_2 through part 622 of the support member 240 .
  • the body portion 230, the support member 240, and the first link member 250 may be rotatably coupled to each other.
  • the fourth shaft 340 may pass through one end 1120 of the second link member 260 . Also, the fourth shaft 340 may pass through the 4_1 penetrating portion 440 of the body portion 230 . As a result, the body portion 230 and the second link member 260 may be rotatably coupled to each other.
  • the lower joint member 220 may be connected to the body portion 230 through the first link member 250 and the second link member 260 . To this end, the lower joint member 220 may be configured such that the fifth shaft 360 and the sixth shaft 370 pass therethrough.
  • the fifth shaft 360 may pass through the other end ( 1130 in FIG. 11 ) of the first link member 250 or 1110 in FIG. 11 .
  • the fifth shaft 360 may pass through the lower joint member 220 .
  • the lower joint member 220 and the first link member 250 may be rotatably coupled to each other.
  • the sixth shaft 370 may pass through the other end 1130 of the second link member 260 .
  • the sixth shaft 370 may pass through the lower joint member 220 .
  • the lower joint member 220 and the second link member 260 may be rotatably coupled to each other.
  • the first shaft 310 may pass through the articular side member 210 .
  • the articular side member 210 may be connected to the body portion 230 through the first shaft 310 .
  • the articular side member 210 may include a 1_2 penetrating part 610 formed at a position corresponding to the 1_1 penetrating part 410 of the body part 230 .
  • the 1_2 penetrating part 610 of the articular side member 210 and the 1_1 penetrating part 410 of the main body 230 may be rotatably coupled through the first shaft 310 .
  • the articular side member 210 may include one or more protrusions 350 (corresponding to axis A in FIG. 6) protruding on both sides.
  • the protrusion 350 may come into contact with the upper surface of the support member 240 .
  • the protruding portion 350 may contact the recessed portions 516 and 526 of the support member 240 .
  • the protrusion 350 may contact the support member 240.
  • the protruding portion 350 is configured in the form of a roller, so that it can press the support member 240 downward while rotating along the upper surface of the support member 240 .
  • FIG. 7 is a side view showing a swing phase flexion state of the artificial knee joint 200 according to an embodiment of the present disclosure. Specifically, FIG. 7 is a side view showing a state in which the artificial knee joint 200 is bent in the walking direction.
  • the main body portion 230 of the artificial knee joint 200 includes a first link member 250 and a second link member 260 As a result, the knee may be rotated around the second axis 320 and the fourth axis 340 in a folded form.
  • the artificial knee joint 200 can implement swing phase flexion (bending) of the actual knee, and can provide an appropriate braking force according to the gait cycle.
  • the knee bending direction may refer to a rotational direction in which the artificial knee joint 200 is bent.
  • FIG. 8 is a perspective view of an artificial knee joint 200 according to an embodiment of the present disclosure. Among the components shown in FIG. 8, descriptions of components corresponding to those shown in FIG. 3 are omitted.
  • the artificial knee joint 200 may include an elastic member 810.
  • the main body 230 may include a support 820 that supports the elastic member 810 so that it does not escape to the outside.
  • the support 820 may be fixed to the main body 230 through one or more fixing members 830 .
  • the elastic member 810 may be disposed between the main body 230 and the support member 240 . Specifically, the elastic member 810 may be disposed between the front portion of the body portion 230 and the front portion of the support member 240 . The elastic member 810 may come into contact with the main body 230 and the support member 240 during the stance phase. In one embodiment, the elastic member 810 may be made of an elastic material. For example, the elastic member 810 may include urethane foam. The elastic member 810 may provide a resistance value (eg, elastic restoring force) required for bending in the stance phase by contacting the body 230 and the support member 240 during the stance phase.
  • a resistance value eg, elastic restoring force
  • the elastic member 810 when a load of a prosthetic wearer is applied to the artificial knee joint 200, the elastic member 810 is compressed in the vertical direction by the load, thereby reducing the impact and load that may be applied to the artificial knee joint 200 and the body of the prosthetic wearer. can be evenly dispersed and/or absorbed. Accordingly, the elastic member 810 can protect the body of the wearer of the prosthetic leg and minimize fatigue that may occur during walking.
  • the elastic member 810 is shown in a rectangular parallelepiped shape, but is not limited thereto.
  • the elastic member 810 may have a cylindrical shape, a spherical shape, or any shape that may be disposed between the body portion 230 and the support member 240 .
  • FIG. 9 is an exemplary view showing a flexion state of the artificial knee joint 200 in the stance phase according to an embodiment of the present disclosure.
  • the first link member (250 in FIG. 2) shown in FIG. 2 is omitted from the configuration of the artificial knee joint 200 for a clear understanding of the stance phase flexion state.
