[发明专利]具有针对位置和变化率的机械响应系统的假关节

说明书

一种假关节和一种控制液压式假踝关节的背屈和跖屈的方法。所述方法包括：利用液压式假脚踝产生地面反作用力，其中，所述液压式假脚踝包括第一室和第二室，并且脚踝连接至假足；响应于所述地面反作用力而转动所述假足；响应于所述假足的转动而在前室与后室之间传输流体；提供一结构特征以堵塞或部分地堵塞室之间的流体传输；提供非电子机构以响应于所述关节的位置和/或所述关节的位置的变化率来控制流动，并且机构布置成使得在一个或多个特定的关节位置处的停留将堵塞流动路径。

本申请要求2014年12月18日提交的、名称为“具有针对位置和变化率的机械响应系统的假关节”的美国临时专利申请No.62/094,009的权益，该文件的全部内容在此以参考方式并入本文。

背景技术

假体的领域已经被看到具有很多改进以通过改善移动性和返回功能来提高经受受伤或失去四肢的人员的生活质量。假体试图模仿它们所替代的肢部的运动。例如，健康功能的脚踝将在步态期间经历一系列跖屈和背屈运动而无需人来有意识地控制脚踝运动。参见图8。因此，各种改进已经被寻求以制造可以模仿健康脚踝的运动的假踝关节从而可以提高患者的舒适性和功能性。

假踝关节必须在患者行走时呈现充分的且受控的背屈和跖屈以实现最自然的步态可能性。在另一方面，当假体使用者站立时，必须实现充分的稳定性和支撑以允许稳定的姿态。因此，假体有必要以两个不同的状态、即一方面用于行走并且另一方面用于站立来操作。为了轻质地、不易于故障地、成本低地且节能地构建假体，假体应当能够在没有电子控制元件的情况下工作。在下述情况下也是有益的：假体的穿戴者不需要执行任何不自然的运动来使假体从一个状态切换到另一状态，比如来使假关节、尤其是假踝关节从“行走”状态切换至“站立”状态或反之。即使对应的运动或运动模式实现了分配给它们的目的，但是这些运动或运动模式在日常生活中看起来是不自然的并且假体的使用者由此可能被旁人以可能不愉快的方式认出是假体使用者。

发明内容

因此，本发明基于的问题是提供一种消除或克服上述缺点的假关节、尤其是假踝关节、以及用于它的控制的过程。

一种假踝关节的设计被公开，该设计可以在两个不同的状态下提供功能性。在第一状态下，关节适于提供动态的、阻抗受控的行走步态，并且在第二状态下，关节适于提供静态的、完全受支撑的站立状态。受液压调节的假关节能够实现这两种状态而无需通过微处理器来激活每个状态并无需为了在步态过程中动态地实施脚踝动作而牺牲站立的稳定性。

在行走步态过程中，健康的人类脚踝会通过一系列受控的背屈阶段和跖屈阶段而覆盖约30度的范围。参见图8。在站立过程中，支撑身体重量的地面反作用力(GRF)位于足中，并定向地传递向踝关节的前侧。这在踝关节上产生一个力矩，该力矩必须被抵消以获得稳定性。在健康的脚踝中，脚踝受到足底屈肌的支撑。在机械假体中，已经知晓借助机械支撑、比如通过刚性附接部来抵消该力矩。在允许相对于中立位置背屈的液压阻尼式脚踝中，该力矩没有得到支撑，从而导致脚踝对于站立这一非常普通的任务都具有不稳定且不满意的表现。

在此描述的假关节具有下述优点：关节在一个实施例中可以用作脚踝。关节具有被动的机械响应系统以模仿自然功能关节来控制行走状态和站立状态。假踝关节提供模仿自然脚踝在行走时的运动的背屈和跖屈并且提供站立时的支撑。

根据本发明的假关节包括：第一连接器、第二连接器和允许第一连接器和第二连接器相对于彼此转动的枢转装置；第一室和第二室，其中，所述室通过一个或多个流体流动路径连接；阻塞部，所述阻塞部构造成能限制室之间的流体流动，以及非电子机构，所述非电子机构用于响应于关节的位置和/或关节的位置的变化率来控制流动。优选地，所述机构布置成使得在一个或多个特定的关节位置处的停留将堵塞流动路径。优选地，所述机构既响应于关节的位置又响应于这种位置的变化率。