專利名稱：膝蓋支撐或替代構件的制作方法
技術領域：
本發明關于膝蓋支撐或替代構件，它包括至少一個關節，每個關節包括至少一個近部和至少一個以相對的關節式連接的遠部，接頭，用來將上述關節的至少一個近部附著到下肢的大腿上、和將上述關節的至少一個遠部附著到上述下肢的脛骨部分上，和相對的關節式連接件的導向裝置，它允許彎曲-伸展的相對運動、與滑動相關聯的前后滾動、在上述大腿和脛骨之間的轉動和/或內翻；因此允許在膝蓋的前后垂直平面的橫向看，像交叉的韌帶所得到的關節那樣，接近活生生的膝蓋的生理運動。
在本發明的術語中，膝蓋支撐構件應解釋為膝蓋假體(orfhesis)、替代構件應解釋為膝蓋假體或膝蓋內假體。
在下面的文件中，下肢的大腿和脛骨部分不僅指現有的肢體部分、而且指替代該肢體的上和/或下的剛性部分。
因此，近部可以是裝到腿上的上部的剛性部分或裝到腿上可作為腿長度的延伸；遠部可以是裝到脛骨上的下部的剛性部分、或裝到脛骨上可作為脛骨長度的延伸。
在下面的文件中，彎曲和伸展指的是大腿和脛骨部分之間繞著通過膝蓋左右的水平軸的相對運動，轉動指的是在這些部分之間繞著垂直軸的相對運動。內翻運動指的是在這些部分之間圍繞著前后水平軸的運動。最后滾動和前后滑動指的是脛骨和大腿部分的端部在前后平面內的相對運動。
假體是保持殘疾人有毛病的肢體的運動和關節功能的矯形構件，這種構件由兩個剛性部分制成，由膝蓋高度的關節互相連接、裝到腿的一側或雙側上。整個構件可用帶子或模制件附著到大腿和腿上。用作下肢的假體通常是裝在膝蓋上兩個對稱的關節，僅允許彎曲-伸展運動，最好同時具有近部在遠部上的前后移動(參見EP-A-0297766，US-A-3779654)。然而膝蓋的生理運動是三維的，這些假體不可避免地要壓迫韌帶，這將有損于醫療或外科治療的目的。
從別的資料中我們知道，有一種裝有帶槽的平板的多軸的假體，它一前一后地操作，因此允許脛骨在沒有滑動的情況下的彎曲開始后相對于大腿滑動。
還有一種多軸的三維的膝蓋支柱(參見Orthotic公司第二代多軸膝蓋支柱，溫哥華、加拿大)它包括在有毛病的膝蓋的一側上可調節的關節。在該關節中，兩個球形部分一前一后地操作，它們具有繞一根軸以偏置方式安置的圓弧形槽。在開始彎曲時，近部移動，一旦它到達它的帶槽部分限位處，彎曲在第二個球部上的槽上進行，因此提供了非生理運動的三維運動。事實上由韌帶桿系統產生的膝蓋的生理運動包括與轉動和內翻運動結合的前后滾動和滑動。根據大多數研究表明，轉動和內翻運動主要發生在彎曲開始時，這些已知的構件是不能產生這種運動的。
在另一種已知的假體中，導向裝置包括帶槽的球殼，它們一個工作在另一個內(US-A-5107824)。事實上這個構件的外關節的殼的中心位于內關節殼中心的另一位置，由于該內外殼還由包住脛骨和腿的剛性帶整體地聯在一起，因此該構件不可避免地會受到束縛。另外，殼的球面形狀和一個非常整齊地裝到另一個上妨礙了模仿膝蓋的生理運動可得到的復雜跡線的運動。
假體是使一個部分或整個腿失去的人能保持行走能力的假肢構件。在假肢的頂部具有一套子和膝蓋軸的高度上的關節能使假肢彎曲，并使殘疾人能使其重量支撐在他的殘肢上。對長截肢的或超過膝蓋關節的大腿假肢來說，重要的是安置一個生理狀態的假肢關節。該假肢關節放置在膝蓋生理軸線的下方，會使行走不舒服，由于大腿部分比脛骨部分不正常地加長了，會使站立時看上去很不美觀。
