專利名稱：可利用彈性變形鎖定的關節(jié)及使用該關節(jié)的膝蓋假體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于制造使兩個可繞A軸而相對于彼此轉動的部件之間的 運動受約束的關節(jié)的技術領域。在優(yōu)選但非限制性的應用中，本發(fā)明涉及受約束的運動關節(jié)(controlled movement articulation)，其用于假腿(leg prosthesis)中以形成人工膝蓋， 保證安裝于大腿殘肢上的適配部件(adaptation dement)與末端具有人工足 的、稱之為脛骨(tibial)的部件之間的關節(jié)聯(lián)接。
背景技術：
于是，這種假肢的關節(jié)或人工膝蓋必須能夠保證與假肢使用者的不同步 行狀態(tài)相對應的兩種功能。首先，受約束的運動關節(jié)必須能夠在被稱為步行支撐的狀態(tài)下被阻止， 在該步行支撐狀態(tài)期間，使用者的體重支撐在假肢上。其次，在行走狀態(tài)期 間，該關節(jié)必須能夠被解鎖以便實現(xiàn)脛骨部的擺動運動，在該行走狀態(tài)期間， 假肢使用者將自身的重量轉移至其健康的腿上。為保證這種雙重功能，受約束的運動關節(jié)必須包括阻止裝置和解鎖裝 置，從而允許進行自由轉動和鎖定轉動這兩種操作模式。為此目的，法國專利FR2 261 742提出使用這樣一種關節(jié)，該關節(jié)包括 樞軸和受約束的氣動插件(pneumaticjack)，用于阻止或允許脛骨部的擺動 運動。對于關節(jié)的阻止轉動和解鎖轉動的功能，這種關節(jié)是令人滿意的，但是 其也具有一些缺點，如組件較重，特別是氣動插件的控制系統(tǒng)的結構較復雜 且體積龐大，使得整個假肢既具有相對大的重量，又具有表面上看來昂貴的 操作成本。對于假肢的重量，必須指出的是，其實際特征使得老年人難以使 用這種假肢。為了簡化鎖定機構，特別是德國文獻DE 1030508、 DE 841193和法國文獻FR 1099570已經提出了使用這樣一種關節(jié)，該關節(jié)的軸或殼體具有彈 性，以便能夠在約束的作用下實現(xiàn)兩個可動部件的相對移動并使得能使轉動 制動的部件或摩擦表面相接觸。因此，在放松(atleast)且無約束的情況下， 摩擦表面彼此分離；而在約束的作用下，摩擦表面相接觸。尤其是，這種實施例的缺點在于需要配備會增加關節(jié)重量的摩擦表面或 摩擦件。該實施例的缺點還在于不能始終保證關節(jié)的有效鎖定。因此，需要 一種新穎的關節(jié)，該關節(jié)在能夠提供對自身轉動的鎖定與阻止的可能性的同 時，具有限制乃至消除其阻止轉動所需的附件和裝置的簡化設計，以便能夠 降低關節(jié)本身和用于保證關節(jié)的臨時阻止轉動的控制裝置的重量，并同時保 證鎖定效果。發(fā)明內容為實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明涉及一種使兩個可繞A軸而相對于彼此轉動的 部件之間的運動受約束的關節(jié)，該關節(jié)包括軸套，其設有以A軸為中心的圓柱形孔并固定至第一部件，以及軸，其接合在軸套的孔內以便可相對于A軸轉動。該軸與第二部件形成為一體。根據(jù)本發(fā)明，該關節(jié)的特征在于軸套和軸可彈性變形，以便在垂直于 A軸且大于給定值的約束的作用下變形，以保證對繞A軸的轉動的鎖定或幾 何制動。