WO2017212121A1

WO2017212121A1 - Forearm prosthesis with automatically variable centre of gravity

Info

Publication number: WO2017212121A1
Application number: PCT/FR2016/000093
Authority: WO
Inventors: Adeline BERNHARDT
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2017-12-14
Anticipated expiration: 2018-12-08

Abstract

The present invention concerns a forearm or arm prosthesis intended essentially for patients having a short amputation. This prosthesis, the internal structure (K) of which is made from lightweight cellular material, incorporates into same, integrally with the structure, the outer coating layer (P) of same provided with indentations allowing the insertion of weight beads (F) that regulate the fixed radial and axial centre of gravity of the prosthesis, and the weight of same. This prosthesis is also provided with an automatic device (C) allowing the centre of gravity of same to vary depending on the positioning thereof in space, and including magnets (M and M') that allow the release of said device to be adjusted.

Description

Prothèse d'avant bras à centre de gravité variable automatique. Forearm prosthesis with automatic variable center of gravity.

La présente invention concerne une prothèse d'avant bras destinée en grande partie, aux patients ayant subi une amputation au niveau de l'avant bras soit de cause traumatique soit dûe à une agénesie. Cette prothèse s'adresse en priorité aux amputations courtes d'avant-bras, où les problèmes de poids et d'équilibre de la prothèse se font le plus ressentir, c'est pourquoi cette prothèse est pourvue d'un dispositif dont le centre de gravité varie automatiquement en fonction de la position de la prothèse dans l'espace et peut également être équilibrée en position axiale, en position radiale et en poids. The present invention relates to a forearm prosthesis intended in large part, to patients who have undergone amputation in the forearm either traumatic cause or due to agenesis. This prosthesis is primarily intended for short amputations of the forearm, where the problems of weight and balance of the prosthesis are most felt, that is why this prosthesis is provided with a device whose center of Gravity varies automatically depending on the position of the prosthesis in space and can also be balanced in axial position, radial position and weight.

Dans le domaine des prothèses d'avant bras passives, et surtout pour des amputations courtes, celles-ci sont souvent mal supportées par les patients, surtout agénesiques, qui dès qu'ils le peuvent, retirent leur prothèse. Le brevet GB2087727 ne concerne qu'un dispositif pour régler en longueur la prothèse et ne concerne aucunement le poids ni le centre de gravité de la prothèse, le brevet US5549712 regarde une prothèse de bras qui sert de levier pour l'avant-bras, le brevet EP2500000 relate une prothèse dont le centre de gravité serait ajustable, mais qui dans la pratique serait difficile à réaliser du fait que, à chaque fois qu'il faudrait modifier ce centre de gravité il faudrait désolidariser l'emboiture et remettre l'emboiture pour essai vu que celle-ci entre dans la composition du poids et de l'équilibre de la prothèse, la distance de déplacement de ce centre de gravité est très limitée et le lest n'est accessible que par l'intérieur et que quand la prothèse est enlevée, de plus le centre de gravité reste fixe durant le port de celle-ci. Les dessins servant de référence à l'explication de l'invention sont: In the field of passive forearm prostheses, and especially for short amputations, these are often poorly supported by patients, especially agenes, who as soon as they can, remove their prosthesis. GB2087727 relates only to a device for adjusting the length of the prosthesis and in no way concerns the weight or the center of gravity of the prosthesis, patent US5549712 looks at a prosthetic arm that serves as a lever for the forearm, the patent EP2500000 recounts a prosthesis whose center of gravity would be adjustable, but which in practice would be difficult to achieve because, each time it would be necessary to modify this center of gravity it would be necessary to disengage the housing and put the housing for test as it enters into the composition of the weight and balance of the prosthesis, the displacement distance of this center of gravity is very limited and the ballast is only accessible from the inside and when the prosthesis is removed, moreover the center of gravity remains fixed during the port of this one. The drawings serving as reference to the explanation of the invention are:

Fig.l- Perspective en coupe de l'avant-bras avec main Fig.l- Perspective section of the forearm with hand

Fig.2 - Vue en coupe d'une coque sphérique souple Fig.3 - Vue de dessus d'une coque sphérique souple Fig.2 - Sectional view of a flexible spherical shell Fig.3 - Top view of a flexible spherical shell

Fig.4— Perspective des deux dispositifs de fixation de la main Fig.4- Perspective of the two hand fixing devices

Fig.5 - Vue des différents positionnements de l'avant-bras dans l'espace. Fig.5 - View of the different positions of the forearm in space.

