DE8590037U1

DE8590037U1 - Biomechanischer Fußknöchel

Info

Publication number: DE8590037U1
Application number: DE8590037U
Authority: DE
Inventors: Arthur Copes
Original assignee: Copes, Arthur, French Settlement, La.
Priority date: 1984-03-12
Filing date: 1985-03-11
Publication date: 1987-03-05
Also published as: WO1985004095A1; AU4110785A; US5030239A; ES541650A0; JPS61501681A; EP0183708A1; DK518385D0; EP0183708A4; DK518385A; ES8605675A1

Description

Copes,Arthur French Settlement La.,US

TSK-8189

Verbesserter biomechanischer Fußknöchel

Bezugnahme auf eine Bezugsanmeldung. Diese Anmeldung ist eine "Continuation-Parf'-Anmeldung einer anhängigen US-Patentanmeldung Serial Number 348 284, eingereicht am 12. Februar 1982, wobei die Offenbarung dieser Anmeldung unter Bezugnahme hiermit eingeschlossen sein soll.

Hintergrund der Erfindung.

1. Feld der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen prothetisehen Fuß und insbesondere auf einen prothetischen Fuß, der die Bewegung des menschlichen Fußes ; um drei Achsen imitiert.

2. Beschreibung des Problems und der Lösungen gemäß dem Stand der Technik.

Der Vorgang der Bewegung von Menschen auf der Erde umfaßt eine komplizierte Wechselwirkung von muskulären Zusammenziehungen um eine Verschiedenheit von Gelenken im Fuß herum. Die Wechselwirkung dieser komplizierten Bewegungen gibt dem Fuß die Fähigkeit_fsich seiner externen Umgebung anzupassen und gestattet einen verhältnismäßig leichten Lauf über unterschiedliche erdmäßige Umgebungen.

Es gibt drei Hauptkategorien der Bewegung im Fußgelenk (Fußkniächel) und Fuß: aie Dorsiflexion und plantare Flexion, die Inversion und Eversion und die seitliche Drehung.

Die Dorsiflexion und plantare Flexion sind definiert als die Auf- und Abbewegung des Fußes in einer Ebene senkrecht zur der Linie des Vorwärtsschreatens. Die Dorsiflexion ist die Bewegung des Fußes aufwärts und die plantare Flexion ist die Bewegung des Fußes nach unten um eine Achse, die zwischen den KnochenvorSprüngen des Knöchels (im folgenden als "Knöchelachse" bezeichnet) verläuft. Die Bewegung des Knöchels in dieser Ebene ist möglich über einen Bereich von annähernd 70°, 20° Dorsiflexion und 50° plantare Flexion.

Die Eversion ist definiert als die Bewegung der Fußsohle nach außen am Knoehelgelenk, wohingegen die Inversion definiert wird als die Bewegung der Fußsohle nach innen am Knöchelgelenk. Diese Bewegungen erfolgen um die subtalare Achse, die in etwa parallel zur Linie des Vorwärtsschreitens verläuft. Genauer gesagt erstreckt sich die subtalare Achse vom lateralen (seitlichen) Aspekt der Ferse zum medialen Aspekt der Sohle benachbart zur großen Zehe. Was die anatomische Struktur anlangt, so erfolgt die hier beschriebene Bewegung in dem subtalaren Gelenk von Knöchel/Fuß.

Die Bewegung um die subtalare Achse kann in analoge Beziehung gebracht werden zu der Bewegung in einer schrägen Angel (Scharnier, Gelenk), in der die Auswärtsdrhung eines vertikalen Angelgliedes eine Inwärtsdrehung eines horizontalen Angelgliedes zur Folge hat. In ähnlicher Weise hat die Inwärtsdrehung eines oberen Angelgliedes eine Auswärtsdrehung eines unteren Angelgliedes zur Folge. Anatomisch erfolgt die Inwärtsdrehung des Fußes so, daß die Sofele nach innen weist (Inversion) als ein Ergebnis der Auswärtsdrehung der Knochen im unteren Bein um eine Achse, die in Längsrichtung

durch das Bein verläuft. Die Auswärtsdrehung des Fußes erfolgt derart, daß die Sohle nach außen weist (Eversion) als ein Ergebnis der Einwärtsdrehung der Knochen im unteren Bein um eine Längsachse durch das Bein. Der typische Inver- > sionsbereich beträgt 20°, während ein typischer Eversions- ) bereich 5° ist. Dieser Aspekt der Bewegung in dem Knöchel/ Fuß-Komplex gibt dem Individuum die Möglichkeit auf unebenen Erdoberflächen und Neigungen ohne Schwierigkeit zu laufen.

Die dritte Bewegungsart im Fußknöchel und Fuß ist die seitliche Rotation, die auch als die "Tibia-Torsionsbewegung" bekannt X st .Diese Aktion erfolgt durch eine transversale, schräge Angelaktion oder Wirkung das Fußknöchels und des Fußes. Die seitliche oder laterale Drehung bewegt den Fuß durch eine Vertikalebene im wesentlichen parallel zur Erde.