因此，根據(jù)本發(fā)明的特點，該孔的內表面和該軸的外表面相接觸并具有 互補的形狀，并且軸套和軸可彈性變形以便在放松狀態(tài)下，該孔的內表面和該軸的外表面呈以A軸為中心能夠繞A軸轉動的圓柱形旋轉體的形狀；在受到垂直于A軸的、大于給定值的約束的作用下，該孔的內表面和該 軸的外表面共同變形，這種可逆的共同變形使繞A軸的轉動被鎖定或制動。根據(jù)本發(fā)明，使繞A軸的轉動被鎖定的、軸套和軸的共同變形在變形可 逆的程度內可采取不同的形式，以便在約束中止時軸套和軸恢復其能夠繞A 軸轉動的初始形態(tài)。這種共同變形必須允許軸套和軸的相接觸或引導的表面 從能夠轉動的旋轉體的形式可逆地轉變(passage)至不再是旋轉體并導致對轉動的制動或幾何鎖定的形式。根據(jù)本發(fā)明的特征，軸套和軸被制成為使圓柱形孔的內表面和軸的外 表面在垂直于△軸的約束的作用下，通過保持互補形狀而形成橢圓形。類似地，該軸套和該軸能夠在以下程度內被有差別地制造其中軸套的 孔的內表面和軸的外表面可以實現(xiàn)可逆地共同變形以鎖定繞A軸的轉動，并 且與關節(jié)作用相關的軸套的內表面和軸的外表面的形狀互補。根據(jù)本發(fā)明的關節(jié)的優(yōu)選但非限制性的實施例，軸套包括設置在其外表面的位置處的圓柱形套筒(sleeve)，該套筒具有用于第一部件的固定裝置，而軸包括與軸套的套筒同心、且可被調節(jié)至軸套的套筒內部的圓柱形套筒。該中空的軸在其內表面的適當位置包括第二部件的固定裝置。根據(jù)本發(fā)明，圓柱形套筒可由任何具有所需的機械特性的材料制成。 根據(jù)本發(fā)明的特征，軸套的套筒的內表面和/或軸的套筒的外表面覆蓋有低摩擦系數(shù)的材料或由這種低摩擦系數(shù)的材料構成。根據(jù)本發(fā)明，還能夠設想在軸套與軸之間插入由低摩擦系數(shù)的材料制成的環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，該關節(jié)包括止動裝置，其用于抑制軸套和軸的、繞A軸的移動(translation)。本發(fā)明還涉及一種假腿或人造假腿，其包括至少一個適配部件，其安 裝于大腿殘肢上；人造脛骨部件；以及連接裝置，其關節(jié)式地連接于適配部 件與脛骨部之間。該關節(jié)式連接裝置包括至少一個根據(jù)本發(fā)明的關節(jié)，其用 于連接適配部件和脛骨部件。當然，上述本發(fā)明的不同特征在互不相斥的情況下，可以按不同的組合 相互在一起應用。
另外，通過閱讀以下參照附圖的描述中將會使本發(fā)明的多個其他特征變 得明顯，所述附圖利用非限制性的實例示出了本發(fā)明目的的實施例。 圖1是根據(jù)本發(fā)明的整個假腿的局部分解側視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的、用于如圖1所示的假腿的受約束的運動關節(jié)的軸向截面圖。圖3是沿圖2的線in-in的橫截面圖，其示出處于能夠使關節(jié)自由轉動 的非變形狀態(tài)的、根據(jù)本發(fā)明的受約束的運動關節(jié)。圖4是類似于圖3的橫截面圖，其示出處于在載荷作用下鎖定關節(jié)繞A軸的所有轉動的變形狀態(tài)的、根據(jù)本發(fā)明的關節(jié)。
具體實施方式