  • Conventional artificial knee joints may cause abnormal motions such as excessive knee bending or unintentional knee bending, as shown in FIG.
  • the artificial knee joint 200 can prevent this and implement a natural stance phase flexion state as shown in FIG. 9 .
  • the parts of the second shaft 320 and the third shaft 330 passing through the support member 240 and the first link member (not shown), and the body portion 230 are connected to the second shaft 320 and
  • the cross-sectional shape of the third shaft 330 may be different (refer to FIG. 10 ).
  • the second shaft 320 and the third shaft 330 of the main body 230 respectively pass through the 2_1 through part 420 and the 3_1 through part 430 are formed in an asymmetric elliptical shape, while ,
  • the penetrating part of the support member 240 and the penetrating part of the first link member through which the second shaft 320 and the third shaft 330 pass may be formed in a circular shape.
  • the protruding part 350 may move while contacting the recessed part of the support member 240 (922, 924). That is, while the articular side member 210 is rotated by an angle ⁇ 1 (eg, 9 degrees) around the first axis, movement of a limited angle may be allowed.
  • both the second shaft 320 and the third shaft 330 correspond to eccentric shafts will be described.
  • the support member 240 also moves to the position indicated by the dotted line in FIG. 9 (shown by the dotted line in FIG. 9).
  • the second shaft 320 moves eccentrically along arrow 1 (932, 934) and the third shaft 330 also moves eccentrically along arrow 2 (944, 942).
  • eccentric rotation of the second axis 320 and the third axis 330 is partially converted into x-axis and/or y-axis movement of the second axis 320 and the third axis 330 .
  • Eccentric movement of the third shaft 330 indicated by arrow 2 causes the first link member 250 connected to the third shaft 330 to also move in the direction of arrow 2 .
  • the artificial knee joint 200 can sufficiently withstand the load generated during the stance phase, preventing sudden bending and realizing natural stance bending.
  • abnormal motions such as excessive bending of the artificial knee joint 200 or unintended sudden bending of the knee by the prosthetic wearer can be prevented.

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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따른 인공무릎관절은, 인체에 고정 가능하도록 구성되고, 제1 축이 통과하도록 형성된 관절상측부재, 제1 축, 제2 축, 제3 축, 제4 축이 통과하도록 형성되고, 제1 축을 중심으로 관절상측부재와 회전 가능하도록 연결되는 본체부, 제2 축 및 제3 축이 통과하도록 형성되고, 제2 축 및 제3 축에 의해 본체부와 연결되는 지지부재, 의족에 고정 가능하도록 구성되고, 제5 축 및 제6 축이 통과하도록 형성된 관절하측부재, 일단은 제3 축과 회전 가능하도록 결합되고, 타단은 제5 축과 회전 가능하도록 결합되는 제1 링크부재, 및 일단은 제4 축과 회전 가능하도록 결합되고, 타단은 제6 축과 회전 가능하도록 결합되는 제2 링크부재를 포함한다.

Description

인공무릎관절
본 개시는 인공무릎관절에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입각기 굴곡 시 의도치 않은 무릎 굽힘이나 과도한 무릎 꺾임을 방지할 수 있는 인공무릎관절에 관한 것이다.
일반적으로, 장애인들은 자신의 장애를 외부에 드러내는 것을 원치 않는다. 의족을 착용하는 장애인들은 정상인과 같이 자연스러운 걸음을 걷기를 희망한다. 이러한 의족 착용자를 위해 자연스러운 보행을 구현할 수 있는 의족에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
인공무릎관절은 의족의 가장 중요한 구성으로, 착용자의 안전을 확보하고 자연스러운 보행을 구현하기 위해 보행 주기의 각 단계에 따라 적절한 제동력을 제공할 수 있어야 한다. 이에 따라, 의족이 장착되는 인공무릎관절의 움직임을 실제 무릎관절의 움직임과 최대한 유사하게 구현할 필요가 있다.