Die komplizierte Wechselwirkung zwischen den drei Bewegungskategorien der oben beschriebenen Art begründet die natürliche Gangart oder Haltung, die bei Menschen bei deren Bewegung auf der Erde zu beobachten ist. Der Laufzyklus beginnt dann, wenn der anfängliche Bodenkontakt gemacht wird, beispielsweise mit der Ferse des rechten Fußes. Progressionjs-Dorsiflexion erfolgt über die ersten 30 % des LaufzykluSf bis der rechte Fuß im wesentlichen flach auf der Erde sich befindet. Als nächstes tritt die plantare Flexion auf, wenn die Ferse von der Erde abgehoben wird, wobei diese Flexion unter Biegung ein Maximum von 60 % des Laufzyklus j

&igr; erreicht, wobei zu diesem Zeitpunkt das "Abheben" auftritt, und der rechte Fuß um einen Schritt nach vorne schwingt. Der Prozeß der plantaren Flexion-Dorsiflexion, der hier beschrieben wurde, setzt sich durch jeden darauffolgenden Schritt fort.

Zusätzlich zu der plantaren Flexion-Dorsiflexion erfährt der Fuß gleichzeitig eine Inversion-Eversion. Die Inversion-

Eversionbewegung bewirkt, daß der anfängliche Bodenkontakt am seitlichen Aspekt der Ferse auftritt, wenn der Fersenkontakt des rechten Fußes erfolgt. Wenn die plantare Flexion fortschreitet, so verschiebt sich der Druck der Sohle diagonal vom seitlichen oder lateralen Aspekt der Ferse zum medialen Aspekt der Sohle, benachbart zur großen Zehe unmittelbar dann, wenn die Abhebung auftritt. Genauer gesagt, erfolgt die Inversion bis annähernd 40 % des Laufzyklus vollendet sind, wobei zu dieser Zeit die Eversion Gewicht zum medialen Aspekt des Fusses transferriert, um das Abheben vorzubereiten und das Schwingen des Beins über einen Schritt hinweg.

Wenn es nur zugelassen wäre, daß sich der Fuß durch eine horinzontale Ebene (Dorsiflexion-Plantarflexion) und um die subtalare Achse (Inversion-Eversion) bewegt, so wäre der Fuß hinsichtlich seiner Aktion an die verschiedenen Terrains,über die hinweg die Fortbewegung glatt und ungestört erfolgen soll, beschränkt. Es ist daher ein Glücksfall, daß der menschliche Fuß auch mit der Möglichkeit der lateralen Rotation ausgestattet ist, oder der Bewegung durch eine Horizontalebene um eine Imaginärachse, die vertikal durch Bein und Ferse verläuft. Diese dritte Bewegung erhöht die Flüssigkeit der Fortbewegung dadurch, daß der glatte Gewichtstransfer gestattet wird, und zwar über einen Bogen, der diagonal über die Sohle verläuft, und zwar von der Außenseite der hinteren Ferse zu der Innenseite der Sohle, benachbart zur großen Zehe.

ff Es ist daher erwünscht, einen biomechanischen (biochemi- f sehen) Fußknöchel vorzusehen, der sämtliche drei Grundbe- | wegungen des Fußknöchels und des Fußes wie oben be- I

schrieben, imitiert. |

Der Stand der Technik.

Der am nächsten kommende Stand der Technik, der dem Anmelder

bekannt ist und auf den hingewiesen sei, wird durch die folgenden US-Patente gekennzeichnet:

4 306 320 (DeIp)

3 874 004 (May)

2 098 067 (Simonsson)

710 996 (Peer)

37 637 (Parmelee)

2 368 917 (Dumelin).

DeIp wird als relevant angesehen, da er ein Kugel- und Sockelgelenk zeigt, welches gestattet, daß entgegengesetzte Keile derart eingestellt werden können, daß selektiv das Ausmaß des Bogens in der Sohle eines prothetischen Fusses eingestellt wird. Diese Anordnung ist derart konstruiert, daß der Fuß an Schuhe mit unterschiedliche: Höhe aufweisenden Absätzen angepaßt wird. Die Bewegung des Fußes in den drei oben beschriebenen Aspekten wird jedoch nicht imitiert.

May beschreibt ein künstliches Fußknöchelgelenk, welches für Patienten geeignet ist, die der Symes-Amputation unterworfen waren. Eine Sohlenplatte ist vorgesehen mit hinteren und vorderen nach oben sich neigenden Schwenkgelenken mit einem dazwischen angeordneten Gummiblock, um bei der Übertragung des Gewichtes vom hinteren zum vorderen Teil des Fußes unterstützend zu wirken. Eine solche Vorrichtung zwingt den Träger dazu zum Anheben des Beins und zum Setzen des Fußes eine Reihe von Oberschenkelmuskeln und unteren Thoraxmuskeln zu verwenden. Die normale Fortbewegung ist behindert, weil die Gelenke für A und B bei May einen Fuß bezüglich eines Beines in der Weise verschwingen würden, so daß dieser längs einer Laufoberfläche gleitet. Diese Vorrichtung liefert auch keine stabile Haltung für den vorderen Teil des Fußes was eine gestörte Fortbewegung zur Folge haben würde. Die einzige von May ermöglichte natürliche Bewegung ist die plantare Flexion und die Dorsiflexion, und es besteht ferner eine Be-

• ■ B · · ·

schränkung insofern, als diese Vorrichtung besonders brauchbar ist nur bei einer Symes-Amputation.

