DE69905830T2

DE69905830T2 - Fussprothese mit gefedertem knöchel

Info

Publication number: DE69905830T2
Application number: DE69905830T
Authority: DE
Inventors: Van L. Phillips
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2019-04-10
Also published as: DK0988004T3; US6206934B1; US7279011B2; WO1999052476A1; JP2002504007A; US20050234563A1; BR9906349A; EP1332737A2; ES2192844T3; EP1332737A3; US7354456B2; EP0988004A1; PT988004E; EP0988004B1; DE69938877D1; US7648533B2; KR20010013639A; US7879110B2; US20100106260A1; US6280479B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fußprothese und insbesondere eine einfach aufgebaute Fußprothese mit niedrigem Profil, welche verbesserte Verhaltenseigenschaften aufweist.
Auf dem Prothesenmarkt war der herkömmliche SACH-(Solid- Ankle, Cushion-Heel)-Fuß der am häufigsten verschriebene künstliche Fuß über die letzten 35 Jahre. Der SACH-Fuß enthält im allgemeinen ein festes Gelenk und eine gepolsterte Fußferse, die an einem Glied entlang einer angenäherten Gelenkachse durch das Fußgelenk befestigt ist. Der SACH-Fuß war genau gesagt wegen seiner Einfachheit und somit Wirtschaftlichkeit sehr populär, weist aber bestimmte Nachteile im Hinblick auf die dynamischen Reaktionseigenschaften auf. Insbesondere stellt der einfache SACH-Fuß nicht genügend Energiespeicherung und -freisetzung bereit, wie höher entwickelte Fußprothesen.
Die meisten modernen Fußprothesen enthalten eine bestimmte Form eines Energiespeicherungselementes zum Speichern und Freigeben von Energie beim Gehen. Üblicherweise kann dieses aus einer federvorgespannten Gelenkverbindung bestehen, welche metallische Schraubenfedern oder häufiger Gumminachgiebigkeitselemente enthalten. Preiswerte Fußprothesen wurden ebenfalls vorgeschlagen, welche im wesentlichen einen festen Gummi oder Schaumgelenkblock zum Speichern und Freigabe von Energie beim Gehen auf weisen. Ein derartiger Gelenkblock wurde in meinem erteilten Patent mit dem Titel PROTHESIS WITH RESILIENT ANKLE BLOCK, U.S. Patent Nr. 5,800,589 (WO 9604869) offenbart. Ein fester, kompressibler Gelenkblock kann zwischen oberen und unteren Trägerelementen befestigt sein, um eine federnde Kompression und Energiespeicherung und -freisetzung bereitzustellen. Die Verwendung eines Gelenkblockelementes bietet erhebliche Herstellungs- und Kostenvorteile. Jedoch ist es für einige Anwendungen schwierig, den gewünschten Grad an Federnachgiebigkeit und Energierückgabeeigenschaften unter Verwendung eines festen Gelenkblockes aufgrund der inhärenten Einschränkungen der verwendeten Materialien hinsichtlich Elastizität, Viskosität und maximaler Kompression zu erzielen.
Daher wäre es wünschenswert, einen Gelenkblock mit wählbarer Nachgiebigkeit und Energierückgabeeigenschaften bereitzustellen, die über einen größeren Bereich zur Anpassung an das unterschiedliche Gewicht, die Größe und Aktivitätspegel des Amputierten verändert werden können.

