DE69228153T2

DE69228153T2 - Vielachsig bewegungsgesteuerte knieorthese mit viereckgelenk so wie verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE69228153T2
Application number: DE69228153T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey H. Townsend; Robert J. Williams
Original assignee: Townsend Industries Inc
Current assignee: Townsend Industries Inc
Priority date: 1991-03-06
Filing date: 1992-03-06
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2012-03-07
Also published as: US5330418A; WO1992015264A1; EP0528017A1; CA2082164C; DE69228153D1; EP0528017B1; US5259832A; CA2082164A1; ATE175570T1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf orthopädische Vorrichtungen zur Stabilisierung und Steuerung eines menschlichen Kniegelenks, das eine Verletzung erfahren hat. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Kniestütze, die dem Benutzer bei Benutzung der Beine einen verhältnismäßig hohen Grad an Freiheit läßt, während sie gleichzeitig eine Steuerung des Gelenks so ermöglicht, daß Heilung und Stabilität optimiert sind.

Beschreibung des Standes der Technik

Eine Kniestütze der eingangs genannten Art ist in der auf einen der vorliegenden Erfinder zurückgehende EP-A- 0 361 405 offenbart. In diesem Patent benutzt eine mit mehraxialer Bewegung gesteuerte Kniestütze einen Gelenkmechanismus (welcher gegenüber dem in US-A-4 723 539 eines der vorliegenden Erfinder (Townsend) verbessert ist) mit zwei Nockenschlitzen und Nockengleitstiften, wobei ein Nockenschlitz in einer Querebene angeordnet ist und dazu dient, die Vorwärtsbewegung des oberen Gelenkteils zu liefern, während der zweite Nockenschlitz in einer Längsorientierung angeordnet ist und dazu dient, ein langes Bogensegment für eine unizentrische Phase der gemeinsamen Arthrokinematik zu liefern. Während eines Anfangsbereichs der Bewegung erfolgt ein Schwenken über ein kurzes Bogensegment um einen oberen Nockenstift innerhalb des in Längsrichtung sich erstreckenden gebogenen Schlitzes. Nachdem der untere Nockengleitstift das vordere Ende des Querschlitzes erreicht hat, dient der untere Nockenfolgestift als Drehachse oder Gelenkpunkt für eine Bewegung des oberen Nockenfolgestifts längs des langen Bogensegments des Längsschlitzes.
Eine solche Anordnung liefert eine volle Kontrolle der unter Kraft erfolgenden Tätigkeit der Gelenke über den gesamten Bewegungsbereich hinweg, während gleichzeitig ein Gelenk hoher Festigkeit geschaffen ist. Die Stütze dieses früheren Patents hat sich bei Kniestützen, die für einen bestimmten Benutzer maßangefertigt sind, als sehr erfolgreich erwiesen und war frei von nennenswerten Problemen. Gewisse Nachteile ergaben sich jedoch in Bezug auf die Verwendung dieser dualen Stift-und-Nockenschlitzgelenkanordnung bei weniger teuren Kniestützen, die für eine "konfektionierte" Verwendung gedacht waren. Insbesondere muß eine echte "konfektionierte" Einheit vom Arzt einem bestimmten Benutzer angepaßt werden und beinhaltet oftmals das Biegen der femoralen und tibialen Verbindungsglieder, wie etwa durch Biegen der femoralen Verbindungsglieder nach außen und der tibialen Verbindungsglieder nach innen, um sie jemandem anzupassen, der überdurchschnittlich große Oberschenkel und unterdurchschnittlich kleine Waden hat.
Wenn ein solches "Herumdoktern" an einer "konfektionierten" Einheit dazu führt, daß die überlappenden Oberflächen des Gelenks nicht exakt stimmen, bewirkt dies, daß diese verhältnismäßig großen überlappenden Flächen der Verbindungsglieder in einem Maß klemmen, das das Verhalten des Gelenks beeinträchtigt. Im einzelnen erzeugt dieses Klemmen einen übermäßigen Verschleiß des Gelenks, so daß die kritischen Toleranzen, die für eine richtige Steuerung des Knies erforderlich sind, schnell verloren gehen können. Ferner konzentriert sich, da während jeder Phase der Bewegung die Bewegung des Gelenks um einen einzigen Schwenkpunkt auftritt, die volle Wirkung der Klemmkraft auf den einzigen Schwenkpunkt und ist so groß, daß sie bewirkt, daß der Klemmeffekt vom Träger in einem unerwünschten Ausmaß wahrgenommen wird.
Am anderen Ende des Spektrums, im gehobenen Segment der Kniestützen, insbesondere zur Verwendung durch Berufssport ler, ist das Gewicht der Kniestütze eine wichtige Überlegung, ebenso wie es die Verschleißfestigkeit ist. Ein Weg, das Gewicht des Gelenks unter gleichzeitiger Erhöhung der Verschleißfestigkeit zu vermindern, bestünde darin, die femoralen und tibialen Verbindungsglieder aus einem leichtgewichtigen Verbundwerkstoff des "Raumfahrzeitalters", bestehend aus Fasern und Kunststoff, auszubilden. Solche Materialien sind jedoch teuer zu bearbeiten und sehr kerbempfindlich. Bei einem Gelenk mit Schlitzen, wie bei den oben erwähnten Townsend-Patenten offenbart, würde sich eine Herstellung aus einem Verbundwerkstoff aus Kostengründen verbieten und außerdem würde dieses infolge der niedrigen Kerbfestigkeit des Verbundwerkstoffes bruchgefährdet sein.
Es wäre also wünschenswert und vorteilhaft, ein Gelenk hervorzubringen, welches die Vorteile früherer Townsend-Konstruktionen ohne deren Nachteile hat. Insbesondere eine Kniestütze mit einem Gelenk zu haben, das billig, "konfektioniert" benutzt werden könnte, ohne dazu zu führen, daß der Träger einen nennenswerten Klemmeffekt fühlt oder das Gelenk übermäßigen Verschleiß infolge dieses Klemmens erfährt. Gleichzeitig sollte eine verbesserte Kniestütze die Fähigkeit besitzen, aus leichtgewichtigem, verschleißfesten Verbundstoffen hergestellt werden zu können.
Vierstabgelenkverbindungen sind ebenfalls zur Verwendung bei Kniestützen, selbst zur Erzeugung einer polyzentrischen Bewegung, bekannt. Beispielsweise offenbart US-A- 3 901 223 ein Kniegelenk für orthopädische Stützen und Schienen, die eine Vierstabgelenkverbindung verwenden, bei welcher ein Paar von unterschiedlich langen, schwenkenden Verbindungsgliedern mit Lagerpunkten auf Kopfabschnitten verbinden, die an den Enden von femoralen (Oberschenkel-) und tibialen (Schienbein-)Streben ausgebildet sind. Diese schwenkenden Verbindungsglieder und ihre jeweiligen Schwenkpunkte sind so ausgelegt, daß während einer Abbeugung des femoralen Verbindungsglieds in Bezug auf das tibiale Glied aus einer voll gestreckten Stellung des Gelenks das längere, vordere, Verbindungsglied zunächst über einen gegebenen Winkel nach vorne schwenkt und dann seine Bewegung umkehrt, so daß das vordere Verbindungsglied in voll abgebeugter Haltung des Gelenks (ungefähr 134º) eine identische Stellung in Bezug auf das tibiale Verbindungsglied einnimmt, wie es sie in der vollgestreckten Position einnahm. Diese Bewegung ist dazu gedacht, eine Bewegung des Knies zu simulieren, bei welcher der geometrische Ort der momentanen Drehzentren einen nach unten und vorwärts gehenden gekrümmten Weg annähert, der etwa drei Zoll nach oben auf dem Femur liegt und bei etwa der Stelle der femoralen Epicondylen endet.
In US-A-4 821 707 für Audette ist ein mechanisches Gelenk für eine Kniestütze gezeigt, welche ebenfalls eine Vierstabgelenkverbindung in dem Bestreben verwendet, ein Gelenk zu schaffen, welches die komplexe Bewegung des Knies abbildet; die in diesem Patent offenbarte Gelenkverbindung kann dies jedoch wegen der dort vorgenommenen Näherung im allgemeinsten Sinne leisten. Die in diesem Patent umrissenen Konstruktionskriterien erfordern ferner, daß die Form des Condylus bekannt ist (was in der Praxis schwierig zu erreichen ist), erfordern die Verwendung eines willkürlich angeordneten Referenzliniensegments und das Auffinden des Tangentenpunkts dieses willkürlichen Liniensegments mit dem Condylus an drei Stellen. Infolgedessen ist eine allgemeine Kniestütze "konfektioniert" gemäß der Lehre dieses Patents praktisch unmöglich herzustellen, und selbst die Erzielung einer maßgeschneiderten Stütze, die das Knie dazu zwingt, einer Bewegung zu folgen, die die richtige komplexe Bewegung eines gesunden Knies korrekt reproduziert, ist problematisch.
Eine weitere Kniestütze mit einem Gelenkmechanismus des Vierstabtyps ist aus US-A-4 523 585 bekannt, auf welcher der Oberbegriff des Anspruchs 1 beruht.
Es besteht also weiterhin ein Bedarf für ein mehraxiales Gelenk mit kontrollierter Bewegung für eine Kniestütze, welche dem Bedürfnis sowohl nach konfektionierten als auch maßgeschneiderten Kniestützen des oberen Segments in einem noch größeren Ausmaß gerecht wird als die oben erwähnte Nocken-und-Schlitz-Kniestütze und dabei weniger anfällig für Klemmprobleme ist und aus Faser- und Kunststoffverbundmaterialien hergestellt werden kann. Gleichzeitig soll sie dabei weiterhin in der Lage sein, die Tibia dazu zu zwingen, nach hinten in Bezug auf den Femur in einem Anfangsbereich der Abbeugung des Knies aus einer gestreckten Beinposition zu gleiten und dann in Bezug auf diesen längs seines gekrümmten Wegs zu drehen.