종래의 인공무릎관절의 경우, 입각기 굴곡 시 의족 착용자가 의도치 않은 갑작스러운 무릎 굽힘이 발생할 수 있다. 이로 인해, 인공무릎관절이 과도하게 꺾이거나, 의족의 오작동이 유발되어 의족 착용자가 낙상하는 등 큰 부상이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 비정상적인 작동을 예방하여 안전성을 확보할 수 있는 인공무릎관절이 필요하다.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은 인공무릎관절에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보행 시 인공무릎관절이 사용자가 원하는 각도의 입각기 굴곡을 가지면서도 의족 착용자가 입각기 과정에서 갑작스럽게 넘어지는 것을 방지할 수 있는 인공무릎관절을 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 인공무릎관절은, 인체에 고정 가능하도록 구성되고, 제1 축(310)이 통과하도록 형성된 관절상측부재(210), 제1 축(310), 제2 축(320), 제3 축(330), 제4 축(340)이 통과하도록 형성되고, 제1 축(310)을 중심으로 관절상측부재(210)와 회전 가능하도록 연결되는 본체부(230), 제2 축(320) 및 제3 축(330)이 통과하도록 형성되고, 제2 축(320) 및 제3 축(330)에 의해 본체부(230)와 연결되는 지지부재(240), 의족에 고정 가능하도록 구성되고, 제5 축(360) 및 제6 축(370)이 통과하도록 형성된 관절하측부재(220), 일단은 제3 축(330)과 회전 가능하도록 결합되고, 타단은 제5 축(360)과 회전 가능하도록 결합되는 제1 링크부재(250), 및 일단은 제4 축(340)과 회전 가능하도록 결합되고, 타단은 제6 축(370)과 회전 가능하도록 결합되는 제2 링크부재(260)를 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 본체부는 제2 축(320)이 관통하는 제2_1 관통부(420) 및 제3 축(330)이 관통하는 제3_1 관통부(430)를 가지고, 지지부재(240)는 제2 축(320)이 관통하는 제2_2 관통부(512, 522) 및 제3 축(330)이 관통하는 제3_2 관통부(514, 524)를 가지고, 제2_1 관통부(420)의 단면 형태는 제2_2 관통부(512, 522)의 단면 형태와 상이하거나, 제3_1 관통부(430)의 단면 형태는 제3_2 관통부(514, 524)의 단면 형태와 상이하다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 제2 축(320) 및 제3 축(330) 중 적어도 하나는 편심을 가진다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 제2 축(320) 및 제3 축(330)은 편심축에 해당하고, 제2 축(320) 및 제3 축(330)의 상호 연동된 편심 이동은, 제1 링크부재(250)가 입각기 과정에서 인공무릎관절이 접히는 방향의 반대쪽으로 제동력을 제공하게 한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 지지부재(240)는, 관절상측부재(210)를 U자형으로 둘러싸도록 형성된다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 지지부재(240)는, 관절상측부재(210)와 접하도록 형성된 함몰부(526)를 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 본체부(230)와 지지부재(240) 사이에 배치된 탄성부재(810)를 더 포함한다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 4 개의 축이 통과하도록 본체부를 구성하여, 입각기 굴곡을 보다 안정적으로 구현할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 제2 축 및 제3 축 중 적어도 하나는 편심을 가지도록 형성되어, 입각기 과정에서 인공무릎관절의 과도한 꺾임이나 의도치 않은 무릎 굽힘이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 본체부를 둘러 싸도록 형성된 U자형부재에 의해 인공무릎관절의 구조를 단순화하면서 인공관절이 일체로서 동작할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 탄성부재는 입각기 과정에서 본체부 및 U자형부재 사이에 삽입되어 입각기 굴곡에 필요한 탄력을 조절할 수 있다
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 인공무릎관절에 의족 착용자의 하중이 가해지는 경우, 탄성부재는 하중에 의해 수직방향으로 압축됨으로써 인공무릎관절 및 의족 착용자의 신체에 가해질 수 있는 충격과 하중을 고르게 분산 및/또는 흡수할 수 있다.
본 개시의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 실시예들은, 이하 설명하는 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 여기서 유사한 참조 번호는 유사한 요소들을 나타내지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 1은 사람의 보행 주기를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 인공무릎관절이 절단하지 및 의족에 장착된 상태를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 인공무릎관절의 사시도이다.
도 4는 도 3에 개시된 본체부의 사시도이다.
도 5는 도 3에 개시된 부재의 사시도이다.
도 6은 도 3에 개시된 관절상측부재의 사시도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 인공무릎관절의 유각기 굴곡 상태를 나타낸 측면도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 인공무릎관절의 사시도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따라 편심을 가지도록 구성된 인공무릎관절의 입각기 굴곡 상태를 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 제2 축 또는 제3 축의 사시도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 제1 링크부재의 사시도이다.
이하, 본 개시의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응되는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
개시된 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 통상의 기술자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 명세서에서의 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 명세서에서 'A 및/또는 B'의 기재는 'A', 또는 'B', 또는 'A 및 B'를 의미한다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 사람의 보행 주기를 나타낸 예시도이다. 사람의 보행 주기는 입각기(stance phase) 및 유각기(swing phase)로 구성될 수 있다. 입각기는 지면에 발이 닿는 순간부터 지면으로부터 발을 완전히 떼는 순간까지의 시기를 의미하며, 도 1에 도시된 a 내지 d 단계에 해당한다. 유각기는 발이 지면으로부터 떨어진 순간부터 지면에 발을 딛는 순간까지의 시기를 의미하며, 도 1에 도시된 e 내지 g 단계에 해당한다.