Zusammenfassung der Erfindung

Als Antwort auf die Probleme des Stands der Technik stellt die vorliegende Erfindung eine einfache, preiswerte, einen Gelenkblock mit Federeinsätzen enthaltende Fußprothese bereit. Der Gelenkblock besteht aus kompressiblem Material mit den gewünschten Nachgiebigkeits- und Energierückgabeeigenschaften. Der Gelenkblock ist zwischen einem Fußelement und einem Gelenkelement eingeschlossen. Einer oder mehrere Federeinsätze sind innerhalb des. Gelenkblockes eingebettet, um die Steifigkeit der Fußprothese zu erhöhen, und um den Grad der Energiespeicherung und -rückgabe zu verbessern. Die Form der Federeinsätze, ist bevorzugt eine, die eine Kompression während einer relativen Winkeldrehung der Gelenkplatten- und Fußplattenelemente, wie z. B. während einer Zehen- und Fersenabrollung, und auch eine vertikale Kompression, wie z. B. als Reaktion auf vertikale Stoßbelastungen unterstützt.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Basisfußprothese mit verbesserten Verhaltenseigenschaften bereitgestellt, die im allgemeinen eine untere Fußplatte, eine obere Gelenkplatte, einen Schaumgelenkblock, welcher die zwei Platten verbindet, und eine in den Gelenkblock eingebettetes Federelement aufweist. Sowohl die Fußplatte, als auch die Gelenkplatte sind aus einem starken, flexiblen Material, bevorzugt einem Laminat eines Verbundmaterials aufgebaut. Die Fußplatte hat angenähert die gleiche Größe wie ein zu ersetzender menschlicher Fuß, während die Gelenkplatte eine ähnliche Breite aber eine kürzere Länge als die Fußplatte besitzt. Der Gelenkblock besitzt eine Länge und Breite angenähert gleich der Gelenkplatte und ist zu dieser ausgerichtet. Das Federelement weist zwei relativ flache Elemente aus Carbonfaserverbundmaterial auf, die in ihrer Mitte aneinander befestigt sind und an ihren Enden getrennt sind. Dieses verleiht dem Federelement eine bevorzugte Form eines Schmetterlings oder eines doppelten Gabelbeins. Bevorzugt verbindet ein Befestigungselement die Gelenkplatte mit dem Stumpf- oder Unterschenkelträgerrohr des Trägers. Während des Gehens stellt die Kombination des federnden Gelenkblockes mit dem eingebetteten Federelement und dem flexiblen Platten einen sanften Übergang von einer Fersenaufsetz- bis zu einer Zehenabhebeposition bereit.
In einem weiteren Aspekt kann der Gelenkblock einer Fußprothese mit zylindrischen Öffnungen sowohl in dem vorderen, als auch hinteren Positionen des Gelenkblockes versehen sein. Diese Öffnungen ermöglichen die Plazierungen zusätzlicher Einsätze oder Versteifungselemente, um dem Block die gewünschte Steifigkeit zu verleihen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fußelement auch eine sich verjüngende Dicke auf. Ferner weist das Fußelement nach oben angehobene Fersen- und Zehenenden und einen Bogenbereich dazwischen auf.
Zum Zwecke der Zusammenfassung der Erfindung und der gegenüber dem Stand der Technik erzielten Vorteile wurden verschiedene Aufgaben und Vorteile der Erfindung hierin vorstehend beschrieben. Natürlich dürfte es sich verstehen, daß nicht notwendigerweise alle derartige Aufgaben oder Vorteile mit jeder spezifischen Ausführungsform der Erfindung erzielt werden können. Somit wird beispielsweise der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, daß die Erfindung in einer Weise verkörpert oder ausgeführt werden kann, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen erreicht oder optimiert, wie sie hierin gelehrt werden ohne notwendigerweise weitere Aufgaben oder Vorteile, wie sie hierin gelehrt oder vorgeschlagen werden, zu erzielen.
All diese Ausführungsformen sollen innerhalb des Schutzumfangs der hierin offenbarten Erfindung liegen. Diese und weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Fußprothese der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Fußprothese der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des in dem Gelenkblock der vorliegenden Erfindung eingebetteten Federelementes.
Fig. 4 eine Seitenaufrißansicht der Fußprothese, welche deutlicher eine Fußplatte mit einer sich verjüngenden Dicke entlang ihrer Länge, darstellt.
Fig. 5A eine Schnittansicht der Fußprothese in einer Fersenaufsetzposition eines Gehschrittes.
Fig. 5B eine Schnittansicht der Fußprothese in einer flachen Position eines Gehschrittes.
Fig. 5C eine Schnitt ansieht der Fußprothese in einer Fersenabhebeposition eines Gehschrittes.
Fig. 5D eine Schnittansicht der Fußprothese in einer Zehenabhebeposition eines Gehschrittes.
Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Fußprothese der vorliegenden Erfindung, welche ein modifiziertes Federelement enthält.
Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Fußprothese der vorliegenden Erfindung, welche einen modifizierten Gelenkblock enthält.
Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Fußprothese der vorliegenden Erfindung, einen modifizierten Gelenkblock enthält.
Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Fußprothese der vorliegenden Erfindung, welche einen Gelenkblock mit aufblasbarer Blase enthält.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform einer Fußprothese 10 der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht, bzw. einer Querschnittsseitenansicht dargestellt. Die Fußprothese 10 weist im allgemeinen eine untere Fußplatte 12, eine obere, kleinere Gelenkplatte 14, eine Gelenkschicht oder einen Block 16 bestehend aus federndem Material, der die Fußplatte 12 mit der Gelenkplatte 14 verbindet und ein Federelement 18 auf, das innerhalb des Gelenkblockes 16 eingebettet ist. Die Fußplatte 12 besitzt eine Länge und Breite in etwa angenähert der ungefähren Länge und Breite des amputierten Fußes des spezifischen Trägers, und ist so bemessen, daß sie in ein in Strichlinien dargestelltes äußeres flexibles Kosmetikelement 30 paßt. Die Gelenkplatte 14 und der federnde Gelenkblock 16 haben angenähert dieselbe horizontale Querschnittsgröße. Die Gelenkplatte 14, der Gelenkblock 16 und das Federelement 18 sind quer bezüglich der hinteren Hälfte der Fußplatte 12 zentriert und im allgemeinen darüber positioniert. Die Gelenkplatte 16 ist zwischen der Fußplatte 12 und der Gelenkplatte 14 eingeschlossen und ist bevorzugt mit beiden Platten unter Verwendung eines Polyurethanklebers oder anderer bekannter Befestigungstechniken verklebt oder verbunden.
Das Federelement 18 ist ein federndes Trägerelement, das innerhalb des federnden Gelenkblockes 16 eingefügt ist. Gemäß Darstellung in Fig. 3 besteht das Federelement 18 bevorzugt aus oberen und unteren plattenartigen Elementen 22 und 24, wovon jedes relativ flach ist und im wesentlichen eine rechteckige vertikale Projektion aufweist. Diese Elemente sind in ihrer Mitte durch ein Befestigungselement 26 aneinander befestigt und an den Enden 80 und 82 getrennt. Das obere Ele ment 22 weist bevorzugt eine krummlinige konkave, aufwärtsgerichtete Form auf, während das untere Element 24 bevorzugt eine krummlinige konkave, abwärtsgerichtete Form aufweist. Dieses gibt dem Federelement 18 im wesentlichen eine doppelte Gabelbein- oder Schmetterlingsform.