La présente invention se propose de palier à tous ces inconvénients en réalisant une prothèse légère dont la structure interne est réalisée par imprimante 3D par exemple, la structure externe peut elle aussi être réalisée de cette manière ou avec tout autre matériau léger de revêtement. Cette prothèse à structure interne alvéolaire K (Fig.l) est composée d'un matériau léger et flexible comme un élastomère thermoplastique par exemple, dont la dureté peut varier de 0 à 70 shore. Ces formes internes alvéolaires, en forme de nid d'abeille par exemple, sont obtenues par programmation, en utilisant une imprimante 3D , cela rend l'ensemble léger, souple et résistant. A l'intérieur de la prothèse sont réalisées des coques E (Fig.1,2,3), souples destinées à recevoir des billes de lestage F (Fig.1,2,3) pour le calibrage radial et axial fixe de ladite prothèse. La forme d'avant-bras H (Fig.l) est maintenue en position par sa fixation en force ou encollage sur un tube B (Fig.l) et d'un côté sur l'emboiture A (Fig.l) de la prothèse et de l'autre sur la partie extrême de l'avant-bras par l'intermédiaire de la pièce L qui sert aussi pour la fixation de la main I (Fig.l). Les deux extrémités de ce tube B (Fig.l) sont fermées par les tampons Dl et D2 (Fig.l). Dans ce tube B (Fig.l) il y sera inserré un dispositif C (Fig.l) d'un diamètre légèrement inférieur de l'intérieur de ce tube, permettant à ce dispositif de coulisser, et ainsi au centre de gravité de se déplacer. Un ou plusieurs aimants M, M' placés dans le tube B (Fig.l), soit du côté de Dl soit de D2, soit des deux côtés, nous permettent de maintenir en place le centre de gravité automatique en fonction de la position de la prothèse d'avant-bras dans l'espace . Sur la partie terminale de l'avant bras, un dispositif L (Fig.l, 5 ) à baillonette est collé sur le tube B (Fig.l) pour la fixation de la main I et le maintien de l'avant bras H (Fig.l). Cette prothèse pourra ultérieurement être revêtue d'un gant en PVC ou d'un gant silicone qui peut être plus personnalisé. The present invention proposes to overcome all these disadvantages by producing a lightweight prosthesis whose internal structure is made by 3D printer for example, the outer structure can also be made in this manner or with any other lightweight coating material. This prosthesis with an internal cellular structure K (FIG. 1) is composed of a light and flexible material such as a thermoplastic elastomer, for example, whose hardness can vary from 0 to 70 shore. These alveolar internal shapes, honeycomb-shaped, for example, are obtained by programming, using a 3D printer, this makes the assembly light, flexible and resistant. Inside the prosthesis are made flexible shells E (FIG. 1, 3, 3) intended to receive ballasting balls F (FIG. 1, 2, 3) for the radial and axial calibration of said prosthesis. . The form of forearm H (Fig.l) is held in position by its attachment in force or gluing on a tube B (Fig.l) and one side on the cover A (Fig.l) of the prosthesis and the other on the end of the forearm via the piece L which is also used for fixing the hand I (Fig.l). Both ends of this tube B (Fig.l) are closed by the buffers D1 and D2 (Fig.l). In this tube B (Fig.l) there will be inserted a device C (Fig.l) with a slightly smaller diameter of the inside of this tube, allowing this device to slide, and so in the center of gravity to move. One or more magnets M, M 'placed in the tube B (Fig.l), either on the side of Dl or D2, or on both sides, allow us to maintain in place the automatic center of gravity as a function of the position of forearm prosthesis in space. On the end part of the forearm, a L-shaped device (Fig.l, 5) is glued to the tube B (Fig.l) for fixing the hand I and holding the forearm H ( fig.l). This prosthesis may later be coated with a PVC glove or a silicone glove that can be more personalized.