Zusammenfassung der Erfindung

Im Hinblick auf das Vorstehende ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kniestütze zu schaffen, welche ein mehraxiales Kniegelenk mit kontrollierter Bewegung aufweist, welches ausreichend eng den Typ von komplexer Gleit- und Drehbewegung, der früher nur über Nockenstift-und-Schlitz-Gelenke erreicht wurde, in einem Vierstabgelenk dupliziert, und welches aus Verbundwerkstoff herstellbar ist, wenn sein geringeres Gewicht und verbesserte Verschleißfestigkeit Kostenüberlegungen vorgehen, und das in allgemeinen konfektionierten Kniestützen verwendet werden kann, ohne Problemen eines unannehmbar hohen Verschleißes oder Klemmens unterworfen zu sein.
Unter Einhaltung obiger Aufgabe ist es eine speziellere Aufgabe, eine Vierstab-Kniestütze mit einem Gelenk zu schaffen, welches die Tibia zwingt, rückwärts in Bezug auf den Femur in einem Anfangsbereich der Abbeugung des Knies aus einer gestreckten Beiposition zu gleiten und dann in Bezug dazu längs eines gekrümmten Wegs zu drehen, und dabei ausreichende Festigkeit hat, im Gebrauch nicht zu brechen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Kniestütze zu schaffen, welche die vorstehenden Aufgaben erfüllt.
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden mit einer Kniestütze erzielt, wie sie im Anspruch 1 definiert ist. Ferner trägt das Kissen an der inneren Schwenkplatte des medialseitigen Gelenkmechanismus ein sphärisches schalenförmiges femorales Condyluskissen, durch welches die Stütze im allgemeinen und der Gelenkmechanismus im besonderen richtig in Bezug auf das Knie des Trägers positioniert werden kann.
Die Orte der Schwenkpunkte für die Schwenkplatten auf den Gelenken werden gemäß Parametern eingestellt, die so ausgelegt sind, daß eine mehraxiale Bewegung eines Referenzpunkts erzeugt wird, welcher die Tibia zwingt, nach hinten in Bezug auf den Femur in einem Anfangsbereich der Abbeugung des Knies aus einer gestreckten Position zu gleiten und dann relativ dazu längs eines gekrümmten Weges zu drehen. Außerdem wird bewirkt, daß der Winkel zwischen gedachten Linien durch die Schwenkpunkte einer jeden Schwenkplatte größer als ein bestimmter Minimalwert ist, der gewährleistet, daß der Gelenkmechanismus so ausreichende Festigkeit hat, daß er nicht im Gebrauch infolge von Lasten, die horizontal quer zum Kniegelenk aufgebracht werden, bricht.
Ein Verfahren zur Ausbildung einer Kniestütze zur Kontrolle der Bewegung des Femur in Bezug auf die Tibia ist wie in Anspruch 11 definiert.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bei Hinzunahme der beigefügten Zeichnungen deutlicher werden, die lediglich zu Erläuterungszwecken eine einzige bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1-4 sind schematische Abbildungen zur Verwendung bei der Erläuterung von Konstruktionsüberlegungen bei der Herstellung eines Gelenkmechanismus gemäß der Erfindung;
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, welches einen Algorithmus zur Verwendung beim Gelangen zu den Orten für die Schwenkpunkte des Gelenkmechanismus der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
Fig. 6 ist ein Vertikalschnitt einer Kniestütze gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7A-16A sind schematische Abbildungen der äußeren Schwenkplattenverbindung zwischen den femoralen und tibialen Verbindungsgliedern zur Veranschaulichung der Abbeugebewegung derselben in verschiedenen Stadien aus einem voll gestreckten in einen voll abgebeugten Zustand;
Fig. 7B-16B sind schematische Abbildungen der innenseitigen Schwenkplattenverbindung zwischen den femoralen und tibialen Verbindungsgliedern, welche die Abbeugebewegung derselben in verschiedenen Stadien aus einem voll gestreckten in einen voll abgebeugten Zustand veranschaulichen; und
Fig. 17 ist eine schematische Darstellung, welche die Ansichten der Fig. 7A, 7B bis 16A, 16B übereinanderlegt, wobei die Gelenkplatten der Klarheit wegen entfernt sind und die Bewegung der femoralen Gelenkpunkte abgebildet ist, wenn das femorale Verbindungsglied über den dargestellten Bereich der Abbeugebewegung geschwenkt wird.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Der Aufbau eines Vierstab-Gelenkmechanismus erfordert eine vernünftige Basis oder Kriterien zur Definition seiner Konstruktionsparameter, da vier Schwenkpunkte im Spiel sind und ihre Relativlagen unendlich veränderbar sind, und wannimmer diese Parameter variiert werden, so daß, außer wenn wenigstens drei von ihnen die gleichen bleiben, sich ein anderer Mechanismus ergibt. Vor einer Diskussion der Besonderheiten eines einen Vierstab-Gelenkmechanismus verwendenden Kniestützenaufbaus gemäß der Erfindung muß also zunächst zu einem vernünftigen Konstruktionsvorgang gelangt werden.
Im Falle der vorliegenden Erfindung ist es als Ergebnis der experimentellen Analyse, welche zum Nockenmechanismus des oben erwähnten US-Patents Nr. 4890607 (Townsend-Konstruktion) führte, das Ziel, einen Vierstab-Gelenkmechanismus zu erzielen, welcher ähnlich eine Vorwärtsgleitbewegung des Femurs in Bezug auf die Tibia, gefolgt von einer im wesentlichen unizentrischen Phase, erzeugt, wenn der Femur aus einer voll gestreckten Stellung abgebeugt wird. Mit einer "im wesentlichen" unizentrischen Phase ist gemeint, daß die Bewegung, die durch den Vierstab-Mechanismus während dieser Phase erzeugt wird, nahe genug bei einer Schwenkbewegung um einen stationären Schwenkpunkt herum, der als solcher zu behandeln ist, liegt, wobei die Einschränkungen eines Vierstab-Mechanismus hinsichtlich der getreuen Reproduktion der Bewegung um einen einzigen Schwenkpunkt und die Tatsache zu berücksichtigen sind, daß ein begrenztes Verschieben der Schwenkachse des Gelenkmechanismus (im oben offenbarten Ausmaß) keine nachteiligen Auswirkungen auf den Träger hat.
Um zu einem Vierstab-Gelenkmechanismus zu gelangen, der diese Bewegung erzeugt, muß zu drei Positionen des Mechanismus gelangt werden. Dies erfolgt gemäß der Erfindung durch Spezifizieren von drei Positionen des Femur in Bezug auf die Tibia. Die drei Positionen sind in Fig. 1 mit P&sub1;, P&sub2; und P&sub3; bezeichnet. Diese Positionen werden durch die translatorische Bewegung eines Punktes P (welcher ein Referenzpunkt auf dem Femur ist) und den Drehwinkel des Femur aus seiner Anfangsstellung in die zweite Stellung (α&sub2;) und seinen Drehwinkel aus der zweiten Stellung in die dritte Stellung (α&sub3;) definiert. Wie bereits erwähnt, gibt es gemäß der Townsend- Konstruktion zwei Bewegungsphasen, die den Aufbau des Kniestütztenmechanismus einschränken.

Phase I

Die erste Bewegungsphase ist so angelegt, daß sich der Punkt P längs einer horizontalen Linie von P&sub1; nach P&sub2; bewegt. Der Abstand L&sub1; ist ein Konstruktionsparameter, der so eingestellt werden kann, daß unterschiedliche Aufbaudimensionen erzeugt werden und eine Familie von Stützen, die unterschiedlichen Translationscharakteristiken gerecht werden, geschaffen wird. Diese Translation wird erzeugt, wenn sich der Femur in Bezug auf die Tibia um den Winkel α&sub2; dreht. Auch dieser Winkel ist ein Konstruktionsparameter. Im Falle der Townsend-Konstruktion beträgt L&sub1; ungefähr 8-9 mm und der Winkel α&sub2; sind die ersten 25º der Beugung, und gemäß der Erfindung sind diese Werte, wie unten angegeben.

Phase II

Die zweite Bewegungsphase bewegt den Referenzpunkt P aus Position P&sub2; in Position P&sub3;. Diese Bewegung ist als weiterer Konstruktionsparameter spezifiziert, als der Abstand L&sub2;, der erzeugt wird, wenn sich der Femur um einen Winkel α&sub3;-α&sub2; dreht.
Typische Werte für diese Konstruktionsparameter, die empirisch als geeignet festgestellt worden sind, sind:
L&sub1; = 7,5-10 mm
L&sub2; = 0,0 (Punkte P&sub2; und P&sub3; sind identisch)
α&sub2; = 25º-35º
α&sub3; = 120º-135º
Wenn sich der Mechanismus durch seine zweite Bewegungsphase bewegt, liegt das Ziel des Gelenkmechanismus darin, den Punkt P so eng wie möglich bei P&sub2; zu halten. Wenn sich daher der Femur um (α&sub3;-α&sub2;) dreht, ist der Abstand des Referenzpunkts P von P&sub2; zu minimieren, um eine wirkungsvolle Kniestütze zu haben.

