專利名稱：具有可調(diào)性能的假足的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可提供增強(qiáng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的高性能假足，而這些動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力涉及到應(yīng)用力學(xué)。
背景技術(shù)：
在Martin等人的美國(guó)專利No.5897594中公開了一種用于假腿的無(wú)關(guān)節(jié)式人造足。在早期的解決方案中，人造足具有設(shè)置了關(guān)節(jié)以模仿腳踝功能的剛性結(jié)構(gòu)；與這些早期解決方案不同，Martin等人的無(wú)關(guān)節(jié)式人造足采用了設(shè)在足模制件內(nèi)部的彈性足嵌件。該嵌件在縱向截面上為大致C形設(shè)計(jì)，具有朝向后方的開口，并且該嵌件用其C形的上分支來(lái)承接假肢的負(fù)載，并通過(guò)其C形的下分支將該負(fù)載傳遞到與之相連的板簧上。該板簧從下方看去時(shí)為凸起的設(shè)計(jì)，并且近似平行于腳底區(qū)域延伸，向前超過(guò)該足嵌件而進(jìn)入到足尖區(qū)域中。Martin等人的發(fā)明的目的是針對(duì)減小腳跟的沖擊、彈性、腳跟至腳趾的行走以及橫向穩(wěn)定性來(lái)改善該無(wú)關(guān)節(jié)式人造足，從而允許穿用者可自然地行走，其意圖是允許穿用者既能正常行走，又能進(jìn)行身體鍛煉以及進(jìn)行體育運(yùn)動(dòng)。然而，這種已知的人造足的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性是有限的。需要提供一種具有增強(qiáng)的應(yīng)用力學(xué)設(shè)計(jì)特征的高性能假足，這些應(yīng)用力學(xué)設(shè)計(jì)特征可增強(qiáng)截肢者進(jìn)行例如行走、跑步、跳躍、短跑、起動(dòng)、停止以及急轉(zhuǎn)活動(dòng)的能力。
Van L.Philips提出了另外的假足，據(jù)稱其能夠給截肢者提供可從事多種活動(dòng)的靈活性和機(jī)動(dòng)性，這些活動(dòng)在過(guò)去因現(xiàn)有假肢的結(jié)構(gòu)限制以及相應(yīng)性能而無(wú)法進(jìn)行。這些已知的假足據(jù)稱可支持跑步、跳躍和其它活動(dòng)，據(jù)報(bào)道，它們可以與穿用者正常足相同的方式來(lái)使用。例如可參見美國(guó)專利No.6071313、No.5993488、No.5899944、No.5800569、No.5800568、No.5728177、No.5728176、No.5824112、No.5593457、No.5514185、No.5181932和No.4822363。

發(fā)明內(nèi)容
為了允許截肢者得到更高水平的性能，需要有具有增強(qiáng)的應(yīng)用力學(xué)特性的高性能假足，該足在性能上優(yōu)于人足和現(xiàn)有技術(shù)中的假足。具有高性能假足對(duì)截肢運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)是有意義的，其可具有增強(qiáng)的應(yīng)用力學(xué)特性、高低動(dòng)態(tài)響應(yīng)、以及可以進(jìn)行微調(diào)以提高活動(dòng)的水平和豎直分量的定位可調(diào)性，這些在本質(zhì)上是任務(wù)特定型的。
本發(fā)明的假足旨在滿足這些需求。根據(jù)這里所公開的一個(gè)示例性實(shí)施例，本發(fā)明的假足包括縱向延伸的足龍骨件，其具有位于一端的前足部分、位于另一端的后足部分，以及在前足和后足部分之間延伸并從中向上拱起的相對(duì)較長(zhǎng)的中足部分。還提供了包括向下凸出彎曲下端的小腿脛骨件(calf shank)?？烧{(diào)節(jié)的緊固裝置將小腿脛骨件的彎曲下端連接到足龍骨件的向上拱起的中足部分上，從而形成了假足的踝關(guān)節(jié)區(qū)域。
該可調(diào)緊固裝置允許在足龍骨件的縱向上調(diào)整小腿脛骨件和足龍骨件相互之間的定位，以便調(diào)節(jié)該假足的性能。通過(guò)在足龍骨件的縱向上調(diào)整足龍骨件的反向向上拱起的中足部分和小腿脛骨件的向下凸出彎曲下端相互之間的定位，就可將假足的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和運(yùn)動(dòng)輸出改變成針對(duì)所需/所希望的水平和豎直線速度的任務(wù)特定型。公開了一種具有高和低動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力以及雙平面運(yùn)動(dòng)特性的多用途假足，其增強(qiáng)了參與行走、體育和/或娛樂活動(dòng)的截肢者的功能輸出。還公開了一種尤其用于短跑的假足。
在若干實(shí)施例中，小腿脛骨件具有螺旋形的反向彎曲下端，小腿脛骨件從該螺旋形部向前上方延伸到其直立上端處。在將小腿脛骨件固定到足龍骨件上時(shí)，便得到了在其下端處具有整體式踝的小腿脛骨件，并具有類似于本發(fā)明的拋物線形小腿脛骨件的可變半徑響應(yīng)輸出。通過(guò)連接件將具有螺旋形下端的小腿脛骨件緊固到足龍骨件上。在所公開的若干實(shí)施例中，連接件包括限制小腿脛骨件在步態(tài)中背屈的止動(dòng)件。按照若干實(shí)施例的特征，該連接件與足龍骨件的前足部分一體成形。按照一個(gè)實(shí)施例，該連接件向后延伸成位于足龍骨件的中足部分和部分后足部分之上的懸臂，該懸臂反向向上彎曲以形成朝前的凹面，小腿脛骨件的下端容納在該凹面內(nèi)。該小腿脛骨件的反向彎曲下端的端部支撐在該連接件上。最終形成的假肢具有提高的效率。按照本發(fā)明的另一特征，在該假肢上提供了具有一個(gè)或多個(gè)彈簧的后部小腿裝置。該后部小腿裝置可與該小腿脛骨件相獨(dú)立地形成，并且與其相連接；或者是，該裝置可以與該小腿脛骨件一體成形。該裝置和脛骨件在力加載過(guò)程中儲(chǔ)存能量并在力卸載過(guò)程中將能量返回，以提高假肢在步態(tài)中產(chǎn)生的用于推進(jìn)力的動(dòng)力學(xué)功率。
通過(guò)對(duì)本發(fā)明的所公開示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述并參照附圖，可以更加清楚本發(fā)明的這些和其它的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)。


圖1是示意性圖示，顯示了本發(fā)明假足的足龍骨件和小腿脛骨件的兩個(gè)相鄰并相互靠著的曲率半徑范圍R1和R2，其在步態(tài)中產(chǎn)生了該足在箭頭B方向上的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和運(yùn)動(dòng)輸出，該箭頭B的方向垂直于連接兩個(gè)半徑范圍的切線A。
圖2是類似于圖1的視圖，但是顯示了在根據(jù)本發(fā)明的假足中改變了這兩個(gè)半徑范圍的定位，以提高該足在步態(tài)中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和運(yùn)動(dòng)輸出的水平分量而降低其豎直分量，因此，垂直于切線A1的箭頭B1比圖1所示的情形更朝向水平。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的假足的側(cè)視圖，其具有用于將假足緊固到截肢者下肢上的假腿轉(zhuǎn)接器和與之相連的假腿。
圖4是帶有圖3所示的假腿轉(zhuǎn)接器和假腿的假足的正視圖。
圖5是圖3和4所示實(shí)施例的頂視圖。
圖6是本發(fā)明的尤其用于短跑的另一足龍骨件的側(cè)視圖，其可應(yīng)用在本發(fā)明的假足中。
圖7是圖6所示足龍骨件的頂視圖。
圖8是圖3所示假足中的足龍骨件的底視圖，其提供了高低動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和雙平面運(yùn)動(dòng)性能。
圖9是用于假足的本發(fā)明另一足龍骨件的側(cè)視圖，其尤其適用于做過(guò)足Symes切斷術(shù)的截肢者進(jìn)行短跑。
圖10是圖9所示足龍骨件的頂視圖。
圖11是用于Symes截肢者的本發(fā)明假足的足龍骨件的另一變型，該足龍骨件為假足提供了高低動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性以及雙平面運(yùn)動(dòng)性能。
圖12是圖11所示足龍骨件的頂視圖。
圖13是本發(fā)明足龍骨件的側(cè)視圖，其中龍骨件的厚度從其中足部分到后足部分漸縮，例如逐漸減小。
圖14是足龍骨件的另一形式的側(cè)視圖，其中該厚度從龍骨件的中足朝向前足和后足均漸縮。
圖15是本發(fā)明假足的拋物線形小腿脛骨件的從稍上方到正面看去的側(cè)視圖，小腿脛骨件的厚度朝向其上端漸縮。
圖16是與圖15類似的側(cè)視圖，但顯示了從中間朝向其上端和下端均漸縮的另一小腿脛骨件。
圖17是用于假足的C形小腿脛骨件的側(cè)視圖，該小腿脛骨件的厚度從中間朝向其上端和下端漸縮。
圖18是用于假足的C形小腿脛骨件的另一實(shí)例的側(cè)視圖，該小腿脛骨件的厚度從其中間部分到其上端逐漸減小。
圖19是用于假足的S形小腿脛骨件的側(cè)視圖，其厚度從其中間到兩個(gè)端部逐漸減小。
圖20是S形小腿脛骨件的另一實(shí)例，其厚度僅在其上端處漸縮。
圖21是用于本發(fā)明假足的在各端處漸縮的一種改型J形小腿脛骨件的側(cè)視圖。
圖22是與圖21類似的視圖，但是顯示了在厚度上僅朝向其上端逐漸減小的J形小腿脛骨件。
圖23是從稍上方看去的金屬合金或塑料連接件的側(cè)視圖，其用在如在圖3所示的將小腿脛骨件緊固到足龍骨件上的本發(fā)明的可調(diào)緊固裝置中。
圖24是應(yīng)用在圖3-5所示假足上的假腿轉(zhuǎn)接器的從側(cè)面和稍靠正面看去的視圖，該轉(zhuǎn)接器還可應(yīng)用在圖28和29所示的足上，以將足連接到附在截肢者腿上的假腿上。
圖25是與圖3所示類似的本發(fā)明另一假足的側(cè)視圖，但其顯示了帶有兩個(gè)縱向隔開的可松開緊固件的連接件，這兩個(gè)緊固件分別將連接件連接到小腿脛骨件和足龍骨件上。
圖26是圖25所示連接件的放大側(cè)視圖。
圖27是圖25所示假足的小腿脛骨件的放大側(cè)視圖。
圖28是假足的另一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中小腿脛骨件應(yīng)用在足的裝飾罩內(nèi)。
圖29是圖28所示假足的頂視圖。
圖30是圖28和29所示假足沿圖29中的線30-30的截面圖。
圖31A和31B是不同厚度的楔塊的截面圖，其可用在圖30所示的連接件的背屈止動(dòng)件中。
圖32是假足的另一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中，小腿脛骨件的下端反向彎曲成螺旋形，并且被容納和支撐在連接件內(nèi)，該連接件與足龍骨件的前足部分一體成形。
圖33是圖32的假肢的前視圖。
圖34是圖32的假肢的后視圖。
圖35是假肢的另一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中，足龍骨件的后部部分連接至連接件的反向彎曲上端，該連接件與足龍骨件的前足部分一體成形。
圖36是本發(fā)明另一種形式的側(cè)視圖，其中，該連接件與該足龍骨件一體成形。
圖37是本發(fā)明假肢的又一種變形，其中，該連接件的后端通過(guò)緊固件連接至該足龍骨件。
圖38是假肢另一實(shí)施例的側(cè)視圖，其示出該連接件在足龍骨件的后端處連接至該足龍骨件。
圖39是圖35-38的實(shí)施例的小腿脛骨件和后部小腿裝置從足龍骨件及其連接件上拆下后的側(cè)視圖。
圖40是在假肢中可以與圖32-38實(shí)施例的任一足龍骨件一起使用的小腿脛骨件和轉(zhuǎn)接器的側(cè)視圖，小腿脛骨件上的本發(fā)明后部小腿裝置使用了盤簧和柔性帶。
