EP1773257A1 - Prothesenkniegelenk - Google Patents

Prothesenkniegelenk

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Publication number
EP1773257A1
EP1773257A1 EP04822202A EP04822202A EP1773257A1 EP 1773257 A1 EP1773257 A1 EP 1773257A1 EP 04822202 A EP04822202 A EP 04822202A EP 04822202 A EP04822202 A EP 04822202A EP 1773257 A1 EP1773257 A1 EP 1773257A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
knee joint
points
prosthetic knee
prosthetic
joint according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04822202A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Grafinger
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Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1773257A1 publication Critical patent/EP1773257A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/60—Artificial legs or feet or parts thereof
    • A61F2/64—Knee joints
    • A61F2/642—Polycentric joints, without longitudinal rotation
    • A61F2/646—Polycentric joints, without longitudinal rotation of the pin-guiding groove linkage type

Definitions

  • the knee joint is of particular importance in the prosthetic treatment of transfemural amputations. In addition to the mechanical strength and resilience, this must also meet certain functional requirements. On the one hand, it must not buckle when standing still and in the standing leg phase of the gait, so it must have sufficient stability. On the other hand, the dynamic behavior during the late stance phase and the swing leg phase must enable the most natural possible gait despite the lack of muscles. Depending on the agility of the patient being cared for, different systems are used. If, for example, the stability argument is in the foreground for frail patients, young and more active people try to meet their movement needs as much as possible. Accordingly, there is a diverse range of products on the market, from simple hinge joints to multi-axis joints (polycentric joints). These joints can also be equipped with additional mechanical and electromechanical components, such as mechanical locks, return springs, hydraulic dampers or even computer-controlled damping elements.
  • this quadrilateral joint is modeled by two circular guides.
  • the kinematics of the human knee joint are far more complex and the idealization of the cruciate ligaments as rigid rods of a quadrilateral joint is only an approximation of the actual behavior.
  • the aim of prosthetic joints is to move the center of rotation from the back to the front in order to be able to guarantee sufficient security against buckling in the standing leg phase.
  • the invention has set itself the goal of creating a prosthetic knee joint that is largely simple in construction and that meets all requirements essential for the user.
  • the coefficients can also assume negative values.
  • the migration of the current pivot point corresponds to the requirement shown above.
  • the guides are designed so that they are not circular orbits. So no overlapping quadrilateral is simulated.
  • the first body with the guides is gripped in a fork-like manner by the second body with the bearings of the bolts and a connection for the lower leg.
  • the second body with the bearings of the bolts or the like and the connection for the lower leg is gripped in a forked manner by a cover with a connection for the thigh, the cover being detachably connected to the first body.
  • the prosthetic knee joint can be easily disassembled into its individual parts. This results in the possibility of individual and yet simple design of the kinematics of the prosthetic knee joint and its adaptation to the requirements of prosthetic care for patients with transfemural amputation.
  • the detachable connection consists of at least one screw running approximately parallel to the bolts and the like.
  • a plate resting on the cover and on the first body can be arranged.
  • FIG. 1 shows a diagrammatic view of the prosthetic knee joint according to the invention
  • Figure 2 is an exploded view of the prosthetic knee joint according to the invention with the cover removed.
  • Fig. 3 also shows an exploded view of the prosthetic knee joint with the
  • FIG. 4 shows the first body in a schematic section with the registered
  • a prosthetic knee joint according to the invention has a first body 1, which is assigned to the thigh, and a second body 2, which is assigned to the lower leg.
  • first body 1 which is assigned to the thigh
  • second body 2 which is assigned to the lower leg.
  • two curved guides 3 and 4 are arranged, the course of which will be explained with reference to FIG. 4.
  • Body 2 is provided with a truncated pyramid-shaped connection 10 to the lower leg or its prosthesis.
  • the body 2 encompasses the body 1. Both bodies 1 and 2 are therefore inevitably guided against one another.
  • the unit consisting of the first and second body is gripped by a cover 11, which is provided with a truncated pyramid-shaped connection 12 to the thigh or its prosthesis.
  • a cover 11 which is provided with a truncated pyramid-shaped connection 12 to the thigh or its prosthesis.
  • connection of parts 1 and 11 is arranged on the cover 11 and the first body 1 lying plate 14.
  • the plate 14 is connected to the cover 11 by means of screws 15.
  • 4 shows the course of the guides 3 and 4.
  • the bore 13 'for the screw 13 lies in the use position of the prosthetic knee joint shown in the front.
  • the points Xp ( ⁇ ), Yp ( ⁇ ), X Q ( ⁇ ), Y Q ( ⁇ ) determined in the characterizing part of claim 1 or claim 2 relate to the center lines p and q of the guides 3 and 4.
  • the origin of the Coordinate system is moved to the front end of the center line p.