Kraftresistenz

Ein zweites Konstruktionserfordernis für den Gelenkmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß er in der Lage sein muß, eine horizontale Kraft über das Kniegelenk hinweg für alle Drehwinkel des Fernur ohne Beschädigung seiner selbst, d. h. ohne zu brechen, zu übertragen. Ein typischer Belastungszustand ist in Fig. 2 gezeigt.
Um die Kraft F über das Kniegelenk hinweg zu übertragen, dürfen die Verbindungsglieder AD und BC nicht parallel sein. Wenn sie parallel werden, ist der Mechanismus nicht mehr in der Lage, einer horizontalen Kraft standzuhalten. Für praktische Zwecke wird der Mechanismus unwirksam, wenn der Winkel zwischen den beiden Verbindungsgliedern (in Fig. 2 als Φ bezeichnet) sich irgendeinem Minimalwert nähert.
Der Wert des Minimalwinkels Φ ist ein Konstruktionsparameter und Minimalwerte für Φ im Bereich von 24º-25º wurden von den Erfindern als durchführbar nachgewiesen. Die Gründe für das Erfordernis eines Minimalwinkels von Φ sind die, daß der Mechanismus, wenn er zusammengebaut ist, in den Gelenken einen gewissen Freiraum hat; und die Materialien im Mechanismus sich unter Last biegen, wenn die Stütze belastet ist.