圖41是本發(fā)明后部小腿裝置的另一種變形的側(cè)視圖，其具有位于小腿脛骨件上的盤簧，該小腿脛骨件具有轉(zhuǎn)接器和緊固件裝置。
圖42是本發(fā)明另一種后部小腿裝置的側(cè)視圖，其具有與小腿脛骨件相關(guān)的兩個(gè)盤簧，該小腿脛骨件具有轉(zhuǎn)接器和緊固件裝置，以便與圖32-38中的任一足龍骨件一起使用而形成下端假肢。
圖43是具有螺旋形的反向彎曲下端的小腿脛骨件的側(cè)視圖，其用于與圖32-38的實(shí)施例中的足龍骨件一起使用，并且在本發(fā)明的后部小腿裝置的進(jìn)一步變形中使用了兩個(gè)彎曲彈簧。
圖44是小腿脛骨件以及轉(zhuǎn)接器、緊固件裝置和本發(fā)明另一種變形的后部小腿裝置的側(cè)視圖，其中使用了單個(gè)彎曲彈簧。
圖45是本發(fā)明的小腿脛骨件和后部小腿裝置的側(cè)視圖，其中，該裝置的單個(gè)彎曲彈簧是長(zhǎng)型的，以裝配在小腿脛骨件的反向彎曲遠(yuǎn)端內(nèi)。
圖46是本發(fā)明的小腿脛骨件和后部小腿裝置的側(cè)視圖，其中，該裝置的單個(gè)彎曲彈簧是長(zhǎng)型的，以裝配在小腿脛骨件的反向彎曲遠(yuǎn)端內(nèi)，其中該彈簧被緊固至該脛骨件。
圖47是本發(fā)明的小腿脛骨件和后部小腿裝置的側(cè)視圖，其中，小腿脛骨件與該裝置一體成形。
圖48是本發(fā)明假足的另一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中，該后部小腿裝置包括兩個(gè)彈簧，柔性長(zhǎng)型部件將這兩個(gè)彈簧彈性偏壓，該柔性長(zhǎng)型部件連接至小腿脛骨件的上部以及假足的下部，也就是通過(guò)連接器連接至連接件和脛骨件下端。
圖49是假足另一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中，后部小腿裝置具有“S”形的后部彈簧，該后部彈簧連接在小腿脛骨件上部和連接件之間，該連接件將小腿脛骨件下端連接至足龍骨件，并且，“J”形的第二彈簧位于S形彈簧和小腿脛骨件上部之間。
圖50是另一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中，后部小腿裝置具有“J”形彈簧，該彈簧連接在小腿脛骨件上部和連接件的近邊緣之間，該連接件將該小腿脛骨件連接至假肢的足龍骨件。
圖51是本發(fā)明假肢系統(tǒng)的又一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中，后部小腿裝置包括多個(gè)片簧。
圖52是本發(fā)明假肢的另一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中，除了后部小腿裝置是由多個(gè)后部片簧構(gòu)成之外，還提供了前部片簧。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式下面來(lái)看附圖，從圖3到5中的示例性實(shí)施例中可以看到，假足1包括縱向延伸的足龍骨件2，該足龍骨件2具有位于一端的前足部分3、位于另一端的后足部分4、以及在前足部分和后足部分之間延伸的向上拱起的中足部分5。在該示例性實(shí)施例中，中足部分5在前足部分和后足部分之間在其整個(gè)縱向范圍上向上凸出式彎曲。
足1的直立小腿脛骨件6通過(guò)可松開的緊固件8和連接件11而在其向下凸出的彎曲下端7的一部分處連接到龍骨件中足部分5的近端后表面上。在該示例性實(shí)施例中，緊固件8是帶有螺母和墊圈的單個(gè)螺栓，然而它也可以是可松開的夾具或其它緊固件，用來(lái)在擰緊緊固件時(shí)將該小腿脛骨件可靠地定位和保持在足龍骨件上。
參見圖8，在龍骨件中足部分5的近端后表面中形成有縱向延伸的開口9。在小腿脛骨件6的彎曲下端7內(nèi)也形成有例如圖15所示的縱向延伸的開口10。可松開的緊固件8延伸穿過(guò)開口9和10，這樣，在將緊固件8松開或釋放時(shí)，便可在圖5中A-A所示的縱向方向上調(diào)整小腿脛骨件和足龍骨件相互之間的定位，從而根據(jù)特定的任務(wù)來(lái)調(diào)節(jié)假足的性能。這樣，緊固件8、連接件11以及縱向延伸的開口9和10構(gòu)成了用于將小腿脛骨件連接到足龍骨件上的可調(diào)緊固裝置，以形成假足的踝關(guān)節(jié)區(qū)域。
從圖1和圖2中可以看到調(diào)整小腿脛骨件6和足龍骨件2的定位的效果，其中兩個(gè)相互緊鄰的半徑范圍R1和R2代表足龍骨件中間部分5和小腿脛骨件6的相鄰且相互面對(duì)的拱形或凸出的曲面。當(dāng)把這樣兩個(gè)半徑范圍看作相互緊鄰時(shí)，在與畫在兩個(gè)半徑范圍之間的切線(圖1中為A，圖2中為A1)相垂直的方向上存在運(yùn)動(dòng)能力。這兩個(gè)半徑范圍之間的相互關(guān)系決定了運(yùn)動(dòng)輸出的方向。因此，足1的動(dòng)態(tài)響應(yīng)力的施加取決于這種關(guān)系。凹面的半徑越大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力就越強(qiáng)。然而，半徑越小，響應(yīng)就越快。
在本發(fā)明的假足中，小腿脛骨件和足龍骨件的這種定位能力允許這些半徑范圍發(fā)生移動(dòng)，從而影響體育運(yùn)動(dòng)中該假足的水平或豎直線速度。例如，為了增強(qiáng)假足1的水平線速度能力，可改變定位以影響小腿脛骨件半徑范圍和足龍骨件半徑范圍的關(guān)系。換句話說(shuō)，為了增強(qiáng)水平線速度特性，如將圖2與圖1對(duì)比所顯示的那樣，底部的足龍骨件半徑范圍R2比其起始位置更遠(yuǎn)。這就將足1的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和運(yùn)動(dòng)輸出改變成更靠近水平方向，從而可通過(guò)相同的作用力來(lái)獲得更大的水平線速度。
當(dāng)截肢者的需求涉及到水平和豎直的線速度時(shí)，他/她可通過(guò)實(shí)踐來(lái)找到能滿足其需求的用于各種運(yùn)動(dòng)的設(shè)置。例如，跳高運(yùn)動(dòng)員和籃球運(yùn)動(dòng)員比短跑運(yùn)動(dòng)員需要更多的豎直升程。連接件11是夾在相連的足龍骨件2和小腿脛骨件6之間的塑料或金屬合金的定位連接件(參見圖3、4和23)?？伤砷_的緊固件8延伸穿過(guò)該連接件中的孔12。該連接件沿小腿脛骨件和龍骨件中足部分5的近端后表面的相連部分而延伸。
小腿脛骨件6的彎曲下端7為拋物線形，該拋物線的最小曲率半徑位于下端，并且以拋物線形先向前再向上延伸。如圖3所示，小腿脛骨件的曲率形成了朝后的凹度。拋物線形狀是有利的，因?yàn)樗趦煞矫嬖鰪?qiáng)了動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，一方面提高了與其相對(duì)更大半徑的近端相關(guān)聯(lián)的水平線速度，另一方面在其下端具有更小的曲率半徑，以實(shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)特性。拋物線形狀的上端處的更大曲率半徑使得切線A(參見圖1和2)能通過(guò)定位變化而保持為更加水平的定向，這可以產(chǎn)生提高的水平線速度。
拋物線形的小腿脛骨件通過(guò)其自身的壓縮或卷曲而在人的步態(tài)中對(duì)初始觸地力作出響應(yīng)。這就使拋物線的半徑變小，因而降低了對(duì)壓縮的阻力。相反，由于拋物線形小腿脛骨件通過(guò)伸展而在人的步態(tài)中對(duì)腳跟離地的地面反作用力(GRF)作出響應(yīng)，這就使拋物線的半徑變大，因此阻力比前述壓縮阻力更大。這些阻力與在人步態(tài)中人的小腿前、后部小腿肌肉的功能相關(guān)。在人的步態(tài)中腳掌初始接觸時(shí)，較小的小腿前部肌肉群通過(guò)偏心收縮來(lái)對(duì)GRF作出響應(yīng)，從而將足放到地面上，并且產(chǎn)生了背屈力矩。在從腳掌到腳趾離地時(shí)，較大的小腿后部肌肉群同樣通過(guò)偏心收縮來(lái)對(duì)GRF作出響應(yīng)，并產(chǎn)生了更大的足底屈曲力矩。這種力矩的大小與小腿前部和后部肌肉群的大小差異有關(guān)。因此，可以模仿假肢小腿脛骨件對(duì)人步態(tài)中的背屈力矩和足底屈曲力矩的阻力，并可實(shí)現(xiàn)正常的步態(tài)。拋物線形式的可變阻力性能可以模仿人步態(tài)以及跑步和跳躍活動(dòng)中的人體小腿肌肉組織功能，結(jié)果就可實(shí)現(xiàn)假肢的功效。
通過(guò)前述的壓縮和伸展工作模式來(lái)影響該拋物線形小腿脛骨件的角速度。當(dāng)該拋物線形小腿脛骨件伸展至站立中后期作用力時(shí)，構(gòu)成該脛骨件輪廓的半徑變得更大。半徑的增大對(duì)于角速度的增加具有直接的關(guān)系。該假肢對(duì)于踝關(guān)節(jié)矢狀面動(dòng)力學(xué)功率KP的數(shù)學(xué)公式為KP＝力矩X角速度。因此，該機(jī)械結(jié)構(gòu)的角速度的任何增加都會(huì)增大該動(dòng)力學(xué)功率。例如，在圖19-22中的每個(gè)小腿脛骨件中，在其向前凸出彎曲的下部之上都有一部分反向彎曲，即，向后凸出彎曲。如果這些脛骨件的機(jī)械結(jié)構(gòu)是由相同寬度和厚度的相同材料制成，那么在該脛骨件的下部進(jìn)行伸展的時(shí)候，該反向彎曲的上部將會(huì)進(jìn)行壓縮，從而抵消了角速度增長(zhǎng)的可能性，結(jié)果是消極地影響了該角速度，這又消極地影響了在步態(tài)中所產(chǎn)生的踝關(guān)節(jié)矢狀面動(dòng)力學(xué)功率的大小。
人體利用該能量守恒系統(tǒng)來(lái)在地面上進(jìn)行移動(dòng)。在步態(tài)的站立中期產(chǎn)生勢(shì)能(位置的能量)。在步態(tài)的單腳支撐站立中期，身體的質(zhì)心升高到其最高豎直行程。質(zhì)心從該高點(diǎn)向前且向下移動(dòng)；勢(shì)能因此轉(zhuǎn)化成動(dòng)能。該動(dòng)能向各機(jī)械結(jié)構(gòu)(即人體軟組織以及彈性假肢部分)加載彈性能。需要這些機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)有效利用所儲(chǔ)存的能量，從而產(chǎn)生動(dòng)力學(xué)功率來(lái)進(jìn)行地面移動(dòng)。
在平地行走時(shí)，人的用軟組織支撐的足、踝和脛骨是一種具有兩種主要生物力學(xué)功能的機(jī)構(gòu)。一種是將豎向地面反作用力轉(zhuǎn)變成向前的動(dòng)量，第二種是讓人體質(zhì)心升高并限制人體質(zhì)心的下降。假的足、踝和脛骨以及假小腿裝置也被稱為本發(fā)明的人造肌肉裝置，其必須也具有這兩種生物力學(xué)功能。圖25中的盤簧小腿脛骨件55、圖28-30中的盤簧小腿脛骨件72、圖32-34中的盤簧小腿脛骨件106、圖35-53中的盤簧小腿脛骨件122具有比圖3-5的小腿脛骨件6更強(qiáng)的彈性能儲(chǔ)存能力。該脛骨件122的盤簧下端更精確地代表了功能性踝關(guān)節(jié)。在本發(fā)明假肢上的彈性后部小腿裝置也為了假肢系統(tǒng)增強(qiáng)了彈性能儲(chǔ)存能力。彈性能儲(chǔ)存能力的增強(qiáng)將步態(tài)中所產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)功率大小提升到了非常接近于正常值(人足值)。將要討論圖30的標(biāo)號(hào)74所表示的假肢踝關(guān)節(jié)以及圖32-52的實(shí)施例中的帶有盤簧下部的假肢踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)功能性操作。如上所述，由人體的足、踝和脛骨組成的該“機(jī)構(gòu)”的第一生物力學(xué)功能是要將豎向的地面反作用力轉(zhuǎn)變成向前的動(dòng)量。這在踝關(guān)節(jié)處是由腳跟搖動(dòng)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了在步態(tài)的初始觸地期和站立中期之間形成最大的向前動(dòng)量，必須產(chǎn)生踝力矩。對(duì)于在Phillips的美國(guó)專利No.6071313中所述的利用了踝實(shí)心緩沖墊的腳跟和/或向后凸出彎曲設(shè)計(jì)的現(xiàn)有假足(Phillips設(shè)計(jì))，其所具有的踝關(guān)節(jié)不能產(chǎn)生該力矩。因此，它們具有豎向的初始加載的地面反作用力。由于動(dòng)量要遵守矢量規(guī)則，因此相比于大的豎直位移，僅能出現(xiàn)小的水平位移。相反，利用本發(fā)明，圖28-30、32-34和35-52的小腿脛骨件各自的盤簧踝例如能產(chǎn)生45°的初始加載位移角度，這可以產(chǎn)生相等的豎向和水平位移。這種45°的位移角度保持向前的動(dòng)量和慣性，并且提高了該假足、踝和脛骨件機(jī)構(gòu)的效率。在步態(tài)的初始加載期，人體的質(zhì)心處于其最低點(diǎn)，因此，對(duì)該降低的人體質(zhì)心的任何提高都會(huì)降低整個(gè)機(jī)構(gòu)的效率。