在優(yōu)選的應用中，如圖1和圖2所示且整體上以附圖標記1標示的、受 約束的運動關節(jié)為用于保證如圖1中示意性所示的假腿2的關節(jié)。這種假腿 2首先包括適配部件3，其用于固定至使用者大腿的殘肢(未圖示)。假腿2 還包括脛骨部4，其通過關節(jié)1連接至適配部件3并在與關節(jié)1相反的一端 設有人工足5。適配部件3、脛骨部4和人工足5可以按本領域技術人員所 公知的任何適當方式制造。此外，本發(fā)明特別涉及受約束的運動關節(jié)1，人 工足5、脛骨部4和適配部件3的實施例并不屬于本發(fā)明的范圍內，因此在 此無需對其進一步描述。關節(jié)1用于形成能夠繞適配部件3和脛骨部件4的A軸相對轉動的人工 膝蓋。此外，受約束的關節(jié)1被設計為允許阻止繞A軸的轉動，以便容許支撐使用者的重量，或將假腿2上的使用者的重量傳遞到人工足5。為了能夠鎖定或約束適配部件3與脛骨部件4之間繞A軸的轉動，受約 束的運動關節(jié)1首先包括軸套(hub) 6，該軸套6設有以A軸為中心的圓柱 形孔7。軸套6用于固定至適配部件3上。根據(jù)所示的實例，軸套6包括管 狀套筒8，在放松且無外部應力的情況下，該管狀套筒8至少在其孔或內壁 7的適當位置(level)處呈以A軸為中心的圓柱形旋轉體的形狀。圓柱形套 筒8在其外表面的適當位置處利用固定裝置9而被裝設至適配部件3。然后，關節(jié)1包括軸10，該軸10接合于軸套6的孔7內以便可相對于 該軸套繞A軸轉動。軸10用于固定至脛骨部件4。根據(jù)所示的實例，軸10 包括管狀套筒ll，在放松且無外部應力的情況下，該管狀套筒ll至少在其 外壁的適當位置處呈以A軸為中心的圓柱形旋轉體的形狀。從圖2中可特別 明顯地看出，管狀套筒11具有與管狀套筒8互補的形狀，以使套筒ll的外 壁與套筒8的限定孔7的內壁相接觸。最后，管狀套筒11包括位于脛骨部 件4上的固定裝置12，該固定裝置12在其內表面的適當位置處連接至套筒11。從下文中將會清楚，圓柱形套筒8和11由可恢復彈性變形的材料制成。根據(jù)本發(fā)明所得到的關節(jié)1的功能如下當對關節(jié)1施加任何垂直于A軸的約束時，或當垂直于A軸的約束不足 以使套筒8和套筒11變形時，套筒8與套筒11之間的引導面或接觸面呈以 A軸為中心的圓柱形旋轉體的形狀，其能夠沿一個方向或另一個方向，如箭 頭Fl或F2所示，繞A軸轉動。假腿2的這一放松狀態(tài)與使用者的體重轉移 到健康的腿的時刻相對應，隨后，髖部假肢(hip prosthesis)的脛骨部能夠 進行擺動運動。當然，可以與關節(jié)l的止動裝置(未圖示) 一起使用，用以 限定脛骨部4相對于適配部件3的轉動的可能幅度。類似地，為便于兩個套 筒之間的轉動，相接觸的套筒表面中的一個或另一個表面可覆蓋有低摩擦系 數(shù)的材料，如特氟綸⑧基的材料。還可以在軸套與軸之間插入厚度微小的、 由特氟綸^或其它低摩擦系數(shù)的材料制成的環(huán)。然而，當垂直于A軸施加如箭頭F3、 F4所示的約束，其強度足以使套 筒8和10變形時，根據(jù)所示的實例，相接觸的套筒表面就失去圓柱形旋轉 體形狀而形成為如圖4所示的橢圓形。于是，這產生了與僅由摩擦產生的鎖 定或制動不同的鎖定或幾何制動。這樣，繞A軸的所有轉動均被阻止或制動。 假腿2的這種情況與使用者使其體重支撐在假肢上的時刻相對應。顯然，根據(jù)本發(fā)明的關節(jié)l產生了對轉動的簡單的鎖定或制動，并且其 具有最少的組件以使根據(jù)本發(fā)明的關節(jié)重量輕且體積不龐大。此外，根據(jù)所示的實例，關節(jié)1包括用于阻止軸套和軸沿A軸的所有相 對移動的止動裝置15。應當理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以對本發(fā)明作出各種改型。