Konstruktionsgleichungen

Die Bewegungsbeschreibung für den Kniestützenmechanismus definiert ein Dreipositionsbewegungserzeugungsproblem des Typs, der allgemein für Vierstabgelenke von Sander & Erdman, (ADVANCED MECHANISM DESIGN: Analysis and Synthesis, von George N. Sandor und Cliffx, New Jersey 07632, Band 2, Kapitel 2, Seiten 92-97 und 122-125) beschrieben wird. Das Problem der Kinematiksynthese wird definiert, und die Gleichungen, die den Aufbau von 4-Stab-Mechanismen beherrschen, sind in dieser Literaturstelle ausgeführt, die hiermit durch Bezugnahme in dem Umfang einbezogen wird, der erforderlich ist, um das Verständnis dieses Aspekts der Erfindung zu komplettieren. Fig. 3 zeigt das allgemeine Konstruktionsproblem (und entspricht Fig. 2.57 von Sander & Erdman). Die Punkte P&sub1;, P&sub2; und P&sub3; sind die weiter oben erwähnten Konstruktionsorte. Die Winkel α&sub2; und α&sub3; sind ebenfalls weiter oben für den vorliegenden Kniestützenaufbau definiert worden.
Der Aufbau eines 4-Stab-Mechanismus wird durch Auffinden eines Satzes von Vektoren W und Z erzielt, die, wenn sie kombiniert werden, einen Mechanismus ausbilden, wie er in Fig. 3 gezeigt ist. Die Zeichnungen, die den Aufbau beherrschen (Sandor & Erdman, Seite 96) sind:
wobei
δ&sub2; = P&sub2; - P&sub1;
δ&sub3; = P&sub3; - P&sub1;
und β&sub2; und β&sub3; beliebig gewählt werden können. Sobald zwei Wahlen für β&sub2; und β&sub3; vorgenommen sind, definieren diese Gleichungen zwei Seiten eines Vierstab-Mechanismus.
Anstelle die Winkel β&sub2; und β&sub3; willkürlich auszuwählen, werden sie durch Auswählen von Orten für die festen Schwenkorte A und B bestimmt. Dieser Vorgang führt zur folgenden Gleichung zur Bestimmung von β&sub2; und β&sub3;, wie in Sandor & Erdman ausgeführt ist (Seiten 122-124):
D&sub1; + D&sub2;eiβ2 + D&sub3;eiβ3 = 0
wobei:
D&sub1; = R&sub3;eiα - R&sub2;eiα
D&sub2; = R&sub1;eiα - R&sub3;
D&sub3; = R&sub2; - R&sub1;eiα
und für die Seite &sub2;, :
R&sub1; = P&sub1; - A
R&sub2; = P&sub2; - A
R&sub3; = P&sub3; - A
während für die Seite &sub1;, :
R&sub1; = P&sub1; - B
R&sub2; = P&sub2; - B
R&sub3; = P&sub3; - B
D&sub1; ist ein bekannter Vektor und D&sub2; und D&sub3; sind Vektoren bekannter Größen und unbekannter Richtungen. Die Richtungen der Vektoren, die die Gleichung erfüllen, führen zu den Werten von β&sub2; und β&sub3;. Kenntnis von β&sub2; und β&sub3; erlaubt die Berechnung von W und Z wie oben angegeben.
Der gerade dargelegte Prozeß erzeugt alle möglichen Mechanismen, die eine vorgeschriebene Bewegung unter Ver wendung der Parameter P&sub1;, L&sub1;, L&sub2;, α&sub2; und α&sub3; erfüllen. Die freien Wahlen sind die Orte der Schwenkpunkte A und B. Um den Gelenkmechanismus für die Kniestütze gemäß der vorliegenden Erfindung aufzubauen, wurden die Orte von A und B auf einen Anordnungsbereich begrenzt, der ihre Anordnung auf der Tibia ermöglicht, und der Referenzpunkt P ist als Schwenkpunkt C eingestellt worden. Dieser Anordnungsbereich wird durch Grenzen definiert, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind.
Die Grenzen sind als "Konstruktionsparameter" im Flußdiagramm der Fig. 5 spezifiziert, welches ein Verfahren darstellt, mit welchem man zu einer geeigneten Aufbaudefinition, etwa durch Verwendung eines Rechners, gelangen kann. Dieser Anordnungsbereich wird mit einem Gitter G abgedeckt, und der Punkt an jedem sich schneidenden Paar von Gitterlinien wird als mögliche Wahl für A und B verwendet. Der Abstand der Gitterlinien in diesem Bereich ist ein Konstruktionsparameter und wurde von den Anmeldern auf 1-2 mm eingestellt (wenngleich er als solcher in Fig. 4 aus Gründen der Einfachheit nicht gezeigt ist). Alle Kombinationen von Punkten für die Definition von A und B werden auf mögliche Mechanismen für den Aufbau der Kniestütze hin untersucht.
Die Kriterien, die zur Auswahl des besten Mechanismus aus allen möglichen Lösungen verwendet werden, sind:
1. Der Maximalabstand, um den sich der Punkt P aus dem Konstruktionsort P&sub2; bewegt, wenn sich der Femur von α&sub2; nach α&sub3; dreht, wird minimiert.
2. Der Winkel zwischen Linie AD und BC muß größer als ein spezifizierter Minimalwert sein (typischerweise Φ ≥ 24,5º).
Außerdem muß der Abstand zwischen Schwenkpunkt A und Schwenkpunkt C größer als ein spezifizierter Minimalwert sein (rmin = 10 mm wurde verwendet). Dies stellt sicher, daß um diese Schwenkorte herum so viel Material vorhanden ist, daß gewährleistet ist, daß die Stütze so stark ist, daß sie den Kräften standhält, die sie tragen muß. Dies erlaubt auch, den Mechanismus so zu bauen, daß Verbindungsglieder AD und BC sich an entgegengesetzten Seiten der oberen und unteren Streben (femorale und tibiale Verbindungsglieder) der Stütze liegen.
Unter Bezugnahme auf die obigen Kriterien und Fig. 5 ist die Art und Weise, auf die der beste Gelenkmechanismus ausgewählt werden kann, erreicht werden kann, klar. Zunächst werden die Konstruktionsparameter ausgewählt, d. h. das Gitter wird duch xmin, ymin, xmax, ymax (beruhend auf der Größe der Tibia des Beins, zu dem die Stütze passen soll) sowie das Gitterintervall (z. B. 1 mm) definiert. Dann wird sequentiell jedes der verschiedenen möglichen Paare von Gitterschnittpunkten in dem Bereich als Orte für Schwenkpunkte A und B betrachtet. Dann werden unter Verwendung der obigen Gleichungen entsprechende Werte für β&sub2; und β&sub3; und W&sub1;, Z&sub1; und W&sub2;, Z&sub2; bestimmt. Da außerdem gewünscht wird, den Punkt P so nahe wie möglich bei P&sub2; zu halten, wenn sich der Femur um den Winkel zwischen α&sub2; und α&sub3; während der zweiten Bewegungsphase dreht, wird im nächsten Schritt der Maximalwert der Differenz zwischen P und P&sub2; bestimmt und, zur Verwendung in einem nachfolgenden Schritt, der Minimalwert von Φ bestimmt. Nach Bestimmung dieser Werte wird der gerade aufgefundene Wert von von dem früheren Wert von subtrahiert, und, wenn das Ergebnis negativ ist, ist dieser erste Test fehlgeschlagen und es wird ein neuer Satz von Punkten durch Rückkehr zum zweiten Schritt untersucht (für den ersten Satz von Punkten schlägt dieser Test stets fehl). Wenn dieser Test vom letzten Wert von bestanden wird, der sich als kleiner als der vorherige erweist, wird ein zweiter Test durchgeführt, um festzustellen, ob das Gelenk einen Winkel Φ über dem vor geschriebenen Minimum (24º-25º) beibehalten würde, und wenn nicht, wird ein neuer Satz von Punkten erneut untersucht, indem zum zweiten Schritt zurückgekehrt wird. Wenn andererseits der vorgeschriebene Minimalwinkel aufrechterhalten wird, geht der Prozeß nach einem dritten Test weiter, welcher feststellt, ob der Abstand zwischen Schwenkpunkt A und Schwenkpunkt C größer als der spezifizierte Minimalwert (z. B. rmin = 10 mm) ist. Wenn dieser letzte Test bestanden wird, wird der durch den aktuellen Satz von Parametern definierte Konstruktionsaufbau gesichert. Wie es einsichtig ist, liegt das Kritische nicht in der besonderen Folge von Schritten, da beispielsweise die Reihenfolge der Tests ohne Änderung des Ergebnisses geändert werden könnte. Ferner wurden zwar der Ansatz und die Gleichungen von Sandor & Erdman verwendet, die Analyse und Synthese des Mechanismusaufbaus kann aber auch unter Verwendung eines bekannten Ansatzes und bekannter Gleichungen, die zu Vierstabgelenken gehören, durchgeführt werden. Was in erster Linie wichtig ist, ist die Art und Weise, in der solches auf die Lösung besonderer Probleme angewandt wird, die der vorliegenden Verwendung eines Vierstabgelenks zur Gewinnung einer Kniestütze zugeordnet sind, welche sich in zufriedenstellender Weise gemäß den Kriterien der Townsend-Konstruktion verhält und die Anforderungen erfüllt, die von den Anmeldern, wie oben ausgeführt, als notwendig festgestellt wurden.