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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Abstract

Bei einem Prothesenkniegelenk sind in einem ersten, dem Oberschenkel zugeordneten Körper (1), zwei bogenförmige Führungen (3, 4) veränderlicher Krümmung vorgesehen, in die Bolzen (6, 7) oder dgl. eines zweiten, dem Unterschenkel zugeordneten, Körpers (2) eingreifen. Die Punkte X<SUB>P</SUB>(f), Y<SUB>P</SUB>(f) der einen Führung (3) sowie die Punkte X<SUB>Q</SUB>(f) und Y<SUB>Q</SUB>(f) der anderen Führung (4) folgen annähernd folgenden Gleichungen: X<SUB>P</SUB>(f) = A1 x f<SUP>5</SUP> + B1 x f <SUP>4</SUP> + C1 x f<SUP>3</SUP> +D1 x f<SUP>2</SUP> + E1 x f -F1; Y<SUB>P</SUB>(f) = A2 x f<SUP>5</SUP> + B2 x f <SUP>4</SUP> + C2 x f<SUP>3</SUP> +D2 x f<SUP>2</SUP> + E2 x f -F2; X<SUB>Q</SUB>(f) = A3 x f<SUP>5</SUP> + B3 x f <SUP>4</SUP> + C3 x f<SUP>3</SUP> +D3 x f<SUP>2</SUP> + E3 x f -F3; Y<SUB>Q</SUB>(f) = A4 x f<SUP>5</SUP> + B4 x f <SUP>4</SUP> + C4 x f<SUP>3</SUP> +D4 x f<SUP>2</SUP> + E4 x f -F4, wobei der Beugewinkel f des Kniegelenkes in Radiant anzugeben ist. Dadurch wird eine weitgehende Anpassung an die natürliche Bewegung erreicht.