現(xiàn)在考慮人的和假的足、踝和脛骨的站立中期到腳跟離地的生物力學(xué)功能和工作。前述機(jī)構(gòu)在步態(tài)的這個(gè)階段有兩種主要的生物力學(xué)功能。一種是產(chǎn)生踝關(guān)節(jié)矢狀面動(dòng)力學(xué)功率，以向前推進(jìn)該進(jìn)行牽引以及馬上就要擺動(dòng)的腿，以便進(jìn)行下一次邁步；第二種是減少人體質(zhì)心的下降。利用了剛性假腿脛骨的現(xiàn)有假足不能儲(chǔ)存足夠的彈性能來(lái)產(chǎn)生任何相當(dāng)大的動(dòng)力學(xué)功率。該科學(xué)文獻(xiàn)建議，雖然這些足具有各種各樣的機(jī)械設(shè)計(jì)，但是它們的功能幾乎相同，都是產(chǎn)生僅僅25％的正常人體踝關(guān)節(jié)矢狀面動(dòng)力學(xué)功率。該P(yáng)hillips設(shè)計(jì)的假肢以及其它許多現(xiàn)有的足、踝和脛骨代用件將該踝關(guān)節(jié)矢狀面動(dòng)力學(xué)功率提高到了正常值的35％～40％。這代表在動(dòng)力學(xué)功率功能方面有70％的增長(zhǎng)；但是，這是相當(dāng)不夠的。相反，本發(fā)明具有小腿脛骨件55(圖25-27)的假肢例如已經(jīng)表明在步態(tài)中產(chǎn)生86％的正常人體踝關(guān)節(jié)矢狀面動(dòng)力學(xué)功率。這表明，對(duì)于動(dòng)力學(xué)功率，比使用了剛性假腿脛骨的現(xiàn)有假足有244％的增長(zhǎng)，比Phillips型假肢有143％的增長(zhǎng)。本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)還在于不允許人體質(zhì)心過(guò)度下降以及其對(duì)向前動(dòng)量的貢獻(xiàn)。顯著地，對(duì)于Phillips設(shè)計(jì)的假肢，在開放的動(dòng)力學(xué)鏈移動(dòng)模型中，在步態(tài)周期中腳跟離地力加載期間，腳趾區(qū)域豎直向上且向后移動(dòng)；但是，在步態(tài)周期中出現(xiàn)的封閉動(dòng)力學(xué)鏈移動(dòng)模型中，這些現(xiàn)有假肢的脛骨的近端向前且向下移動(dòng)。這種向下的移動(dòng)降低了人體質(zhì)心，從而形成了低效率的步態(tài)模型。另一方面，在開放動(dòng)力學(xué)鏈移動(dòng)模型中，在相同的腳跟升高力加載期間，本發(fā)明假肢系統(tǒng)的腳趾區(qū)域豎直向上且向前移動(dòng)。因此，在封閉動(dòng)力學(xué)鏈移動(dòng)模型中，本發(fā)明假肢系統(tǒng)的脛骨上端向后且向上移動(dòng)，這提高了其有效長(zhǎng)度，以減少人體質(zhì)心的下降。這形成了更有效率的步態(tài)模型。
人大約每小時(shí)行走3英里?？?分鐘跑一英里的賽跑運(yùn)動(dòng)員每小時(shí)可跑12英里，可10秒鐘跑100米的短跑運(yùn)動(dòng)員每小時(shí)可跑21英里。這是一個(gè)1∶4∶7的比例。隨著運(yùn)動(dòng)速度的提高，每項(xiàng)任務(wù)的水平分量變得更大。因此，可以預(yù)先確定假肢小腿脛骨件的半徑的大小。行走者需要比一英里賽跑運(yùn)動(dòng)員和短跑運(yùn)動(dòng)員更小半徑的拋物線形小腿脛骨件。短跑運(yùn)動(dòng)員需要有七倍大的拋物線形小腿脛骨件。這種關(guān)系顯示了對(duì)于行走者、跑步者和短跑運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)如何確定拋物線的半徑。這是很重要的，因?yàn)槎膛苓\(yùn)動(dòng)員具有增大的運(yùn)動(dòng)范圍要求，并且他們的小腿脛骨件必須更強(qiáng)壯，以接受與此活動(dòng)有關(guān)的增大負(fù)載。更寬或更大的拋物線形小腿脛骨件將會(huì)帶有相對(duì)更平的曲線，其相當(dāng)于具有增大運(yùn)動(dòng)范圍的更大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
彈性脛骨件的近端長(zhǎng)度應(yīng)該制成為盡可能的長(zhǎng)。長(zhǎng)度的任何增長(zhǎng)都將提高彈性能儲(chǔ)存量并且產(chǎn)生更大的動(dòng)力學(xué)功率。該小腿脛骨件的近端可連接至膝下截肢者所穿著的假肢關(guān)節(jié)槽的脛骨結(jié)節(jié)的高度。它還能連接至假膝外殼的近端前側(cè)。
在小腿脛骨件6的上端通過(guò)緊固件14連接了假腿轉(zhuǎn)接器13。該轉(zhuǎn)接器13又通過(guò)緊固件16緊固到假腿15的下端上。假腿15通過(guò)連接到腿殘端上的支承結(jié)構(gòu)(未示出)緊固到截肢者的下肢上。
在該示例性實(shí)施例中，足龍骨件2的前足、中足和后足部分由單片彈性材料形成。例如，可以采用本身具有彈性的實(shí)心材料片，其具有在被地面反作用力偏轉(zhuǎn)時(shí)保持形狀的特性。更具體地說(shuō)，足龍骨件以及小腿脛骨件可由金屬合金或?qū)訅簭?fù)合材料來(lái)形成，該層壓復(fù)合材料具有由聚合母體材料層壓而成的強(qiáng)化纖維。尤其是，可采用與熱固性環(huán)氧樹脂、或商品名稱為Delran的擠壓塑料、或脫氣的聚氨酯共聚物層壓在一起的高強(qiáng)度石墨、Kevlar或玻璃纖維來(lái)形成足龍骨件以及小腿脛骨件。與這些材料相關(guān)的功能性質(zhì)提供了具有較低重量和最小蠕變的高強(qiáng)度。利用假肢工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在真空下層壓熱固性環(huán)氧樹脂?？蓪⒕郯滨ス簿畚餄沧⒌疥幠Ｖ校⑶铱蓪?duì)擠壓塑料進(jìn)行機(jī)械加工。每種材料的使用都具有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于足龍骨件和小腿脛骨件的層壓復(fù)合材料還可優(yōu)選為由強(qiáng)化纖維和熱塑性聚合母體材料按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制成的熱成型(預(yù)浸漬)層壓復(fù)合材料，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的機(jī)械伸展性質(zhì)。合適的可買到的這種復(fù)合材料為由美國(guó)馬里蘭州Havrede Grace的Cytec Fiberite公司制造的CYCLON。
彈性材料的物理性質(zhì)如涉及硬度、撓度和強(qiáng)度全部由材料的厚度決定。較薄材料比同樣密度的較厚材料更容易偏轉(zhuǎn)。所采用的材料及物理性質(zhì)與假足龍骨件和小腿脛骨件的硬度和撓度特性相關(guān)。在圖3到5所示的示例性實(shí)施例中，足龍骨件和小腿脛骨件的厚度是均勻的或?qū)ΨQ的，但是，厚度可在這些部件的長(zhǎng)度上以下面將討論的方式那樣變化，例如可使后足和前足區(qū)域更薄一些，并且可使得對(duì)中足區(qū)域的偏轉(zhuǎn)更敏感。在這里所公開的本發(fā)明這幾個(gè)實(shí)施例中的每個(gè)實(shí)施例中，該足龍骨件和脛骨件在矢狀面中的慣性力矩比在額狀面中的慣性力矩相對(duì)較小。這是由這些部件的機(jī)械形狀所導(dǎo)致的，它們?cè)陬~狀面的寬度大于在矢狀面中的厚度。
為了幫助向假足1提供高、低動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，將中足部分5形成為縱向的拱形，使得該縱向拱形的內(nèi)側(cè)比縱向拱形的外側(cè)具有相對(duì)更高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。為此，在該示例性實(shí)施例中，縱向拱形的凹面的內(nèi)側(cè)在半徑上比其外側(cè)更大。
中足部分5的縱向拱形凹面的內(nèi)側(cè)與外側(cè)半徑大小之間的相互關(guān)系可進(jìn)一步限定為足龍骨件2的前后足底面的承重表面區(qū)域。在圖8中中，中足部分5的前部上的線T1-T2代表前足底面承重區(qū)。線P1-P2代表中足部分5的后足底面承重區(qū)。T1-P1之間的距離代表足外側(cè)上的足底承重表面。P2-T2之間的距離代表足2內(nèi)側(cè)上的足底承重表面。T1-P1和P2-T2所代表的距離決定了半徑大小，結(jié)果，可通過(guò)使這兩條線T1-T2和P1-P2會(huì)聚或發(fā)散來(lái)確定并影響高、低動(dòng)態(tài)響應(yīng)的相互關(guān)系。結(jié)果，可在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定高、低動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
后足部分4的后端17成形為向上彎曲的拱形，可在腳跟著地期間通過(guò)壓縮減震來(lái)對(duì)地面反作用力作出反應(yīng)。后足部分4所形成的腳跟形成有后外角部18，該角部18比內(nèi)側(cè)角部19更靠后側(cè)和更靠外側(cè)，以促進(jìn)后足在步態(tài)的初始觸地期間進(jìn)行外翻。前足部分3的前端20成形為向上彎曲的拱形，以模擬在步態(tài)的站立后期中腳跟抬起腳趾離地位置中處于背屈狀態(tài)下的人腳趾。在前足和后足的下部設(shè)有作為緩沖墊的橡膠或泡沫襯墊53和54。
在前足部分3的背面和足底面之間延伸穿過(guò)前足部分3的內(nèi)側(cè)伸展關(guān)節(jié)孔21和外側(cè)伸展關(guān)節(jié)孔22產(chǎn)生了假足的增強(qiáng)的雙平面運(yùn)動(dòng)能力。伸展關(guān)節(jié)23和24從各自的孔向前延伸到前足部分的前邊沿，以形成內(nèi)側(cè)、中部和外側(cè)的伸展支撐25、26和27，其形成了足龍骨件的前足部分的增強(qiáng)的雙平面運(yùn)動(dòng)能力。伸展關(guān)節(jié)孔21和22沿圖5中的線B-B設(shè)置在相對(duì)于足龍骨件縱向軸線A-A成35°的α角延伸的橫向平面內(nèi)，其中內(nèi)側(cè)伸展關(guān)節(jié)孔21比外側(cè)伸展關(guān)節(jié)孔22更靠前。
在圖5中，線B-B相對(duì)縱向軸線A-A的角α可小至15°，并仍然可得到高、低動(dòng)態(tài)響應(yīng)。隨著該角α的變化，圖8中的線T1-T2的角Z也會(huì)改變。投射在矢狀面上的伸展關(guān)節(jié)孔21和22相對(duì)于該橫向平面傾斜成45°角，其中孔的背面比足底面更靠前。采用這種設(shè)置，從可松開的緊固件8到外側(cè)伸展關(guān)節(jié)孔22的距離比從可松開的緊固件到內(nèi)側(cè)伸展關(guān)節(jié)孔21的距離更短，使得假足1的外側(cè)部分比內(nèi)側(cè)具有更短的腳趾杠桿(toe lever)，以實(shí)現(xiàn)中足的高和低的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。此外，線T1所代表的從可松開的緊固件8到外側(cè)足底承重表面的距離比線T2所代表的從可松開的緊固件到內(nèi)側(cè)足底承重表面的距離更短，使得假足1的外側(cè)部分具有比內(nèi)側(cè)更短的腳趾杠桿，以實(shí)現(xiàn)中足的高、低動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