Kniestütze

Unter Berücksichtigung des Obigen wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Kniestütze, die alle Aufgaben und Erfordernisse der vorliegenden Erfindung erfüllen, unter Bezugnahme auf die Fig. 6-17 beschrieben.
In Fig. 6 ist zu sehen, daß die Kniestütze 10 ein Paar von femoralen Verbindungsgliedern 12a, 12b und ein Paar von tibialen Verbindungsgliedern 14a, 14b aufweist, die in Form eines Paares von oberen Streben und eines Paares von unteren Streben vorliegen, die aus Aluminium, Titan oder Faser- Kunstharz-Verbundwerkstoffen gebildet sein können. Eine Manschette und/oder eines oder mehrere Bänder 16 bekannter Ausführung sind zum Halten der Kniestütze am Bein einer Knieunterstützung erfordernden Person vorgesehen (in der Figur ist eine Stütze für das rechte Knie gezeigt, wobei die linke spiegelbildlich dazu sein würde).
Das lateralseitige (außenseitige) femorale Verbindungsglied 12a ist am lateralseitigen tibialen Verbindungsglied 14b über einen Vierstab-Gelenkmechanismus 18 angelenkt, und das medialseitige (außenseitige) femorale Verbindungsglied 14b ist am medialseitigen tibialen Verbindungsglied 14b über einen Vierstab-Gelenkmechanismus 20 angelenkt. Der medialseitige Gelenkmechanismus 20 unterscheidet sich vom lateralseitigen Gelenkmechanismus 18 nur in Bezug auf die Kissen, die an ihren Innenseiten zum Schutze des Beins des Trägers vorgesehen sind. Das lateralseitige Kissen 22 ist im wesentlichen auf beiden Seiten eben, während das medialseitige Kissen 24 größer ist und sphärische Becherform auf seiner dem Knie zugewandten Seite hat.
Diese sphärische Becherform ist zwar nicht wesentlich aber insofern vorteilhaft als sie ein rasches und einfaches Anordnen der Kniestütze 10, speziell von deren Gelenkmechanismus 18, 20, am Knie gestattet. Insbesondere läßt sich durch Teilabbeugung des Knies (beispielsweise um ungefähr 25 bis 35º) der femorale Condylus als Kuppe an der medialen Seite des Knies fühlen und das Kissen 24 kann auf dem femoralen Condylus als Weg zur richtigen Anordnung des Gelenkmechanismus angeordnet werden so, daß sie in Bezug auf die horizontale Achse xc, die durch den femoralen Condylus verläuft, zentriert werden. Auf diese Weise können durch Anbringen der Kissen 22, 24 an Trägerplatten 23 bzw. 25, wel che mit innenseitigen Schwenkplatten 27 über beispielsweise einen Niet schwenkbar verbunden sind, die Kissen in Bezug auf das Knie bei seiner Beugung und Streckung im wesentlichen stationär bleiben, womit ein unangenehmes Gefühl für den Träger infolge eines Reibens des Gelenkmechanismus gegen die Seite des Knies verhindert werden. Es ist jedoch einsichtig, daß es nicht kritisch ist, daß eine exakte Anordnung zentriert auf die Achse xc gewonnen wird.
Da die verbleibenden Einzelheiten in gleicher Weise für die Gelenkmechanismen 18, 20 gelten, und um einen Nebeneinandervergleich der Bewegungen an der Innen- und Außenseite der Gelenkmechanismen 18, 20 zu erleichtern, sind sie gesehen aus einer gemeinsamen Richtung, d. h., so als ob der Gelenkmechanismus transparent wäre, und äquivalent zu einem Vergleich der Außenseite des lateralen Gelenkmechanismus 18 in Bezug auf die Innenseite des Gelenkmechanismus 20 und vice versa wiedergegeben. Wegen dieses Ansatzes sind die "a" und "b" Bezeichnungen bei den Bezugsziffern 12 und 14 in den Fig. 7-17 fallengelassen.
Äußere Schwenkplatten 29 sind jeweils mit einem betreffenden femoralen Verbindungsglied 12 und einem betreffenden tibialen Verbindungsglied 14 durch einen Gelenkstift, der beispielsweise durch einen Niet gebildet ist, verbunden, so daß ein erster und ein zweiter Schwenkpunkt A, D geschaffen werden. Jede innere Schwenkplatte 27 ist in ähnlicher Weise angeschlossen, um eine dritten und vierten Schwenkpunkt B, C zu schaffen.
Jeder dieser Schwenkstifte kann zwar direkt mit einem Verbindungsglied 12, 14 verbunden sein, vorzugsweise erfolgen diese Verbindungen aber mit einer Plastikendkappe 30, die am Ende eines jeden Verbindungsglieds mit Befestigungselementen 32, die auch Nieten sein können, befestigt ist. Diese Form der Anbringung ist insofern vorteilhaft, als sie ermöglicht, daß die Gelenkmechanismen getrennt montiert und geprüft werden, und erlaubt, daß der montierte Gelenkmechanismus inventarisiert und nachfolgend an irgendeinem von auf verschiedene Weise geformten Gelenkstützen, wie etwa für Beine mit kleinen, mittleren oder starken Oberschenkeln und/oder Waden, angebracht wird. Ferner ist eine solche Form von Anbringung insbesondere vorteilhaft, wenn die aus Faser- Kunstharz-Verbundwerkstoffen gebildet sind, da die Kappe 30, die das Ende eines aus einem solchen Material ausgebildeten Verbindungsglieds 12, 14 umschließt, die niedrige Kerbfestigkeit des Verbundmaterials ausgleicht.
Bei der bevorzugten und dargestellten Ausführungsform ähnelt die innere Verbindungsplatte 27 allgemein der Form einer Eiskremtüte, und die äußere Verbindungsplatte 29 ähnelt einem Rechteck mit abgerundeten Ecken, von denen eine entfernt worden ist. Solche Formen sind jedoch nicht wesentlich und können abgeändert werden, solange eine ausreichende Festigkeit beibehalten und das Arbeiten des Gelenks nicht anderweitig beeinträchtigt wird. Ferner können mit anderen Anordnungen der Schwenkpunkte andere Formen wünschenswert oder sogar notwendig sein.