最后人們知道了如在本文開始時描述的膝蓋支撐和替代構件(參見WO94/09729)。這些構件中，通過采用每個關節導向裝置的重量支承面的特殊構形，能使各關節件以與交叉桿系統產生的同樣的方式進行相互運動。由于采用了彎曲的、復雜的表面，它能在與彎曲-伸展程度成比例地改變運動輻度的同時產生與轉動和內翻相結合的彎曲。
在用上述已知的構件進行實驗的時候，已顯示出即使上面建議的技術方案處于最好狀態，關節仍會遇到在關節構件之間或者卡住、或者不受控制地滑動的情況。為了克服機構卡住的情況就會產生導向面過度磨損或韌帶受力的情況。
在本發明中，重要的是應注意到在上面已定義的、并與脛骨和大腿之間的相對運動有關的“滑動前-后滑動”和僅與構件的部件相關的“關節構件的不受控制的滑動”之間的區別。
本發明的目的是研制一種膝蓋支撐或替代構件，它能克服上述缺陷，特別能引導上述關節構件，使它們不會被卡住或出現相對的不受控制的滑動。同時又允許大腿和脛骨之間的生理的和相對的運動、特別是它們的前-后滑動。
為解決這些問題，按照本發明我們提供了一種本文開頭描述的膝蓋支撐或替代構件，該構件還包括在至少一個關節的至少一個近部上，一個第一嚙合面在一條跡線的長度上延伸，該跡線與在上述相對運動期間由上述至少一個近部的上述韌帶跨越的投影線形成的瞬態運動中心的移動相對應；和在至少一個關節的至少一個遠部上，第二嚙合面在一條跡線的長度上延伸，該跡線與在上述相對運動期間由上述至少一個遠部的上述韌帶跨越的投影成形成的瞬態運動中心的移動相對應，使第二嚙合面在該相對運動期間與第一嚙合面并置，和防止在第一和第二嚙合面之間在相對運動期間相互滑動的保持裝置。
正如上面所述，膝蓋的生理運動包括多個同時發生的運動，這可通過特殊的骨端構形和用十字形帶子將它們固定在一起來做到。
附
圖1表示從側面看的膝蓋G的前后平面，在圖示的位置，交叉的桿狀體AO和BC大致代表腿伸展位置的十字韌帶。字母a表示后十字韌帶、c表示前十字韌帶，字母b(AB)表示骨節間的頂部，字母d(CO)表示脛骨上部平面。圖1的右部是膝蓋的后部，用虛線表示。
骨節間頂部AB是在矯形術的行話中稱為“固定平面”的部分，而脛骨上部平面是被稱為“移動平面”的部分。
圖1表示固定平面相對于移動平面在膝蓋的相對運動期間的三種不同的移動位置，在圖示中，移動平面保持靜止不動。
正如圖中看到的，固定和移動平面的瞬態轉動中心是桿狀件AO和AC的交點I，在如圖1所示的固定平面的移動期間，由移動平面中的I的連續的位置形成一條曲線，該曲線被稱為基部并標記為IB。
該圖還示出移動平面相對于固定平面在膝蓋的相對運動期間的移動位置，固定平面保持靜止不動。桿狀物AO和AC的交點I構成沿一條曲線的連續的位置，該曲線稱作滾動曲線。記作IR。
在兩個平面的相互移動期間，滾動平面在基部上在沒有運動平面上的滑動的情況下滾動，這僅是由將這些平面保持在一起的桿狀系統的交叉的桿狀物的交點而產生的。
如果將這些理論知識用于膝蓋關節上，就意味著僅是十字韌帶的交叉而產生了純粹的滾動。運動中心離相交點越遠，與滾動有關的滑動量越大。
因此我們計劃在本發明中采用具有遠部和近部的支撐或替代構件的關節，遠部和近部由嚙合面按跡線一個在另一個上運動，該跡線與基部和交叉韌帶運動的滾動曲線相對應。另外，為了防止這些表面之間的任何滑動，提供了保持裝置。這些裝置和嚙合面的跡線約束了它們的關節的實際的桿狀系統的瞬態中心，該跡線是該關節部分中的交叉韌帶的瞬態中心的投影，該關節隨著純粹的滾動跡線運動，避免了關節構件的不利的相互滑動，并能控制膝蓋相對運動的前后滾動所必需的大腿和脛骨的滑動。