Un aspect intéressant de l'invention est la réalisation de l'avant- bras H (Fig.l) et de la main I (Fig.l) par imprimante 3D avec un matériau léger et flexible comme un élastomère thermoplastique par exemple qui permet de grandes déformations presque totalement réversibles en plus d'absorber les chocs, ce qui n'est pas le cas dans les prothèses classiques. Ces formes de main I (Fig.l) et d'avant-bras H (Fig.l) sont composées par programmation, en utilisant une imprimante 3D, ainsi on peut obtienir une structure interne alvéolaire K (Fig.l) de forme et de tailles différentes, de type nid d'abeille par exemple ou autre, ce qui rend l'ensemble léger, souple et résistant, on pourra tout aussi bien utiliser un matériau alvéolé qui sera mis en forme par ponçage ou par découpe. La couche externe P (Figl,2,3) de la prothèse peut elle aussi être réalisée en ce même matériau et en même temps que la structure alvéolaire interne ce qui conférira à la prothèse une plus grande résistance, la couche externe P(Fig.l) de la prothèse pourra tout aussi bien être réalisée ultérieurement avec un autre matériau léger de revêtement. An interesting aspect of the invention is the production of the forearm H (Fig.l) and the hand I (Fig.l) by a 3D printer with a light and flexible material such as a thermoplastic elastomer for example which allows large deformations almost completely reversible in addition to absorbing shocks, which is not the case in conventional prostheses. These forms of hand I (Fig.l) and forearm H (Fig.l) are composed by programming, using a 3D printer, so it is possible to obtain a cellular internal structure K (Fig.l) of shape and of different sizes, of honeycomb type for example or other, which makes the assembly light, flexible and resistant, it is equally possible to use a honeycomb material which will be shaped by sanding or cutting. The outer layer P (FIG. 1, 2, 3) of the prosthesis can also be made of the same material and at the same time as the internal cellular structure which will give the prosthesis a greater resistance, the outer layer P (FIG. 1) of the prosthesis may be performed later with another light coating material.

Selon un autre aspect avantageux de cette invention, des coques sphériques souples E (Fig.1,2,3), placées à raz sous la surface externe P (Fig.1,2,3) sur l'avant bras H et la main I (Fig.l), sont destinées à recevoir des billes de lestage F (Fig.1,2,3). Ces coques peuvent être réalisées jusqu'à la partie la plus distale, c'est-à-dire jusqu'au bout des doigts, ce qui permet une variation extrême du point de gravité fixe radial et axial. Ces emplacements permettent de changer l'équilibre radial surtout avec les billes de lestage situées aux extrémités latérales de la main, donc celles du pouce et du doigt V , les autres emplacements situés aux extrémités des doigts (Fig.l) , permettent de limiter au maximum l'ajout de poids pour régler l'équilibre longitudinal et/ou le centre de gravité fixe. According to another advantageous aspect of this invention, flexible spherical hulls E (FIG. 1, 2, 3), placed below the surface external P (Fig.1,2,3) on the forearm H and the hand I (Fig.l), are intended to receive ball F ball (Fig.1,2,3). These shells can be made up to the most distal part, that is to say to the fingertips, which allows an extreme variation of the radial and axial fixed point of gravity. These locations make it possible to change the radial balance, especially with the weighting balls located at the lateral ends of the hand, and therefore those of the thumb and finger V, the other locations at the ends of the fingers (FIG. maximum the addition of weight to adjust the longitudinal balance and / or the fixed center of gravity.

Un autre des aspects avantageux de cette invention est la facilité de calibrer l'axe radial et axial par les billes F de lestage (Fig.1,2,3) qui peuvent être facilement mises en place de par la souplesse des coques E et enlevées par l'intermédiaire des échancrures G (Fig.2,3) qui permettent l'insertion d'un intrument de levage, comme un tourne-vis par exemple, pour retirer facilement ces billes par l'extérieur. Another advantageous aspect of this invention is the ease of calibrating the radial and axial axis by the balls F of ballast (FIG. 1, 2, 3) which can be easily put in place by the flexibility of the shells E and removed. through the notches G (Fig.2,3) which allow the insertion of a lifting instrument, such as a screwdriver for example, to easily remove these balls from the outside.