Ähnlich sind die den Endkappen 30 gegebenen Aufbauten einerseits so gewählt, daß angemessen Material vorgesehen ist, um die Schwenkstifte sicher zu halten und um zu ermöglichen, daß die beabsichtigten Bewegungen des Gelenks erreicht werden, während gleichzeitig verhindert wird, daß die Endkappe auf dem femoralen Verbindungsglied 12 die Endkappe des tibialen Verbindungsglieds 14 berührt, und andererseits so, daß sie verknüpft sind und zusammenwirken mit einem Satz von Streckanschlägen R-0 bis R-30 (Fig. 7a, 7b bis 12a, 12b) und einem Satz von Beugeanschlägen F-60 bis F-90 (Fig. 13a, 13b bis 15a, 15b), sowie so, daß sie inhärent einen Endabbeugeanschlag schaffen (Fig. 16a, 16b). Diese Anschläge dienen dazu, die Möglichkeit zu eröffnen, Einschränkungen der zulässigen Abbeugung und/oder Streckung des Kniegelenks aufzuerlegen, um sicherzustellen, daß ein Benutzer sich nicht verletzen kann, indem er über eine für diese Person infolge von Verletzung oder Deformation wünschenswerte Grenze entweder strecken oder abbeugen kann. Die Endkappen 30 können jedoch auch so rekonfiguriert sein, daß sie mit anders geformten Bewegungsanschlägen und/oder Gelenkmodifikationen arbeiten.
Was nun das Arbeiten dieses Gelenkmechanismus anbelangt, ist der Punkt P der obigen Berechnungen, wie erwähnt so gewählt, daß er dem Gelenkpunkt C entspricht. Während es ferner auch wünschenswert wäre, den Schwenkpunkt C anfänglich (d. h. in der 0º-Position der Fig. 7a, 7b) auf der Achse xc des femoralen Condylus anzuordnen, so ist dies nicht wesentlich. Es hat sich gezeigt, daß der Mechanismus problemlos bei einem Ort des Schwenkstifts C bis hin zu 0,01 bis 0,02 mm nach rechts und bis hin zu 3 mm bis 5 mm von der Achse xc nach oben (bei Betrachtung gemäß Fig. 7b) arbeitet, womit Anpassungen zulässig sind, um körperlichen Zwängen einer bestimmten Kniestütze nachzukommen.
Die Relativlagen der Schwenkverbindungsglieder A-D und B-C bei Abbeugung des Gelenkmechanismus sind in den Fig. 7 bis 15 zu sehen und zeigen, daß der Winkel Φ zwischen ihnen stets größer als 24º bis 25º über den gesamten Bereich der Abbeugung ist. Ferner ist der Anfangsort des Punkts P, d. h. P&sub0; zusätzlich gezeigt, damit die Bewegung des Punkts P, mit Schwenkpunkt C, sichtbar wird.
Ferner ist aus der überlagerten Ansicht der Fig. 17 ersichtlich, daß der Schwenkstift C eine im wesentlichen lineare Bewegung ausführt, die der Vorwärtsbewegung des Schwenknockenstifts innerhalb des linearen Nockenschlitzes entspricht, die durch den in der oben erwähnten Townsend- Konstruktion offenbarten Gelenkmechanismus produziert wird. Eine Analyse der Bewegung zeigt, daß in Wirklichkeit eine leichte Auf- und Ab-Bewegung von weniger als 0,5 mm auftritt, welche für Zwecke der Erfindung und den tatsächlichen Gebrauch insignifikant ist, so daß die Bewegung nichtsdestotrotz als eine im wesentlichen lineare Bewegung betrachtet werden kann. Gleichzeitig sieht man, daß der Schwenkstift D anfänglich im wesentlichen an einem festen Ort bleibt und dann in einer im wesentlichen unizentrischen gekrümmten Bewegung schwenkt, die derjenigen des Nockenstifts entspricht, der sich in dem großen gekrümmten Schlitz des Gelenkmechanismus der Townsend-Konstruktion bewegt. Trotzdem sollte erkannt werden, daß, wie oben ausgeführt, die Bewegung nicht exakt unizentrisch ist; beispielsweise kann trotz der Tatsache, daß der Schwenkstift C sich am Anfang und am Ende der Bewegung der Phase 2 am gleichen Ort befindet, er sich zwischendurch bis zu etwa 2 mm weg von und dann zurück zu dieser Stelle bewegen. Natürlich sollte anerkannt werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Erzeugung der exakt gleichen Bewegungsphasen wie beim Townsend-Patent beschränkt ist, wie aus dem zulässigen Bereich für die Werte L&sub1;, α&sub2; und α&sub3;, der oben ausgeführt ist, deutlich wird. Ferner kann der Gelenkmechanismus so ausgelegt sein, daß er mehr als zwei Phasen erzeugt, oder Phase 2 könnte selbst in zwei oder mehr getrennte Unterphasen unterteilt werden.
Bei Verbleiben bei dem Vorstehenden sollte erkannt werden, daß der ursprüngliche Nocken-Gelenkmechanismus des Townsend-Patents so abgewandelt werden kann, daß die Bewegungen des oben beschriebenen Vierstab-Mechanismus nachgebildet werden, und er in ähnlicher Weise so ausgelegt werden könnte, daß er mehr als zwei Phasen erzeugt oder daß die zweite Phase in zwei oder mehr getrennte Unterphasen unterteilt wird.
Wenngleich lediglich eine einzige Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist, so ist sie doch zahlreichen Änderungen und Abwandlungen zugänglich, wie für den Fachmann auf der Hand liegt. Die vorliegende Erfindung beschränkt sich daher nicht auf die hier gezeigten und beschriebenen Einzelheiten sondern umfaßt den vollen Bereich der beigefügten Ansprüche.