일반적으로, 인공무릎관절은, 의족이 장착된 다리가 입각기에 있을 때, 무릎 펴짐 방향의 제동력이 발생되도록 설계될 수 있다. 이를 통해, 인공무릎관절의 구부러짐이 제한되며, 인공무릎관절은 실제 무릎의 입각기 굴곡을 구현하여 의족 착용자의 체중을 지지할 수 있다. 여기서, 입각기 굴곡은, 입각기 과정에서 이루어지는 무릎의 구부러짐을 의미할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 입각기 굴곡은 유각기 굴곡에 비해 상대적으로 작은 각도범위 내에서 이루어질 수 있다.
특히, 입각기 중 초기 및/또는 말기의 입각기 굴곡은 입각기 중기에 비해 작은 각도를 가질 수 있다. 구체적으로, 도 1을 참조하면, 입각기 초기(a) 및/또는 입각기 말기(d)의 경우, 보행자가 발바닥을 지면에 딛거나, 발가락으로 지면을 밀어낼 때, 보행자의 무릎이 보행 방향으로 굽혀지는 것을 확인할 수 있다. 이때의 무릎이 굽혀지는 각도는, 입각기 중기(b)에서 무릎이 완전히 구부러지는 각도보다 작을 수 있다.
입각기 초기(a) 및/또는 입각기 말기(d)에서의 입각기 굴곡의 경우, 인공무릎관절이 보행 방향으로 소정의 각도만을 가지고 살짝 굽혀져야 하기 때문에 자연스러운 구현이 어려울 수 있다. 의족 착용자가 보행을 위해 발바닥을 지면에 딛거나 지면을 밀어내는 경우, 인공무릎관절이 과도하게 꺾이거나, 의족 착용자가 의도하지 않은 갑작스러운 무릎 굽힘이 발생하는 등의 비정상적인 동작이 발생할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 인공무릎관절(200)이 절단하지(1) 및 의족(3)에 장착된 상태를 나타낸 예시도이다. 일 실시예에 따르면, 인공무릎관절(200)은 관절상측부재(210), 관절하측부재(220), 본체부(230), 지지부재(240), 제1 링크부재(250) 및 제2 링크부재(260)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면 지지부재(240)는 U자형부재에 해당할 수 있다.
관절상측부재(210)는 인체에 고정 가능하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 관절상측부재(210)는 도 2에 도시된 바와 같이 상부에 결합부(212)가 형성되어 착용자의 인체(예를 들어, 절단하지(1))와 결합된 소켓(2)과 결합될 수 있다. 대안적으로, 관절상측부재(210)와 소켓(2)은 일체형으로 구성될 수 있다.
관절하측부재(220)는 의족(3)에 고정 가능하도록 구성될 수 있다. 여기서, 의족(3)은 파일론(4) 및 발(5)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 관절하측부재(220)는 하부에 결합부(미도시)가 형성되어 의족(3)의 파일론(4)과 결합될 수 있다.
관절상측부재(210)와 관절하측부재(220)는 본체부(230), 지지부재(240), 제1 링크부재(250), 및 제2 링크부재(260)와 결합되어 소정의 각도를 가지도록 접힐 수 있다. 인공무릎관절(200)은, 본체부(230), 지지부재(240), 제1 링크부재(250), 및 제2 링크부재(260)에 의해 보행 주기에 따라 굽혀지거나 펴져서 적절한 제동력을 제공할 수 있다. 인공무릎관절(200)의 하부 구성 및 결합 구조에 대해서는 후속 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 인공무릎관절(200)의 사시도이다. 도 4는 도 3에 개시된 본체부(230)의 사시도이다. 도 5는 도 3에 개시된 지지부재(240)의 사시도이다. 도 6은 도 3에 개시된 관절상측부재(210)의 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 인공무릎관절(200)은 관절상측부재(210), 관절하측부재(220), 본체부(230), 지지부재(240), 제1 링크부재(250) 및 제2 링크부재(260)를 포함할 수 있다.
본체부(230)는 제1 축(310), 제2 축(320), 제3 축(330), 제4 축(340)이 통과될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 축(310), 제2 축(320), 제3 축(330), 제4 축(340)은 보행 방향 기준으로 순차적으로 전방 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본체부(230)는 제1 축(310)을 중심으로 관절상측부재(210)와 회전 가능하도록 연결될 수 있다. 본체부(230)는 제2 축(320) 및 제3 축(330)을 통해 지지부재(240)와 연결될 수 있다. 본체부(230)는 제3 축(330)을 통해 제1 링크부재(250)와 연결될 수 있다. 본체부(230)는 제4 축(340)을 통해 제2 링크부재(260)와 연결될 수 있다.
