專利名稱：矯形外科膝關(guān)節(jié)以及用于控制矯形外科膝關(guān)節(jié)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種矯形外科膝關(guān)節(jié)，該矯形外科膝關(guān)節(jié)具有上部件，在該上部件上 設(shè)置有上部的連接裝置；可擺動地支承在該上部件上的下部件，該下部件具有用于矯形外 科部件的連接裝置；以及用于限制伸開運動的止擋。本發(fā)明還涉及一種用于控制矯形外科 膝關(guān)節(jié)的方法。
背景技術(shù)：
假肢學(xué)照料的目的基本上在于，盡可能在無功能限制的情況下提供失去的肢體的 盡可能好的替代。如果必須在患者那里設(shè)置具有假膝關(guān)節(jié)的大腿假肢，則得到多個構(gòu)造這 種假膝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)可能性。簡單的被動的單中心的假膝關(guān)節(jié)在結(jié)構(gòu)和制造方面特別簡單，但僅僅不完全地模 擬自然膝關(guān)節(jié)并且尤其是不可實現(xiàn)自然行走步態(tài)。防止假膝關(guān)節(jié)彎開的保險可通過相應(yīng)穩(wěn) 定的結(jié)構(gòu)即各個假肢部件相互間的和與身體的配置來進行，必要時在所謂閉鎖膝關(guān)節(jié)的情 況下通過鎖止裝置來支持。在這種假膝關(guān)節(jié)中，膝在擺動時相結(jié)束時始終完全伸展，由此， 單中心的膝關(guān)節(jié)由于靜態(tài)可靠結(jié)構(gòu)的要求而即使在后腳跟著地時也不具有或者具有很小 的內(nèi)屈傾向。這使得在后腳跟著地時的沖擊負荷直接引入到大腿殘肢或髖中，而在生理學(xué) 上考察，當(dāng)后腳跟著地時自然膝關(guān)節(jié)屈曲大約25°，這導(dǎo)致顯著的著地阻力。除了單中心的假膝關(guān)節(jié)，還存在多中心的假膝關(guān)節(jié)，這種假膝關(guān)節(jié)不僅在站立時 而且在行走的站立時相開始時的腳后跟負荷下當(dāng)伸展位置的瞬時轉(zhuǎn)動點的位置相應(yīng)高時 具有明顯的固有的穩(wěn)定性，由此，假膝關(guān)節(jié)在伸展位置中在沒有施加髖伸展力矩的情況下 也可靠。也可通過這種多中心的假膝關(guān)節(jié)實現(xiàn)到擺動時相的協(xié)調(diào)過渡以及在前腳負荷下膝 屈曲的引入。由此接近自然行走步態(tài)。多中心的假膝關(guān)節(jié)通常具有阻尼裝置，通過所述阻 尼裝置可在無穩(wěn)定性損失的情況下引入彈性彈動的或被阻尼的膝屈曲。DE4004988A1中描 述了具有可調(diào)節(jié)的擺動止擋的多中心的假膝關(guān)節(jié)。此外，公知了所謂的主動的假膝關(guān)節(jié)，這種假膝關(guān)節(jié)借助于電動支持引起屈曲的 引入以及基于傳感器數(shù)據(jù)的伸展。也存在主動的阻尼裝置，以便使阻尼與對應(yīng)的要求相匹 配。這種假膝關(guān)節(jié)在結(jié)構(gòu)和制造方面特別麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
從該現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種廉價的假膝關(guān)節(jié)和一種用于控 制假膝關(guān)節(jié)的方法，通過該假膝關(guān)節(jié)和該方法可允許使用者舒適地行走和放松地站立。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1特征的矯形外科膝關(guān)節(jié)以及具有權(quán)利要 求7特征的用于控制矯形外科膝關(guān)節(jié)的方法來解決。本發(fā)明的有利構(gòu)型和進一步構(gòu)型在對 應(yīng)的從屬權(quán)利要求中描述。根據(jù)本發(fā)明的矯形外科膝關(guān)節(jié)具有上部件，在該上部件上設(shè)置有上部的連接裝 置；可擺動地支承在上部件上的下部件，該下部件具有用于矯形外科部件的連接裝置；以及用于限制伸開運動的止擋，本發(fā)明提出，止擋構(gòu)造成可移位的并且與調(diào)節(jié)裝置耦合，調(diào)節(jié) 裝置又與控制裝置耦合，該控制裝置根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)激活調(diào)節(jié)裝置并且使止擋的位置變 化。