Das US-Patent 2 368 917 (Dumelin) lehrt ein Gebilde, bei dem die Plantarflexion-Dorsiflexion möglich sein kann, aber die etwas horizontalen Ebensn, die um die Kugel schwenken, sind viel zn dicht,um einen Inversion-Eversion-Effekt zu ergeben.

Das US-Patent 2 098 067 (Simonsson) scheint nicht einen gewissen Grad an Inversion-Eversion zu gestatten, vielmehr sind solche Bewegungen nicht gesteuert und würden daher dem Träger eine gewisse schwankende Gangart verleihen.

Die US-Patente 710 996 und 37 637 beschreiben auch Anordnungen mit einer Art Kugelgelenk, wobei aber diese Anordnungen nicht in der Lage sind, die drei Aspekte der Primärbewegung von Fußknöchel und Fuß zu imitieren. Zudem haben diese bekannten Anordnungen keine Mittel zum Vorsehen einer Halterung der festen Bauart für den vorderen Teil des Fußes..

Der Stand der Technik sieht auch prothetische Fußvorrichtungen vor, die sich von denjenigen, die in diesen Patenten gezeigt sind, unterscheiden. Ein derartiger alternativer Fuß ist als die solide Fußknöcheldämpfungsferse (SACH) bekannt, die aus einem soliden Material hergestellt ist und einem Patienten keine kontrollierte Bewegung des Fusses ermöglicht.

Eine weitere bekannte Vorrichtung ist ein Exnzelachsenfuß, wie er von OAAO Bock hergestellt wird. Kunstfüße dieser Art haben nur eine einzige Drehachse, wodurch die Bewegung des menschlichen Fußknöchels schlecht imitiert wird. Der Bock-Fuß ist auch raumgreifend und ist daher nur brauchbar für

Amputationen oberhalb des Knies. Er ist nicht kompakt genug, um unterhalb des Stumpfes einer Symes-Amputation zu sitzen, die nur die Amputation des Fußes umfaßt.

Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten künstlichen Fußknöchel und Fuß vorzusehen, die die natürliche Bewegung des menschlichen Fußes imitieren, und zwar hinsichtlich Dorsiflexion-Plantarflexion, Inversion-Eversion und lateraler Rotation.

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Ein weiteres Ziel ist ,einen prothetischen Fußknöchel vorzusehen, der dauerhaft ist, ein geringes Gewicht besitzt und in der Lage ist, ein beachtliches Gewicht und Drehmomentkräfte aufzunehmen, und der sich zusammendrückt und

P 15 dynamisch bewegt in einer Weise ähnlich dem normalen Fuß.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ,ein biomechanisches Fußgelenk vorzusehen, welches klein genug ist, um für kosmetische Zwecke einsetzbar zu sein.

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Es ist in gleicher Weise erwünscht, daß das Fußgelenk Patienten gestattet, eine normale Gangart zu entwickeln, und zwar mit der geringstmöglichen Menge, an Energieverbrauch.

Zusammenfassung der Erfindung.

Die Erfindung hat diese Ziele erreicht und beachtliche Nachteile des Standes der Technik überwunden durch das Vorsehen eines bion<echani sehen Fußgelenks zur Verwendung in einem künstlichen Fuß, der für die Befestigung an einem Amputierten geeignet ist. Der biomechanische Fußknöchel weist folgendes auf: eine flache Sohlenplatte und eine Prothesentragplatte, die in einer parallelen Abstandbeziehung zueinander durch einen aufrechten Pfosten gehalten werden. Der Pfosten und die Prothesentragplatte sind mit einem Kugel- und Sockelgelenk gekuppelt, um die Drehung der Platten in jeder Richtung um den Pfosten zu gestatten.

Eine Schraubenfeder ist vor dem Pfosten vorgesehen und ist zwischen der Basis und den Prothesentragplatten angeordnet, um eine kontrollierbare elastische Halterung für den vorderen Teil des Fußes vorzusehen. Die Verwendung einer solchen Feder gibt dem Träger des künstlichen Fusses eine verbesserte Fähigkeit, die Vorwärtsbewegung mit den Muskeln zu steuern, die normalerweise beim Laufen verwendet werden.

Der aufrechte Pfosten und Kugelgelenk sind in bevorzugten Ausführungsbeispielen 3 bis 7 mm hinter der Trochanter-Knie-Fußknöchel (TKA)-Ausrichtung der Person angeordnet, die den künstlichen Fuß trägt. Die TKA-Linie bezieht sich auf die imaginäre Linie, welche den größeren Trochanter ("Hüft-.oder Sitzbtinknochen") Knie und Fußknöchel schneidet, wenn eine Person in einer neutralen, aufrechten Position steht. Die Anordnung des Pfostens im wesentlichen kolinear mit der TKA-Linie liefert einen biomechanisch ordnungsgemäßen Schwenkpunkt, um den herum die Bewegung des Fußes erfolgen kann.

Bei anderen bevorzugten Ausführungsfaeispielen ist die Längsachse der zwischen der Sohlenplatte und der Tragplatte befestigten Schraubenfeder (Spule) gegenüber der Vertikalebene um 5° bis 10° versetzt, wobei die obere Kante der Feder zum medialen Aspekt des Körpers des Trägers hin geneigt ist. Die Neigung der Feder bewirkt, daß die Längsachse der langgestreckten rechteckigen oberen Platte die Längsachse der langgestreckten rechteckigen unteren Sohlenplatte bei 5° bis 10° schneidet. Diese Beziehung der Platten und Feder erleichtert den bogenförmigen Transfer des Gewichts an der Sohle des Fußes längs der subtalaren Achse.