Description

Prothesenkniegelenk
Bei der prothetischen Versorgung von transfemuralen Amputationen kommt dem Kniegelenk eine besondere Bedeutung zu. Neben der mechanischen Festigkeit und Belastbarkeit muß dieses auch bestimmte funktionelle Erfordernisse erfüllen. So darf es einerseits bei ruhigem Stand und in der Standbeinphase des Ganges nicht einknicken, muß also genügend Stabilität aufweisen. Andererseits muß das dynamische Verhalten während der späten Standbeinphase und der Schwungbeinphase trotz fehlender Muskulatur ein möglichst natürliches Gangbild ermöglichen. Je nach Agilität des versorgten Patienten kommt es zum Einsatz unterschiedlicher Systeme. Steht etwa bei gebrechlichen Patienten das Stabilitätsargument im Vordergrund, so versucht man bei jüngeren und aktiveren Personen deren Be wegungs wünschen möglichst gerecht zu werden. Dementsprechend gibt es ein vielfältiges Spektrum von Produkten am Markt, angefangen von einfachen Scharniergelenken bis zu Mehrachsgelenken (Polyzentrische Gelenke). Diese Gelenke können aber auch mit zusätzlichen mechanischen und elektromechanischen Komponenten ausgestattet sein, wie z.B. mechanische Sperren, Rückholfedern, hydraulische Dämpfer oder gar computergesteuerte Dämpfungselemente .
Wie sich aus durchgeführten Untersuchungen ergeben hat, verlagert sich das momentane Drehzentrum des natürlichen menschlichen Kniegelenkes in der Regel mit zunehmender Beugung im bezug auf den Femur nach hinten (dorsal). Bei der orthetischen Versorgung versucht man daher dieses Verhalten nachzubilden, welches durch die Kinematik des überschlagenen Gelenkviereckes erklärt wird, das durch die Kreuzbänder gebildet wird.
In der AT 393 620 B wird dieses Gelenkviereck durch zwei Kreisführungen nachgebildet. Die Kinematik des menschlichen Kniegelenkes ist jedoch weit komplexer und die Idealisierung der Kreuzbänder als starre Stäbe eines Gelenkviereckes lediglich eine Annäherung an das tatsächliche Verhalten. Im Gegensatz dazu strebt man bei Prothesengelenken eine Wanderung des Drehzentrums von hinten nach vorne an, um in der Standbeinphase genügend Sicherheit gegen Einknicken gewährleisten zu können.
Die Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, ein Prothesenkniegelenk zu schaffen, das weitgehend einfach aufgebaut ist und das allen für den Benutzer wesentlichen Forderungen entspricht.
Erreicht wird dies dadurch, daß in einem ersten, dem Oberschenkel zugeordneten Körper, zwei bogenförmige Führungen veränderlicher Krümmung vorgesehen sind, in die Bolzen oder dgl. eines zweiten, dem Unterschenkel zugeordneten, Körpers eingreifen, und die Punkte Xp(φ), Yp(φ) der einen Führung sowie die Punkte XQ(Φ) und YQ(Φ) der anderen Führung annähernd folgenden Gleichungen folgen:
XP(φ) = Al x φ5 + Bl x φ4 + Cl x φ3 + Dl x φ2 + El x φ -Fl
YP(φ) = A2 x φ5 + B2 x φ4 + C2 x φ3 + D2 x φ2 + E2 x φ -F2
Xq(φ) = A3 x φ5 + B3 x φ4 + C3 x φ3 + D3 x φ2 + E3 x φ -F3
YQ((P) = A4 x φ5 + B4 x φ4 + C4 x φ3 + D4 x φ2 + E4 x φ -F4
wobei der Beugewinkel φ des Kniegelenkes in Radiant anzugeben ist.
Die Koeffizienten können dabei auch negative Werte annehmen.
Bei einem erfindungsgemäßen Prothesenkniegelenk entspricht die Wanderung des momentanen Drehpunktes der oben aufgezeigten Forderung. Die Führungen sind so gestaltet, daß es sich nicht um Kreisbahnen handelt. Es wird also kein überschlagenes Gelenkviereck nachgebildet.