按照本發明的一個實施例，保持裝置包括安裝在上述第一嚙合面的至少一部分上的第一匹配裝置，安裝到上述第二嚙合面上的至少一部分上的第二匹配裝置，在上述相對運動期間第二匹配裝置與第一匹配裝置一起操作。
應該看到，在匹配裝置一起操作的情況下，按照本發明，可以認為兩個遠部和近部的嚙合表面是虛擬的，它們位于匹配裝置的節線上。
按照本發明的一個有利的實施例，上述第一和第二匹配裝置包括一起操作的鈍齒，齒的根部和齒間間距沿跡線橫向、從關節的內側到外側增大。
正如在WO94/09729中說明的，為了增強膝蓋的轉動和內翻，最好前后平面的任一側上的兩個關節應該是不同的。當上述兩種運動出現在彎曲開始時，在鈍齒開始嚙合的任何情況下，這些齒最好具有向外加寬的形狀。
按照本發明的一個特殊的實施例，上述第一和第二嚙合面是光滑的。于是保持裝置可以有利地包括至少一根具有第一端和第二端的帶子，上述至少一根帶子的第一端，附著到上述至少一個近部的靠近上述第一嚙合面的端部的地方，上述至少一根帶子的第二端附著到上述至少一個遠部的靠近上述第二嚙合表面的端部的地方。該端安置成朝向上述至少一根帶子附著到近部上的第一嚙合面的端部。
雖然本發明的構件的關節構件可以轉動和內翻不是必不可少的，很顯然最好它們能提供轉動和內翻。因此最好如WO94/09729的例子中描述的那樣每個關節備有上述導向裝置，該導向裝置包括；在一個關節構件上具有預定彎曲度的至少一個導向面，在另一關節構件上的至少一個導向件，對這些關節構件還具有在大腿和脛骨部分之間進行上述相對運動期間一起操作的、具有預定彎曲度的橫向并置表面。上述橫向并置的表面具有相互不同的復雜的彎曲度，通過這樣設置在大腿和脛骨之間的運動期間使它們僅部分接觸、至少在三個點上接觸，這是有利的。
按照本發明的一個改進的實施例，上述第一和第二匹配裝置的跡線這樣延伸、使之與相應關節構件配合的彎曲度相一致。這些匹配裝置不會在其整個長度上形成直線軌跡，事實上它們會隨著與關節導向裝置設定的相對應的復雜曲線運行，并且不會妨礙與導向裝置一致的穩定生理運動，同時還可阻止關節構件之間的不利的滑動。
在從屬于權利要求1的權利要求中展示了本發明的其它實施例。
圖1表示由膝關節構成的交叉桿系統運動的前后垂直平面投影的理論視圖，圖2表示本發明構件的雙關節的透視圖，圖3表示本發明構件的一個實施例的透視圖，圖4表示本發明的兩個匹配裝置的透視圖，圖5表示本發明構件改型的分解透視圖。
圖2表示一個膝蓋支撐或替換件，它包括雙關節1和2，該雙關節1和2在以圖示的方式、但也不僅限于圖示方式延伸通過膝蓋的中心的前后垂直平面的任一側。當然一個構件可以包括本發明的單關節。
正如在WO94/09729中詳細說明的，為了增強轉動和內翻能力，位于膝蓋兩側的兩個關節1和2最好是不同的。因此，在圖2所示的例子中，位于膝蓋內側的關節1比關節2要小。嚙合面30和31安置成沿基部的跡線和每個關節的滾動曲線，這樣每個關節的近部和遠部在它們移動的瞬態中心上通過、相互并置一起工作。
在該示例性的實施例中具有的保持裝置沒有滑動地，以鈍齒型匹配裝置3、4保持住相互并置的嚙合表面。因此，在本例中的嚙合表面是虛擬的、并與鈍齒3和4的節線30、31相對應。由于采用了這些匹配裝置3，在關節結合件之間就不再可能有不受控制的滑動。
應該看到，嚙合表面可如圖2所示的例子那樣在整個長度上裝有鈍齒，也可僅其部分上裝有鈍齒。
圖3表示一個分解的關節，它包括近部5和遠部6，它們相互接合在一起。
部分示出的接頭7可將近部5裝到下肢的大腿部分上。圖中未示出的類似或不同的接頭用來將遠部6裝到下肢的脛骨上。這些接頭要求并不嚴格，它們可以是帶子、帶狀物或類似件。