Ein weiteres Kennzeichen dieser Erfindung besteht darin.

daß der mit Schraubengewinde versehene Stummel, der verwendet wird, um den Knöchel am Amputierten oder seinem künstlichen Stumpf zu befestigen, mit Mitteln ausgestattet ist zur Einstellung der Position des Stummels längs der Längsachse der oberen Tragplatte. Dieses Merkmal gestattet die Einstellung des Befestigungspunktes zwischen dem Träger und der Tragplatte entsprechend den Erfordernissen des Trägers.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine Vertikalansicht eines prothetischen Fußes, wobei aus Gründen der Klarheit Teile weggeschnitten sind und die erfindungsgemäßen Prinzipien verkörpert werden:

Fig. 2 ist eine Seitenansicht der biomechanischen Fußknöchelanordnung, wobei die Feder gedehnt ist, was auftreten würde am Fersenauftreffpunkt während des Laufzyklus;

Fig. 3 ist eine Seitenansicht ähnlich Fig. 2, wobei hier die Feder in ihrer Neutralposition gezeigt ist;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht ähnlich den Fig. 2 und 3. wobei aber hier die Feder zusammengedrückt dargestellt ist. wie dies auftreten kann während des "Zehenabheb"-Punktes des Laufzyklus; Fig. 5 ist eine Draufsicht von unten auf den biomechanischen Knöchel gemäß den Fig. 2 bis 4;

Fig. 6 ist eine Draufsicht von oben auf den biomechanischen Knöchel gemäß den Fig. 2 bis 5;

Fig. 7 ist eine perspektische Ansicht eines der an entgegengesetzten Platten im Knöchel befestigten Kragens, in dem die Kanten der Feder befestigt sind;

Fig. 8 ist ein Querschnitt längs der Schnittlinie 8-8 in Fig. 3;

Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm, welches die Trochanter-Knie-Knöchellinie und ihre Beziehung zu den Teilen des biomechanischen Knöchels darstellt;

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Fig.10 ist eine graphische Darstellung der Grade oder Außmaße der Dorsiflexion und der plantaren Flexion in einem Fuß während des Laufzyklus;

Fig.11 ist eine perspektische Ansicht des biomechanischen Knöchels der Erfindung;

Fig.12 bis 14 sind aufeinanderfolgende Vorderansichten des Fußknöchels des rechten Fußes, der dem Eversion-Inversions-Prozeß unterworfen ist;

Fig.12 zeigt die Eversion in einem rechten Fuß, gesehen von vorne, Fig. 14 demonstriert die Inversion eines rechten Fußes, gesehen von der Vorderseite und Fig. 13 demonstriert die Neutralposition dazwischen, wobei die Neigung der Schraubenfeder im Ruhezustand gezeigt ist.

•J5 Fig. 15 ist eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei die Feder in einer ausgefahrenen odsr ausgedehnten Position gezeigt ist;

Fig.16 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 15, wobei die Feder in einer Neutralposition gezeigt ist;

Fig.17 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 15 bis 16, wobei die Feder in einer zusammengedrückten Position gezeigt ist.

Es sei nunmehr das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Es sei nunmehr im einzelnen auf die Zeichnungen eingegangen, wobei in den Fig. 1 bis 8 und 11 bis 14 ein erstes Ausführungsbeispiel eines prothetischen Fußes und biomechanischen Fußknöchels unter Verwendung der erfindungsgemäSen Prinzipien gezeigt ist.

Der prothetische Fuß 10 ist aus einem konventionellen weichen, leichten Material, wie Kunststoff, hergestellt, wie dies in der Praxis bekannt ist. Die Außenoberfläche des

Fußes 10 ist derart geformt, daß der Fuß dem normalen menschlichen Fuß ähnelt , und zwar mit einem vorderen Teil 12, an dem zehenartige Strukturen angeordnet sind, und mit einem hinteren Teil 14, der so geformt ist, daß er einer Ferse ähnelt mit einer bogenförmigen Unterseite 16 und einem flachen Boden 18.

Annähernd die vordere Hälfte des Fußes 10 ist solide und besteht aus einem geeigneten Kunststoff oder schaumartigen Material. Der hintere Teil des Fußes 10 ist mit einem hohlen Knöchelaufnahmehohlraum 19 ausgestattet, der in bevorzugten Ausführungsbeispielen durch nach oben sich erstreckende Wände 22, 24 und einen Boden (ohne Bezugszeichen) definiert ist. Eine langgestreckte Basisplatte 28 ist in bevorzugten Ausführungsbeispielen in Längsrichtung entlang der Längsachse des Fußes erstreckt. Die Platte 28 besitzt ein eingebettetes Segment 30, welches sich in befestigter Weise in das solide Material, aus dem der Fuß 10 hergestellt ist, erstreckt. Zusätzlich ist die Platte 28 mit einem vorderen eingebetteten Segment 32 ausgestattet, welches in Zusammenarbeit mit Segment 30 die Ankerplatte 28 fest im Boden des Hohlraums 19 verankert. Die Platte 28 ist zusätslich mit drei Paaren von Seite-an-Seite angeordneten sich nach oben erstreckenden Bolzen 34 ausgestattet (nur drei sind in Fig. 1 gezeigt).