Die Koeffizienten obiger Gleichungen können zur individuellen Anpassung verändert werden. Bei einem in Versuchen erprobten Prothesenkniegelenk folgen die Punkte Xp(φ), Yp(φ) der einen Führung sowie die Punkt XQ(<P) und YQ(Ψ) der anderen Führung annähernd folgenden Gleichungen: XP(φ) = 2,5468φ5 -13,3577φ4 +27,2734φ3 -25,0789φ2 -14,3902φ -0,0195
YP(φ) = -2,0355φ5 +8,4168φ4 -l l,4013φ3 +0,3239φ2 +5,5098φ -0,0201
XQ(φ) = 2,6774φ5 -12,9957φ4 +21,7884φ3 -24,8599φ2 +15,9312φ -0,0179
YQ(Φ) = -l,8306φ5 +6,7402φ4 -10,9995φ3 +15,3202φ2 +5,5433φ -30,3853
Bei einer zweckmäßigen, insbesondere herstellungsmäßig einfachen Ausfuhrungsform der Erfindung wird der erste Körper mit den Führungen, vom zweiten Körper mit den Lagerungen der Bolzen und einem Anschluß für den Unterschenkel, gabelförmig umgriffen.
Es ist weiters vorteilhaft, wenn der zweite Körper mit den Lagerungen der Bolzen oder dgl. und den Anschluß für den Unterschenkel von einer Abdeckung mit einem Anschluß für den Oberschenkel gabelförmig umgriffen wird, wobei die Abdeckung mit dem ersten Körper lösbar verbunden ist.
Bei einer solchen Ausführung kann das Prothesenkniegelenk leicht in seine einzelnen Teile zerlegt werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit der individuellen und doch einfachen Gestaltung der Kinematik des Prothesenkniegelenkes und deren Anpassung an die Erfordernisse der prothetischen Versorgung von Patienten mit transfemuraler Amputation.
Im Rahmen der Erfindung ist es ferner zweckmäßig, wenn die lösbare Verbindung aus wenigstens einer etwa parallel zu den Bolzen und dgl. verlaufenden Schraube besteht.
Ferner kann eine auf die Abdeckung und auf dem ersten Körper aufliegende Platte angeordnet sein.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben, ohne auf dieses Beispiel beschränkt zu sein. Dabei zeigen: Fig. 1 in schaubildlicher Ansicht das erfindungsgemäße Prothesenkniegelenk; Fig. 2 eine Explosionszeichnung des Prothesenkniegelenkes nach der Erfindung mit abgezogener Abdeckung; Fig. 3 ebenfalls eine Explosionszeichnung des Prothesenkniegelenkes mit abgezogener
Abdeckung und abgezogenem zweiten Körper; Fig. 4 den ersten Körper in schematischem Schnitt mit dem eingetragenen
Koordinatensystem.
Gemäß den Zeichnungen, insbesondere den Fig. 1 bis 3 besitzt ein erfindungsgemäßes Prothesenkniegelenk einen ersten Körper 1, der dem Oberschenkel zugeordnet ist, sowie einen dem Unterschenkel zugeordneten zweiten Körper 2. Im ersten Körper 1 sind zwei bogenförmige Führungen 3 und 4 angeordnet, deren Verlauf anhand der Fig. 4 erläutert werden wird.
In den Führungen 3 und 4 sind über Lager 5, von denen nur eines gezeichnet ist, Bolzen 6 und 7 geführt. Die Lager 5 des Bolzens 6 sind in Ausnehmungen 8 des Körpers 2 und die Lager 5 des Bolzen 7 in Ausnehmungen 9 des Körpers 2 gehalten. Die Lager 5 mit den Ausnehmungen 8 und 9 bilden daher die Lagerungen der Bolzen 6 und 7. Der
Körper 2 ist mit einem pyramidenstumpfförmigen Anschluß 10 an den Unterschenkel bzw. dessen Prothese versehen.
Im zusammengebauten Zustand umgreift der Körper 2 den Körper 1. Beide Körper 1 und 2 sind daher gegeneinander zwangsläufig geführt.
Die Einheit aus erstem und zweitem Körper wird von einer Abdeckung 11 gabelförmig umgriffen, die mit einem pyramidenstumpfförmigen Anschluß 12 an den Oberschenkel bzw. dessen Prothese versehen ist. Mittels mindestens einer Schraube 13 sind die
Abdeckung 11 und der erste Körper 1 miteinander verbunden. Überdies ist zur lösbaren