Un autre des aspects particulièrement avantageux de cette invention est la possibilité de réaliser une prothèse avec un centre de gravité qui varie automatiquement en fonction de la position de celle-ci dans l'espace (Fig.5) à l'aide d'un tube B (Fig.l) qui est fixé à une extrémité sur une emboiture classique A (Fig.l) à l'aide de résine, et à l'autre extrémité sur le poignet par l'intermédiaire du dispositif L (Fig.1,4) dont l'explication sera donnée plus avant, qui sert aussi à la fixation de la main I (Fig.l), le tube B s'encastrant dans la main prothétique I , ce tube B (Fig.l) permet d'inserrer à l'intérieur de celui- ci un dispositif C de forme cylindrique par exemple et d'un poids approprié, en un matériau pouvant être attiré par un aimant ou non et d'un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur de celui-ci pour permettre au dispositif C de coulisser à l'intérieur du tube B, ainsi donc quand l'avant-bras prothétique du patient est vers le bas, par exemple quand il marche, le dispositif C coulisse vers la main, et le centre de gravité se retrouve déplacé vers la partie distale du tube, donc jusque dans la paume de la main, et en augmente le poids distal et permet ainsi une déambulation et un balancement plus naturel du bras et de l'avant-bras, et quand le patient lève le bras, donc quand la prothèse a un angle β (Fig.5) suffisant pour que le dispositif C (Fig.l) coulisse dans le tube B (Fig.l) vers le moignon, le patient ne supporte plus tout le poids apparent de la prothèse puisque par effet de gravitation le dispositif C s'est déplacé vers le moignon et par conséquent a déplacé le centre de gravité de la prothèse vers celui-ci, donc le poids ressenti est mineur même si le poids total de la prothèse reste le même, et permet au patient d'accomplir une gestuelle plus précise et surtout moins fatiguante. Another particularly advantageous aspect of this invention is the possibility of producing a prosthesis with a center of gravity that varies automatically according to the position of the latter in space (FIG. 5) using a tube. B (Fig.l) which is fixed at one end to a conventional socket A (Fig.l) with resin, and at the other end on the wrist via the device L (Fig.1, 4) whose explanation will be given further, which is also used for fixing the hand I (Fig.l), the tube B fits into the prosthetic hand I, this tube B (Fig.l) allows to inserting inside it a device C of cylindrical shape for example and of a suitable weight, in a material that can be attracted by a magnet or not and a diameter slightly smaller than the inside diameter of the latter for allow the device C to slide inside the tube B, and so when the prosthetic forearm of the patient is down, for example when he walks, the device C slides towards the hand, and the center of gravity is found moved to the distal part of the tube, so up to the palm of the hand, and increases the distal weight and allows a more natural ambulation and swinging of the arm and forearm, and when the patient raises the arm, so when the prosthesis has an angle β (Fig.5) sufficient for the device C (Fig.l) slides in the tube B (Fig.l) to the stump, the patient no longer supports all the apparent weight of the prosthesis since gravitation effect device C has moved to the stump and therefore moved the center of gravity of the prosthesis towards it, so the weight felt is minor even if the total weight of the prosthesis remains the same, and allows the patient to perform a more precise gesture and especially less tiring.