이와 같이 4 개의 축이 본체부(230)를 관통하도록 형성된다. 4 개의 축을 통해, 본체부를 관절상측부재(210), 지지부재(240), 제1 링크부재(250), 및 제2 링크부재(260)에 연결할 수 있다. 이러한 구조를 이용함으로써, 인공무릎관절의 구조를 단순화하면서도 안정적으로 자연스러운 입각기 굴곡을 구현할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본체부(230)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 축(310)이 통과하는 제1_1 관통부(410), 제2 축(320)이 통과하는 제2_1 관통부(420), 및 제3 축(330)이 통과하는 제3_1 관통부(430), 제4 축(340)이 통과하는 제4_1 관통부(440)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1_1 관통부(410) 내지 제4_1 관통부(440)는 y축 방향을 따라 본체부(230)를 관통할 수 있다. 일 실시예에서, 관통부의 일부 구간은 막혀 있을 수 있다.
일 실시예에서, 제2 축(320)이 통과하는 제2_1 관통부(420)와 제3 축(330)이 통과하는 제3_1 관통부(430)는, 본체부(230)의 중앙부를 통과하여 각각 한 개씩 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 제2_1 관통부(420) 및 제3_1 관통부(430)의 단면 형태는 원형에 해당하지 않을 수 있다. 예컨대, 제2_1 관통부(420) 및 제3_1 관통부(430)의 단면 형태는 타원형이거나, 곡률이 일정하지 않은 형태에 해당할 수 있다.
제2 축(320)이 통과하는 본체부(230)의 제2_1 관통부(420)의 단면 형태는 제2 축(320)이 통과하는 지지부재(240)의 제2_2 관통부(512, 522)와 상이할 수 있다. 예컨대, 제2_2 관통부(512, 522)의 단면형태는 원형에 해당할 수 있다.
제3 축(330)이 통과하는 본체부(230)의 제3_1 관통부(430)의 단면 형태는 제3 축(330)이 통과하는 지지부재(240)의 제3_2 관통부(514, 524)와 상이할 수 있다. 예컨대, 제3_2 관통부(514, 524)의 단면형태는 원형에 해당할 수 있다.
제3 축(330)이 통과하는 본체부(230)의 제3_1 관통부(430)의 단면 형태는 제3 축(330)이 통과하는 제1 링크부재(250 또는 도 11의 1110)의 제3_3 관통부(도 11의 1120)와 상이할 수 있다. 예컨대, 제3_3 관통부(1120)의 단면형태는 원형에 해당할 수 있다.
제2 축(320) 및/또는 제3 축(330)은 단면 형태가 다른 관통부를 통과하면서 그에 대응하는 형태의 편심을 가지도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이, 축(1010)의 중앙부의 단면과 양단의 단면 형태는 서로 상이할 수 있다. 그에 따라, 제2 축(320) 및/또는 제3 축(330)에 연결된 지지부재(240) 및 제1 링크부재(250)가 편심 회전을 할 수 있다.
예컨대, 제2 축(320)의 본체부(230)에서의 회전 중심과 제2 축(320)의 지지부재(240)에서의 회전 중심이 서로 상이할 수 있다. 제3 축(330)의 본체부(230)에서의 회전 중심과 제3 축(330)의 지지부재(240) 및 제1 링크부재(250)에서의 회전 중심이 서로 상이할 수 있다.
결과적으로, 제1 링크부재(250)가 인공무릎관절(200)의 전방으로 움직이는 것이 제한됨으로써, 의족 착용자가 의도하지 않은 갑작스러운 무릎 굽힘이 방지될 수 있다.
도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 지지부재(240)는 제1 지지부재(510) 및 제2 지지부재(520)를 포함할 수 있다. 제1 지지부재(510) 및 제2 지지부재(520)는 서로 대응되는 구성을 가질 수 있다. 제1 지지부재(510) 및 제2 지지부재(520)는 일측에서 서로 체결될 수 있다. 예를 들어, 제1 지지부재(510)와 제2 지지부재(520)는 각각의 일측에 형성된 하나 이상의 제5 관통부(518)(제2 지지부재(520)의 관통부는 미도시)를 통해 상호 나사 결합 또는 볼트-너트 결합되어, U자형부재를 형성할 수 있다.
지지부재(240)는 제2 축(320) 및 제3 축(330)이 통과되고, 제2 축(320) 및 제3 축(330)을 통해 본체부(230)와 체결되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 지지부재(240)는 제2 축(320)이 통과하는 제2_2 관통부(512, 522), 및 제3 축(330)이 통과하는 제3_2 관통부(514, 524)를 포함할 수 있다. 제2 축(320)이 본체부(230)의 제2_1 관통부(420) 및 지지부재(240)의 제2_2 관통부(512, 522)를 통과할 수 있다. 제3 축(330)이 본체부(230)의 제3_1 관통부(430) 및 지지부재(240)의 제3_2 관통부(514, 524)를 통과할 수 있다.