Gemäß Darstellung in Fig. 1 ist das Federelement 18 vollständig innerhalb des Gelenkblockes 16 eingebettet, so daß es von außen her nicht sichtbar ist. Gemäß Fig. 2 erstreckt sich das Federelement 18 im wesentlichen in Längsrichtung über die Länge des Gelenkblockes 16 und weist eine Breite im wesentlichen gleich der Breite des Gelenkblockes 16 auf. Das Befestigungselement 26 kann aus Schrauben, einer Schweißung oder einer beliebigen anderen Befestigungseinrichtung bestehen, wie sie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Befestigungsvorrichtung 26 ein Band, welches um den Mittenabschnitt der zwei Elemente 22, 24 laminiert ist. Ein Keilelement 28 bevorzugt aus einem nachgiebigen Elastomer ist zwischen den zwei Plattenelementen 22, 24 angeordnet, um die Innenoberfläche der Elemente zu schützen, und um eine zusätzliche Unterstützung für das Federelement 18 bereitzustellen. Der Keil 28 dient zur Bereitstellung einer Hebelwirkung zwischen den zwei Plattenelementen 22, 24 und ermöglicht eine Einstellung der Biegeeigenschaften des. Federelementes 18, falls dies gewünscht ist. Alternativ kann er fest in seiner Lage dauerhaft verklebt sein oder in einem Stück mit einem oder beiden von den Plattenelementen 22, 24 nach Wunsch ausgebildet sein. Obwohl das Federelement 18 als mit eine Doppelgabelbein- oder Schmetterlingskonfiguration besitzend, beschrieben wurde, können auch andere Formen und Größen für die Bereitstellung einer Unterstützung für den Gelenkblock 16 geeignet sein. Ferner kann mehr als nur ein Federelement in dem Gelenkblock vorgesehen sein, um Unterstüt zung und Energierückgabe für die Fußprothese 10 bereitzustellen.
Wie man in den Fig. 1 und 2 sehen kann weist die Fußprothese 10 auch ein Tragrohrelement 32 auf, welches an dem (nicht dargestellten Stumpf des Amputierten befestigt werden kann und sich relativ davon in einer im allgemeinen vertikalen Richtung nach unten erstreckt. Das Tragrohrelement 32 in der bevorzugten Ausführungsform ist eine rohrförmige Konstruktion mit einem im wesentlichen gleichen Trägheitsmoment im alle Richtungen, um eine Biegung in allen Richtungen zu begrenzen. Das rohrförmige Element 32 ist auch bevorzugt hohl, so daß es relativ gleichgewichtig ist und weniger Material verwendet, was die Produktionskosten verringert. Das Tragrohrelement 32 ist so dimensioniert, daß es gegen ein standardmäßiges 30 mm Tragrohr ausgewechselt werden kann. Weitere Konfigurationen, welche Steifigkeit verleihen, wie z. B. geradlinige Querschnittsabschnitte mit relativ größeren Trägheitsmomenten in einer oder beiden Querachsen können verwendet werden, um die hierin diskutierten Vorteile zu erzielen. Eine Mittellinie 70 durch das Trägerrohr 32, dargestellt in Fig. 1, definiert die Abwärtsrichtung der Kraftaufbringung.
Gemäß Darstellung in Fig. 1 und 2 ist die Gelenkplatte 14 an dem Tragrohrelement 32 über ein vertikal ausgerichtetes oberes Befestigungselement 34 befestigt. Das obere Befestigungselement 34 ist an einem krummlinigen Gelenkabschnitt 36 befestigt, welcher mit der Gelenkplatte 14 verbunden ist. Bevorzugt sind diese drei Teile monolithisch miteinander für eine optimale Festigkeit und Beständigkeit ausgebildet. Das Befestigungselement 34 weist eine rückwärtige Oberfläche 38 gemäß Darstellung in Fig. 2 und eine vordere Oberfläche 40 im wesentlichen parallel dazu auf. Das Befestigungselement 34 ist im wesentlichen starr und kann Torsion, Stoß und andere Belastungen aushalten, die darauf durch die Prothese ausgeübt werden. Zusätzlich verhindert die inhärente Steifigkeit des Befestigungselementes 34, daß dieses in irgendeiner erheblichen Weise verformt wird, und bewirkt die effektive Übertragung der vorgenannten darauf ausgeübten Belastungen auf ein geeignetes Zusatzprothesentragrohr 32.
Gemäß Fig. 2 ist das Befestigungselement 34 in der bevorzugten Ausführungsform vertikal ausgerichtet, so daß es an dem Tragrohrelement 32 befestigt werden kann. Eine Verbindungsvorrichtung 42 ist an dem unteren Ende des Tragrohrelementes 32 positioniert, welche eine flache Oberfläche bereitstellt, auf welcher das vertikale Befestigungselement 34 befestigt werden kann. Die Verbindungsvorrichtung 42 besitzt 'eine Befestigungsoberfläche 44, welche mit der zylindrischen Außenoberfläche des Tragrohrelementes 32 übereinstimmt, und eine zweite im wesentlichen flache Befestigungsoberfläche 46, welche mit dem Befestigungselement 34 übereinstimmt. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Befestigungsoberfläche 44 gekrümmt, da sie mit der Außenoberfläche des rohrförmigen Tragrohrelementes 32 übereinstimmt, und die Befestigungsoberfläche 46 ist eben, so daß sie die vordere Oberfläche 40 des Befestigungselementes 34 aufnimmt.
Erwünschtermaßen ist die Verbindungsvorrichtung 43 mit dem Tragrohrelement 32 verschweißt oder verbunden und weist zwei (nicht dargestellt) Löcher auf, in welche zwei Schrauben 48 eingesetzt und befestigt werden können. Das Befestigungselement 34 besitzt ebenfalls zwei (nicht dargestellte) Löcher, welcher zu den Löchern in der Verbindungsvorrichtung ausgerichtet sind, um die zwei Schrauben 48 durch das Befes tigungselement 34 und die Verbindungsvorrichtung 42 hindurch anzuordnen und zu befestigen. Es werden, auch andere Verfahren zum Befestigen des Tragrohrelementes an dem Fußabschnitt in Betracht gezogen, wie z. B. die in meinem früher erteilten U.S. Patent Nr. 5, 514,186, dessen Gesamtheit hierin durch Bezugnahme beinhaltet ist, sowie diejenigen, welche einteilig ausgebildete Konstruktionen verwenden.
Wie festgestellt, ist das monolithisch mit der Gelenkplatte 14 ausgebildete Befestigungselement 34 vertikal so ausgerichtet, daß es sich von der Verbindungsvorrichtung 42 auf dem Tragrohrelement 32 aus relativ nach unten erstreckt. Gemäß Darstellung in Fig. 2 ist die Dicke des Befestigungselementes 34 entlang diesem vertikalen Abschnitt relativ größer als die Dicke der Gelenkplatte 14, die im wesentlichen horizontal entlang dem Fußabschnitt ausgerichtet ist. Das Befestigungselement 34 ist ebenfalls relativ dicker ausgebildet, um die auf die Fußprothese ausgeübte vertikale Belastung zu unterstützen, und auch eine ungewollte Biegung an dieser Verbindung zu begrenzen. Der gesamte obere vertikal ausgerichtete Abschnitt des Befestigungselementes 34 weist bevorzugt eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke und Breite auf.
Das rohrförmige Tragrohrelement 32 ist bevorzugt von der Prothesenvorrichtung entfernbar, so daß das Tragrohrelement ausgewechselt werden kann, ohne den Rest der Fußprothese zu ersetzen. Dieses ermöglicht es, daß die Erfindung des Anmelders in einem größeren Bereich eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann das rohrförmige Element der Erfindung des Anmelders zugeschnitten und für die Anwendung durch Amputierte mit unterschiedlichen Stumpflängen einschließlich noch wachsender Amputierter angepaßt werden. Der Prothetiker muß lediglich ein standarisiertes rohrförmiges Tragrohr auf die Länge zuschneiden. Ferner erübrigt dieses, einen langen starren Schenkelabschnitt als ein Teil der Prothese herzustellen. · Somit werden weniger Materialien für die Herstellung der Prothese der Erfindung des Anmelders benötigt, was zu verringerten Herstellungskosten führt.
Die bevorzugte Ausführungsform weist ferner zylindrische Schlitze oder Öffnungen 50, 51 in dem vorderen und hinteren Abschnitten des Gelenkblockes 16 auf, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, um die Aufnahme von Versteifungselementen 52, 53 zu ermöglichen. Die zylindrischen Öffnungen 50, 51 sind horizontal in einer Richtung im allgemeinen quer zu einer Vorwärtsgehbewegung und zwischen den oberen und unteren Plattenelementen 22 und 24 angeordnet. Die Versteifungselemente 52, 53 können entfernbar in diesen Öffnungen angeordnet sein, um der Fußprothese 10 eine zusätzliche Unterstützung und Steifigkeit zu verleihen und um auch die Federeigenschaften der Fußprothese zu modifizieren. Beispielsweise kann eine zusätzliche Energiespeicherung und -rückgabe für einen aktiveren Amputierten durch Einsetzen von Versteifungselementen 52, 53 in den Gelenkblock 16 mit einer höheren Federkonstante vorgesehen werden. Andererseits können, wenn mehr Kontrolle gewünscht ist. Versteifungselemente mit niedrigerer Federkonstante eingesetzt werden, um einen Gelenkblock 16 mit größeren Dämpfungseigenschaften zu erzeugen. Alternativ können die zylindrischen Öffnungen 50, 51 leer bleiben und machen dadurch die Nachgiebigkeitseigenschaften alleine von dem Gelenkblock 16 und dem Federelement 18 abhängig.