Der biomechanische Knöchel selbst wird im ganzen mit dem Be-zugszeichen 34 bezeichnet. Der Knöchel 34 weist eine im wesentliche flache, rechteckige Sohlenplatte 36 auf, die längs der Längsachse des Fußes 10 sich erstreckt. Die Basis 28 und die Platte 36 bestehen aus irgendeinem starken, dauerhaften Material, wie beispielsweise Stahl, uad ihre Breiten sind nicht größer als die Breite des Fußes 10. Die Platte 36 ist ferner mit sechs Bolzenaufnahmeöffnungen 3 8 ausgestattet {vgl. Fig. 5 und 11), die derart positioniert sind, daß sie koaxial ausgerichtet sind mit Bolzen 33, die in der Platte

befestigt sind und von dieser aus nach oben ragen. Wenn die Platte 36 über der Basis 20 derart positioniert ist, daß die Bolzen 33 nach oben durch die Öffnungen 38 ragen, so können dann Muttern 40 in einer festen Gewindeeingriffsbeziehung auf den Gewindebolzen 33 angeordnet werden, um die Platte 36 fest an der Basis 28 zu befestigen.

Eine im wesentliche rechteckige Glied-oder Prothesentragplatte 42 die entlang der Längsachse des Fußes langgestreckt ausgebildet ist, wird in einer im wesentlichen parallelen Abstandsbeziehung gegenüber der Platte 36 durch einen aufrechten Pfosten 44 gehalten. Die Platte 42 hat im wesentlichen die gleiche Breite wie die Platte 36, wobei aber die Länge der Platte 42 annähernd dreiviertel der Länge der Platte 36 beträgt. Die Platte 42 besteht aus dem gleichen dauerhaften Material, aus dem die Platte 36 hergestellt ist, wobei das Material in bevorzugten Ausführungsbeispielen Stahl ist. Ein langgestreckter Schlitz 46 ist in Längsrichtung durch die Oberfläche der Platte 42 ausgebildet angeordnet, und zwar im wesentlichen zusammenfallend mit der Längs-Mittellinie der Platte 42 (vgl. die Fig. 6 und 11). Bolzen 48 werden durch die (nicht gezeigten) Öffnungen in der Platte 42 angeordnet, um die Platte 42 an der darunterliegenden Struktur des unten beschriebenen Knöchels 34 lösbar zu befestigen.

Der Pfosten 44 besitzt ein verbreitertes Fußteil 50, welches an der Platte 36 mit einem Bolzen 52 (vgl. Fig. 5) befestigt ist. Der Pfosten 44 verjüngt sich an der Schulter 56, was zur Folge hat, daß der Pfosten 44 einen verminderten Durchmesser an seinen oberen Teilen aufweist. Der Pfosten 44 besteht aus den gleichen dauerhaften relativ leichten Materialien wie die anderen Komponenten des Knöchels 34, wobei dieses Material vorzugsweise Stahl ist.

Die Position des Pfostens 44 innerhalb des Fußes 10 sieht

weitere Vorteile der Vorliegenden Erfindung vor. Wenn eine Person eine neutrale Stellung einnimmt, in der sie aufrecht steht, kann eine im wesentlichen gerade Linie 58 durch den größeren Trochanter 60, Knie 62 und Knöchel (nicht in Fig. 9 gezeigt) gezogen werden. Die Linie 54 wird auf diesem Fachgebiet als die TKA-Linie (trochanterknee-ankle line = Trochanter-Knie-Knöchellinie) bezeichnet. Es wurde in der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß dann, wenn der Pfosten 44 im wesentlichen colinear mit der TKA-Linie angeordnet ist, ein Schwenkpunkt zwischen der Platte 42 und dem Pfosten 44 in einer natürlichen Position hergestellt wird, der den Schwenkpunkt in einem menschlichen Fuß annähert. Es wurde als besonders vorteilhaft herausgefunden, den Pfosten 44 ungefähr 3 bis 7 mm hinter der TKA-Linie 58 anzuordnen.

Pfosten 44 und Platte 42 sind mit einer im ganzen mit 64 (vgl. Fig. 8) bezeichneten Kugel- und Sockelverbindung (Gelenk) gekuppelt. Das Gelenk 64 ist innerhalb des Gehäuses 66 enthalten, welches einen Bolzenaufnahmeteil 68 und nach unten wegstehend einen Gelenkabdeckmantel 70 aufweist. Ein (nicht gezeigtes) Kugellager ist in einem Raum enthalten, der durch ausgeschnittene Innenräume des Teils 68 und den Mantel 70 zusammenwirkend gebildet ist. Das Kugelgelenk ist von üblicher Bauart und ist nicht in der Zeichnung gezeigt. Der Zugang zu dem Lager wird durch Zugangsbolzen 72 (Fig. 6) vorgesehen. Der Zugriff zum Bolzen 72 kann durch selektive Entfernung der Bolzen 74 erhalten werden, die in selektiver Weise die Platte 42 am Teil 68 des Gelenks 64 befestigen.