對于矯形外科膝關(guān)節(jié)不僅理解為假膝關(guān)節(jié)，而且理解為矯正膝關(guān)節(jié)。如果在后面提到 膝關(guān)節(jié)，則是指矯正膝關(guān)節(jié)和假膝關(guān)節(jié)，自然膝關(guān)節(jié)被分開地稱為自然膝關(guān)節(jié)。如果在膝關(guān) 節(jié)中、尤其是在單軸膝關(guān)節(jié)中設(shè)置有可調(diào)節(jié)的伸開止擋位置，則對于行走而言伸開止擋可 向前移位，由此可在腳后跟著地時為了膝關(guān)節(jié)屈曲實現(xiàn)較大的傾斜度并且由此在引入站立 時相時實現(xiàn)提高的阻尼。對于站立而言，調(diào)節(jié)裝置可這樣激活，使得伸開止擋后撤，由此可 實現(xiàn)靜態(tài)更可靠的矯正器結(jié)構(gòu)或假肢結(jié)構(gòu)。通過主動調(diào)節(jié)伸開止擋的有效位置，由此可為 使用者通過動態(tài)向前移位提供舒適的行走并且基于可靠結(jié)構(gòu)提供著地阻尼和放松的站立。調(diào)節(jié)裝置有利地是電動機、例如步進電機，該電動機允許通過相應(yīng)控制來根據(jù)傳 感器數(shù)據(jù)實現(xiàn)止擋的高精度定位。作為對此的替換方案，調(diào)節(jié)裝置可液壓地調(diào)節(jié)止擋，其中，基于液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基 本阻尼特性同時實現(xiàn)止擋阻尼。在純電動的調(diào)節(jié)中，止擋也可配備有止擋阻尼，以便不僅使 膝關(guān)節(jié)的機械部件放松而且使大腿殘肢放松。優(yōu)選傳感器數(shù)據(jù)通過傳感器測定，這些傳感器可構(gòu)造成屈曲角度傳感器、傾斜度 傳感器、加速度傳感器和/或力傳感器，由此，可精度和可支配性盡可能高地提供對應(yīng)的運 動狀態(tài)的探測所需的數(shù)據(jù)。止擋可通過螺紋與調(diào)節(jié)裝置耦合，由此可進行絲杠調(diào)節(jié)，其中，或者絲杠本身或者 絲杠螺母即內(nèi)螺紋或外螺紋可被驅(qū)動，其中，不直接地被驅(qū)動的元件分別在相應(yīng)方向上移 位。矯正膝關(guān)節(jié)或假膝關(guān)節(jié)通常具有阻尼裝置或另外的液壓裝置，其中，當(dāng)下部件相 對于上部件移位時，液壓流體通過管路運動。伸展止擋在這種膝關(guān)節(jié)中可這樣來調(diào)節(jié)當(dāng)在 伸開運動中達到所期望或所計算的角度位置時，設(shè)置在液壓回路中的閉鎖裝置通過調(diào)節(jié)裝 置閉合。閉鎖裝置、節(jié)流器或閥于是在達到伸開位置時必要時在考慮延遲的情況下可通過 調(diào)節(jié)來閉合，由此，液壓流體不可再繼續(xù)流動，由此，伸開運動停止。此外，伸開止擋作為液 壓止擋的構(gòu)型具有優(yōu)點膝關(guān)節(jié)的機械部件得到保護。一種根據(jù)本發(fā)明的用于控制矯形外科膝關(guān)節(jié)的方法，該矯形外科膝關(guān)節(jié)具有伸開 止擋和調(diào)節(jié)裝置，通過該調(diào)節(jié)裝置可使伸開止擋的位置變化，本發(fā)明提出，根據(jù)傳感器數(shù)據(jù) 使伸開止擋的位置變化，尤其是在行走速度和/或步幅方面。行走速度和/或步幅在此通過 傳感器測定，其中，調(diào)節(jié)程序或控制程序提出，當(dāng)步速為零時、即當(dāng)站立時調(diào)節(jié)出最大伸開， 以便提供盡可能可靠的結(jié)構(gòu)。為了消耗盡可能少的能量以及達到均勻的行走步態(tài)，在擺動時相期間進行伸開止 擋的位置的變化，優(yōu)選進行伸開止擋的位置的連續(xù)匹配，這使得行走速度或步幅方面的變 化也得到考慮。由此，在站立時優(yōu)選的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)在行走時可這樣變化，使得站立時相動態(tài)的 膝關(guān)節(jié)在行走速度較高時也可有助于著地阻尼。伸展止擋的位置的變化與在彎曲方向或伸開方向上的運動阻力的可能變化無關(guān) 地進行。伸展止擋除了調(diào)節(jié)可構(gòu)造成止擋肩、栓或類似裝置構(gòu)型的純機械止擋之外也可通 過閥的閉合來進行。具有可調(diào)節(jié)的阻尼裝置的膝關(guān)節(jié)可這樣構(gòu)造控制裝置根據(jù)所測定的 傳感器數(shù)據(jù)在下部件相對于上部件的確定位置中使伸開阻尼閥閉合，以便由此實現(xiàn)擺動運動的限制。閥優(yōu)選構(gòu)造成閉鎖閥，該閉鎖閥在達到預(yù)給定的位置時閉合，必要時可使用在匹 配伸開阻尼時所使用的可調(diào)節(jié)的節(jié)流器作為閉鎖閥。