如果該構件包括多個關節，為使關節的近部相互連在一起，可制備多個接頭8，同樣也可制備多個接頭(未示出)將關節的遠部相互連在一起。這些接頭可以是剛性的、也可是柔性的結構。在任何情況下，它們都不是非常重要的。
在假肢的關節中總應制備導向裝置。正如上面說明的，一些導向裝置僅允許與滑動相聯合的前后滾動和彎曲，另一些導向裝置還允許轉動和內翻，這就可產生更接近生理運動的運動類型。
圖3示出的關節具有WO94/09729中提供的那種導向裝置。
作為導向裝置，圖3所示的近部5包括由復雜彎曲度的槽9形成的導向面，從遠部6伸出的暗銷形式的導向件10可在槽中滑動。導向件10由螺母11保持在槽9中，使它可在槽9中滑動。
作為導向裝置，圖3所示的遠部6包括由復雜彎曲度的槽12形成的導向面，從近部5伸出的暗銷形式的導向件13可在槽中滑動。導向件13由螺母14保持在槽12中，使它可在槽12中滑動。
近部5和遠部6還具有垂直并置的表面15、16，它們分別相互相對另一側上的表面17和18。圖示例子中的表面不是平的，正如在WO94/09729中詳細描述的，在下肢的大腿和脛骨部分之間移動時，通過至少三個點的部分接觸，這些表面具有相互不同的復雜的彎曲度。
在圖示的示例性實施例中，近部5由用膠接或焊接方法相互連接在一起的兩塊板19和20，板20的下端邊緣是鈍齒23，鈍齒節線沿著滾動曲線31的彎曲度延伸、彎曲度跟隨著該板的瞬態移動中心。板19比板20稍向下突出，可以看見槽9和縱向并置面16。
同樣地遠部6包括也以某種方式相互連接在一起的兩塊板21和22，板22的上端邊緣是鈍齒24，鈍齒節線沿基部30的彎曲度延伸，使彎曲度跟隨著該板的瞬態移動中心，板21比板22稍微向上突出，可以看見槽12和縱向并置面17。
當這些部分組裝在一起、在鈍齒23和24的節線30和31的高度上的嚙合面作相對移動時，鈍齒23和24能沿著板20和22的上、下邊緣一起操作，相應的并置面16和18、15和17也能一起操作。
因此，已知的導向裝置將在安裝該構件的關節和膝蓋上傳輸能轉動和內翻的桿式運動。按照本發明，桿的運動的瞬態中心將由受到鈍齒的約束而跟著純粹滾動。因此，將不會出現在先有技術的構件上某些接頭出現的不受控制的滑動和暗銷在槽中偶然被卡住的情況。
可以看到，人們已知道用齒輪的齒裝配到膝蓋支撐件的一個關節的圓形表面上(參見US-A-2883982，US-A-3779654，US-A-5038763和DE-A-19605734)，然而，這些鈍齒并未安置成沿關節瞬態中心的跡線，因此它們擠壓膝蓋。另外，它們產生的方式通常不允許除彎曲-伸直移動和非生理性的前后滾動外的任何其它運動。
圖4表示從鈍齒24、24′一部分上方看的透視圖，鈍齒沿兩個關節1和2的每一個的基部配合，兩個關節位于前后平面25的每一側上。
這些鈍齒24、24′分別沿相應關節的每個遠部的板22和22′的上邊緣排列，這些板的上邊緣在圖4中由點劃線示出，該點劃線與該遠部復雜的彎曲形狀相對應的曲折軌跡相一致。
在圖4的右側，關節1位于更靠內的地方、即離將結構分為兩個的前后平面的最近的地方。可以看出，鈍齒24′與鈍齒24不同。間距b亦即鈍齒的一個齒頂到下一齒頂的距離在遠離將結構分成兩個的平面、即鈍齒位于更外部時增大了。類似地在同樣的鈍齒上，該間距橫向向外加寬了。同樣，齒d的根部、即一個齒側的根部和該齒相對側的根部之間的距離在更外部的鈍齒上增大了，這些間距也橫向地向同樣的鈍齒外部增大。