Die Platte 42 ist mit einem nach unten ragenden Kragen 76 ausgestattet, der- kreisförmige Gestalt hat und eine runde Öffnung definiert. Die Platte 36 ist in ähnlicher Weise mit einem identischen, aber nach oben sich erstreckenden Kragen 78 ausgestattet, der ebenfalls rund ist und eine kreisförmige

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Öffnung 80 (vgl. Fig. 7) definiert. Jeder der Kragen 76, 78 weist einen halbkreisförmigen Teil auf, der eine wesentlich kleinere Breite besitzt als der verbleibende Teil des Kragens. Diese Konfiguration ermöglicht den Anstieg eines Flansches 82, der eine Nut innerhalb jedes Kragens 76, 78 definiert.

Eine Schraubenfederspule 82 besteht aus einem elastischen Material, wie beispielsweise Stahl, und ist im wesentlichen so lang wie die Breite zwischen den Platten 36, 42. Die obere Kante 84 der Feder 82 ist innerhalb der Innennut des Kragens 76 positioniert. Die untere Kante 86 (vgl. insbesondere die Fig. 11 bis 14) ist innerhalb der Innenut des Kragens 78 positioniert. Die Spule 82 wird dadurch in festern Eingriff zwischen den Platten 36, 42 gehalten. Die Längsachse 88 der Spule 82 (vgl. Fig. 13) ist gegenüber der Vertikalebene um 5° bis 10° versetzt, bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung haben eine Versetzung von 7°. Die obere Kante 84 neigt sich zum medialen Aspekt des Körpers.

Ein mit Schraubengewinde versehener Stummel 90 ist mit einem verbreiterten Kopf 92 (siehe insbesondere die Fig. 6 und 11) vorgesehen, und zwar angeordnet an der Unterseite der Platte 42, wobei die Gewindeteile des Stummels 90 sich nach oben durch den Schlitz 46 und darüberhinaus erstreckt. Der Stummel 90 wird in Gleiteingriff mit dem Schlitz 46 gehalten, weil der Durchmesser des Kopfes 92 größer ist als die Breite des Schlitzes 46, während der Durchmesser des sich nach oben erstreckenden Teils des Stummels 90 kleiner ist als die Breite des Schlitzes 46. Der Stummel 90 wird bei der Befestigung des Knöchels 34 und Fußes 10 an der künstlichen Prothese oder dem Stummel des Amputierten, der den Fuß 10 trägt, befestigt. Der Stummel 90 kann sich innerhalb des Schlitzes 46 in den durch die Pfeile 94, 96 (Fig. 11) angegebenen Richtungen bewegen. Die Längsbewegung des Stummels 90 innerhalb des Schlitzes 46 sieht Mittel vor, zur Einstellung des Befe-

stigungspunktes zwischen dem künstlichen Glied und der Platte 42. Die Einsrtellbarkeit dieses Punktes der Eefestigung ist hilfreich, da Personen mit unterschiedlichen Gewichten unterschiedliche Befestigungspunkte benötigen. Beispie?l£weise könnte eine sehr korpulente Person mit einer großen Konzentration des Körpergewichts in den -'orderen Aspekten des Körpers eine natürlichere Bewegung mit dem Knöchel erreichen, wenn der Stummel 90 etwas nach vorne gegenüber der Position des Pfostens 44 positioniert wäre.

Eine leichtere Person könnte jedoch eine komfortablere und natürlichere Fortbewegung erreichen, wenn der Stummel 90 einige wenige Millimeter mehr in die· vordere Richtung 94 angeordnet wäre. Die genaue Positionierung des Stummels 90 ist oftmals durch Versuch und Irrtum festzustellen, aber die Einstellbarkeit des Befestigungspunktes bedeutet einen signifikanten Vorteil auf dem Gebiet der biomechanischen Knöchel dadurch, daß die verschiedenen Erfordernisse der Patienten berücksichtigt werden.

Bei Benutzung wird der Fuß 10 am Knöchel 34 befestigt, und zwar unter Verwendung von Muttern 40, die in engem Eingriff auf die Bolzen 23 aufgeschraubt werden. Sodann wird der Stummel 90 fest an einem künstlichen Glied oder dem menschlichen Stummel befestigt, und zwar unter Verwendung von (nicht gezeigten) angezogenen Muttern, die auf den Stummel 90 aufgeschraubt sind. Die Position des Stummels 90 innerhalb des Schlitzes 46 wird durch Berechnung oder durch Versuch und Fehler Positionierung des Stummels 90 an unterschiedlichen Stellen in Richtungen des Pfeils 94 und 96 bestimmt.

Sobald der Fuß 10 and der Knöchel 34 am Träger befestigt sind, kann die Fortbewegung beginnen. Wie zuvor erläutert, sollte der Pfosten 44 bei Benutzung im wesentlichen kolinear mit der Trochanter-Knie-Knöchei (TKA)-Linie des Patienten angeordnet werden, und zwar vorzugsweise 3 bis 7 mm hinter der TKA-Linie. Bei Definition beginnt der Laufzyklus am

Punkt des Fersenkontakts. Wenn die Ferse 14 des Fußes 10 Erde kontaktiert, so nimmt die Wicklung oder Feder 82 des Knöchels 34 die ausgefahrene in Fig. 2 gezeigte Position ein. Am Punkt der "Fersenabhebung", unmittelbar vor der Schwungphase des Laufzyklus, befindet sich die Feder 82 in ihrer maximalen Zusammendrückung, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. In einer Zwischenstufe des Laufzyklus zwischen diesen Stufen, gezeigt in den Fig. 2 und 4, nimmt die Feder eine Neutralposition ein, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. Die Verwendung der Schraubenfeder gibt dem Träger des Fußknöchels 32 ein Kontröllausmaß, das die muskuläre Kontrolle annähert, die eine Person normalerweise bezüglich eines natürlichen Fußes besitzt. Die elastische, vordere Stützung, vorgesehen durch diese Schraubenfeder, ist ein beträchtlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik.