下面借助于附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。附圖中相同的參考標號標記相 同的部件。附圖表示圖1在稍微屈曲的位置中的大腿假肢的示意性視圖；圖2在完全伸展的位置中的大腿假肢；圖3具有長度可變化的控制單元的大腿假肢；圖4根據(jù)圖3的具有可電動調(diào)節(jié)的控制單元的大腿假肢；圖5具有長度可變化的耦合元件的大腿假肢；圖6具有可電動地長度變化的耦合元件的大腿假肢；圖7具有可移動地支承在控制單元中的耦合元件的大腿假肢；以及圖8具有可電動調(diào)節(jié)的機械止擋的大腿假肢。
具體實施例方式圖1示出了呈大腿假肢1構(gòu)型的矯形外科膝關(guān)節(jié)的原理結(jié)構(gòu)，該大腿假肢具有上 部件2和下部件3，在該下部件上固定著假腳4。上部件2和下部件3可繞擺動軸線5擺動 地相互連接。在上部件2的近中端部上設(shè)置有呈假肢筒構(gòu)型的上部的連接裝置20。在將矯 形外科膝關(guān)節(jié)構(gòu)造成假肢時，連接裝置構(gòu)造成部分地包圍大腿的筒的構(gòu)型或構(gòu)造成帶或其 它固定裝置的構(gòu)型。上部件2和下部件3于是在內(nèi)側(cè)或在外側(cè)由自然腿引導(dǎo)，矯形外科部 件4于是是腳殼，自然腳放入到該腳殼中。在上部件2與下部件3之間設(shè)置有控制單元6，該控制單元具有上部的固定點21 和下部的固定點31。上部的固定點配置給上部件2，而下部的固定點31配置給下部件3。 控制單元6可鉸接地支承在固定點21、31上。在當(dāng)前例子中，控制單元6具有缸61和活塞桿62，該缸和該活塞桿可彼此相對移 動地被支承著。活塞桿62設(shè)置在上部的固定點21上，而缸61設(shè)置在下部的固定點31上。 如果下部件3相對于上部件2擺動、例如屈曲，則活塞桿62內(nèi)縮到缸61中，在伸展運動或 伸開運動中，部件61、62彼此外伸。在控制單元6內(nèi)部可調(diào)節(jié)活塞桿62從缸61可外伸出 多遠的尺度。在所示位置中，膝關(guān)節(jié)最大程度地伸展，其中，上部件2和下部件3的縱向軸 線22、33彼此間有一個不同于180°的角度。在當(dāng)前情況下，上部件2相對于下部件3稍微 屈曲，盡管靠置在由缸61中的活塞桿62構(gòu)成的止擋上的假肢完全伸展。不僅在下部件3上而且在上部件2上設(shè)置有傳感器8、9，這些傳感器可測量在假肢 1內(nèi)部產(chǎn)生的力矩、力或加速度。也提出，這些傳感器8、9測定關(guān)于上部件2或下部件3或 者彼此間的或者絕對的傾斜度的信息。也在膝關(guān)節(jié)1內(nèi)部在轉(zhuǎn)動軸線5的區(qū)域中設(shè)置有屈 曲角度傳感器10，以便測定軸線22、23彼此間的角度位置，由此測定上部件2相對于下部件 3的角度位置。這些傳感器8、9、10與控制裝置6耦合，由此，基于傳感器數(shù)據(jù)通過未示出的 調(diào)節(jié)裝置可影響伸開的尺度，其方式是使活塞桿62的外伸長度變化。在控制裝置6中設(shè)置 有相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置基于存在的數(shù)據(jù)計算止擋的位置和調(diào)節(jié)行程。
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圖2中示出了基本上與圖1的膝關(guān)節(jié)相應(yīng)的膝關(guān)節(jié)1?；钊麠U62在此設(shè)置有套筒 63，該套筒可移動地或可扭轉(zhuǎn)地支承在活塞桿62上并且通過該套筒可進行長度調(diào)節(jié)。如果 例如通過調(diào)節(jié)裝置使活塞桿62扭轉(zhuǎn)，則該活塞桿可轉(zhuǎn)入到設(shè)置有螺紋的套筒63中或者從 其中轉(zhuǎn)出來，以便在缸61內(nèi)部的終端止擋保持不變的情況下實現(xiàn)膝角的變化。