Bevorzugte Materialien und Herstellung

Sowohl die Fußplatte 12 als auch die Gelenkplatte 14 werden bevorzugt aus einem flexiblen Material hergestellt, so daß das Biegen der Platten zum Abschwächen extremer Sche rungsbeanspruchungen führt, die auf die Schnittstellen zwischen dem Gelenkblock 16 und den Platten 12, 14 aufgebracht werden. Sowohl die Fußplatte 12 als auch die Gelenkplatte 14 sind bevorzugt aus Fiberglas hergestellt, welches Festigkeit und Flexibilität bereitstellt. Das bevorzugte Material für die Gelenkplatte 14 und die Fußplatte 12 ist ein auf Vinylester basierender Bahnformungsverbundstoff, wie z. B. Quantum QC-8800, beziehbar von Quantum Composites of Midland, Michigan. Alternativ können die Platten aus einer Vielzahl von Laminatschichten hergestellt werden, die in einem gehärteten flexiblen Polymer eingebettet sind. In weiteren Anordnungen können die Platten aus anderen Materialien, wie z. B. Kohlefaserverbundstoffen hergestellt werden, wie es dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist. Die gewünschte Eigenschaft der Platten sind die, daß sie relativ nachgiebig sind, so daß sie einem Brechen bei der Aufbringung von wiederholten Biegespannungen widerstehen und trotzdem ausreichend Flexibilität besitzen, um die Verhaltenseigenschaften zu verbessern, die von dem Träger in Verbindung mit den Eigenschaften des federnden Gelenkblockes gefühlt werden. Das Tragrohrelement 32 wird bevorzugt aus einem steifen Material, wie z. B. einem Laminat aus faserverstärktem Verbundstoff hergestellt. Die Steifigkeit des Tragrohrelementes 32 kann auch durch ein Versteifungselement und ein noch dichteres Material bereitgestellt werden.
Der Gelenkblock 16 ist zwischen der Fußplatte 12 und der Gelenkplatte 14 gemäß Darstellung in Fig. 1 und 2 eingeschlossen und ist bevorzugt mit beiden Platten verbunden. Der Gelenkblock, wird bevorzugt aus Urethan, Gummi oder einem anderen geeigneten Material mit den gewünschten Nachgiebigkeits- und Energierückgabeeigenschaften hergestellt. Ein bevorzugtes Material für den Gelenkblock ist aufgeschäumter Po lyurethanschaum, wie z. B. der zelluläre Vulkolka® Pur-Cell, Nr. 15-50 mit einer Dichte von angenähert 500 kg/m³, wie er von Pleiger Plastics Company of Washington, Pennsylvania beziehbar ist. Alternativ kann der Gelenkblock 16 aus einer breiten Vielfalt von anderen federnden Materialien nach Wunsch geformt oder hergestellt werden, wie z. B. aus einen natürlichen oder synthetischen Gummi, Kunststoffen, Honigwabenstrukturen oder anderen Materialien. Zellularer Schaum stellt jedoch ein hohes Maß an Kompressibilität mit den erwünschten viskoelastischen Federeigenschaften für ein natürlicheres Schrittgefühl zur Verfügung, ohne die Steifigkeitsnachteile und die eingeschränkte Kompression, in Verbindung mit festen elastomerischen Materialien. Ferner macht die zelluläre Natur eines Schaums den Block leichter als die festen Elastomere. Schaumdichten zwischen etwa 150 und 1500 kg/m³ können verwendet werden, um die Vorteile der hierin gelehrten Erfindung zu erhalten.
Das Federelement 18 wird bevorzugt aus einem gut federnden Material hergestellt, das in der Lage ist, eine Kompression während einer relativen Winkelrotation der oberen und unteren Elemente 12 und 14, wie z. B. während einer Zehen- und Fersenabrollung zu unterstützen und auch eine vertikale Kompression, wie z. B. als eine Reaktion auf vertikale Stoßbelastungen. Ein bevorzugtes Material sind Kohlefaserverbundstoffe, wie z. B. gewebte Fasermatten und Schnittfasern in einer Epoxydmatrix. Jedoch werden auch andere Materialien mit ähnlichen Festigkeits- und Gewichtseigenschaften dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sein und können somit wirkungsvoll eingesetzt werden. Beispielsweise können andere Faserarten eingesetzt werden, wie z. B. Glas, Kevlar und Nylon beispielsweise, um leichtgewichtige und strukturelle und dynamische Eigenschaften konsistent zu den Bedürfnissen eines spe zifischen Amputierten sicherzustellen. Der Keil 28 kann aus - einer breiten Vielfalt nachgiebiger Materialien, einschließlich natürlichem und synthetischem Gummi, elastomerischen Polyurethan oder dergleichen hergestellt werden.
Der das Federelement 18 enthaltende Gelenkblock 16 kann durch Einspritzen eines Polyurethanelastomers in eine Form und Aushärten hergestellt werden. Das Federelement 18 kann in die Form vor der Einspritzung des Polyurethans eingesetzt werden, so daß sich während der Härtung das Polyurethan mit dem Federelement verbindet. Die zylindrischen Schlitze oder Öffnungen 50, 51 für die Einführung von Versteifungselementen 52, 53 können in dem Gelenkblock 16 durch Einführen zylindrischer Stopfen in dem Block vor der Einspritzung des Polyurethans vorgesehen werden. Alternativ können die Öffnungen in dem Block nach dem Härten einfach durch Wegschneiden oder Wegbohren von Abschnitten des. Gelenkblockes erzeugt werden.
Die in den Öffnungen vorgesehenen Versteifungselemente sind bevorzugt Rohre aus Schaummaterial mit einer Dichte, welche gemäß den gewünschten Nachgiebigkeitseigenschaften ausgewählt wird. Ein bevorzugtes Material ist aufgeschäumtes Polyurethan mit einer Schaumdichte von etwa 150 bis 1500 kg/m³. Bevorzugter wird eine Dichte von etwa 250 bis 750 kg/m³ gewählt, um eine angemessene Einstellung der Energiespeicherungs- und Rückgabeeigenschaft des Fußes bereitzustellen.