相應的鈍齒沿近部的下邊緣安置。
鈍齒的復雜的彎曲形狀、齒根部間距和尺寸的增加與鈍齒之間的距離增大成比例，將結構分成兩個的平面能使鈍齒順利地滾動，同時以極佳的生理方式控制關節的相對運動。
應該看到，本發明不僅限于上面描述的實施例，可以在不超出所附權利要求設定的內容的情況進行可以想到的多種修改。
顯然，為了形成一個整體的結構5或6，并不絕對需要用板19和20、及板21和22，可以將板19和21僅用作關節導向、由板20和21形成的單獨機構僅用于瞬態中心的滾動并因此控制導向裝置。
雖然圖3所示的關節是假體關節，本專業技術人員將立即會想到它可用作一種取代裝置。
在鈍齒的端部、亦即完成彎曲相對應的部分上，間距b和齒的根部d可以是一個常數，這是有利的，因為人們知道，在膝蓋的相對運動的這一段中，不再有轉動和內翻運動的任何變化。
還可設想僅在一個關節部分、如槽9或12中的單個槽形中的導向面具有單根相應的導向件10或13，匹配裝置足以確保在另一個關節上的相應的導向面不是絕對必要的。
還可以使具有鈍齒的配合的板是平的，不具有任何復雜的彎曲度。在此情況下，鈍齒可具有恒定尺寸的間距和齒根。
圖5表示本發明的一種構件，其中嚙合面32和33是光滑的。這些表面的每一個分別包括兩個軌跡34、35和36、37，它們分別位于板38、39和40、41的端部，在膝蓋彎曲時沿著瞬態中心的跡線延伸。
阻止近部5和遠部6的嚙合面之間滑動的保持裝置包括圖中示出的帶子42和43。
帶子42的一端通過將螺釘44擰入靠近匹配軌跡34的一邊緣的板上的螺紋孔45附著到近部的板38上。在其另一端通過將螺釘44擰入靠近匹配軌跡36的一邊緣的板上的螺紋孔46來附著到遠部6的板40上，匹配軌跡36定位成朝向帶子42附著的匹配軌跡的邊緣。
帶子43的一端通過將螺釘48擰入靠近匹配軌跡35的一個邊緣的板上的螺紋孔49中來附著到近部5的板39上。在其另一端通過將螺釘50擰入靠近匹配軌跡37的一個邊緣的板上的螺紋孔中來附著到遠部的板41上。匹配軌跡37定位成朝向帶子43附著的匹配軌跡35的邊緣。
盡管以分解形式示出了板40和41，應該看到，在圖示的例子中，它們像板38和39一樣互相聯結在一起。在板之間安置的帶子能在關節移動時避免近部和遠部之間的滑動，同時桿系統的瞬態中心進行純粹的滾動，在該運動中，帶子42和43包在第一和第二嚙合面32和33之間。
在圖示的例子中，僅在遠部上具有槽12形的導向面，近部5的導桿13可在其中滑動。在這個例子中，相互相對直立的垂直并置的表面15和17最好是平面。
權利要求
1.膝蓋支撐或替代件包括至少一個關節(1、2)，每個關節包括至少一個近部(5)和至少一個以相對的關節式連接的遠部(6)，接頭(7)，用來將上述關節的至少一個近部(5)附著到下肢的大腿上、和將上述關節的至少一個遠部(6)附著到上述下肢的脛骨部分上，和相對的關節式連接件的導向裝置，它允許彎曲伸展的相對運動、與滑動相關聯的前后滾動、在上述大腿和脛骨部之間的轉動和/或內翻；因此允許在膝蓋的前后垂直平面橫向看，像交叉韌帶所得到的關節那樣，接近活生生地重現膝蓋的生理運動。其特征在于它還包括在至少一個關節(1、2)的至少一個近部(5)上的第一嚙合面(31、32)，該嚙合面在一條跡線的長度上延伸，該跡線與在上述相對運動期間，由上述至少一個近部(5)上的上述韌帶相交點的投影形成的瞬態運動中心的移動相對應；和在至少一個關節(1、2)的至少一個遠部(6)上的第二嚙合面(30、33)，該嚙合面在一條跡線的長度上延伸，該跡線與在上述相對運動期間，由上述至少一個遠部(6)的上述韌帶相交點的投影形成的上述瞬態運動中心的移動相對應，該第二嚙合面在該相對運動期間與第一嚙合面并置；和防止在第一嚙合面和第二嚙合面(30、31、32、33)之間在相對運動期間的滑動的保持裝置。