足龍骨件2的后足部分4的前部還包括在后足部分4的背面和足底面之間延伸穿過(guò)后足部分4的伸展關(guān)節(jié)孔28。伸展關(guān)節(jié)29從孔28向后延伸到后足部分的后邊沿，以形成伸展支撐30和31。這樣就為假足的后足部分帶來(lái)了增強(qiáng)的雙平面運(yùn)動(dòng)能力。
如圖3所示，足龍骨件2的中足部分5和前足部分3的背面形成了朝上的凹面32，使得它能夠在功能上模仿人足的第五跖列(fifth ray)的運(yùn)動(dòng)軸線。也就是說(shuō)，凹面32的縱向軸線C-C定位成相對(duì)于足龍骨件縱向軸線A-A成15°到35°的角β，其中，內(nèi)側(cè)比外側(cè)更靠前，以便促進(jìn)步態(tài)的第五跖列運(yùn)動(dòng)，如同在人足中的第二到第五跖骨的傾斜的低速檔旋轉(zhuǎn)軸線中一樣。
當(dāng)截肢者在不平的地勢(shì)上行走或運(yùn)動(dòng)員在足上向內(nèi)或向外急轉(zhuǎn)時(shí)，便可理解到雙平面運(yùn)動(dòng)能力的重要性。地面作用力矢量的方向從矢狀定位改變到具有額狀面分量。地面將在與足向外作用相反的方向上向內(nèi)作用。結(jié)果，小腿脛骨件向內(nèi)側(cè)傾斜，并且重量施加到足龍骨件的內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)上。響應(yīng)于這些壓力，足龍骨件2的內(nèi)側(cè)伸展關(guān)節(jié)支撐25和31背屈(向上偏轉(zhuǎn))并內(nèi)翻，而外側(cè)伸展關(guān)節(jié)支撐27和30足底屈曲(向下偏轉(zhuǎn))并外翻。這一運(yùn)動(dòng)用來(lái)將腳掌的足底面放在地面上(足底觸地)。
參見圖6和7，在本發(fā)明的假足中可以使用本發(fā)明的另一足龍骨件33，其尤其適用于短跑。在短跑中，身體的重心變成基本上僅沿矢狀面定位。假足不需要具有低動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。結(jié)果，不需要像在足龍骨件2中那樣使前足、中足凹面的縱向軸線定位在15°到35°的外部旋轉(zhuǎn)方位上。相反，如在圖6和7中所示，凹面的縱向軸線D-D的方位應(yīng)當(dāng)變成與額狀面平行。這就使得短跑足僅在矢狀方向作出反應(yīng)。另外，前足和中足部分中的伸展關(guān)節(jié)孔34和35的方位沿著線E-E平行于額狀面，即外側(cè)孔35向前移動(dòng)到與內(nèi)側(cè)孔34成一直線，并平行于額狀面。足龍骨件33的前末端36也制成為與額狀面平行。足龍骨件的后末端腳跟區(qū)域37也平行于額狀面。這些修改會(huì)對(duì)假足的多用途性能帶來(lái)不利影響。然而，它的性能特征是針對(duì)特定任務(wù)的。短跑足龍骨件33的另一個(gè)變型在該假足的前足部分的腳趾跖列區(qū)域中，其中將足龍骨件2中的15°背屈增大為足龍骨件33中的25-40°背屈。該實(shí)施例以及其它實(shí)施例中的足龍骨件也可制成為沒有這里所介紹的伸展關(guān)節(jié)、伸展關(guān)節(jié)孔和伸展關(guān)節(jié)支撐。這將降低足龍骨件在不平表面上的地面適應(yīng)性。然而，在該情況下，地面適應(yīng)性可以通過(guò)在假肢中提供距下關(guān)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這在共同擁有的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/473465和相關(guān)國(guó)際申請(qǐng)(國(guó)際公開號(hào)No.WO 02/078567 A2)中公開了。
圖9和10顯示了本發(fā)明的另一足龍骨件38，它可用在尤其適用于做過(guò)Symes截足術(shù)的截肢者進(jìn)行短跑的假足中。為此，足龍骨件38的中足部分包括靠后的向上凹面39，其中可通過(guò)可松開的緊固件來(lái)將小腿脛骨件的彎曲下端連接到足龍骨件上。所有的下肢截肢者都可采用這種足龍骨件。足龍骨件38可適用于與Symes級(jí)截肢者相關(guān)的較長(zhǎng)余肢。它在動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能方面的性能特征要快得多。它的應(yīng)用并不專門用于這種程度的截肢。可將其應(yīng)用在所有穿過(guò)脛骨和穿過(guò)股骨的截肢狀況中。在圖11和12的示例性實(shí)施例中，足龍骨件40還具有用于Symes截肢者的凹面41，該足龍骨件向假足提供了與圖3-5和8所示示例性實(shí)施例中的相似的高、低動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性以及雙平面運(yùn)動(dòng)性能。
用于假足1的幾個(gè)足龍骨件的功能特征與形狀和設(shè)計(jì)特征相關(guān)，它們涉及凹面、凸面、半徑大小、伸展、壓縮以及材料的物理性質(zhì)，所有這些性質(zhì)涉及到對(duì)行走、跑步和跳躍活動(dòng)中的地面作用力作出反應(yīng)。
圖13中的足龍骨件42與圖3-5和8所示示例性實(shí)施例中的相類似，不同之處在于，足龍骨件的厚度從中足部分朝向后足的后部漸縮。圖14中的足龍骨件43的厚度在其前端和后端處逐漸降低或漸縮。圖15中的小腿脛骨件44和圖16中的小腿脛骨件45顯示了厚度上的類似變化，它們都可以用在假足1中。足龍骨件和小腿脛骨件的每一項(xiàng)設(shè)計(jì)都會(huì)產(chǎn)生不同的功能輸出，這些功能輸出涉及到水平和豎直的線速度，而這些速度在不同的運(yùn)動(dòng)任務(wù)中對(duì)于提高性能來(lái)說(shuō)是特定的。多種小腿脛骨件結(jié)構(gòu)的能力以及足龍骨件和小腿脛骨件之間的設(shè)置調(diào)整產(chǎn)生了假足小腿脛骨件的關(guān)系，該關(guān)系使得截肢者和/或修復(fù)學(xué)家具備在各種各樣的體育和休閑活動(dòng)中的一種選出活動(dòng)中將假足調(diào)節(jié)到最高性能的能力。
在圖17-22中顯示了用于假足1的其它小腿脛骨件，包括C形小腿脛骨件46和47、S形小腿脛骨件48和49、以及改型的J形小腿脛骨件50和51。小腿脛骨件的上端還可具有筆直的豎直端，該豎直端帶有連接到該近端上的錐體安裝板。一公錐體穿過(guò)該小腿脛骨件的豎直端并用螺栓固定至該豎直端上。還可在小腿脛骨件的近端和遠(yuǎn)端處的長(zhǎng)型開口內(nèi)設(shè)置塑料或鋁填充物，用以接收近端的公錐體和遠(yuǎn)端的足龍骨件。本發(fā)明的假足優(yōu)選是由標(biāo)準(zhǔn)化的單元或尺寸構(gòu)造成的模塊化系統(tǒng)，以便滿足使用中的靈活性和多樣性。
所有與軌道相關(guān)的賽跑運(yùn)動(dòng)都是以逆時(shí)針方向進(jìn)行的。本發(fā)明的另一可選特征考慮到了沿著這種彎曲路徑前進(jìn)時(shí)作用在足上的力。當(dāng)物體沿彎曲路徑運(yùn)動(dòng)時(shí)，向心加速度朝向旋轉(zhuǎn)中心起作用。牛頓第三定律適合于能量作用。存在有相等且相反的反作用力。因此，對(duì)每一“向心”力來(lái)說(shuō)，都存在有一個(gè)“離心”力。向心力朝向旋轉(zhuǎn)中心作用，而離心力即反作用力遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心作用。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員圍繞跑道上的曲線跑步時(shí)，向心力會(huì)朝著曲線的中心的拉動(dòng)跑步者，而離心力會(huì)朝著遠(yuǎn)離曲線中心的方向拉動(dòng)跑步者。為了抵消試圖讓跑步者向外傾斜的離心力，跑步者要向內(nèi)傾斜。如果跑步者在跑道上的旋轉(zhuǎn)方向一直是逆時(shí)針的，則左側(cè)是跑道的內(nèi)側(cè)。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的特征，可將左、右假足小腿脛骨件的左側(cè)制成為比右側(cè)更薄，以增強(qiáng)截肢跑步者的曲線性能。
在若干實(shí)施例中，足龍骨件2，33，38，42和43均是29厘米長(zhǎng)，其與鞋子1的長(zhǎng)度成一定比例，并且在圖3、4和5以及不同小腿脛骨件和足龍骨件的若干視圖中按比例示出。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易理解，假足的具體尺寸可根據(jù)要配備此足的截肢者的大小、重量和其它特征的情況而變。
下面來(lái)看假足1在行走和跑步站立期的步態(tài)周期內(nèi)的工作情況。牛頓的涉及到慣性、加速度以及作用力與反作用力的運(yùn)動(dòng)三定律是足2的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)。從牛頓第三定律即作用力與反作用力定律中已知，地面對(duì)足的作用力與足對(duì)地面的作用力大小相等且方向相反。它們稱為地面反作用力。關(guān)于人的步態(tài)、跑步以及跳躍活動(dòng)已經(jīng)進(jìn)行了許多科學(xué)研究。測(cè)力板的研究表明，在步態(tài)中遵循牛頓第三定律。從這些研究中可以知道地面對(duì)足的作用力的方向。
可將行走/跑步活動(dòng)的站立階段進(jìn)一步分解成減速和加速階段。當(dāng)假足接觸地面時(shí)，足向前作用于地面，地面以相等且方向相反的方向進(jìn)行反作用，也就是說(shuō)，地面對(duì)假足向后施加作用。這一作用力使假足運(yùn)動(dòng)。行走和跑步活動(dòng)的站立階段分析從圖5和8中的后外角部18成為接觸點(diǎn)開始，其比足的內(nèi)側(cè)更向后和向外偏移。這種在初始接觸時(shí)的偏移導(dǎo)致足向外翻，而小腿脛骨件的踝區(qū)域向足底屈曲。小腿脛骨件總是在尋找可通過(guò)其脛骨來(lái)傳遞體重的位置，例如，其傾向于將其較長(zhǎng)的豎直件置于可抵抗地面作用力的位置。這就是為何它使向后的足底屈曲移動(dòng)到可抵抗向后作用在足上的地面反作用力。
地面作用力導(dǎo)致小腿脛骨件44，45，46，47，50和51壓縮，并且其近端向后移動(dòng)。對(duì)于小腿脛骨件48和49而言，小腿脛骨件的1/2遠(yuǎn)端可根據(jù)遠(yuǎn)端凹面的方位而壓縮。如果遠(yuǎn)端凹面響應(yīng)于GRF而壓縮，則近端凹面會(huì)伸展，且整個(gè)小腿脛骨件單元將向后移動(dòng)。地面作用力導(dǎo)致小腿脛骨件壓縮，并且其近端向后移動(dòng)。小腿脛骨件下端的較小半徑壓縮，以模擬人的踝關(guān)節(jié)足底屈曲，并且通過(guò)壓縮來(lái)將前足放在地面上。同時(shí)，龍骨件的后側(cè)17即后足4通過(guò)壓縮而向上壓。這兩種壓縮作用力起作吸震的作用。一旦小腿脛骨件停止運(yùn)動(dòng)到足底屈曲中并且地面對(duì)足向后施加作用，那么后外側(cè)腳跟18的偏移可進(jìn)一步增強(qiáng)這種吸震作用，該偏移會(huì)導(dǎo)致足外翻，也起到吸震的作用。