Selon un autre des aspects intéressants de cette invention, est la possibilité de régler l'angulation à laquelle le centre de gravité se déplacera en fonction de la position de la prothèse dans l'espace à l'aide du dispositif M (Fig.l) formé d'un aimant qui est inserré dans le tampon D2 (Figl) donc le tampon le plus proche du moignon du patient et à une distance Y (Fig.l) de l'extrémité de ce tampon. Cette distance Y (Fig.l), combinée au poids du dispositif C et la force d'attraction de l'aimant M (Fig.l) détermine les angulations al + Ω (Fig.5) pendant lesquels le dispositif C (Fig.l) est en attraction avec l'aimant M et donc quand le centre de gravité de la prothèse est au plus proche du corps, donc un poids apparent de la prothèse moins ressenti par le patient et qui lui permet aussi de ne pas ressentir de déplacements du dispositif C. Quand la prothèse est un peu plus à la verticale, c'est-à - dire au-delà de l'angle al + Ω (Fig.5), comme dans une position de marche par exemple, la force d'attraction de l'aimant M n'est plus suffisante pour maintenir le dispositif C (Fig.l) en attraction, et celui-ci par son propre poids va donc coulisser et se loger à la partie la plus extrême du tube B (Fig.l) , ce qui permet au patient quand il marche, de ne pas avoir une prothèse avec des mouvements saccadés et de restituer une déambulation normale au bras. Quand le patient voudra retrouver un centre de gravité proche de son corps, donc d'avoir un poids apparent plus faible, il devra positionner la prothèse avec une angulation égale ou supérieure à l'angle al + β ce qui permettra au dispositif C de se retrouver en attraction avec l'aimant M (Fig.l). Il est aussi possible d'inserrer un deuxième aimant M' (Fig.l) au niveau du tampon Dl (Fig.l), ce qui permet de faire varier l'angle β de décrochage du dispositif C, et permet ainsi de réduire le temps pendant lequel le dispositif C est libre dans le tube B. According to another of the interesting aspects of this invention is the possibility of adjusting the angulation at which the center of gravity will move according to the position of the prosthesis in space using the device M (Fig.l) formed of a magnet which is inserted into the buffer D2 (Figl) so the buffer closest to the stump of the patient and at a distance Y (Fig.l) from the end of this buffer. This distance Y (FIG. 1), combined with the weight of the device C and the attractive force of the magnet M (FIG. 1) determine the angulations al + Ω (FIG. 5) during which the device C (FIG. l) is in attraction with the magnet M and therefore when the center of gravity of the prosthesis is closer to the body, so an apparent weight of the prosthesis less felt by the patient and which also allows him not to feel displacements when the prosthesis is a little more vertical, that is to say beyond the angle al + Ω (Fig.5), as in a walking position for example, the force of attraction of the magnet M is no longer sufficient to maintain the device C (Fig.l) in attraction, and this by its own weight will therefore slide and lodge at the most extreme part of the tube B (Fig.l), which allows the patient when he walks, not to have a prosthesis with jerky movements and to restore a normal ambulation to the arm. When the patient wants to find a center of gravity close to his body, so to have a lower apparent weight, he must position the prosthesis with angulation equal to or greater than the angle al + β which will allow the device C to find in attraction with the magnet M (Fig.l). It is also possible to insert a second magnet M '(FIG. 1) at the level of the buffer D1 (FIG. 1), which makes it possible to vary the angle β of stalling of the device C, and thus makes it possible to reduce the time during which the device C is free in the tube B.

Selon un autre aspect de cette invention, un dispositif formé par deux tampons Dl, D2 (Fig.l) permet de limiter les déplacements maximum du dispositif C à l'intérieur du tube B en fonction de leur emplacement à l'intérieur de ce tube, de positionner l'aimant M et/ou M' à l'intérieur du tampon Dl et/ou D2, et donc de pouvoir régler l'angle Ω et/ou β (Fig.6) et la distance Y qui déterminent la limite d'attraction ou de décrochage du dispositif C et de l'aimant M et/ou M' (Fig.l). According to another aspect of this invention, a device formed by two buffers D1, D2 (FIG. 1) makes it possible to limit the maximum displacements of the device C inside the tube B as a function of their location inside this tube. , to position the magnet M and / or M 'inside the buffer D1 and / or D2, and thus to be able to adjust the angle Ω and / or β (FIG. 6) and the distance Y which determine the limit attraction or unhooking of the device C and the magnet M and / or M '(Fig.l).

Selon un des autres aspects intéressants de cette invention, est l'ensemble formé de deux dispositifs, un dispositif Q (Fig.1,4) en matériau souple et faisant partie intégrante de la main I (Fig.1,4) qui est pourvu de deux échancrures R (Fig.4) et de deux méplats T, un second dispositif L (Fig.4) en matériau rigide, en PLA par exemple, facilement réalisable par une imprimante 3D et qui est formé de deux demi cylindres S (Fig.4) qui s'encastrent dans les deux échancrures R (Fig.4) et de deux méplats U (Fig.5) qui s'encastrent sous les deux méplats T. Cet ensemble des deux dispositifs Q et L (Fig.5) permet de facilement désolidariser la main I de l'avant-bras H, en faisant faire 1/4 de tour à la main I et d'accéder facilement au dispositif C, aux tampons D1,D2 et aux aimants M et/ou M' (Fig.l) , le dispositif L en matériau rigide est fixé par collage sur le tube B (Fig.1,4) et sur la partie distale d'avant-bras. According to one of the other interesting aspects of this invention, is the assembly formed of two devices, a device Q (FIG. 1, 4) made of flexible material and forming an integral part of the hand I (FIG. two notches R (Fig.4) and two flats T, a second device L (Fig.4) rigid material, PLA for example, easily achievable by a 3D printer and which is formed of two half-cylinders S (Fig. .4) which fit into the two notches R (Fig.4) and two flats U (Fig.5) which fit under the two flats T. This set of two devices Q and L (Fig.5) allows easily separate the hand I from the forearm H, by making 1/4 turn by hand I and easily access the device C, buffers D1, D2 and magnets M and / or M '(Fig. .l), the device L of rigid material is fixed by gluing on the tube B (Fig.1,4) and on the distal forearm.