Bevorzugte Abmessungen

Gemäß Darstellung in Fig. 4 weist die Fußplatte 12 bevorzugt eine krummlinige Form auf. Die Dicke t der Fußplatte verjüngt sich bevorzugt entlang ihre Länge und das sich verjüngende Profil entspricht in angenähert des Gewicht des Amputierten. D. h., für einen schwereren Amputierten ist die Dicke entlang der Längs größer als für einen leichteren Ampu tierten. Im allgemeinen können die Gewichtsgruppen als leicht, mittel oder schwer klassifiziert werden.
Die nachstehende Tabelle I stellt bevorzugte Gruppierungen als Modulgrößen C/D/E der Kosmetikteilgrößen dar, die einem männlichen Schuh mit der Breite "A" entsprechen. Die Größen werden durch die Länge L, die Breite B an dem Vorfuß und die Breite H an der Ferse des Kosmetikteils dargestellt. Tabelle I Kosmetikteilgrößen für eine männliche Schuhleistenbreite "A"
Die nachstehende Tabelle II präsentiert bevorzugte Modulgrößen für verschiedene Gewichtsgruppen von Amputierten. Tabelle II Modulabhängigkeit von den Gewichtsgrößen
Die nachstehende Tabelle III stellt bevorzugte Verjüngungsdicken (t) für eine durchschnittliche oder "DM"-Fußplatte 12, entlang Positionen im Abstand x = 2,54 cm (1 inch) dar. Tabelle III Verjüngungsdicke t für DM-Fußplatte
Die Fußplatte 12 besitzt ein Fersenende 54, links in Fig. 4, welches konkav aufwärtsgerichtet oder leicht aus einer horizontalen Ebene T&sub1; tangential zu dem Fersenende 54 der Fußplatte 12 angehoben ist. Ähnlich ist ein Zehenende 56, rechts in Fig. 4, konkav aufwärtsgerichtet oder etwas aus einer horizontalen Ebene T&sub2; tangential zu dem vorderen Abschnitt der Fußplatte 12 angehoben. Ein Bogenabschnitt 58 ist zwischen den Fersen- und Zehenenden ausgebildet und gemäß Darstellung bevorzugt konkav nach unten gerichtet.
Es dürfte sich verstehen, daß innerhalb des (nicht dargestellten) Kosmetikelements 30 die Tangentenebene P&sub1; des Fersenendes 54 leicht über einen Abstand y im Bezug auf die Tangentenebene P&sub2; des Zehenendes 56 gemäß Darstellung angehoben ist. Die Fußplatte mit der Größe DM von Tabelle III besitzt beispielsweise ein y von 1,27. cm (0,5 inch). Die Fußplatte 12 ist bevorzugt 0,63 cm (0,25 inch) von dem Boden oder der Sohle des Kosmetikteils 30 entfernt. Das Kosmetikelement 30 kann unter Verwendung einer anatomisch ausgebildeten Fußform mit Details und Größen auf der Basis eines Hauptmuster und/oder digitalisierter Daten, welche typische Fußgrößen repräsentieren, einspritzgeformt werden.
Ein Zwischenbereich 58, der den Bogenabschnitt der Fußplatte 12 aufweist, besitzt die größte Dicke der Fußplatte 12. Die Krümmung des Bogenbereiches 58 ist durch das Kosmetikelement oder das Schuhsohlenprofil bestimmt und entspricht im allgemeinen ausgewählten Bereichen menschlicher Fußlängen.
Die Fußplatte 12 der Prothese 10 besitzt bevorzugt eine Länge zwischen etwa 13 und 38 cm (5 und 15 inch) und bevorzugter zwischen etwa 20 und 30 cm (8 und 12 inch) für die in der Tabelle I angegebenen Fußgrößen. Die Breite der Fußplatte 12 ist bevorzugt etwa 2,5 bis 8 cm (1 bis 4 inch). Für das in der Tabelle III für eine Fußplatte 12 der Größe M gegebene Beispiel ist die Länge der Platte 12 etwa 23 cm (9 inch) und deren Breite etwa 5 cm (2 inch). Die Fußplatte 12 besitzt eine Dicke von etwa 0,1 bis 1 cm (0,05 bis 0,4 inch), welche bevorzugt wie in Tabelle III dargestellt sich verjüngend sein kann.
Die Gelenkplatte 14 der Prothese 14 ist im wesentlichen eben und ist bevorzugt in der Länge kürzer als die Fußplatte 12 und besitzt eine Dicke, die ebenfalls durch die Gewichtsgruppe des Trägers bestimmt ist. Die Dicke der Gelenkplatte ist bevorzugt etwa 0,1 bis 1 cm (0,05 bis 0,4 inch). Insbesondere ist die entsprechende Gelenkplatte 14 in dem vorliegenden Beispiel etwa 0,5 cm (0,2 inch) an dem hinteren Abschnitt 62 dick und verjüngt sich auf eine Dicke von etwa 0,25 cm (0,1 inch) am vorderen Abschnitt 60. Die Gelenkplatte 14 weist bevorzugt eine Länge von etwa 8 bis 18 cm (3 bis 7 inch) und eine Breite von etwa 2,5 bis 8 cm (1 bis 3 inch), bevorzugter mit einer Längen/Breiten-Abmessung von angenähert 13 · 5 cm (5 · 2 inch) auf. Die Gelenkplatte 14 ist so in einem Winkel angeordnet, daß ihre vordere Spitze 60 näher an der Fußplatte 12 angeordnet ist als ihre hintere Spitze 68. Im Bezug auf die in Fig. 4 dargestellte Ebene P&sub3; ist die hintere /Spitze bevorzugt in einem Winkel γ von etwa 5 bis 30 Grad und bevorzugter von etwa 10 Grad angehoben.
Der Gelenkblock 16 ist im allgemeinen so bemessen, daß seine Oberseitenoberfläche eben ist, und der Länge und der Breite der Gelenkplatte 14 entspricht. Die untere Oberfläche des Gelenkblockes 16 ist im wesentlichen krummlinig, so daß sie an die krummlinige Oberfläche der Fußplatte 12 angepaßt ist. In dem vorliegenden Beispiel weist der Block eine bevorzugte Dicke an seinem vorderen Ende 66 von etwa 2,5 bis 8 cm (1 bis 3 inch), bevorzugter etwa 3,4 cm (1,3 inch) auf. Seine Dicke verjüngt sich auf einem Minimum von etwa 1 bis 2,54 cm (0,5 bis 1 inch), bevorzugter auf etwa 2 cm (0,8 inch) angrenzend an den Bogenabschnitt 58. Die Rückseite 64 des Blockes ist bevorzugt etwa 2,5 bis 10 cm (1 bis 4 inch) dick, bevorzugter etwa 6,6 cm (2,6 inch) was etwa das Doppelte der Dicke des vorderen Abschnittes 66 des Blockes 16 ist. Dieses verleiht dem Gelenkblock im wesentlichen eine Keilform. Die größere Dicke an der Rückseite des Blockes 16 ist vorgesehen, um dem hinteren Abschnitt 64 des Gelenkblockes eine zusätzliche Unterstützung aufgrund der größeren Kompressionskräfte auf der Rückseite der Fußprothese zu geben, welche durch die außeraxiale Aufbringung der Kraft im Bezug auf die Achse 70 während des Fersenaufsatzes (siehe Fig. 5A) bewirkt wird.
Der Gelenkblock 16 kann in variierenden Höhen oder Dicken nach Wunsch bereitgestellt werden, ist jedoch mit einer Dicke zwischen etwa 2,54 und 10 cm (1 und 4 inch) am effektivsten. Der vordere Abschnitt und die hinteren Oberflächen des Gelenkblockes 16 sind bevorzugt gemäß dem Winkel γ, der durch die Ebene P3 und die Gelenkplatte 14 definiert ist, im Winkel ausgerichtet. Mit anderen Worten, der Gelenkblock weist vordere und hintere Oberflächen auf, welche bevorzugt in einem Winkel γ aus der Vertikalen nach vorne geneigt sind. Der Gelenkblock stellt somit einen relativ steifen, jedoch flexiblen Gelenkbereich bereit, welche für verschiedene Träger spezifisch angepaßt werden kann. Schwerere Träger benötigen ein dichteres nachgiebigeres Material für den Gelenkblock, während leichtere Träger ein weniger dichtes Material oder weniger Dicke benötigen.
Wie es in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, ist das Federelement 18 in dem Gelenkblock so angeordnet, daß die Mitte des Federelementes 18 bei der Position des Befestigungselementes 26 angenähert über den Bogenabschnitt 58 der Fußplatte 12 angeordnet ist. Die zwei Elemente 22, 24 des Federelementes 18 weisen bevorzugt eine konstante Dicke von etwa 0,1 bis 0,5 cm (0,05 bis 0,02 inch) auf. Der Abstand zwischen den zwei Elementen am vorderen Ende 82, wenn keine Belastung auf dem Fuß 100 ausgeübt wird, ist bevorzugt etwa 1 bis 5 cm (0,5 und 2 inch) und bevorzugter etwa 1,8 cm (0,7 inch). An dem hinteren Ende 80 ist, wenn keine Belastung auf den Fuß 10 ausgeübt wird, der Abstand zwischen den Elementen 22 und 24 etwa 2,5 bis 7,5 cm (1 bis 3 inch und bevorzugter etwa 3,5 cm (1,4 inch). Wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird, wird, wenn der Fuß sich in der Fersenaufsetzposition befindet, das hintere Ende 80 des Federelementes komprimiert. Wenn sich der Fuß in einer Zehenabhebeposition befindet, wird das vordere Ende 82 des Federelementes komprimiert.
Die Längen, Breiten und Dicken der Fußplatte 12, der Gelenkplatte 14, des Gelenkblockes 16 und des Federelementes 18 können für den Träger gemäß seiner/ihrer Fußgröße sowie der angenäherten Gewichtsgruppe des Trägers spezifisch angepaßt werden. Ebenso kann die Materialauswahl und die Größe für diese Elemente gemäß der Fußgröße des Trägers und dem Gewicht variiert werden.
Die zylindrischen Öffnungen 50, 51, die in den vorderen und hinteren Abschnitten des Gelenkblockes 16 vorgesehen sind, besitzen bevorzugt einen Durchmesser von etwa 0,25 bis 1 cm (0,1 bis 0,4 inch) und bevorzugter etwa 0,5 cm (0,2 inch). Obwohl die in Fig. 2 dargestellten Öffnungen 50 und 51 denselben. Durchmesser aufweisen, können die Durchmesser der Öffnungen unterschiedlich sein, und unterschiedlich bemessene Versteifungselemente aufzunehmen. Beispielsweise kann der Durchmesser der Öffnung 51 größer als der Durchmesser der Öffnung 50 gemacht werden, um dem größeren Volumen des Gelenkblockes 16 in dem hinteren Abschnitt 64 zu entsprechen.