일 실시예에서, 지지부재(240)의 상면은 관절상측부재(210)의 A 축(도 6 참고)과 접할 수 있다. 이 경우, A 축과 접하는 지지부재(240)의 상면은 굴곡을 가질 수 있다. 예를 들어, 지지부재(240)는 관절상측부재(210)의 A 축과 접하도록 형성된 함몰부(516, 526)를 포함할 수 있다. 제2 축(320)이 돌출부(350)보다 보행 방향 기준으로 후행 배치됨으로써, 지지부재(240)는 함몰부(516, 526)를 확보할 수 있다.
일 실시예에서, 지지부재(240)는 본체부(230)의 상면에 배치될 수 있다. 이 경우, 지지부재(240)는 관절상측부재(210) 및/또는 본체부(230)를 U자형으로 둘러싸도록 형성될 수 있다. 지지부재(240)는 제2 축(320)을 통해 하나 이상의 제1 링크부재(250)와 결합될 수 있다. 따라서, 제2 축(320)에 연결된 하나 이상의 제1 링크부재(250)는 개별적으로 움직이지 않고 일체로 동작할 수 있다.
제1 링크부재(250) 및 제2 링크부재(260)는, 보행 주기의 각 단계에 따라 인공무릎관절(200)이 적절한 제동력을 제공하도록 관절하측부재(220)와 본체부(230) 간을 연결할 수 있다. 즉, 본체부(230)는 제1 링크부재(250) 및 제2 링크부재(260)를 통해 관절하측부재(220)와 결합될 수 있다.
제2 축(320)은 제1 링크부재(250)의 일단(1120)을 관통할 수 있다. 또한, 제2 축(320)은 본체부(230)의 제2_1 관통부(420), 및 지지부재(240)의 제2_2 관통부(622)를 통과할 수 있다. 그로 인해 본체부(230), 지지부재(240), 제1 링크부재(250)는 서로 간에 회전 가능하도록 결합될 수 있다.
제4 축(340)은 제2 링크부재(260)의 일단(1120)을 관통할 수 있다. 또한, 제4 축(340)은 본체부(230)의 제4_1 관통부(440)를 통과할 수 있다. 그로 인해, 본체부(230)와 제2 링크부재(260)는 서로 간에 회전 가능하도록 결합될 수 있다.
관절하측부재(220)는 제1 링크부재(250) 및 제2 링크부재(260)를 통해 본체부(230)와 연결될 수 있다. 이를 위해, 관절하측부재(220)는 제5 축(360) 및 제6 축(370)이 통과하도록 구성될 수 있다.
제5 축(360)은 제1 링크부재(250 또는 도 11의 1110)의 타단(도 11의 1130)을 관통할 수 있다. 또한, 제5 축(360)은 관절하측부재(220)를 통과할 수 있다. 그로 인해 관절하측부재(220)와 제1 링크부재(250)가 서로 간에 회전 가능하도록 결합될 수 있다.
제6 축(370)은 제2 링크부재(260)의 타단(1130)을 관통할 수 있다. 또한, 제6 축(370)은 관절하측부재(220)를 통과할 수 있다. 그로 인해 관절하측부재(220)와 제2 링크부재(260)는 서로 간에 회전 가능하도록 결합될 수 있다.
도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 관절상측부재(210)는 제1 축(310)이 통과될 수 있다. 관절상측부재(210)는 제1 축(310)을 통해 본체부(230)와 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 관절상측부재(210)는 본체부(230)의 제1_1 관통부(410)에 대응되는 위치에 형성된 제1_2 관통부(610)를 포함할 수 있다. 관절상측부재(210)의 제1_2 관통부(610)와 본체부(230)의 제1_1 관통부(410)는 제1 축(310)을 통해 회전 가능하도록 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 관절상측부재(210)는 양 측면으로 돌출된 하나 이상의 돌출부(350, 도 6의 A 축에 해당)를 포함할 수 있다. 이 경우, 돌출부(350)는 지지부재(240)의 상면과 접할 수 있다. 예를 들어, 돌출부(350)는 지지부재(240)의 함몰부(516, 526)와 접할 수 있다. 관절상측부재(210)가 제1 축(310)을 기준으로 회전함에 따라, 돌출부(350)는 지지부재(240)와 접할 수 있다. 예를 들어, 돌출부(350)는 롤러 형태로 구성됨으로써, 지지부재(240)의 상면을 따라 회전하면서 지지부재(240)를 하측으로 누를 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 인공무릎관절(200)의 유각기 굴곡 상태를 나타낸 측면도이다. 구체적으로, 도 7은 인공무릎관절(200)이 보행 방향으로 굽혀진 상태를 나타내는 측면도이다.