Claims

1. Kniestütze (10) zur Steuerung der Bewegung des Femur in Bezug auf die Tibia während Streckung und Beugung eines Beins eines Trägers, mit einem Paar von femoralen Verbindungsgliedern (12a, 12b) und einem Paar von tibialen Verbindungsgliedern (14a, 14b), wobei das eine der femoralen Verbindungsglieder an dem einen der tibialen Verbindungsglieder mit einem Gelenkmechanismus (20) an einer medialen Seite der Stütze (10) und das andere der femoralen Verbindungsglieder an dem anderen der tibialen Verbindungsglieder durch einen Gelenkmechanismus (18) an einer lateralen Seite der Stütze angelenkt ist; wobei jeder Gelenkmechanismus eine Viergelenkverbindung mit einer ersten Schwenkplatte (27), welche schwenkbar an einem ersten Schwenkpunkt mit einem betreffenden der tibialen Verbindungsglieder und an einem zweiten Schwenkpunkt mit einem betreffenden der femoralen Verbindungsglieder verbunden ist, und einer zweiten Schwenkplatte (29), welche schwenkbar an einem dritten Schwenkpunkt mit einem betreffenden der tibialen Verbindungsglieder und an einem vierten Schwenkpunkt mit einem betreffenden der femoralen Verbindungsglieder verbunden ist, ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativlagen der Schwenkpunkte eine Bewegung eines Referenzpunktes auf dem Femur erzeugen, welche eine im wesentlichen lineare Translation in einer Vorwärtsrichtung in Bezug auf die Tibia ist, die dazu führt, daß die Tibia gezwungen ist, sich nach hinten in Bezug auf den Femur in einer ersten Phase der Abbeugung aus einer gestreckten Beinposition zu bewegen, und welche eine im wesentlichen unizentrische gekrümmte Bewegung um den Referenzpunkt in einer zweiten Phase der Abbeugung erzeugt; und wobei ein Schnittwinkel zwischen einer durch den ersten und zweiten Schwenkpunkt gezogenen gedachten Linie und einer durch den dritten und vierten Schwenkpunkt gezogenen gedachten Linie wenigstens 24º über den vollen Abbeugebereich aus der gestreckten Beinposition in eine voll abgebeugte Position hinweg ist.