Verhaltenseigenschaften

Um die verbesserten Verhaltenseigenschaften der vorliegenden Fußprothese 10 vollständiger zu erläutern, zeigen die Fig. 5A-5D "Schnappschüsse" einer Fußprothese in verschiedenen Positionen eines Gehschrittes. Insbesondere stellt Fig. 5A eine Fersenaufsetzposition dar, Fig. 5B stellt eine im allgemeinen flache mittlere Aufstandsposition dar. Fig. 5C stellt eine Fersenabhebeposition dar und Fig. 5D stellt eine Zehenabhebeposition dar. Während der für einen Gehschritt dargestellten verschiedenen Positionen liefert die vorliegende Fußprothese 10 eine gleichmäßige und im allgemeinen lebens-ähnliche Reaktion an den Träger. Während eines Gehschrittes überträgt der Gelenkblock 16 die auf ihn eingeleiteten Kräfte über die Fußplatte 12 und die Gelenkplatte 14 und erfährt ein allmähliches Überrollen oder eine Wanderung des komprimierten Bereiches von hinten nach vorne.
Gemäß spezifischer Bezugnahme auf Fig. 5A umfaßt eine erste Position eines Gehschrittes im allgemeinen einen Fersenaufsatz, in welchem der Träger sein, bzw. ihr gesamtes Gewicht auf die Ferse des vorderen Fußes überträgt. In diesem Falle kommt ein hinterer Abschnitt 54 der Fußplatte 12 mit einer Bodenoberfläche 68, wenn auch mittels des Kosmetikelements 30 in Kontakt. Die flexible Natur der Fußplatte 12 erlaubt deren leichte Biegung in dem hinteren Abschnitt 54, jedoch wird der größte Teil der Kompressionsspannungen aus dem Gewicht des Trägers durch die Fußprothese 10 hindurch auf die Fußplatte 12 durch einen hinteren Bereich 64 des Gelenkblockes 16 mit dem Federelement 18 absorbiert. Das Federelement 18 in dem hinteren Bereich zieht sich so zusammen, daß der Abstand zwischen den Elementen 22 und 24 an dem hinteren Ende 80 abnimmt. In einem vorderen Bereich 66 des Gelenkblockes 16 kann sich das Federelement 18 leicht ausdehnen, so daß der Abstand zwischen den Elementen 22 und 24 an dem vorderen Ende 82 zunimmt. Der vordere Abschnitt 66 des Gelenkblockes 16 erfährt eine Streckung oder Spannung aufgrund der Befestigung entlang dem gesamten unteren Ende des Gelenkblockes mit der Fußplatte 12, während der hintere Abschnitt 64 eine Kompression erfährt. Die Kontraktion des Federelementes 18 am Ende 80 und des Gelenkblockes 16 am Ende 64 ermöglicht es der Prothese 10 Energie von den Kompressionsbelastungen während des Fersenaufsatzes zu absorbieren und zu speichern. Ferner kann ein kleiner Betrag an Biegung in einem hinteren Bereich 68 der Gelenkplatte 14 auftreten. Das hintere Versteifungselement 53 zwischen den Elementen 22 und 24 wird so komprimiert, daß es die erforderliche Unterstützung für die Fußprothese liefert und eine Trennung der Elemente 22, 24 von dem Keil 28 verhindert. Das vordere Versteifungselement 52 wird leicht im wesentlichen aufgrund der Zugspannungen an dem vorderen Abschnitt 66 des Gelenkblockes 16 vertikal gestreckt.
Anschließend erreicht der Träger in Fig. 5B eine im allgemeinen flache Fuß- oder Mittelstandsposition, in welcher die Fußplatte 12 den Boden 68 im wesentlichen entlang ihrer gesamten Länge wiederum über das Kosmetikelement 30 berührt. In dieser Position ist das Gewicht des Trägers im wesentlichen so nach unten gerichtet, daß die Kompression entlang der Länge des Gelenkblockes 16 nur etwas größer in dem hinteren Abschnitt 64 als in dem vorderen Abschnitt aufgrund der außermittigen Aufbringung der Kraft ist. Sowohl in den vorderen als auch hinteren Enden des Federelementes 18, werden die Elemente 22 und 24 aufeinander gepreßt, wobei das hintere Ende 80 etwas mehr aus seiner Ausgangsposition als das vordere Ende 82 zusammengedrückt wird. Ebenso werden die Versteifungselemente 52 und 53 aufgrund der abwärtsgerichteten Aufbringung der Kraft komprimiert. Obwohl diese Ansicht die Kompressionsspannungsverteilung als solche einfriert, verschiebt sich in der Realität das Gewicht des Trägers kontinuierlich von der hinteren Mittellinie 70 des Befestigungselementes 34 aus nach vorne. Somit wandert, wenn der Träger den Schritt fortsetzt, die Kompression des Gelenkblockes 16 und der darin eingebetteten Elemente von dem hinteren Abschnitt 64 zu dem vorderen Abschnitt 66. Diese Wanderung des komprimierten Bereiches kann als "Abrollen" bezeichnet werden.
In einem nächsten Schnappschuß des Gehschrittes zeigt Fig. 5C die Fußprothese 10 in einer "Fersenabhebe"-Position. Dieses ist der Moment, wenn sich der Träger unter Verwendung der Bereiche des Ballen 72 und der Zehen 74 des Fußes abstoßt. Somit wird eine große Kompressionskraft in dem vorderen Bereich 66 des Gelenkblocke 16 erzeugt, was bewirkt, daß der hintere Bereich 64 eine große Menge an Trennungs- oder Zugspannung erfährt. Ebenso dehnt sich das Federelement 18 an dem hinteren Ende 80 zwischen den zwei Elementen 22 und 24 aus, während es sich in dem vorderen Ende 82 zusammendrückt. Die vordere Spitze 56 der Fußplatte 12 kann sich im wesentlichen biegen, um etwas von den Kompressionsbelastungen zu absorbieren. In gleicher Weise kann sich die vordere Spitze 70 der Gelenkplatte 14 etwas an diesem Punkt biegen. Es ist wichtig anzumerken, daß, obwohl der Gelenkblock 16 einen Großteil der durch den Träger erzeugten Kompression absorbiert, die Fußplatte und die Gelenkplatte 14 so ausgelegt sind, daß sie in Verbindung mit dem nachgiebigen Gelenkblock und dem Federelement arbeiten und ein verbessertes dynamisches Verhalten bereitstellen. Ferner baut das Biegen der Fußplatte 12 und der Gelenkplatte 14 einen Teil der extremen Scherungsspannungen ab, die auf die Schnittstellen zwischen dem Gelenkblock 16 und die Platten aufgebracht werden, und verlängert somit die Lebensdauer der dazwischen ausgebildeten Verbindungen. Das im vorderen Abschnitt 66 des Gelenkblockes 16 angeordnete Versteifungselement 52 wird zusammengedrückt, um so die Kompression des vorderen Endes 62 zu begrenzen, was den Träger ein Gleichgewicht gibt, und um eine Trennung der Elemente 22, 24 von dem Keil 28 zu verhindern. Das Versteifungselement 53 dehnt sich aufgrund der Trennung des Gelenkblockes 16 in dem hinteren Abschnitt 64.
In Fig. 5D ist eine Endposition des Gehschrittes dargestellt, in welcher die Fußprothese 10 in Kontakt mit dem Boden 68 verbleibt, jedoch ein Teil des Gewichtes des Trägers auf den gegenüberliegenden Fuß übertragen wird, welcher sich nun vorwärts bewegt hat. In dieser "Zehenabhebe"-Position liegt eine geringere Biegung an der vorderen Spitze 56 der Fußplatte 12 und eine geringere Kompression an dem vorderen Abschnitt 66 des Gelenkblockes 16 und dem vorderen Ende 82 des Federelementes 18 vor. In gleicher Weise kann sich die vordere Spitze 60 der Gelenkplatte 14 abhängig von dem Material und der eingesetzten Dicke um einen leichten Betrag biegen. Der Bereich der höchsten Kompression des Gelenkblockes 16 bleibt in dem am weitesten vorderen Bereich 66, ist jedoch gegenüber dem Kompressionswert der Fersenabhebeposition von Fig. 5C reduziert. Somit erfährt der hintere Abschnitt 64 des Gelenkblockes 16 eine kleine Zugspannung oder Spreizung.
Man kann nun erkennen, daß das "Gefühl" der vorliegenden Fußprothese stark durch das Zusammenwirken der Fußplatte, der Gelenkplatte, des Gelenkblocks und der Federeinsätze verbessert ist. Wenn der Träger seinen Gehschritt fortsetzt, ist die dynamische Reaktion aus der Fußprothese gleichmäßig, da sich der Gelenkblock mit Federeinsätzen in verschiedenen Regionen komprimiert. Ferner unterstützt das Biegen der Gelenk - und Fußplatten die gleichmäßige Übertragung der in unebenen Gehoberflächen zu findenden verschiedenen Stöße und Rucke.