사용자가 의족을 착용하고 보행 방향(도 7에 도시된 화살표 방향)으로 걷게 되는 경우, 인공무릎관절(200)의 본체부(230)는 제1 링크부재(250) 및 제2 링크부재(260)에 의해 제2 축(320) 및 제4 축(340)을 중심으로 무릎이 접히는 형태로 회전할 수 있다. 이를 통해, 인공무릎관절(200)은 실제 무릎의 유각기 굴곡(굽혀짐)을 구현할 수 있고, 보행 주기에 따라 적절한 제동력을 제공할 수 있다. 여기서, 무릎 굽힘 방향은, 인공무릎관절(200)이 굽혀지는 회전 방향을 의미할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 인공무릎관절(200)의 사시도이다. 도 8에 도시된 구성 중 도 3에 도시된 구성과 대응되는 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
일 실시예에서, 인공무릎관절(200)은 탄성부재(810)를 포함할 수 있다. 이 경우, 본체부(230)는 탄성부재(810)가 외부로 이탈하지 않도록 지지하는 지지체(820)를 포함할 수 있다. 지지체(820)는 하나 이상의 고정부재(830)를 통해 본체부(230)에 고정될 수 있다.
탄성부재(810)는 본체부(230)와 지지부재(240) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 탄성부재(810)는 본체부(230)의 전방부와 지지부재(240)의 전방부 사이에 배치될 수 있다. 탄성부재(810)는 입각기 과정 중 본체부(230) 및 지지부재(240)와 접할 수 있다. 일 실시예에서, 탄성부재(810)는 탄성 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 탄성부재(810)는 우레탄 폼을 포함할 수 있다. 탄성부재(810)는 입각기 과정에서 본체부(230) 및 지지부재(240)와 접함으로써, 입각기 굴곡에 필요한 저항 값(예를 들어, 탄성 복원력)을 제공할 수 있다. 또한, 인공무릎관절(200)에 의족 착용자의 하중이 가해지는 경우, 탄성부재(810)는 하중에 의해 수직방향으로 압축됨으로써 인공무릎관절(200) 및 의족 착용자의 신체에 가해질 수 있는 충격과 하중을 고르게 분산 및/또는 흡수할 수 있다. 이에 따라, 탄성부재(810)는 의족 착용자의 신체를 보호하고, 보행 시 발생할 수 있는 피로를 최소화할 수 있다. 도 8에서, 탄성부재(810)는 직육면체 형태로 도시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 탄성부재(810)는 원기둥형, 구형 또는 본체부(230)와 지지부재(240) 사이에 배치될 수 있는 임의의 형태일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 다양한 탄성을 가지는 탄성부재(810)를 이용함으로써 각 사용자에 맞는 맞춤형 인공무릎관절을 제공하는 것이 가능하다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 인공무릎관절(200)의 입각기 굴곡 상태를 나타낸 예시도이다. 도 9에서는 입각기 굴곡 상태의 명확한 이해를 위해 인공무릎관절(200)의 구성 중 도 2에 도시된 제1 링크부재(도 2의 250)가 생략되었다. 종래 인공무릎관절은 의족 착용자가 보행 시 입각기 과정 또는 서있는 경우에서 도 7에 도시된 바와 같이 과도한 무릎 꺾임이나 의도치 않은 무릎 굽힘과 같은 비정상적인 동작이 발생할 수 있다.
하지만, 본 개시의 일 실시예에 따른 인공무릎관절(200)은 이를 방지하고 도 9에 도시된 바와 같이 자연스러운 입각기 굴곡 상태를 구현할 수 있다. 이를 위해, 지지부재(240)와 제1 링크부재(미도시)를 통과하는 제2 축(320) 및 제3 축(330)의 부위와, 본체부(230)를 제2 축(320) 및 제3 축(330)의 부위의 단면 형태를 상이하게 할 수 있다(도 10 참고).
일 실시예에서, 본체부(230)의 제2 축(320) 및 제3 축(330)이 각각 통과하는 제2_1 관통부(420) 및 제3_1 관통부(430)는 비대칭 타원형으로 형성되는 반면, 제2 축(320) 및 제3 축(330)이 통과하는 지지부재(240)의 관통부 및 제1 링크부재의 관통부는 원형으로 형성될 수 있다. 그로 인해 제2 축(320) 및 제3 축(330)의 편심 회전이 가능하며, 본 개시의 일 실시예에 따른 편심 회전은 다음과 같다.