2.按照權利要求1的構件，其特征在于上述保持裝置包括安置在上述第一嚙合面(31)的至少一部分上的第一匹配裝置(3、23)，和安置在第二嚙合面(30)上的至少一部分上的第二匹配裝置(4、24)，在上述相對運動期間第二匹配裝置與第一匹配裝置相互合作進行操作。
3.按照權利要求2的構件，其特征在于上述第一和第二匹配裝置(3、23、4、24′)包括一起操作的鈍齒，其中齒根(d)和間距(b)相對于上述跡線的橫向、從關節的內側到外側移動時增大。
4.按照權利要求1的構件，其特征在于第一和第二嚙合面(32、33)是光滑的。
5.按照權利要求4的構件，其特征在于；保持裝置包括至少一根具有第一和第二端的帶子(42、43)，上述至少一根帶子(42、43)的第一端附著到上述至少一個近部(5)的靠近上述第一嚙合面(32)的一端上，上述至少一根帶子(42、43)的第二端附著到上述至少一個遠部(6)的靠近上述第二嚙合面(33)的一端上，上述第二嚙合面安置成面向上述至少一根帶子(42、43)附著到上述近部的第一嚙合面的端部。
6.按照權利要求5的構件，其特征在于每根上述帶子(42、43)在上述相對運動期間包在第一和第二嚙合面(32、33)之間。
7.按照權利要求1～6中任何一個的構件，其特征在于上述每個關節的導向裝置包括在一個關節式連接件上的預定彎曲度的至少一個導向面(9、12)和在另一個關節式連接件上的至少一個導向件(10、13)；這些關節式連接件還具有預定彎曲度的縱向并置的面(15、16、17、18)，它們在上述相對運動期間在大腿和脛骨部分之間一起操作。
8.按照權利要求7的構件，其特征在于上述垂直的并置面(15、16、17、18)具有相互不同的復雜的彎曲度，在大腿和脛骨部分之間的運動期間，這些表面在至少三點上產生部分接觸。
9.按照權利要求2和3中任何一個的構件，其特征在于它包括導向裝置和在一個關節的相同的近部(5)上的上述第一匹配裝置(3、23)。
10.按照權利要求2、3和9的任何一個的構件，其特征在于它包括導向構件和在相同的遠部(6)上的上述第二匹配裝置(4、24)。
11.按照權利要求1～10的任何一個的膝蓋支撐和替代構件，包括至少一個上述關節和至少一個位于上述前后垂直平面任一側上的另外的上述關節。
12.按照權利要求11的構件，其特征在于它包括相應地附著關節近部的第一固定裝置(8)，和相應地附著關節遠部的第二固定裝置。
全文摘要
本發明關于一種輔助或替代膝蓋的構件,它包括至少一個關節的至少一個近部(5),第一嚙合面沿與運動的瞬態中心的移動相對應的路線延伸,它由上述至少一個近部(5)上的韌帶交點的投影形成,在膝蓋運動時位于在上述至少一個關節的遠部(6)的上方;第二嚙合面沿與運動的瞬態中心的移動相對應的路線延伸,它由上述至少一個遠部(6)上的韌帶交點的投影形成、在膝蓋運動時支撐在第一嚙合面上,保持裝置(23、24)防止膝蓋運動時在第一和第二嚙合面之間的相互滑動。
文檔編號A61F2/38GK1337866SQ00803177
公開日2002年2月27日 申請日期2000年1月28日 優先權日1999年1月29日
發明者羅伯托·J·J·波斯泰爾曼斯 申請人:默格列·波斯泰爾曼斯