2. Kniestütze nach Anspruch 1, wobei die horizontale Translation der Referenzposition während der ersten Phase 7,5 mm bis 10 mm ist, und der Referenzpunkt während der zweiten Phase innerhalb von 2 mm bezüglich seiner Position am Ende der ersten Phase bleibt.

3. Kniestütze nach Anspruch 2, wobei sich die erste Phase von 0º Abbeugung bis 25º bis 35º Abbeugung und die zweite Phase vom Ende der ersten Phase bis 120º bis 135º Abbeugung erstreckt.

4. Kniestütze nach Anspruch 1, wobei die erste Phase sich von 0º Abbeugung bis 25º bis 35º Abbeugung und die zweite Phase vom Ende der ersten Phase bis 120º bis 135º Abbeugung erstreckt.

5. Kniestütze nach Anspruch 4, wobei eine der Schwenkplatten (27) jedes Gelenkmechanismus an einer Innenseite des femoralen und des tibialen Verbindungsglieds (12a, 12b, 14a, 14b) angeordnet ist und die andere der Verbindungsplatten (29) an einer Außenseite des femoralen und des tibialen Verbindungsglieds (12a, 12b, 14a, 14b) angeordnet ist.

6. Kniestütze nach Anspruch 1, wobei ein Kissen (22, 24) schwenkbar an jeder der innenseitigen Schwenkplatten (27), an der medialen Seite der Kniestütze, angebracht ist und das Kissen (24) in Form einer sphärischen Schale zur Anpassung an den femoralen Gelenkhöcker des Trägers ausgebildet ist.

7. Kniestütze nach Anspruch 6, wobei ein Kissen (22, 24) schwenkbar an jeder der innenseitigen Schwenkplatten (27), an der medialen Seite der Kniestütze, angebracht ist, und das Kissen (24) in Form einer sphärischen Schale zur Anpassung an den femoralen Gelenkhöcker des Träges ausgebildet ist.

8. Kniestütze nach Anspruch 1, wobei sich die Referenzposition auf dem femoralen Gelenkhöcker in der Nähe des zweiten oder vierten Schwenkpunkts befindet und wobei der Abstand von dem zweiten bzw. vierten Schwenkpunkt zum betreffenden des ersten und dritten Schwenkpunkts der gleichen Schwenkplatte wenigstens 10 mm ist.

9. Kniestütze nach Anspruch 1, wobei jedes der femoralen und tibialen Verbindungsglieder (12a, 12b, 14a, 14b) eine Strebe und eine auf einem Ende der Strebe befestigte Endkappe (30) aufweist, und wobei die Schwenkpunkte auf den Endkappen liegen.

10. Kniestütze nach Anspruch 9, wobei die Endkappen (30) aus Kunststoff und die Streben aus einem Faser-Harz- Verbundwerkstoff ausgebildet sind.

11. Verfahren zur Ausbildung einer Kniestütze (10) für eine Steuerung der Bewegung des Femur in Bezug auf die Tibia während Streckung und Beugung eines Beins eines Trägers, mit einem Paar von femoralen Verbindungsgliedern (12a, 12b) und einem Paar von tibialen Verbindungsgliedern (14a, 14b), wobei das eine der femoralen Verbindungsglieder an dem einen der tibialen Verbindungsglieder durch einen Gelenkmechanis mus (20) an einer medialen Seite der Stütze (10) und das andere der femoralen Verbindungsglieder an dem anderen der tibialen Verbindungsglieder durch einen Gelenkmechanismus (18) an einer lateralen Seite der Stütze angelenkt ist; wobei jeder Gelenkmechanismus eine Viergelenkverbindung mit einer ersten Schwenkplatte, die schwenkbar an einem ersten Schwenkpunkt mit einem betreffenden der tibialen Verbindungsglieder und an einem zweiten Schwenkpunkt mit einem betreffenden der femoralen Verbindungsglieder verbunden ist, und einer zweiten Schwenkplatte, die schwenkbar an einem dritten Schwenkpunkt mit einem betreffenden der tibialen Verbindungsglieder und an einem vierten Schwenkpunkt mit einem betreffenden der femoralen Verbindungsglieder verbunden ist, ist, und wobei die Relativlagen der Schwenkpunkte eine Bewegung eines Referenzpunkts auf dem Femur erzeugen, welche eine im wesentlichen lineare, horizontale Translation ist, die dazu führt, daß die Tibia gezwungen wird, nach hinten in Bezug auf den Femur in einer ersten Phase der Beugung aus einer gestreckten Beinposition zu gleiten, und welche eine im wesentlichen unizentrische gekrümmte Bewegung um den Referenzpunkt in einer zweiten Phase der Beugung erzeugt; mit den Verfahrensschritten des

A) Auswählens eines Bereichs möglicher Orte für die Schwenkpunkte unter Verwendung eines Rasters ausgedrückt als xmin, ymin, xmax, ymax und beruhend auf der Größe der Tibia eines Beins, zu dem die Stütze passen soll, und eines Rasterintervalls;

B) sequentiellen Betrachtens jedes der verschiedenen möglichen Paare von Rasterschnittpunkten in dem Bereich als Orte für den ersten und dritten Schwenkpunkt;

C) Bestimmens der möglichen Bewegungsvektoren für den zweiten und vierten Schwenkpunkt, die in der Lage sind, die Bewegung des Referenzpunkts zu erzeugen;

D) Bestimmens der Paare von Orten des ersten und drit ten Schwenkpunkts, welche eine minimale Versetzung des Referenzpunkts während der zweiten Phase unter Aufrechterhaltung eines Winkelwerts eines Schnittwinkels zwischen einer durch den ersten und zweiten Schwenkpunkt gezogenen gedachten Linie und einer durch den dritten und vierten Schwenkpunkt gezogenen gedachten Linie von wenigstens 24º über den vollen Beugebereich von der gestreckten Beinposition bis zur voll abgebeugten Position erzeugen, und wobei ein Abstand zwischen dem ersten oder zweiten Schwenkpunkt und dem dritten und vierten Schwenkpunkt größer als ein spezifizierter Minimalwert ist; und

E) Erzeugens eines Gelenkmechanismus unter Verwendung der Werte und Orte einer aus Schritt D) sich ergebenden Lösung.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei im Schritt D) 10 mm als der spezifizierte Minimalwert des Abstandes verwendet wird.