在圖2的所 示實施形式中，在完全伸展的位置中示出了膝關(guān)節(jié)1，這就是說，縱向軸線22、33彼此間有 180°的角度，這是站立期間的優(yōu)選位置，因為由此實現(xiàn)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。圖3中所示假肢與圖1中所示假肢的區(qū)別在于，控制單元6構(gòu)造得在其長度方面 可變化，例如通過螺旋套筒65和彼此反向地構(gòu)造的螺紋裝置變化，由此，通過轉(zhuǎn)動在放大 視圖中在膝關(guān)節(jié)1左側(cè)示出的螺旋套筒65，控制裝置6的一個件可朝上部的固定點21方向 移動或者離開該固定點，如通過雙箭頭所示的那樣。這通過相應(yīng)扭轉(zhuǎn)螺旋套筒65來實現(xiàn)， 由此，通過改變控制單元6的長度使得止擋位置移位，這又導(dǎo)致在伸展位置中最大膝角變 化?？刂茊卧?的與下部的固定點31耦合的件在此保持位置固定。圖4中示出，所述移位可電動地通過驅(qū)動電動64引起，該驅(qū)動電動是調(diào)節(jié)裝置。 調(diào)節(jié)于是基于控制單元6內(nèi)部的計算來進行，該計算基于傳感器8至10所提供的數(shù)據(jù)來實 施。圖5中示出了根據(jù)圖2的構(gòu)型連同控制單元6的放大視圖。螺旋套筒65可影響 活塞桿62的長度、即下部件3與上部件2之間的耦合元件的長度。在此止擋也在控制單元 6中實現(xiàn)，由此，當(dāng)上部件2與下部件3之間的耦合元件的長度變化時可進行止擋位置的變 化。圖6中示出，耦合元件、在此為活塞桿62的長度的變化通過電動機64來進行。在此調(diào) 節(jié)也可通過可轉(zhuǎn)動的螺紋桿或可轉(zhuǎn)動的螺紋套筒63來進行，該螺紋桿或螺紋套筒與活塞 桿62的外螺紋嚙合。圖7中示出了止擋的變化的一個方案。在此止擋也在控制裝置6中實現(xiàn)，其方式 是使活塞桿62的最大外伸長度變化。這通過活塞桿62或耦合元件62朝下部的固定點31 方向移動到缸61中來實現(xiàn)，例如其方式是旁通管路67中的閥66打開，由此，液壓流體可進 入到上部的缸室中，由此，活塞桿62可進一步沉入到缸61中。同時，伸開方向上的止擋位 置變化，因為活塞桿62較早地碰撞到缸61內(nèi)部的最大止擋上或壓在液壓液體上。由此，通 過控制單元6中的耦合件或活塞桿62的移動進行對在膝關(guān)節(jié)1完全伸展時變化的膝角的 限制。當(dāng)下部件3不可再進一步伸開時，即使仍沒有達到180°的角度位置，膝關(guān)節(jié)也完全 伸展。圖8中示出了作為替換方案的實施形式，在該實施形式中，止擋被構(gòu)造得與通常 構(gòu)造成液壓阻尼單元的控制單元7無關(guān)。分開的止擋7通過套筒的電動移位使得在不同膝 角下達到終端伸展。形成調(diào)節(jié)裝置的電動機64的控制信號由控制裝置6提供，該控制裝置 與傳感器8至10耦合。視所測定的傳感器數(shù)據(jù)例如上部件2或下部件3的傾斜度、通過假 腳或矯正腳4著地引起的軸向負荷或通過屈曲角度傳感器6得到的膝角而定調(diào)節(jié)不同的止 擋位置，由此可實現(xiàn)與正常行走步態(tài)更好地匹配。在圖8中，止擋套筒71和止擋7的調(diào)節(jié) 共同通過與電動機64耦合的螺紋72來進行。對于實施例中所示假膝關(guān)節(jié)1合適的實施形式相應(yīng)地也適用于最大伸開角度也 可根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)變化的矯正膝關(guān)節(jié)。除了調(diào)節(jié)裝置64作為電動機的所示實施形式之外，也可進行如圖7中所示的液壓止擋調(diào)節(jié)。閥66的激活可液壓地或機電地進行，例如通過轉(zhuǎn)換器或可轉(zhuǎn)換的閥來進行。也 可設(shè)置另外的傳感器裝置，這些傳感器裝置將所述傳感器數(shù)據(jù)之外的其它數(shù)據(jù)輸送給控制 裝置。在同時構(gòu)造成阻尼裝置的控制裝置6內(nèi)部存在計算裝置，這些計算裝置計算止擋位 置的相應(yīng)調(diào)節(jié)并且輸出用于調(diào)節(jié)裝置的控制數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