Zu Beginn des Laufzyklus tritt die Inversion, wie in Fig. 14 gezeigt, auf. Während des bogenartigen Gewichtstransfers von dem seitlichen zum mittleren Aspekt der Sohle läuft die Platte 36 durch eine im wesentlichen flache Zwischenposition, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist. Die progressive Eversion tritt dann auf ,bis die Platte 36 eine Position f. ähnlich zu der in Fig. 12 gezeigten einnimmt. i;

Die seitliche Drehung tritt auch gleichzeitig mit der ]■

Dorsiflexion-Plantarflexion und Inversion-Eversion auf, \

um eine Platte (ungestörte)Bewegung des Fußknöchels 34 I

vorzusehen, wodurch die natürlichen Bewegungen des mensch- j

liehen Fußknöchels imitiert werden. §

j

Ein zweites, weniger bevorzugtes Ausführungsbeispxel der I

Erfindung ist in den Fig. 15 bis 17 gezeigt. Dieses Ausfüh- |

rungsbeispiel ist dem Ausführungsbeispiel ähnlich, welches |

in den Fig. 1 bis 8 und 11 bis 14 gezeigt ist. Eine im we- I

sentliche flache, rechteckige Sohlenplatte 100 ist entlang |

der Längsachse des Fußes langgestreckt und ist geeignet für I

die Befestigung an einer langgestreckten Basis, eingebettet in dem künstlichen Fuß (nicht gezeigt, aber ähnlich zur Basis 28, die oben beschrieben wurde). Eine im wesentlichen rechteckige Stumpftragplatte 102 ist entlang der Längsachse des Fußes langgestreckt und wird in einer mit Abstand angeordneten im wesentlichen parallelen Beziehung zur Platte 100 gehalten. Die Platten 100, 102 sind aus Stahl hergestellt und haben die entsprechenden Dimensionen, um in einen künstlichen Fuß zu passen. Die Platte 100 ist mit einer nach oben geneigten Ferse 104 versehen.

Die Platten 100, 102 werden mit Abstand in einer im wesentlichen parallelen Beziehung durch einen aufrechten Pfosten 106 gehalten, der zur Anordnung im wesentlichen kolinear mit der Trochanter-Knie-Knöchellinie eines Amputierten (vgl. Fig. 9) gehalten wird. Der Pfosten 106 und die Platte 102 sind mit einer Kugel- und Sockelverbindung 108 gekuppelt= Der natürlichste Punkt für die Anordnung des Pfostens 106 ist 3 bis 7 mm hinter der TKA-Linie.

Eine Schraubenfederwicklung 110 ist vor dem Pfosten 106 angeordnet und ist in einem festen Eingriff zwischen Platten 100, 102 angeordnet. Die untere Kante 112 der Schraubenfeder 110 ist an der Platte 100 in einem unteren Kragen 114 befestigt, der mit einer Innennut (nicht gezeigt) ausgestattet ist, in der die Kante 112 fest angeordnet ist. Die obere Kante 116 der Schraubenfeder 110 ist an der Platte 102 in ähnlicher Weise befestigt, und zwar fest angeordnet innerhalb einer Innennut des oberen Kragens 118. Die Längsachse der Schraubenfeder 110 ist gegenüber der Vertikalebene um 5 bis 10° versetzt, die obere Kante 116 der Feder 110 neigt zum mittleren Aspekt des Körpers des Amputierten.

Ein (nicht gezeigter) mit Gewinde versehener Stummel ähnlich dem Stummel 90 ist in einem Längsschlitz angeordnet und kann dazu verwendet werden, um den Fußknöchel gemäß den Fig. 15

bis 17 an einem Amputierten oder einem künstlichen Glied zu befestigen. Es kann jedoch auch ein befestigter Stummel verwendet werden.

Zusammenfassung

Es wird ein verbessertes biomechanisches Fußgelenk vorgesehen, welches die drei primären Bewegungskategorien in einem menschlichen Fuß imitiert. Parallele Sohlen- und Gliedtragplatten werden in einer Abstandsbeziehung durch einen aufrechten Pfosten gehalten. Die Gliedtrag platte ist mit dem Pfosten mit einem Kugel- und Sockelgelenk verbunden. Eine Schraubenfeder ist zwischen den Platten vorgesehen, um eine elastische Halterung an einem vorderen Teil des Fußes in Imitation einer normalen muskulären Steuerung vorzusehen. Das Kugel- und Sockelgelenk gestattet in Zusammenarbeit mit der Feder dem biomechanischen Fußgelenk die Inversion-Eversion, die plantare Flexion-Dorsiflexion und laterale Drehung zu imitieren, wie sie in einem normalen menschlichen Fuß vor kommen .