Verbindung der Teile 1 und 11 eine auf der Abdeckung 11 und dem ersten Körper 1 aufliegende Platte 14 angeordnet. Die Platte 14 ist mittels Schrauben 15 mit der Abdeckung 11 verbunden. Aus der Fig. 4 ergibt sich der Verlauf der Führungen 3 und 4. Die Bohrung 13' für die Schraube 13 liegt dabei in der gezeigten Gebrauchsstellung des Prothesenkniegelenkes vorne. Die im Kennzeichen des Anspruches 1 bzw. Anspruches 2 bestimmten Punkte Xp(φ), Yp(φ), XQ(Φ), YQ(Φ) beziehen sich auf die Mittellinien p und q der Führungen 3 und 4. Der Ursprung des Koordinatensystems ist in das vordere Ende der Mittellinie p verlegt.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abänderungen möglich, insbesondere können die Koeffizienten der Führungen zur individuellen Anpassung verändert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Prothesenkniegelenk, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten, dem Oberschenkel zugeordneten Körper (1), zwei bogenförmige Führungen (3, 4) veränderlicher Krümmung vorgesehen sind, in die Bolzen (6, 7) oder dgl. eines zweiten, dem Unterschenkel zugeordneten, Körpers (2) eingreifen, und die Punkte Xp(φ), Yp(φ) der einen Führung (3) sowie die Punkte XQ(Φ) und Yo_(φ) der anderen Führung (4) annähernd folgenden Gleichungen folgen:
XP(φ)= Al x φ5 +Blxφ4 +Clxφ3 +Dlxφ2 + El x φ -Fl
YP(φ)= A2xφ5 + B2 x φ4 + C2 x φ3 +D2xφ2 + E2 x φ -F2
XQ(φ)= A3xφ5 +B3xφ4 + C3 x φ3 + D3 x φ2 + E3 x φ -F3
YQ(9)- A4xφ5 +B4xφ4 + C4 x φ3 +D4xφ2 + E4 x φ -F4
wobei der Beugewinkel φ des Kniegelenkes in Radiant anzugeben ist.
2. Prothesenkniegelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte Xp(φ), Yp(φ) der einen Führung (3) sowie die Punkte XQ(Φ) und YQ(Φ) der anderen Führung (4) annähernd folgenden Gleichungen folgen:
XP(φ)= 2,5468φ5 -13,3577φ4 +27,2734φ3 -25,0789φ2 -14,3902φ -0,0195
YP(φ)= -2,0355φ5 +8,4168φ4 -ll,4013φ3 +0,3239φ2 +5,5098φ -0,0201
XQ(φ)= 2,6774φ5 -12,9957φ4 +21,7884φ3 -24,8599φ2 +15,9312φ -0,0179
YQ(<|>)- -l,8306φ5 +6,7402φ4 -10,9995φ3 +15,3202φ2 +5,5433φ -30,3853
wobei der Beugewinkel φ des Kniegelenkes in Radiant anzugeben ist.
3. Prothesenkniegelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper (1) mit den Führungen (3, 4) vom zweiten Körper (2) mit den Lagerungen der Bolzen (6, 7) oder dgl. gabelförmig umgriffen wird.
4. Prothesenkniegelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Körper (2) mit den Lagerungen der Bolzen (6, 7) od. dgl. und dem Anschluß (10) für den Unterschenkel von einer Abdeckung (11) mit einem Anschluß (12) für den Oberschenkel gabelförmig umgriffen wird, wobei die Abdeckung (11) mit dem ersten Körper (1) lösbar verbunden ist.
5. Prothesenkniegelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung aus wenigstens einer etwa parallel zu den Bolzen (6, 7) od. dgl. verlaufenden Schraube (13) besteht.
6. Prothesengelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf der Abdeckung (11) und auf dem ersten Körper (1) aufliegende Platte (14) angeordnet ist.
EP04822202A 2004-07-23 2004-12-02 Prothesenkniegelenk Withdrawn EP1773257A1 (de)

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AT0125904A AT413478B (de) 2004-07-23 2004-07-23 Prothesenkniegelenk
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EP04822202A Withdrawn EP1773257A1 (de) 2004-07-23 2004-12-02 Prothesenkniegelenk

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EP (1) EP1773257A1 (de)
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AT (1) AT413478B (de)
AU (1) AU2004321509A1 (de)
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