Alternative Ausführungsformen

Man wird deutlich erkennen, daß viele alternative Ausführungsformen einer Fußprothese mit Merkmalen und Vorteilen gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls aufgebaut und effektiv eingesetzt werden können. Eine derartige alternative Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt. Die Bezugszeichen für Fig. 6 entsprechen im allgemeinen den in den Fig. 1 bis 5D verwendeten Bezugszeichen für die gleichen Elemente. Somit weist die in Fig. 6 dargestellte Fußprothese 10 im allgemeinen eine untere Fußplatte 12, eine obere, kleinere Gelenkplatte 14, eine Gelenklage oder einen Block 16 bestehend aus einem elastischen Material, welcher die Fußplatte 12 mit der Gelenkplatte 14 verbindet, und ein in den Gelenkblock eingebettetes Federelement 18 auf. Die Fußplatte besitzt eine Länge und Breite in etwa gleich der angenäherten Länge und Breite des amputierten Fußes des spezifischen Trägers und ist so bemessen, daß sie in ein äußeres, flexibles Kosmetikelement 30 paßt, welches in Strichlinien dargestellt ist. Gemäß Darstellung in Fig. 6 weist die Gelenkplatte 14 im wesentlichen eine bogenförmige Krümmung auf, welche sich von dem integriert ausgebildeten Befestigungselement 34 bis zu dem vorderen Abschnitt der Gelenkplatte 14 erstreckt.
Insbesondere ist das Federelement 18 gemäß Darstellung in Fig. 6 ein federndes Unterstützungselement, das in den federnden Gelenkblock 16 eingesetzt ist. Das in Fig. 6 dargestellte Federelement 18 ist bevorzugt ein plattenartiges Ele ment mit einer krummlinig konkaven abwärts gerichteten Form und einer im wesentlichen rechteckigen vertikalen Projektion. Das Federelement 18 besteht bevorzugt aus einem Kohlefaserverbundmaterial, wie hierin vorstehend beschrieben, obwohl auch andere ähnliche Materialien gleichermaßen verwendet werden können.
Fig. 7 stellt eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung dar. Wiederum werden gleiche Bezugszeichen im allgemeinen verwendet, um gleiche Elemente zu bezeichnet. Somit weist die in Fig. 7 dargestellte Fußprothese 10 im allgemeine eine untere Fußplatte 12, eine obere, kleinere Gelenkplatte 14 und eine Gelenkschicht oder einen Block 16 bestehend aus einem federnden Material, wie z. B. einem festen oder einem Schaumgummi oder Polyurethan auf, der die Fußplatte 12 mit der Gelenkplatte 14 verbindet. Die Fußplatte 12 besitzt eine Länge und Breite in etwa gleich der ungefähren Länge und Breite des amputierten Fußes des spezifischen Trägers und ist so bemessen, daß sie in ein äußeres, flexibles Kosmetikelement 30 paßt, das in Strichlinien dargestellt ist. Gemäß Darstellung in Fig. 7 geht die Gelenkplatte 14 in einen im wesentlichen bogenförmigen oder gekrümmten Gelenkabschnitt 36 über, welcher bevorzugt integriert zwischen dem Befestigungselement 34 und der Gelenkplatte 14 ausgeführt ist.
Fig. 8 stellt noch eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung dar. Wiederum werden gleiche Bezugszeichen zum Bezeichnen gleicher Elemente verwendet. Somit weist die in Fig. 8 dargestellte Fußprothese 10 im allgemeinen eine untere Fußplatte 12, eine obere, kleinere Gelenkplatte 14 und einen oder mehrere Gelenkblöcke 16a, 16b, bestehend aus einem federnden Material, wie z. B. festen oder Schaumgummi oder Polyurethan auf, welche die Fußplatte 12 mit der Gelenkplatte 14 verbinden. Falls gewünscht, kann der hintere Gelenkblock 16a eine Dichte- oder Nachgiebigkeitseigenschaft aufweisen, welche sich von der des vorderen Gelenkblockes 16b unterscheidet, um ihn so beispielsweise weicher und nachgiebiger als den vorderen Gelenkblock 16b zu machen. Diese Konfiguration könnte beispielsweise eine nachgiebigere Fersenreaktion während des Fersenaufsatzes bereitstellen.
Die Gelenkblöcke 16a, 16b können integriert oder getrennt nach Wunsch oder Zweckmäßigkeit ausgebildet sein. Bevorzugt sind sie nahe benachbart zueinander, so daß sie im wesentlichen den gesamten Raum zwischen der Fußplatte 12 und der Gelenkplatte 14 belegen. Die Fußplatte 12 besitzt bevorzugt eine Länge und Breite in etwa gleich der ungefähren Länge und Breite des amputierten Fußes des spezifischen Trägers und ist so bemessen, daß sie in ein äußeres flexibles Kosmetikelement 13 paßt, das in Strichlinien dargestellt ist. Gemäß Darstellung in Fig. 8 geht die Gelenkplatte 14 in einen im wesentlichen gebogenen oder gekrümmten Gelenkabschnitt 36 über, welcher bevorzugt integriert zwischen dem Befestigungselement 34 und der Gelenkplatte 14 ausgebildet ist.
Fig. 9 und 10 stellen zwei weitere mögliche alternative Ausführungsformen der Erfindung dar. Wiederum werden gleiche Bezugszeichen allgemein dazu verwendet, um gleiche Elemente zu bezeichnen. Somit weist die in Fig. 9 dargestellte Fußprothese eine untere Fußplatte 12, eine obere, kleinere Gelenkplatte 14 und in diesem Falle eine aufblasbare Blase 19 auf, die zwischen der Fußplatte 12 und der Gelenkplatte 14 angeordnet ist. Die Blase 19 hat den weiteren Vorteil, daß sie es dem Patienten oder Prothetisten ermöglicht, die Verhaltenseigenschaften der Prothese durch Einstellung des Druckes in der Blase 19 zu verändern. Dieses kann beispielsweise durch die Bereitstellung einer Ventileinrichtung 21 erreicht werden, welche mit der Blase 19 in Verbindung steht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ventil 50 für die Aufnahme einer Nadel aus einer (nicht dargestellten) Luftpumpe oder aus einer (nicht dargestellten) CO&sub2;-Patrone angepaßt und kann in geeigneter Weise auf einen Träger 27 angeordnet sein, wie er in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist. Das Ventil 21 kann für den Betrieb mit der Blase über einen Schlauch oder eine andere geeignete Verbindungseinrichtung verbunden sein.
Die Blase 1,9 kann mittels Kleber oder einer anderen geeigneten Befestigungseinrichtung an der oberen Gelenkplatte 14 und der unteren Fußplatte 12 so befestigt sein, so daß sie im wesentlichen die einzige Verbindungseinrichtung, und Unterstützung dazwischen darstellt. Optional können einer oder mehrere Haltebänder 23 verwendet werden, um eine primäre oder sekundäre Verbindungsunterstützung nach Bedarf oder Wunsch bereitzustellen. Die Bänder 23 können aus jedem von einer Anzahl ausreichend fester, flexibler Materialien, wie z. B. Epoxyd-imprägnierten Gewebe oder dergleichen bestehen. Beispielsweise können die Bänder 23 betrieblich an dem Vorfußabschnitt der Fußprothese 10 gemäß Darstellung in Fig. 9 über Kleber, Muttern und Schrauben befestigt sein oder können lösbar um die Strukturelemente 12, 14 durch die Bereitstellung eines Velro®-Befestigungselementes (Klettband), oder ein ähnliches Hilfsmittel befestigt sein.
Die. Bänder 23 stellen eine Reihe von Vorteilen bereit. Beispielsweise kann das Band, wenn es neben dem Blasenelement 19 angeordnet ist, geeignet angezogen werden, um die Blase "zu verflachen" und somit den Kontaktbereich zwischen den Strukturelementen 12, 14 und der Blase vergrößern. Ferner kann eine Halterungseinrichtung, wie z. B. die Bänder 23 ein gebaut werden, um den Abstand zu begrenzen, über den die zugeordneten Strukturelemente 12, 14 sich voneinander wegbewegen können. Die Bänder 23 können ebenfalls genutzt werden, um eine unerwünschte übermäßige Belastung und Beanspruchung der Strukturelemente 12, 14 und/oder der Blase 19 zu verhindern.
Die Blase 19 wird bevorzugt aus einem geeigneten, starken, flexiblen, leckdichten, leichten Material, wie z. B. Urethan oder dergleichen hergestellt. Beispielsweise kann die Blase durch Wärmesiegeln entsprechend bemessener und geformter Teile aus Urethanfolie aneinander hergestellt werden. Als geeignete Dicken des Urethanfolienmaterials haben sich 0,25 bis 0,50 mm (0,01 bis 0,02 inch) Dicke herausgestellt, wobei aber ein breiterer Bereich geeigneter Dicken und Materialien ebenfalls effektiv eingesetzt werden kann. Blasendrücke bis zu 5,5 bar (80 psi) wurden effektiv eingesetzt.
Die Blase 19 ist bevorzugt in ein Abdeckmaterial aus Kevlar oder ähnlich starkem Material eingewickelt, um eine Explosion der Blase 19 unter hohen Drücken zu verhindern, und um dazu beizutragen, die endgültige aufgeblasene Form der Blase zu definieren. In bevorzugten Ausführungsformen kann eine Abdeckung obere und untere Abschnitte enthalten, welche miteinander an dem Umfang 25 der Blase 19 vernäht sind. Der Fachmann auf diesem. Gebiet wird erkennen, daß eine Vielfalt von Abdeckmaterialien und Herstellungsverfahren und Zusammenbau davon effektiv angewendet werden kann, ohne von den Lehren der Erfindung abzuweichen.
Die Blase 19 kann Luft, CO&sub2; oder eine ähnliche gasartige Substanz enthalten, oder kann alternativ Flüssigkeiten oder Gele, wie z. B. Wasser, Silicon oder dergleichen enthalten. Jede derartige Anordnung wird bevorzugt ausgewählt und angepaßt und die gewünschte Verformbarkeit und die sich daraus ergebende "Polsterungs"-Wirkung oder Energiespeicherung, Absorption oder Entspannung bereitzustellen.
Die Blase 19 kann eine Einkammerblase umfassen, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, oder sie kann mehrere Kammerblasen mit oder ohne Ausgleichsbelüftung zwischen den benachbarten Kammer auf weisen. Beispielsweise konnte die Blase in vordere und hintere Kammern oder Abschnitte 19a, 19b so unterteilt sein, daß der hintere Abschnitt 19a so eingestellt werden kann, daß er eine Nachgiebigkeitseigenschaft besitzt, welche sich von der des vorderen Abschnittes 19b unterscheidet, um sie so beispielsweise weicher und nachgiebiger als den vorderen Abschnitt zu machen. Dieses kann beispielsweise erwünscht sein, um eine nachgiebigere Fersenreaktion während des Fersenaufsatzes bereitzustellen. Falls es erwünscht oder hilfreich ist, kann sich die Blase 19 in der Form verjüngend, um so eine funktionelle und korrekte Ausrichtung der Platte zwischen der Gelenkplatte 14 und der Fußplatte 12 zu ermöglichen.
Optional kann ein Federelement, identisch oder ähnlich dem vorstehend in Verbindung mit Fig. 2 bis 5 dargestellten und beschriebenen, im wesentlichen vollständig innerhalb der Blase 19 (Fig. 9) vorgesehen sein, um so eine primäre oder ergänzende Unterstützung zwischen, den Fuß- und Gelenkplatten nach Wunsch bereitzustellen. Beispielsweise kann das Federelement zwei relativ flache Kohlenfaserstoff-Verbundelemente aufweisen, die in ihrer Mitte befestigt und an ihren Enden getrennt sind. Dieses ergibt das Federelement mit der bevorzugten Form eines Schmetterlings oder Doppelgabelbeins. Während des Gehens stellt die Kombination des federnden Federelementes und der aufblasbaren Blase eine gleichmäßige und einstellbare Abrolleigenschaft von einem Fersenaufsatz bis zum Zehenabheben wie gewünscht bereit.
Die Fußplatte 12 weist bevorzugt eine Länge und Breite in etwa gleich der ungefähren Länge und Breite des amputierten Fußes des spezifischen Trägers auf und ist so bemessen, daß sie in ein äußeres flexibles Kosmetikelement 30, das gestrichelt dargestellt ist, paßt. Gemäß Darstellung in den Fig. 9 und 10 geht die Gelenkplatte 14 in einen im wesentlichen gebogenen oder gekrümmten Gelenkabschnitt 36 über, welcher bevorzugt integriert zwischen dem Befestigungselement 34 und der Gelenkplatte 14 ausgebildet ist.
Obwohl diese Erfindung im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen und Beispielen beschrieben wurde, dürfte der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, daß die vorliegende Erfindung sich über die spezifischen offenbarten Ausführungsformen hinaus auf weitere alternative Ausführungsformen und/oder Anwendungen der Erfindung und offensichtliche Modifikationen und Äquivalente davon erstreckt. Somit soll der Schutzumfang der hierin offenbarten vorliegenden Erfindung nicht durch die vorstehend beschriebenen spezifischen offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern nur durch ein faires Lesen der nachfolgenden Ansprüche.