Claims

1) Forearm prosthesis with an automatic variable center of gravity characterized in that it comprises a hand and a forearm composed of a cellular honeycomb-shaped internal structure (K) for example, comprising at least one surface (P) flexible hulls (E) for receiving ballast balls (F) for the fixed radial and axial calibration of said prosthesis and internally a tube (B) which is fixed on one side on the cover (A) of the prosthesis and the other on the extreme part of the forearm via the part (L) which is also used for fixing the hand (I), the said tube (B ) contains a sliding device (C) adjustable or not magnets (M, M ') and can move the center of gravity automatically depending on the position of the prosthesis in space.

2) prosthesis according to claim 1 characterized in that the forearm (H) and the hand (I) are made of a light and flexible material such as a thermoplastic elastomer that can be shaped using a 3D printer, can thus obtain an internal honeycomb structure (K) of different shapes and sizes, of honeycomb type, for example.

3) prosthesis according to claim 1 characterized in that the forearm (H) and the hand (I) are made of a honeycomb material.

4) Prosthesis according to any one of the preceding claims characterized in that it comprises an outer layer (P) of coating of the prosthesis made of a light and flexible material and at the same time as the internal honeycomb structure, which will confer the prosthesis has greater strength, or later with another lightweight coating material.

5) Prosthesis according to claim 1 characterized in that spherical or not, flexible shells (E) are made to raz under the outer surface (P) of the forearm (H) and the hand (I), and are intended to receive the ballast ball (F), these hulls can be made up to the most distal part of the prosthesis, ie to the fingertips, which allows for extreme variation of the radial and axial fixed center of gravity with a minimum of added weight .

6) Prosthesis according to claim 5 characterized in that it has notches (G) facilitating the insertion of ballast ballast

(F) in the hollow hulls and allowing the insertion of a lifting instrument such as a screwdriver to facilitate the removal of the balls.

7) prosthesis according to claim 1 wherein the tube (B) is fixed at an end on a conventional cover (A) with resin, and at the other end on the wrist via the device (L). ) Baillonette, glued on the tube (B) which is also used for fixing the hand (I) the tube (B) fits into the prosthetic hand (I), this tube (B) is closed at each of its ends by a buffer (D1) and (D2) and contains inside the device (C) of cylindrical shape for example and of a suitable weight, in a material that can be attracted by a magnet or not and of a diameter slightly smaller than the inside diameter of the tube (B).

8) prosthesis according to the preceding claim wherein the tube contains one or more magnets (M, M ') placed either on the side (Dl) or on the side (D2), or on both sides, which keep in place the center automatic gravity according to the prosthesis in space.

9) prosthesis according to claim 7 characterized in that the attachment of the hand comprises two devices;

a device (Q) made of flexible material forming an integral part of the hand (I) provided with two indentations (R) and two flats (T), a second device (L) made of rigid material, PLA for example, and which is formed of two half-cylinders (S) which fit into the two notches (R) and two flats (U) which are embedded in the two flats (T), this allows the two devices (Q) and (L) to insert or disengage the hand (I) of the forearm (H), making 1/4 turn by hand (I) and provides access to the device (C), the buffers (D1, D2) and the magnets (M) and / or (Μ '), the device (L) made of rigid material is fixed by gluing to the tube (B) and on the distal forearm.

10) prosthesis according to any one of the preceding claims characterized in that it may be coated with a PVC glove or a silicone glove