然后，足龍骨件和小腿脛骨件的已壓縮部件開始卸載，即它們?cè)O(shè)法回到其初始形狀并釋放掉所儲(chǔ)存的能量，這導(dǎo)致小腿脛骨件的近端以加速的方式向前移動(dòng)。當(dāng)小腿脛骨件接近其豎直初始位置時(shí)，地面作用力由對(duì)足向后作用改變?yōu)閷?duì)足豎直向上作用。由于假足具有后側(cè)和前側(cè)足底面承重區(qū)域，并且這些區(qū)域是由非承重的長(zhǎng)拱形中間部分相連，因此來(lái)自假肢的豎直方向的作用力促使該長(zhǎng)拱形中間部分通過(guò)伸展來(lái)承受負(fù)荷。后側(cè)和前側(cè)承重表面變得分開。由于地面作用力在性質(zhì)上從豎直方向轉(zhuǎn)變成朝向前側(cè)，因此這些豎直方向的作用力存儲(chǔ)在該足的長(zhǎng)拱形中間部分內(nèi)。小腿脛骨件可伸展，以模擬踝的背屈。這會(huì)導(dǎo)致假足樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)而離開前側(cè)足底承重表面。當(dāng)發(fā)生重量卸載時(shí)，中足部分5的長(zhǎng)拱形從伸展態(tài)開始變化，試圖回到初始形狀，這樣可產(chǎn)生模擬的足底屈肌肌肉群突然釋放。這就將所儲(chǔ)存的豎直壓縮力的能量釋放出來(lái)，以增強(qiáng)伸展能力。
長(zhǎng)拱形的足龍骨件和小腿脛骨件可阻礙它們各自結(jié)構(gòu)的伸展。結(jié)果，小腿脛骨件的向前運(yùn)動(dòng)被阻止，足就開始樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)而離開前側(cè)足底承重表面。在圖3-5和8、圖11和12、圖13和圖14的示例性實(shí)施例所示的足龍骨件中，足龍骨件的中足部分的伸展具有高、低響應(yīng)能力。由于這些足龍骨件的中足與前足的過(guò)渡區(qū)域從足的縱向軸線向外偏離15°到35°，因此內(nèi)側(cè)長(zhǎng)拱形部分比外側(cè)長(zhǎng)拱形部分更長(zhǎng)。這是很重要的，因?yàn)樵谡５淖阒?，足的?nèi)側(cè)在加速或減速期間要被用到。
假足的更長(zhǎng)內(nèi)側(cè)拱形具有比外側(cè)更大的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。在慢速的行走或跑步中采用了外側(cè)更短的腳趾杠桿。身體的重心以正弦曲線在空間中運(yùn)動(dòng)。它向內(nèi)側(cè)、外側(cè)、近端和遠(yuǎn)端運(yùn)動(dòng)。在慢速地行走或跑步時(shí)，身體的重心比在快速行走或跑步時(shí)更向內(nèi)側(cè)和外側(cè)運(yùn)動(dòng)。此外，動(dòng)量和慣性更小，并且克服更高動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的能力更小。本發(fā)明的假足適合于適應(yīng)這些應(yīng)用力學(xué)中的原理。
此外，在人的步態(tài)周期內(nèi)，在站立中期，身體的重心位于盡可能遠(yuǎn)的外側(cè)。從站立中期到腳趾離地，身體的重心(BCG)從外側(cè)移向內(nèi)側(cè)。結(jié)果，身體的重心運(yùn)動(dòng)越過(guò)足龍骨件2的外側(cè)。首先(低速檔)，當(dāng)BCG向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，其在足龍骨件2上向內(nèi)側(cè)移動(dòng)(高速檔)。因此，假足龍骨件2具有自動(dòng)變速的作用。也就是說(shuō)，截肢者所走的每一步均從低速檔開始，并運(yùn)動(dòng)到高速檔。
當(dāng)?shù)孛孀饔昧υ诩僮闵鲜┘酉蚯白饔们壹僮阆虻孛媸┘酉蚝笞饔脮r(shí)，由于腳跟開始提升，因此中足部分的長(zhǎng)拱形的前部的輪廓形成為可垂直于足底面來(lái)施加這些朝后的作用力。這是施加這些作用力的最有效和最有效率的方法。關(guān)于假足的后側(cè)后足部分存在相同的情況。它還成形為使得在初始接觸時(shí)朝后的這些地面作用力與垂直它們的施力方向的足龍骨件的足底面相反。
在腳跟提升、腳趾離地的行走和跑步活動(dòng)的后期中，前足部分的跖列區(qū)域產(chǎn)生15°-35°的背屈。這種向上延伸的弓形允許朝前的地面作用力來(lái)壓縮足的該區(qū)域。這種壓縮比伸展受到更少的阻力，并且在假足的步態(tài)和跑步的擺動(dòng)期中實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的過(guò)渡。在步態(tài)站立期的后期中，伸展的小腿脛骨件和伸展的中足長(zhǎng)拱形部分將它們所儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)，以推進(jìn)截肢者的馬上就要擺動(dòng)的下肢。
在人步態(tài)中的一個(gè)主要推進(jìn)機(jī)理稱作主動(dòng)推進(jìn)階段。當(dāng)腳跟抬起時(shí)，身體重量處于支撐下肢之前，且重心下降。當(dāng)身體重量落在圖5中的線C-C處的前足搖軸時(shí)，存在有向下的加速度，這會(huì)導(dǎo)致身體受到最大的豎直作用力。在腳踝之前的腿的與腳跟提起相關(guān)的加速度會(huì)帶來(lái)作用于地面上的向后剪力。當(dāng)壓力中心向前側(cè)移動(dòng)到跖骨頭部的旋轉(zhuǎn)軸線時(shí)，其結(jié)果會(huì)是產(chǎn)生還更大的背屈扭矩。這會(huì)產(chǎn)生完全向前下落的情況，該情況產(chǎn)生了在行走中所用的主要前進(jìn)作用力。在主動(dòng)推進(jìn)期間，有效踝功能的標(biāo)志是腳跟抬起、較小的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，以及大致居中的踝位置。穩(wěn)定的中足對(duì)于正常順序的腳跟抬起是必需的。
在前面提到的幾個(gè)實(shí)施例中，足龍骨件的后足和前足區(qū)域的后側(cè)具有伸展關(guān)節(jié)孔和伸展關(guān)節(jié)支撐。伸展關(guān)節(jié)孔的方位起到斜接鉸鏈的作用，增強(qiáng)了在不平坦的地勢(shì)上行走時(shí)的雙平面運(yùn)動(dòng)性能，以便改善足底面的整體接觸特性。
圖9-12中的Symes足龍骨件在動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能方面是顯著不同的，這是因?yàn)檫@些性能與行走、跑步和跳躍活動(dòng)相關(guān)。這些足龍骨件在四個(gè)顯著特征上不同。這些情況包括在中足部分的近端后部中存在有凹面，其可比平坦表面更好地適應(yīng)Symes遠(yuǎn)端殘肢形狀。這種凹面還降低了足龍骨件的高度，其可適應(yīng)與Symes級(jí)截肢者相關(guān)的更長(zhǎng)殘肢。該定位凹面要求拱形足龍骨件的中間部分的對(duì)應(yīng)前側(cè)和后側(cè)半徑具有更積極的反應(yīng)，并且尺寸更小。因此，所有中足長(zhǎng)拱形半徑和后足半徑都是更緊密且更小的。這會(huì)顯著地影響動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。更小的半徑導(dǎo)致更小的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。然而，假足對(duì)所有上述行走、跑步和跳躍的地面作用力的響應(yīng)更快。結(jié)果是更快的足具有更小的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
采用本發(fā)明的假足可通過(guò)定位變化來(lái)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的任務(wù)特定型運(yùn)動(dòng)性能，這是因?yàn)檫@些定位變化會(huì)影響各任務(wù)的豎直和水平分量。人足是多功能的單元，其可行走、跑步和跳躍。另一方面，人的脛腓骨小腿脛骨結(jié)構(gòu)不是多功能的單元。它是可在行走、跑步和跳躍活動(dòng)中平行于其較長(zhǎng)的近端-遠(yuǎn)端方位施加其作用力的簡(jiǎn)單杠桿。它是不可壓縮的結(jié)構(gòu)，并且不能存儲(chǔ)能量。另一方面，本發(fā)明的假足具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，這些動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力與運(yùn)動(dòng)員的行走、跑步和跳躍活動(dòng)的水平和豎直線速度分量相關(guān)，并且優(yōu)于人的脛骨和腓骨。結(jié)果就可以增強(qiáng)截肢者的運(yùn)動(dòng)性能。為此，根據(jù)本發(fā)明，將緊固件8松開并沿足龍骨件的縱向方向來(lái)調(diào)整小腿脛骨件和足龍骨件相互之間的定位。在圖1和2中顯示了這種變化。然后，在調(diào)整后的位置上用緊固件8將小腿脛骨件緊固到足龍骨件上。在調(diào)整期間，緊固件8的螺栓可相對(duì)于分別位于足龍骨件和小腿脛骨件內(nèi)的相對(duì)且較長(zhǎng)的縱向延伸開口9和10中的一個(gè)或兩個(gè)滑動(dòng)。
一種定位變化是增強(qiáng)了跑步者的性能特征，跑步者以腳掌來(lái)與地面進(jìn)行初始接觸(如同中足觸地的跑步者一樣)，在該定位變化中，足龍骨件相對(duì)于小腿脛骨件以及在小腿脛骨件上屈曲的足底向前滑動(dòng)。這種新的關(guān)系提高了跑步的水平分量。換句話說(shuō)，隨著小腿脛骨件的底面向足屈曲，并且，與最初的腳跟接觸相反，足以腳掌著地的位置與地面接觸，地面會(huì)直接對(duì)足施加向后的作用，而足會(huì)對(duì)地面施加向前的作用。這會(huì)使得小腿脛骨件快速地向前(通過(guò)伸展)和向下運(yùn)動(dòng)。通過(guò)會(huì)阻止小腿脛骨件的初始運(yùn)動(dòng)方向的伸展而產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)響應(yīng)力。結(jié)果，足就在跖骨足底面承重區(qū)域上樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這會(huì)導(dǎo)致龍骨件的中足區(qū)域伸展，伸展比壓縮受到的更大阻礙。小腿脛骨件的伸展和中足的伸展的總效應(yīng)是小腿脛骨件的進(jìn)一步向前運(yùn)動(dòng)受到阻礙，這便允許使用者體內(nèi)的膝伸展結(jié)構(gòu)和臀伸展結(jié)構(gòu)以更有效的方式向前和朝向近端來(lái)移動(dòng)身體的重心(即水平速度增加)。在這種情況下，與跟趾跑步者相比，重心更向前而非更向上，跟趾跑步者的小腿脛骨件的向前運(yùn)動(dòng)受到小腿脛骨件的更少阻礙，并且開始受到比腳掌著地跑步者更多的背屈(豎直的)。
為在功能上分析該短跑用足，對(duì)小腿脛骨件和足龍骨件進(jìn)行了定位變化?？梢岳盟邪济婢哂衅叫杏陬~狀面的縱向軸線方位的足龍骨件的優(yōu)點(diǎn)。小腿脛骨件是足底屈曲的，并可在足龍骨件上向后滑動(dòng)。與帶有類似于例如在圖3-5和8中所示的多用途足龍骨件的平足跑步者相比，這使遠(yuǎn)端圓進(jìn)一步減小。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步增強(qiáng)的水平運(yùn)動(dòng)，并且動(dòng)態(tài)響應(yīng)融入到這種增強(qiáng)的水平能力中。
短跑運(yùn)動(dòng)員具有增加的運(yùn)動(dòng)、作用力和動(dòng)量(慣性)的范圍，其中動(dòng)量是主導(dǎo)力。由于他們的站立期中的減速階段短于其加速階段，因此可實(shí)現(xiàn)增加的水平線速度。這意味著在初始接觸中，當(dāng)腳趾接觸地面時(shí)，地面會(huì)對(duì)足施加向后作用，而足會(huì)對(duì)地面施加向前作用。與腳掌著地跑步者的初始接觸相比，具有增加的作用力和動(dòng)量的小腿脛骨件就被迫進(jìn)入到還更大的屈曲和向下運(yùn)動(dòng)中。由于這些作用力，通過(guò)伸展來(lái)對(duì)足的長(zhǎng)拱形凹面進(jìn)行加載，并且通過(guò)伸展來(lái)對(duì)小腿脛骨件進(jìn)行加載。這些伸展作用力比與跑步相關(guān)的所有其它上述作用力受到更大程度的阻礙。結(jié)果，足的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力與所施加的力成比例。人的脛腓骨小腿脛骨響應(yīng)只與能量力勢(shì)有關(guān)，它是筆直的結(jié)構(gòu)且不能儲(chǔ)存能量。在短跑中，本發(fā)明假足內(nèi)的這些伸展力比所有其它與行走和跑步相關(guān)的上述力更大。結(jié)果，足的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力與所施加的力成比例，并且與人體功能相比，有可能實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的截肢者運(yùn)動(dòng)性能。