Claims

1. Fußprothese, aufweisend:

ein Fußplattenelement (12) mit einer Länge angenähert gleich der Länge eines menschlichen Fußes, wobei das Fußplattenelement ein federndes Material auf weist, welches sich entlang seines Längsverlaufes biegen kann;

ein Fußgelenkplattenelement mit einer wesentlich kürzeren Länge als das Fußplattenelement und oberhalb und im allgemeinen über der Fußplatte und davon beabstandet angeordnet;

ein gepolstertes Fußgelenkelement, welches eine zwischen dem Fußgelenkplattenelement und dem Fußplattenelement eingeschlossene Blase oder einen aus einem relativ weichen, kompressiblen Material bestehenden Fußgelenkblock aufweist, wobei das gepolsterte Fußgelenk im wesentlichen die einzige Einrichtung für die Unterstützung und Verbindung zwischen dem Fußplattenelement und dem Fußgelenkplattenelement bereitstellt;

wodurch sich das Fußplattenelement und der Fußgelenkblock in einer zusammenwirkenden Weise biegen, um einen im wesentlich weichen und zusammenhängenden Abrollübergang von dem Fersenauftritt bis zu dem Zehenabheben bereitstellen, dadurch gekennzeichnet, daß das gepolsterte Fußgelenkelement wenigstens ein Federelement enthält, das im wesentlichen vollständig in der Blase oder in dem Fußgelenkblock eingebettet ist.

2. Fußprothese nach Anspruch 1, wobei das Fußplattenelement eine sich verjüngende Dicke entlang seiner. Länge in der Weise aufweist, daß die Dicke von einem Fersenabschnitt zu einem Bogenabschnitt hinzunimmt, und von dem Bogenabschnitt zu einem Zehenabschnitt hin abnimmt.

3. Fußprothese nach Anspruch 1, wobei das gepolsterte Fußgelenkelement nur einen monolithischen Block aus relativ weichem, kompressiblem Material aufweist.

4. Fußprothese nach Anspruch 1, wobei das gepolsterte Fußgelenkelement wenigstens zwei Abschnitte aus relativ weichem, kompressiblem Material auf weist, welche nahe nebeneinander angeordnet und zwischen dem Fußgelenkplattenelement und dem Fußplattenelement eingeschlossen sind, wobei der Fußgelenkblock im wesentlichen die einzige Einrichtung für die Unterstützung und die Verbindung zwischen dem Fußplattenelement und dem Fußgelenkplattenelement bereitstellt, und wobei wenigstens ein Abschnitt des Fußgelenkblockes aus einem Material mit einer Elastizitätseigenschaft ausgebildet ist, welches sich von der des wenigstens einen anderen Abschnittes des Fußgelenkblockes unterscheidet.

5. Fußprothese nach Anspruch 4, wobei wenigstens ein Abschnitt des Fußgelenkblockes aus einem Schaummaterial mit einer Dichte zwischen etwa 150 und 1500 kg/m³ besteht.

6. Fußprothese nach Anspruch 1, wobei das gepolsterte Fußgelenkelement eine kompressible Blase aufweist, welche zwischen der oberen Fußgelenkplatte und der untere Fußplatte angeordnet ist und die obere Platte von der unteren Platte trennt, wobei die Blase im wesentlichen die einzige Einrichtung für die Unterstützung zwischen der Fußplatte und der Fußgelenkplatte bereitstellt.

7. Fußprothese nach Anspruch 6, wobei die Blase zwei oder mehr Kammern aufweist, und wobei wenigstens eine von den Kammern angepaßt werden kann, daß sie eine Elastizität besitzt, welches sich von der Elastizität der wenigstens einen anderen Kammer unterscheidet.

8. Fußprothese nach Anspruch 1, wobei das Federelement obere und untere Federelemente aufweist, welche in ihrer Mitte durch ein Befestigungselement befestigt und an ihren Enden getrennt sind.

9. Fußprothese nach Anspruch 8, wobei das obere Federelement im wesentlichen krummlinig konkav nach oben und das untere Federelement im wesentlichen krummlinig konkav nach unten sind.

10. Fußprothese nach 1, wobei die Fußgelenkplatte in einem im wesentlichen gebogenen oder gekrümmten Fußgelenksabschnitt und in einem im wesentlichen vertikalen Befestigungsabschnitt übergeht, wovon jeder integriert mit der Fußgelenksplatte ausgebildet ist.

11. Fußprothese nach Anspruch 10, wobei der Fußgelenksabschnitt sich zuerst nach hinten und oben und dann nach vorne und oben krümmt und in einem aufwärts gerichtetenvertikalen Befestigungsabschnitt endet.

12. Fußprothese nach Anspruch 11, welche an dem distalen Ende eines im wesentlichen zylindrischen vertikalen Tragrohres befestigt werden kann.

13. Fußprothese und Tragrohr nach Anspruch 12, welche ferner ein Verbindungselement aufweisen, welches zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem zylindrischen Tragrohr angeordnet ist, und wenigstens eine im wesentlichen ebene Verbindungsfläche und eine gegenüberliegend angeordnete zylindrische Verbindungsfläche aufweist, um eine sichere Verbindung zwischen der Fußprothese und dem Tragrohr sicherzustellen.

14. Fußprothese nach Anspruch 1 in Verbindung mit einer kosmetischen Abdeckung.