矯形外科膝關(guān)節(jié)，該矯形外科膝關(guān)節(jié)具有上部件(2)，在該上部件上設(shè)置有上部的連接裝置(20)；可擺動地支承在該上部件(2)上的下部件(3)，該下部件具有用于矯形外科部件(4)的連接裝置；以及用于限制伸開運動的止擋(7)，其特征在于該止擋(7)構(gòu)造成可移位的并且與調(diào)節(jié)裝置(64)耦合，該調(diào)節(jié)裝置(64)與控制裝置(6)耦合，該控制裝置根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)激活該調(diào)節(jié)裝置(64)并且使該止擋(7)的位置變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的矯形外科膝關(guān)節(jié)，其特征在于該調(diào)節(jié)裝置(64)是電動機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的矯形外科膝關(guān)節(jié)，其特征在于該調(diào)節(jié)裝置(64)液壓地調(diào)節(jié)該止 擋⑵。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的矯形外科膝關(guān)節(jié)，其特征在于這些傳感器數(shù)據(jù)通過傳感 器(8，9)測定，這些傳感器構(gòu)造成屈曲角度傳感器、加速度傳感器、傾斜度傳感器和/或力 傳感器。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的矯形外科膝關(guān)節(jié)，其特征在于該止擋(7)通過螺紋(72) 與該調(diào)節(jié)裝置(64)耦合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的矯形外科膝關(guān)節(jié)，其特征在于該止擋構(gòu)造成液壓管路 中的閉鎖裝置，其中，該閉鎖裝置與該調(diào)節(jié)裝置(64)耦合。
7.用于控制矯形外科膝關(guān)節(jié)的方法，該矯形外科膝關(guān)節(jié)具有伸開止擋和調(diào)節(jié)裝置，通 過該調(diào)節(jié)裝置可使該伸開止擋的位置變化，其特征在于根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)使該伸開止擋的 位置變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于由這些傳感器數(shù)據(jù)求得行走速度和/或步幅 并且據(jù)此使該伸開止擋的位置變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其特征在于當(dāng)步速為零時調(diào)節(jié)出最大伸開。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9之一的方法，其特征在于在擺動時相期間進行該伸開止擋的 位置的變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10之一的方法，其特征在于進行該伸開止擋的位置的連續(xù)匹配。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11之一的方法，其特征在于通過液壓管路中的閉鎖裝置的閉 合來調(diào)節(jié)該伸開止擋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種矯形外科膝關(guān)節(jié)，該矯形外科膝關(guān)節(jié)具有上部件(2)，在該上部件上設(shè)置有上部的連接裝置(20)；可擺動地支承在該上部件(2)上的下部件(3)，該下部件具有用于矯形外科部件(4)的連接裝置；以及用于限制伸開運動的止擋(7)，其中，該止擋(7)構(gòu)造成可移位的并且與調(diào)節(jié)裝置(64)耦合，該調(diào)節(jié)裝置(64)與控制裝置(6)耦合，該控制裝置根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)激活該調(diào)節(jié)裝置(64)并且使該止擋(7)的位置變化。
文檔編號A61F5/01GK101938958SQ200980104500
公開日2011年1月5日 申請日期2009年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月7日
發(fā)明者M·普施, P·卡帕斯 申請人:奧托·博克保健有限公司