除了在小腿脛骨件和足龍骨件之間的可調(diào)緊固結(jié)構(gòu)以及用于與假腿下端相連的小腿脛骨件上端結(jié)構(gòu)之外，圖25所示的假足53與在圖3所示的類似。在該示例性實(shí)施例中，足龍骨件54通過(guò)塑料或金屬合金的連接件56可調(diào)節(jié)地連接到小腿脛骨件55上。該連接件通過(guò)相應(yīng)的可松開緊固件57和58連接到足龍骨件和小腿脛骨件上，這些緊固件57和58沿著足龍骨件縱向方向在該連接件中相互間隔開。將連接件連接到小腿脛骨件上的緊固件58比將足龍骨件和連接件相連的緊固件57更靠后。通過(guò)以這種方式提高小腿脛骨件的有效長(zhǎng)度，可以增加小腿脛骨件本身的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。與其它示例性實(shí)施例中的一樣，可以與在小腿脛骨件和足龍骨件中的縱向延伸開口協(xié)同操作，以便進(jìn)行定位變化。
小腿脛骨件55的上端形成了用于接納假腿15的長(zhǎng)型開口59。一旦將該假腿接納到該開口中，就可將假腿可靠地夾緊到小腿脛骨件上，這可通過(guò)上緊螺栓60和61以沿著開口將小腿脛骨件的自由側(cè)邊62和63拉到一起來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)松開螺栓、使假腿相對(duì)于小腿脛骨件滑入到所需位置，并通過(guò)上緊螺栓來(lái)將假腿重新夾緊到調(diào)整后的位置上，就可以容易地調(diào)整這種假腿的連接。
在圖28-31B中顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的假足70。假足70包括足龍骨件71、小腿脛骨件72和連接件73。假足70與圖25-27所示實(shí)施例中的假足53類似，不同之處在于，小腿脛骨件72形成有向下且向前凸出彎曲的下端74(其形式為螺旋形部75)。如圖28所示，小腿脛骨件從該螺旋形部開始向前上方延伸到其直立上端。小腿脛骨件可優(yōu)選由金屬如鈦形成，然而也可采用其它彈性材料來(lái)形成半剛性、彈性的小腿脛骨件。
當(dāng)小腿脛骨件從其徑向內(nèi)端76向外螺旋延伸，以及當(dāng)小腿脛骨件從其螺旋下端朝其彎曲或筆直的上端向上延伸時(shí)，小腿脛骨件下端處的螺旋形部的曲率半徑逐漸增大。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)可為假足提供整體式的踝和小腿脛骨件，并且具有類似于本發(fā)明拋物線形小腿脛骨件的可調(diào)半徑的響應(yīng)輸出，同時(shí)可允許連接件73和小腿脛骨件72位于足龍骨件71上的更靠后側(cè)。結(jié)果，參見圖28，可將小腿脛骨件和連接件更居中地隱蔽在裝飾罩77的踝和腿之中。
如圖30所示，連接件73可由塑料或金屬合金形成，并可通過(guò)螺紋緊固件78在其前端處可調(diào)節(jié)地緊固到足龍骨件71的后側(cè)。足龍骨件在其向上拱起部分中具有縱向延伸的開口79，該開口79可容納緊固件78，以允許調(diào)整小腿脛骨件和足龍骨件相互之間的定位，該調(diào)整是在縱向方向(如沿著圖29中的線30-30)上通過(guò)在上述其它實(shí)施例中所述的方式來(lái)進(jìn)行的。
連接件后端包括橫向件80，其通過(guò)金屬螺釘83和84在其各端處緊固在連接件的兩個(gè)縱向延伸的板81和82之間。如圖30所示，螺旋形部75的徑向內(nèi)端76通過(guò)螺紋緊固件85緊固到連接件的橫向件80上。從與橫向件的連接點(diǎn)開始，小腿脛骨件在足龍骨件的腳跟部分之上圍繞該徑向內(nèi)端76螺旋式延伸，并從該螺旋形部開始穿過(guò)開口85向前上方延伸，該開口85穿過(guò)該連接件并且位于板81和82之間以及該橫向件80之前。如圖28和30所示，位于連接件73前端的橫向件86通過(guò)位于各端處的緊固件87和88而緊固在板81和82之間。該緊固件78容納在橫向件86的螺孔內(nèi)。
橫向件86的后表面支撐了例如由塑料或橡膠形成的楔塊89，其在標(biāo)號(hào)90處粘合式連接到橫向件上。楔塊用作止動(dòng)件，以便在步態(tài)中限制向上延伸的小腿脛骨件的背屈。楔塊的大小可選擇成圖31A中的較寬楔塊89′或圖31B中的較窄楔塊89″，以允許進(jìn)行所需背屈量的調(diào)整?？梢淮问褂枚鄠€(gè)楔塊，它們一個(gè)位于另一個(gè)之上，且粘合式連接到連接件上，以便降低所允許的背屈。該連接件73也可形成為單片式。
如圖28所示，可通過(guò)由緊固件93和94緊固到小腿脛骨件上端的轉(zhuǎn)接器92來(lái)將安裝截肢者的下肢殘端上的假肢關(guān)節(jié)槽(未示出)連接到小腿脛骨件72的上端。該轉(zhuǎn)接器具有倒錐體形的連接配件91，其與安裝在轉(zhuǎn)接器上表面上的連板相連。該錐體配件由位于下垂假肢關(guān)節(jié)槽上的互補(bǔ)形槽式配件來(lái)容納，以便將假足和假肢關(guān)節(jié)槽相連。
圖32-34的本發(fā)明實(shí)施例的假足100包括縱向延伸的足龍骨件101，該足龍骨件101帶有處于一個(gè)端部的前足部分102、處于相反端部的后足部分103、以及在前足部分和后足部分之間延伸的中足部分104。直立小腿脛骨件105的下端部固定至該足龍骨件，以形成該假足的踝關(guān)節(jié)，并且，該直立小腿脛骨件105從該足龍骨件開始、經(jīng)由該小腿脛骨件的朝前凸起彎曲部分106而向上延伸。該小腿脛骨件利用連接件107而固定至該足龍骨件，該連接件107與該足龍骨件的前足部分102一體成形。該連接件從該前足部分開始向后延伸成為在中部部分104和部分后足部分103之上延伸的懸臂。該足龍骨件的后足部分和中足部分一體成形，并通過(guò)緊固件108和109連接至一體成形的前足部分和連接件。
該小腿脛骨件105的下端部反向彎曲成螺旋形部110。該螺旋形部110的徑向內(nèi)端部通過(guò)連接器111緊固至該連接件，該連接器111為螺栓和螺母，其延伸穿過(guò)小腿脛骨件和連接件中的相面對(duì)的開口。該連接件的后部112反向彎曲以容納該小腿脛骨件的螺旋形下端部，用連接器111將該螺旋形下端部支撐在該彎曲部112的上端部。
止動(dòng)件113通過(guò)緊固件114和115連接至該足龍骨件的連接件，該止動(dòng)件113限制該小腿脛骨件的背屈。小腿脛骨件前面的形狀為人足和小腿的裝飾罩可選地位于該足龍骨件101以及至少該小腿脛骨件105的下端之上，其中，該小腿脛骨件從該足龍骨件開始在該小腿罩之內(nèi)向上延伸，其延伸方式的圖示和描述可結(jié)合圖28的實(shí)施例。
圖32-34的實(shí)施例的假足100的足龍骨件具有增強(qiáng)的彈性效果。通過(guò)使用一體成形的前足部分和連接件，增長(zhǎng)了從腳趾區(qū)域到與小腿脛骨件下端相連的連接部之間的彈性足龍骨件的長(zhǎng)度，這導(dǎo)致相當(dāng)大的彈性系數(shù)增益。當(dāng)該足龍骨件的腳趾區(qū)域在步態(tài)的站立中后期中被加載時(shí)，該懸臂式連接件的朝下凹面進(jìn)行伸展，并且，處于該連接件后端的反向彎曲且朝前的凹面被壓縮，該足龍骨件的連接件的各種彈性屈曲均儲(chǔ)存能量，以便隨后在卸載過(guò)程中沿有助于在步態(tài)中向前推進(jìn)下肢的方向上進(jìn)行釋放。由假肢中小腿脛骨件的下端所形成的腳踝復(fù)現(xiàn)了人的踝關(guān)節(jié)功能，該假肢有助于保持向前動(dòng)量和慣性的守恒。該實(shí)施例中足龍骨件的構(gòu)造不限于所示出的，而可以是之前所示出的任意足龍骨件構(gòu)造，例如包括具有高-低速檔或僅有高速檔、帶有一個(gè)或多個(gè)伸展關(guān)節(jié)、或用多個(gè)縱向部分形成。類似地，該實(shí)施例的小腿脛骨件的上端部(例如位于腳踝以及從足龍骨件向上延伸的朝前凸出彎曲的部分之上)被另外構(gòu)造成例如具有這里所公開的其它實(shí)施例的構(gòu)造。該小腿脛骨件的上端部可利用轉(zhuǎn)接器而連接至人體下肢上的關(guān)節(jié)槽以便進(jìn)行使用，該轉(zhuǎn)接器例如是圖3、圖27或圖28的轉(zhuǎn)接器或者其它已知轉(zhuǎn)接器。
圖32-34的假足還包括后部小腿裝置114，以便利用小腿脛骨件的上端在步態(tài)中的向前運(yùn)動(dòng)而儲(chǔ)存額外的能量。也就是說(shuō)，該步態(tài)的主動(dòng)推進(jìn)期，對(duì)彈性假肢進(jìn)行加載的力會(huì)使得該脛骨件105中由小腿脛骨件的朝前凸出彎曲部分106形成的矢狀面凹面進(jìn)行伸展，這使得該小腿脛骨件的上端相對(duì)于小腿脛骨件的下端和足龍骨件進(jìn)行向前的移動(dòng)。該裝置114的柔性長(zhǎng)型部件116(優(yōu)選是帶狀)通過(guò)緊固件119連接至小腿脛骨件的上部，并且通過(guò)如前所述的連接器111連接至該假足的下部，即連接至連接件107和該脛骨件的下端110。該柔性帶(可以是彈性的和/或非彈性的)的長(zhǎng)度在步態(tài)中被張緊，并且能用位于該帶的交疊長(zhǎng)度之間的滑動(dòng)調(diào)節(jié)裝置117來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
彎曲彈簧118的基部可調(diào)節(jié)地支撐在小腿脛骨件的上端上，例如在小腿脛骨件和轉(zhuǎn)接器(未示出)之間通過(guò)緊固件119固定在轉(zhuǎn)接器上。該彈簧的自由下端定位成與該柔性帶相互作用。當(dāng)該帶被張緊時(shí)，該彈簧改變了該帶的縱向延伸方向。小腿脛骨件上端在步態(tài)中的向前移動(dòng)張緊/進(jìn)一步張緊(如果該帶一開始就被預(yù)加載成張緊狀態(tài))了該帶，并且加載/進(jìn)一步加載該彈簧，以便在步態(tài)中在假足的力加載過(guò)程中儲(chǔ)存能量。在假足的力卸載過(guò)程，由彈簧將所儲(chǔ)存的能量返回，以便提高由假足在步態(tài)中所產(chǎn)生的用于推進(jìn)力的動(dòng)力學(xué)功率。
當(dāng)為了在使用該假足之前初始就將該帶預(yù)加載成張緊狀態(tài)而用該滑動(dòng)調(diào)節(jié)裝置117將該帶116縮短時(shí)，該帶的張力用于幫助該彈性脛骨件的上端向后移動(dòng)，并且控制小腿脛骨件在假肢的使用期間向前移動(dòng)。對(duì)該向后移動(dòng)進(jìn)行幫助有利于在步態(tài)的站立初期在腳跟觸地時(shí)獲得假足的快速腳掌響應(yīng)，這類似于在人足發(fā)生足底屈曲的腳跟觸地時(shí)在步態(tài)中的人足和踝所發(fā)生的情況。
使用該后部小腿裝置114在使用假肢期間對(duì)彈性小腿脛骨件的上端的向后移動(dòng)進(jìn)行幫助并對(duì)其向前的移動(dòng)進(jìn)行控制，上述幫助和控制都能通過(guò)影響矢狀面屈曲特性的改變來(lái)有效地改變步態(tài)中假足的腳踝扭矩比，該矢狀面屈曲特性是指在人使用假足期間小腿脛骨件的上端響應(yīng)于力加載和力卸載而縱向移動(dòng)的矢狀面屈曲特性。在步態(tài)中人足的自然生理腳踝扭矩比定義為在步態(tài)站立末期中出現(xiàn)的最大背屈腳踝扭矩除以在步態(tài)的腳跟觸地之后在初始腳掌加載響應(yīng)中產(chǎn)生的足底屈曲腳踝扭矩所得的商，有報(bào)道該商為11.33～1。使用后部小腿裝置114改變小腿脛骨件上端的縱向移動(dòng)的矢狀面屈曲特性的目的在于提高假肢的腳踝扭矩比，以模仿人足在步態(tài)中所出現(xiàn)的腳踝扭矩比。這對(duì)于用該假肢來(lái)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)牟綉B(tài)、對(duì)于具有一只自然足和一只假足的人、以及對(duì)于實(shí)現(xiàn)步態(tài)的對(duì)稱來(lái)說(shuō)都是重要的。優(yōu)選地，通過(guò)使用后部小腿裝置114來(lái)控制向前移動(dòng)以及有可能對(duì)向后移動(dòng)進(jìn)行幫助，將該假肢的腳踝扭矩比提高成使得該假肢的最大背屈腳踝扭矩的數(shù)量級(jí)大于足底屈曲腳踝扭矩。更優(yōu)選地，該腳踝扭矩比被提高到大約11～1，這就能比得上所報(bào)道的11.3～1的自然腳踝扭矩比。