權利要求
1.一種關節(jié)，其能夠使兩個可繞Δ軸而相對于彼此轉動的部件(3和4)之間的運動受約束，包括軸套(6)，其設有以Δ軸為中心的圓柱形孔(7)并固定至第一部件(3)；以及軸(10)，其接合在該軸套(6)的圓柱形孔內以便能夠繞該Δ軸相對于該軸套轉動，并且該軸固定至第二部件(4)，其特征在于，該軸套(6)和該軸(10)具有彈性以使它們能夠在垂直于該Δ軸的、大于給定值的約束(F3、F4)的作用下變形，從而保證鎖止或幾何制動繞該Δ軸的轉動。
2. 如權利要求l所述的關節(jié)，其特征在于，該孔(7)的內表面與該軸 (10)的外表面相接觸并具有互補的形狀，并且該軸套(6)和該軸(10)能夠彈性變形，以便在放松狀態(tài)下，該孔(7)的內表面和該軸(10)的外表面呈以該A軸 為中心能夠繞該A軸轉動的圓柱形旋轉體的形狀；在垂直于該A軸的、大于給定值的約束(F3、 F4)的作用下，該孔(7) 的內表面與該軸(10)的外表面共同變形，可逆的這種共同變形使繞該A軸 的轉動被鎖定或制動。
3. 如權利要求1或2所述的關節(jié)，其特征在于，該軸套(6)和該軸(10) 被制成為，使圓柱形的該孔(7)的內表面和該軸(10)的外表面在垂直于 該△軸的約束的作用下通過保持互補形狀而形成橢圓形。
4. 如權利要求l、 2或3所述的關節(jié)，其特征在于，該軸套(6)包括設置在其外表面的適當位置處的圓柱形套筒(8)，該 軸套的套筒(8)具有用于該第一部件(3)的固定裝置(9);該軸(10)包括形狀與該軸套的套筒(8)的形狀互補的圓柱形套筒(11)， 該軸的套筒(11)在其內表面的適當位置處包括用于該第二部件的固定裝置 (12)。
5. 如權利要求4所述的關節(jié)，其特征在于，該軸套的套筒(8)的內表 面和該軸的套筒(11)的外表面覆蓋有低摩擦系數(shù)的材料或由低摩擦系數(shù)的材料構成。
6. 如權利要求4所述的關節(jié)，其特征在于，該關節(jié)包括插入到該軸套 與該軸之間的、低摩擦系數(shù)的環(huán)。
7. 如權利要求l-6中任一項所述的關節(jié)，其特征在于，該關節(jié)包括止動 裝置(15)，其用于抑制該軸套與該軸之間的、沿該A軸的任何相對移動。
8. —種膝蓋假體，包括至少一個適配部件(3),其安裝在大腿殘肢 上；人造脛骨部件(4);以及連接裝置(1)，其關節(jié)式地連接于該適配部 件與該脛骨部件之間，其特征在于，該連接裝置包括至少一個如權利要求1-7 中任一項所述的關節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種關節(jié)，其能夠使兩個可繞Δ軸而相對于彼此轉動的部件之間以受約束的方式運動，該關節(jié)包括軸套(6)，其設有以Δ軸為中心的圓柱形孔(7)并且該孔固定至第一部件；以及軸(10)，其接合于軸套(6)的圓柱形孔內以便能夠繞Δ軸相對于該軸套轉動，并且該軸固定至第二部件。本發(fā)明的特征在于軸套(6)和軸(10)具有彈性，并能夠在垂直于Δ軸且大于給定值的應力(F3、F4)的作用下變形，以使繞Δ軸的轉動被鎖定或制動。
文檔編號A61F2/28GK101282695SQ200680036005
公開日2008年10月8日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權日2005年9月30日
發(fā)明者皮埃爾·馬丁 申請人:科里瑪公司