Claims

- 1 -PatofttSnSprüche

1. Ein biomechanischer Fußknöchel zur Verwendung in einem künstlichen Fuß, geeignet zur Befestigung an einem Amputierten, wobei der Fußknöchel folgendes aufweist: eine im wesentlichen flache Sohlenplatte, geeignet zur Befestigung an dem künstlichen Fuß, eine Gliedtragplatte, gehalten in beabstandeter, im wesentlicher paralleler Beziehung zur Sohlenplatte durch

1Q einen aufrechten Pfosten ,der zur Anordnung im wesentlichen kolinear mit der Trochanter-Knie-Knöchellinie des Amputierten positioniert ist, wobei der Pfosten und Gliedtragplatte mit einer Ki?gel und Sockelverbindung gekuppelt sind, und

eine Schraubenfeder vor dem Pfosten und angeordnet in festem Eingriff zwischen den Basis- und Gliedtragplatten, wobei die Kante der Schraubenfeder an der Sohlenplatte befestigt ist und das andere Ende der Schraubenfeder an der Tragplatte befestigt ist.

2. Biomechanischer Fußknöchel nach Anspruch 1, wobei

die Längsachse der Schraubenfeder gegenüber der Vertikalebene um 5 bis 10° versetzt ist, und wobei die obere Kante der Feder zum medialen Aspekt des Körpers des Amputierten hin geneigt ist.

3. Biomechanischer Fußknöchel nach Anspruch 1, vorgesehen mit Mitteln zur selektiven Einstellung der Befestigungsposition zwischen der Tragplatte und dem Amputierten.

4. Biomechanischer Fußknöchel nach Anspruch 3, wobei die Mittel zur Befestigung des künstlichen Fußes und des Fußknöchels am Amputierten einen Stummel mit Schraubengewinde mit einem verbreiterten Kopf aufweisen, wobei der Kopf in Gleiteingriff mit einem langgestreckten Längsschlitz in der Tragplatte angeordnet ist, wobei

der Durchmesser des Kopfes größer ist als die Breite des Schlitzes, und wobei der Stummel sich nach oben von der Oberfläche der Tragplatte aus erstreckt.

5. Biomechanischer Fußknöchel nach Anspruch 1, wo bei die Sohlenplatte an einer Basis eingebettet in dem künstlicheiFuß befestigt ist.

6. Biomechanischer Fußknöchel nach Anspruch 5, wobei die Sohlenplatte und die Tragplatte im wesentlichen

rechteckig und entlang der Längsachse des Fußes verlängert sind- und wobei ferner die Tragplatte eine Länge aufweist, die kleiner ist als die Länge der Sohlenplatte.
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7. Biomechanischer Fußknöchel nach Anspruch 1, wobei der aufrechte Pfosten zur Anordnung 3 bis 7 mm hinter der Trochanter-Knie-Knöchellinie des Amputierten positioniert ist.

8. Biomechanischer Fußknöchel zur Verwendung in einem künstlichen Fuß, geeignet zur Befestigung an einem Amputierten, wobei der Fußknöchel folgendes aufweist:

eine im wesentlichen flache rechteckige Sohlenplatte langgestreckt entlang der Längsachse des Pfostens und geeignet zur Befestigung an einer langgestreckten Platte, eingebettet in dem künstlichen Fuß,

eine im wesentlichen flache rechteckige Gliedtragplatte, langgestreckt entlang der Längsachse des Fußes und gehalten mit Abstand in im wesentlichen paralleler Beziehung zur Sohlenplatte durch einen aufrechten Pfosten, der positioniert ist zur Anordnung im wesentlichen kolinear mit der Trochanter-Knie-FußgelenkÜn.ie des Amputierten, wobei Pfosten und Gliedtragplatte mit einem Kugel- und Sockelgelenk gekuppelt sind.

eine Schraubenfeder vor dem Pfosten und angeordnet in festem Eingriff zwischen Sohlenplatten - und Gliedtragplatten, wobei die untere Kante der Feder an der Sohlenplatte befestigt ist und wobei die obere Kante der Feder an der Tragplatte befestigt ist, wobei ferner die Längsachse der Feder gegenüber der Vertikalebene versetzt ist, und zwar um 5 bis 10°, wobei ferner die obere Kante der Feder zur Mittellinie des Körpers des ' Amputierten hin geneigt ist, und

ein mit Gewinde versehener Stummel mit einem verbreiterten Kopf zur Befestigung des künstlichen Fußes und Fußgelenks am Amputierten, wobei der Kopf in Gleiteingriff innerhalb eines langgestreckten Längsschlitzes der Tragplatte angeordnet ist, und wobei der Durchmesser des Kopfes größer ist als die Breite des Schlitzes, wobei schließlich der Stummel sich nach oben von der Oberfläche der Tragplatte aus erstreckt.

9- Biomechanisches Fußgelenk nach Anspruch 8, wobei der aufrechte Pfosten 3 bis 7 mm hinter der Trochanter-Knie-Fußgelenklinie des Amputierten positioniert ist.

10. Biomechanisches Fußgelenk zur Verwendung in einem künstliehen Fuß, geeignet zur Befestigung an einem Amputierten, wobei das Fußgelenk folgendes aufweist:

ein Sohlenglied ,

ein Gliedtragglied, gehalten in beabstandeter paralleler Beziehung zu dem Sohlenglied durch eine Stange, wobei a

die Stange und das Sohlen tragglied mit einem Kugel- und Sockelgelenk: gekuppelt sind, und wobei elastische Mittel zwischen dem Sohlenglied und dem Gliedtragglied vorgesehen sind.