該后部小腿裝置的另一目的是提高該假足在步態(tài)中的效率，它是通過(guò)這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在力加載過(guò)程中在該裝置的彈簧118中儲(chǔ)存額外的彈性能，并且在力卸載過(guò)程中返回所儲(chǔ)存的彈性能，以便提高假足在步態(tài)中所產(chǎn)生的用于推進(jìn)力的動(dòng)力學(xué)功率。該裝置114在假足中的作用可被認(rèn)為是人的小腿肌肉組織在步態(tài)中在人的足、踝和小腿中的作用，即，利用在足的力加載過(guò)程中在人體中所形成的勢(shì)能并在足的力卸載過(guò)程中將該勢(shì)能轉(zhuǎn)化成用于推進(jìn)力的動(dòng)能，從而在步態(tài)中有效地產(chǎn)生作用在人體上的推進(jìn)力。例如對(duì)于恢復(fù)截肢者的“正常功能”來(lái)說(shuō)，重要的是要讓本發(fā)明帶有后部小腿裝置的假足的效率接近甚至超過(guò)人足的效率。通過(guò)后部小腿裝置114來(lái)對(duì)小腿脛骨件105上端的向前移動(dòng)進(jìn)行控制可以有效地限制小腿脛骨件105的上端向前移動(dòng)的范圍。假足100中的足龍骨件通過(guò)伸展其在連接件107中的彈性縱向拱形并且壓縮該連接件的反向彎曲部分112而有助于在步態(tài)中的力加載過(guò)程中儲(chǔ)存能量，如上所述。該勢(shì)能以動(dòng)力學(xué)功率的方式返回，以便在步態(tài)的力卸載過(guò)程中產(chǎn)生推進(jìn)力。
圖35中的假肢120包括足龍骨件121、小腿脛骨件122和后部小腿裝置123。通過(guò)適當(dāng)?shù)木o固件(未示出)將轉(zhuǎn)接器124連接至小腿脛骨件的上端，以便將該假肢固定到人下肢上的關(guān)節(jié)槽中來(lái)使用。類似于圖32-34的實(shí)施例，該假肢的連接件125是與足龍骨件的前足部分126一體成形的。足龍骨件的后足部分127利用緊固件裝置128連接至該連接件的反向彎曲部的上端，這在圖39中以分解圖示出了在連接到連接件和小腿脛骨件之前的情況。該緊固件裝置包括徑向內(nèi)側(cè)部件129和徑向外側(cè)部件130，該徑向內(nèi)側(cè)部件129抵靠著小腿緊固件下端的反向彎曲螺旋形部的徑向內(nèi)側(cè)端部，該徑向外側(cè)部件130抵靠著該后足部分127的上端。諸如貫穿螺栓和螺母的機(jī)械緊固件(未示出)延伸穿過(guò)部件129和130中對(duì)準(zhǔn)的開口，并且該后足部分、連接件和小腿緊固件下端各自的互補(bǔ)彎曲部分夾在該緊固件裝置之間，且被該緊固件裝置相互連接。
假足120上的后部小腿裝置123包括盤簧131，該盤簧131的一端支撐在小腿脛骨件的上端處，以便隨其一起移動(dòng)。用金屬夾133將柔性長(zhǎng)型部件(帶132)的一個(gè)端部固定在該盤簧的自由第二端部上。該夾的一端連接至該帶的第一端部，其另一端鉤在該盤簧的自由端部上并與其成夾緊接合，如圖35所示。該柔性帶132的中間部分向下延伸至足龍骨件和小腿脛骨件的下端，在此處，該柔性帶繞著柱狀銷135形式的返回件134延伸，該柱狀銷安裝在緊固件裝置128的部件130上。為了減小該帶在該銷上的滑動(dòng)阻力，該銷134可以是可旋轉(zhuǎn)地安裝在部件130中。該帶的第二端部夾緊保持在小腿脛骨件的上端部并處于該脛骨件的后表面和互補(bǔ)形狀的彈性保持件135之間，該彈性保持件沿著該脛骨件的長(zhǎng)度方向延伸過(guò)部分路徑。該部件135的上端利用適當(dāng)?shù)木o固件(未示出)固定在盤簧上端部和脛骨件上端部之間。該柔性帶(其為彈性的和/或非彈性的)的長(zhǎng)度在步態(tài)中被張緊，并且能例如使用滑動(dòng)調(diào)節(jié)裝置(未示出)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，該滑動(dòng)調(diào)節(jié)裝置位于該帶的交疊長(zhǎng)度之間并鄰近于與該金屬夾133的連接部。
該脛骨件上端在步態(tài)中相對(duì)于足龍骨件和脛骨件下端的向前移動(dòng)通過(guò)盤簧131的伸展以及保持件135下端的向后屈曲而被抵抗，以便在步態(tài)的中后期在假肢的力加載過(guò)程中儲(chǔ)存能量，所儲(chǔ)存的能量在力卸載過(guò)程中被釋放，從而有助于在假肢中產(chǎn)生踝動(dòng)力并提高效率。該實(shí)施例中，盤簧131由彈簧鋼制成，但是也可使用其它金屬合金或諸如塑料的非金屬。該實(shí)施例中，該彈性部件135由封裝在環(huán)氧樹脂中的碳纖維形成，但是也可使用包括金屬合金在內(nèi)的其它材料。柔性帶132類似于圖32-34中的帶116，其由編織的Kevlar(DuPont)材料制成，其寬度為5/8英寸，厚度為1/16英寸，但是對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員很明顯，也可使用其它材料和尺寸。該帶132的第一端部延伸穿過(guò)位于金屬夾133的端部?jī)?nèi)的開口，并且對(duì)折回到該帶上，在該對(duì)折處，用滑動(dòng)調(diào)節(jié)裝置或其它緊固件來(lái)可調(diào)節(jié)地保持該帶。該帶也可是固定不可調(diào)節(jié)的長(zhǎng)度。
在圖36的實(shí)施例中，假肢140使用了用在圖35的假肢120中的小腿脛骨件122和后部小腿裝置123。該假足140的足龍骨件141包括反向彎曲的連接件142，該連接件利用緊固件裝置128連接至小腿脛骨件的下端，以便容納并支撐該小腿脛骨件的螺旋形下端。在本發(fā)明的這種形式中，該連接件與足龍骨件的前足部分143和后足部分144一起一體成形。
圖37的實(shí)施例的假足150類似于圖35和36中的假足，不同之處在于，該連接件151形成為獨(dú)立部件，該獨(dú)立部件的后端通過(guò)緊固件152固定在足龍骨件152上，該足龍骨件形成了足龍骨件的前足部分155、中足部分156和后足部分157。緊固件153處的連接部區(qū)域在小腿脛骨件和連接件的連接部之后，以便提高足龍骨件的有效長(zhǎng)度，并提高在步態(tài)的站立中后期中的彈性系數(shù)。這種效果在圖38的實(shí)施例中還更大，在圖38中，假肢161的連接件160延伸至足龍骨件163的后端部，其在該后端部處利用緊固件164連接至該足龍骨件。該緊固件可以是諸如螺栓和螺母的機(jī)械緊固件或其它緊固件，包括由被包裹的碳纖維和環(huán)氧樹脂組成的組合件；或由被包裹的芬芳聚酰胺纖維(諸如DuPont的Kevlar)和環(huán)氧樹脂組成的組合件。該連接件的下前端165延伸成可用作用于阻擋小腿脛骨件向前移動(dòng)成背屈的止動(dòng)件。或者也可選擇提供一種獨(dú)立的止動(dòng)件，就像圖32-34的實(shí)施例中的止動(dòng)件113那樣。也可使用圖35和36的實(shí)施例中的任一種類型的止動(dòng)件。
圖40中的后部小腿裝置169類似于圖35-39，其具有盤簧170和柔性帶171。該本發(fā)明的這種形式中，省去了圖35中的彈性保持部件135，而盤簧170通過(guò)緊固件(未示出)直接固定于該脛骨件的上端并處于柔性帶上端和脛骨件之間。柔性帶的另一端連接至盤簧的自由端，并且該帶經(jīng)由返回件134而整體在盤簧的后面延伸。圖41示出了圖40的后部小腿裝置的一種變化，其中，該盤簧180的連接至柔性帶181的自由端沿徑向向內(nèi)卷曲。圖42示出了本發(fā)明的另一種形式，其中，在后部小腿裝置中使用了第一盤簧190和第二盤簧191。用連接帶193將這些盤簧的自由端部連接起來(lái)，并且，盤簧190的自由端部連接至柔性帶192的一端部，該柔性帶192向下延伸到返回件134，并繞返回件134延伸，然后向上延伸到小腿脛骨件122的上端，該柔性帶192在該小腿脛骨件122的上端處與盤簧190和191的上端一起連接至小腿脛骨件和轉(zhuǎn)接器124。在圖43和44中，彎曲彈簧200、201和210支撐在柔性帶201和211和小腿脛骨件122的中間。彈簧的自由端部被在步態(tài)中張緊的柔性帶彈性偏壓，以儲(chǔ)存能量。
圖45-52示出了后部小腿脛骨件的其它實(shí)施例。在圖45和46中，后部彈簧(310和320)為長(zhǎng)型，并且伸入到該假足的小腿脛骨件區(qū)域的卷曲下端內(nèi)。在圖45中，彎曲彈簧310的遠(yuǎn)端在卷曲踝區(qū)域內(nèi)自由懸空。在圖46中，彎曲彈簧320的遠(yuǎn)端具有洞，因此，緊固件(未示出)可將該單元栓接在一起。彈簧320也可緊固在脛骨件的頂部(見圖52)。圖47中示出了另一個(gè)實(shí)施例的后部彈簧330。在該實(shí)施例中，該脛骨件和彈簧是一體成形的。后部彈簧310、320、330的近端可與脛骨件緊固在一起、和/或安裝至被緊固在脛骨件上的樞軸部件(未示出)上。
圖48、49、50和51示出了雙彈簧構(gòu)造。在圖48中，彈簧410和411布置在柔性長(zhǎng)型部件412之間，該柔性長(zhǎng)型部件連接在小腿脛骨件122的上部和假肢的下部(例如如圖35-44中的緊固件裝置128的部件130)之間。在圖49中，后部彈簧415為“S”形彎曲，其中，“J”形的第二彈簧416靠近設(shè)置。在初始觸地力的腳跟加載過(guò)程中，該“S”形彈簧壓縮；然而，在腳跟到腳趾加載過(guò)程中，該“S”形彈簧伸直并且與該“J”形彈簧接合，這提高了該假肢系統(tǒng)的剛度。因此，使用這兩個(gè)彈簧415和416導(dǎo)致在腳跟到腳趾加載過(guò)程中漸增的彈性系數(shù)。也可使用其它形式的彈簧，諸如不對(duì)稱彈簧裝置和多片式彈簧裝置，以便提供具有更高加載力的漸增彈性系數(shù)或彈性常數(shù)。圖50示出了單個(gè)“J”形彈簧(360)，該彈簧360連接到脛骨件的近邊緣和連接件的上邊緣。該彈簧可用多個(gè)彈簧部件制成，諸如用多個(gè)不同長(zhǎng)度的彎曲彈簧制成。