도 9를 참고하면, 제1 축(910)을 중심으로 관절상측부재(210)가 각도 θ1(예를 들어, 9도) 만큼 회전하는 동안, 제2 축에 의해 형성되는 지지부재의 회전 중심이 각도 θ2(예를 들어, 20도)만큼 편심 이동하고(932, 934), 제3 축에 의해 형성되는 지지부재 또는 제1 링크부재의 회전 중심이 각도 θ3(예를 들어, 10도)만큼 편심 이동한다(942, 944). 이 과정에서 돌출부(350)는 지지부재(240)의 함몰부와 접하면서 이동할 수 있다(922, 924). 즉, 제1 축을 중심으로 관절상측부재(210)가 각도 θ1(예를 들어, 9도) 만큼 회전하는 동안, 제한된 각도의 움직임을 허용할 수 있다.
예를 들어, 제2 축(320) 및 제3 축(330)이 모두 편심축에 해당할 경우의 메커니즘을 설명한다. 입각기 과정에서 관절상측부재(210)가 제1 축(910)을 중심으로 각도 θ1 회전하는 동안 지지부재(240)도 도 9의 점선 표시한 위치로 이동하게 된다(도 9의 점선 표시). 이 때, 제2 축(320)이 화살표 1을 따라 편심 이동하는 동시에(932, 934) 제3 축(330)도 화살표 2를 따라 편심 이동한다(944, 942). 즉, 제2 축(320) 및 제3 축(330)의 편심 회전이 제2 축(320) 및 제3 축(330)의 x 축 및/또는 y 축 이동으로 일부 변환된다. 화살표 2로 표시된 제3 축(330)의 편심 이동은 제3 축(330)에 연결된 제1 링크부재(250) 또한 화살표 2 방향으로 이동시키게 된다.
이와 같이 편심 이동하는 제2 축(320) 및 제3 축(330) 간의 상호 연동은 제3 축(330)에 연결된 제1 링크부재(250)로 하여금 입각기 과정에서 인공무릎관절이 접히는 방향의 반대쪽으로 밀어주는 제동역할을 하게 하고 그로 인해 과도한 관절 꺽임을 방지할 수 있다. 결과적으로, 입각기 과정에 있어서 발생하는 하중을 인공무릎관절(200)이 충분히 버틸 수 있게 되어 갑작스러운 꺾임을 방지하고 자연스러운 입각 굴곡을 구현할 수 있다. 또한, 인공무릎관절(200)이 과도하게 꺾이거나, 의족 착용자가 의도하지 않은 갑작스러운 무릎 굽힘이 발생하는 등의 비정상적인 동작이 방지될 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (7)

  1. 인공무릎관절에 있어서,
    인체에 고정 가능하도록 구성되고, 제1 축이 통과하도록 형성된 관절상측부재;
    상기 제1 축, 제2 축, 제3 축, 제4 축이 통과하도록 형성되고, 상기 제1 축을 중심으로 상기 관절상측부재와 회전 가능하도록 연결되는 본체부;
    상기 제2 축 및 상기 제3 축이 통과하도록 형성되고, 상기 제2 축 및 상기 제3 축에 의해 상기 본체부와 연결되는 지지부재;
    의족에 고정 가능하도록 구성되고, 제5 축 및 제6 축이 통과하도록 형성된 관절하측부재;
    일단은 상기 제3 축과 회전 가능하도록 결합되고, 타단은 상기 제5 축과 회전 가능하도록 결합되는 제1 링크부재; 및
    일단은 상기 제4 축과 회전 가능하도록 결합되고, 타단은 상기 제6 축과 회전 가능하도록 결합되는 제2 링크부재
    를 포함하는, 인공무릎관절.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는 상기 제2 축이 관통하는 제2_1 관통부 및 상기 제3 축이 관통하는 제3_1 관통부를 가지고,
    상기 지지부재는 상기 제2 축이 관통하는 제2_2 관통부 및 상기 제3 축이 관통하는 제3_2 관통부를 가지고,
    상기 제2_1 관통부의 단면 형태는 상기 제2_2 관통부의 단면 형태와 상이하거나,
    상기 제3_1 관통부의 단면 형태는 제3_2 관통부의 단면 형태와 상이한, 인공무릎관절.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 축 및 상기 제3 축 중 적어도 하나는 편심을 가지는, 인공무릎관절.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 축 및 상기 제3 축은 편심축에 해당하고,
    상기 제2 축 및 상기 제3 축의 상호 연동된 편심 이동은, 상기 제1 링크부재가 입각기 과정에서 인공무릎관절이 접히는 방향의 반대쪽으로 제동력을 제공하게 하는, 인공무릎관절.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는, 상기 관절상측부재를 U자형으로 둘러싸도록 형성되는, 인공무릎관절.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지부재는, 상기 관절상측부재와 접하도록 형성된 함몰부를 포함하는, 인공무릎관절.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 본체부와 상기 지지부재 사이에 배치된 탄성부재를 더 포함하는, 인공무릎관절.
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