現(xiàn)在總結(jié)對(duì)示例性實(shí)施例的說(shuō)明。盡管已經(jīng)參照多個(gè)示例性實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出許多落入本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)的其它修改和實(shí)施例。例如，本發(fā)明假足中的小腿脛骨件的下端并不局限于拋物線形或螺旋形，而可以是雙曲線形或其它向下凸出彎曲的構(gòu)造，以便在連接到足龍骨件上以形成足的踝關(guān)節(jié)區(qū)域時(shí)能夠產(chǎn)生出所需的足運(yùn)動(dòng)輸出。不同實(shí)施例中的特征(包括結(jié)構(gòu)的材料)可以互用。例如，圖32-44的實(shí)施例的后部小腿裝置可用在本發(fā)明的其它假肢上，包括用在圖1-31的實(shí)施例所公開的假肢上。在所公開實(shí)施例中的足龍骨件和小腿脛骨件也可制成為多個(gè)矢狀面朝向的支撐件。在這種構(gòu)造中，需要用多個(gè)緊固件來(lái)向各個(gè)支撐件進(jìn)行所述的連接。該構(gòu)造將改善假肢的橫平面和額平面的運(yùn)動(dòng)特性。該后部小腿裝置的長(zhǎng)型部件可以具有不同于帶、S形彈簧或J形彈簧的形式。例如，盤簧可用作為在假肢上下部之間的彈性長(zhǎng)型部件。而且，在不脫離本發(fā)明精神的前提下，在前述公開內(nèi)容、附圖和所附權(quán)利要求范圍內(nèi)，可以對(duì)所述組合裝置的零件和/或布置進(jìn)行合理的變型和修改。除了對(duì)零件和/或布置進(jìn)行變型和修改之外，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，替換性使用也是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于下端假肢的系統(tǒng)，包括足；踝；脛骨件；在該假肢上的后部小腿裝置，用于在假肢的力加載過(guò)程中儲(chǔ)存能量并在力卸載過(guò)程將所儲(chǔ)存的能量返回，以提高假肢在步態(tài)中產(chǎn)生的用于推進(jìn)力的動(dòng)力學(xué)功率；其中，該踝和脛骨件由彈性部件形成，該彈性部件從足開始、經(jīng)由該部件的朝前凸出彎曲部分而向上延伸，該部件的下端反向彎曲成螺旋形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該裝置包括至少一個(gè)長(zhǎng)型部件，該長(zhǎng)型部件在脛骨件的上部和假肢的下部之間延伸；和至少一個(gè)彈簧，該至少一個(gè)長(zhǎng)型部件響應(yīng)于該脛骨件上端的向前移動(dòng)而將該至少一個(gè)彈簧彈性偏壓，以儲(chǔ)存能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)彈簧包括盤簧，該盤簧的自由端連接至該長(zhǎng)型部件，該盤簧響應(yīng)于脛骨件上端的向前移動(dòng)而彈性伸展。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，該盤簧被支撐在脛骨件的上部處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，該長(zhǎng)型部件是柔性部件，該柔性部件從該盤簧的自由端延伸至該假肢的下部，該柔性部件在該假肢的下部處繞一返回件通過(guò)，然后向上延伸至該脛骨件的上部。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，該裝置包括多個(gè)盤簧，各盤簧的自由端連接至該長(zhǎng)型部件，各盤簧響應(yīng)于該脛骨件上端的向前移動(dòng)而彈性伸展。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，該長(zhǎng)型部件在脛骨件上部和該彈性部件下端的螺旋形部的徑向內(nèi)端部之間延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，該長(zhǎng)型部件利用將該彈性部件連接至假肢的緊固件裝置而保持在該螺旋形部的徑向內(nèi)端部處。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，該緊固件裝置包括一返回件，該長(zhǎng)型部件繞該返回件通過(guò)，然后向上延伸至該脛骨件的上部。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，該裝置包括多個(gè)彈簧，各彈簧響應(yīng)于脛骨件上端的向前移動(dòng)而被彈性偏壓，以儲(chǔ)存能量。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，該長(zhǎng)型部件是彎曲彈簧。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，該長(zhǎng)型部件的遠(yuǎn)端連接至用于將該彈性部件連接至足的連接件。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括位于脛骨件前側(cè)上的彈簧，用于在步態(tài)的腳跟離地的站立中后期中接合并加強(qiáng)該脛骨件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該裝置包括在脛骨件上部和假肢下部之間延伸的彎曲彈簧。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，該彎曲彈簧的遠(yuǎn)端位于該彈性部件的反向彎曲下端內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，該彎曲彈簧的遠(yuǎn)端連接至該彈性部件的反向彎曲下端。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，該裝置的彎曲彈簧與該彈性部件一體成形。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，該彎曲彈簧的遠(yuǎn)端與一連接件相接合，該連接件將該彈性部件與該足相連。
19.一種用于下端假肢的踝和脛骨件，包括長(zhǎng)型彈性部件，其一個(gè)端部反向彎曲成螺旋形，該端部與縱向延伸的足相連，該彈性部件從足開始、經(jīng)由該部件的朝前凸出彎曲部分而向上延伸，以形成踝和脛骨件，以便與人腿殘端上的支承結(jié)構(gòu)相連；該彈性部件上的后部小腿裝置，用于在假肢中該部件的力加載過(guò)程中儲(chǔ)存能量并在力卸載過(guò)程將所儲(chǔ)存的能量返回，以提高假肢在步態(tài)中產(chǎn)生的用于推進(jìn)力的動(dòng)力學(xué)功率。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的踝和脛骨件，其中，該裝置包括至少一個(gè)長(zhǎng)型部件，該長(zhǎng)型部件在假肢中的彈性部件的上部和下部之間延伸；和至少一個(gè)彈簧，該至少一個(gè)彈簧連接至該長(zhǎng)型部件，并且該假肢中的至少一個(gè)長(zhǎng)型部件響應(yīng)于步態(tài)中該彈性部件上端的向前移動(dòng)而將該至少一個(gè)彈簧彈性偏壓，以儲(chǔ)存能量。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的踝和脛骨件，其中，該至少一個(gè)彈簧包括盤簧，該盤簧的自由端連接至該長(zhǎng)型部件，該盤簧響應(yīng)于假肢中脛骨件上端的向前移動(dòng)而彈性伸展。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的踝和脛骨件，其中，該盤簧被支撐在該彈性部件的上部處。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的踝和脛骨件，還包括緊固件裝置，該緊固件裝置用于將該彈性部件的一個(gè)端部與足相連以形成該假肢；其中，該長(zhǎng)型部件從該盤簧的自由端延伸至假肢中的該緊固件裝置，該長(zhǎng)型部件在緊固件裝置處繞一返回件通過(guò)，然后向上延伸至該彈性部件的上部。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的踝和脛骨件，其中，該至少一個(gè)彈簧包括多個(gè)盤簧，各盤簧的自由端連接至該長(zhǎng)型部件，各盤簧響應(yīng)于假肢中脛骨件上端的向前移動(dòng)而彈性伸展。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的踝和脛骨件，其中，該長(zhǎng)型部件在該彈性部件上部和該彈性部件的螺旋形下端的徑向內(nèi)端部之間延伸。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的踝和脛骨件，還包括一緊固件裝置，該緊固件裝置位于該螺旋形部的徑向內(nèi)端部處，以便將該彈性部件連接至假肢中的足。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的踝和脛骨件，其中，該緊固件裝置包括一返回件，該長(zhǎng)型部件繞該返回件通過(guò)，然后向上延伸至假肢中彈性部件的上部。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的踝和脛骨件，其中，該裝置包括多個(gè)彈簧，各彈簧響應(yīng)于假肢中脛骨件上端的向前移動(dòng)而被彈性偏壓。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的踝和脛骨件，其中，該長(zhǎng)型部件是彎曲彈簧。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的踝和脛骨件，其中，該長(zhǎng)型部件的遠(yuǎn)端連接至一連接件，該連接件用于將該彈性部件連接至假肢的足。
31.根據(jù)權(quán)利要求19所述的踝和脛骨件，還包括位于彈性部件前側(cè)上的至少一個(gè)彈簧，用于在步態(tài)的腳跟離地的站立中后期中接合并加強(qiáng)該脛骨件。
32.根據(jù)權(quán)利要求19所述的踝和脛骨件，其中，該裝置包括在脛骨件上部和下部之間延伸的彎曲彈簧。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的踝和脛骨件，其中，該彎曲彈簧的遠(yuǎn)端位于該彈性部件的反向彎曲下端內(nèi)。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的踝和脛骨件，其中，該彎曲彈簧的遠(yuǎn)端連接至該彈性部件的反向彎曲下端。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的踝和脛骨件，其中，該裝置的彎曲彈簧與該彈性部件一體成形。
36.根據(jù)權(quán)利要求32所述的踝和脛骨件，其中，該彎曲彈簧的遠(yuǎn)端與一連接件相接合，該連接件用于將該彈性部件與下端假肢的足相連。
37.一種用于下端假肢的系統(tǒng)，包括足；踝；脛骨件；在該假肢上的后部小腿裝置，用于在假肢的力加載過(guò)程中儲(chǔ)存能量并在力卸載過(guò)程將所儲(chǔ)存的能量返回，以提高假肢在步態(tài)中產(chǎn)生的用于推進(jìn)力的動(dòng)力學(xué)功率；其中，該裝置包括至少一個(gè)長(zhǎng)型部件，該長(zhǎng)型部件在脛骨件的上部和假肢的下部之間延伸；和至少一個(gè)盤簧，該盤簧的自由端連接至該長(zhǎng)型部件，該盤簧響應(yīng)于脛骨件上端的向前移動(dòng)而彈性伸展，以儲(chǔ)存能量。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，該盤簧被支撐在脛骨件的上部處。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中，該長(zhǎng)型部件是柔性部件，該柔性部件從該盤簧的自由端延伸至該假肢的下部，該柔性部件在該假肢的下部處繞一返回件通過(guò)，然后返回延伸至該脛骨件的上部。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，該長(zhǎng)型部件是柔性帶，該柔性帶在脛骨件的上部和該踝之間延伸。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，該踝和脛骨件由彈性部件形成，該彈性部件從足開始、經(jīng)由該部件的朝前凸出彎曲部分而向上延伸。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，還包括一緊固件裝置，該緊固件裝置將該彈性部件的下端連接至該足，其中，該長(zhǎng)型部件從該脛骨件的上部延伸至該緊固件裝置。
全文摘要
一種用于下端假肢的系統(tǒng)包括足、踝和脛骨件，其具有在該假肢上的后部小腿裝置(169)，用于在假肢的力加載過(guò)程中儲(chǔ)存能量并在力卸載過(guò)程將所儲(chǔ)存的能量返回，以提高假肢在步態(tài)中產(chǎn)生的用于推進(jìn)力的動(dòng)力學(xué)功率。該裝置在若干實(shí)施例中包括至少一個(gè)長(zhǎng)型部件(171)，如柔性帶，該長(zhǎng)型部件在脛骨件的上部和假肢的下部之間延伸；和至少一個(gè)盤簧(170)，該盤簧的自由端連接至該長(zhǎng)型部件。該盤簧響應(yīng)于脛骨件上端的向前移動(dòng)而被該長(zhǎng)型部件伸展，以儲(chǔ)存能量。
文檔編號(hào)A61F2/60GK1946357SQ200580010874
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2005年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月1日
發(fā)明者巴里·W·湯森, 拜倫·K·克勞丁諾 申請(qǐng)人:巴里·W·湯森, 拜倫·K·克勞丁諾