DE10053259A1 - Fussprothese - Google Patents

Abstract

Es wird eine Fußprothese offenbart. Die Fußprothese soll mit einem Stützelement verbunden werden, das das Schienenbein eines Amputierten ersetzt. Die Fußprothese enthält einen am Stützelement zu befestigenden Knöchelteil. Mehrere gekrümmte Teile erstrecken sich von einem Ende des Knöchelteils. Ein Sohlenteil erstreckt sich von einem Ende der gekrümmten Teile. Der Knöchelteil, die gekrümmten Teile und der Sohlenteil bilden eine einzelne integrierte Blattfederkonstruktion.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fußprothesen, mit denen Unterschenkelamputierte gehen können, und insbesondere eine Fußprothese, die einen geeigneten Schub zum Nachvornetreiben der fehlenden Gliedmaße eines Amputierten beim Gehen erzeugen kann.

Beschreibung des Stands der Technik

Einem Unterschenkelamputierten steht aufgrund des Verlustes von Plantarflexoren kein Schub zur Verfügung, der durch Abstoßen der Zehen vom Boden erhalten werden kann. Es heißt, daß ein Unterschenkel­ amputierter beim Gehen mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 90 m/min 20% mehr Sauerstoff verbraucht als eine gesunde Person. Dies bedeutet, daß der Unterschenkelamputierte beim Gehen mehr Energie verbraucht als eine gesunde Person, so daß er auch schneller erschöpft ist.

Um die obengenannte Schwierigkeit von Unterschenkelamputierten zu vermindern, sind verbesserte Fußprothesen entwickelt worden, die es den Unterschenkelamputierten gestatten, auf natürliche Weise und mit geringem Energieverbrauch zu gehen.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine herkömmliche Fußprothese mit Energiespeicherung zeigt.

Die in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Fußprothese wird in dem koreanischen Patent Nr. 0155591 mit dem Titel "Energiespeicherndes Stützelement einer Fußprothese" offenbart.

Auf die Zeichnungen des Patents Bezug nehmend, umfaßt das herkömmliche Fußprothesenstützelement ein erstes Stützglied 18, ein zweites Stützglied 20, eine oder mehrere Blattfedern 22, die mit dem ersten und dem zweiten Stützglied 18 und 20 zur Steuerung der Axial- und Rotationsbewegungen des ersten und des zweiten Stützglieds 18 und 20 kombiniert sind, und ein Fußglied 14, das an dem zweiten Stützglied 20 befestigt ist.

Das herkömmliche Fußprothesenstützelement ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Blattfeder 22 mit dem ersten und dem zweiten Stützglied 18 und 20 kombiniert ist. Folglich werden auf die Stützglieder 18 und 20 ausgeübte Kräfte in der Blattfeder 22 als elastische Energie gespeichert, und bei Entfernen der Kräfte wird die in der Blattfeder 22 gespeicherte Energie zur Erzeugung von Schub abgegeben.

Die US-PS 5,181,932; 5,486,209 und 5,593,457 mit dem Titel "Foot prosthetic having auxiliary ankle construction" (Fußprothese mit zusätzlicher Knöchel­ konstruktion) und US-PS 5,037,444 mit dem Titel "Prosthetic foot" (Fußprothese) offenbaren typische Fußprothesen und setzen Kiele mit Blattfederkonstruktionen ein.

Die US-PS 5,158,570 mit dem Titel "Foot prosthesis having auxiliary ankle construction" (Fußprothese mit zusätzlicher Knöchelkonstruktion) und die US-PS 5,258,038 mit dem Titel "Prosthetic foot with ankle joint and toe member" (Fußprothese mit Knöchelgelenk und Zehenglied) offenbaren Fußprothesen, in denen jeweils ein Vorfußglied, ein Knöchelglied und ein Fersenglied aus thermoplastischem Material oder Verbundwerkstoff über Gelenke miteinander verbunden sind. Hierbei handelt es sich um mehrteilige Fußprothesen, bei denen unter Widerstand durch elastomere Unterlagen eine Schwenkbewegung ausgeführt wird.

Die US-PS 5,219,365 mit dem Titel "Prosthetic foot" (Fußprothese) offenbart eine Fußprothese, bei der ein Vorfußglied, ein Knöchelglied und ein Fersenglied (aus gehärteten Acetal-Copolymeren) so hergestellt sind, daß sie einen einzigen integrierten Kiel bilden. Im Kiel ist ein vertikales Durchgangsloch ausgebildet, das zur Verbindung des Kiels mit Beinanordnungen dient. Durch die gekrümmte Konfiguration der Fußprothese erhöhen sich die Festigkeit und die dynamischen Eigenschaften des Fußes.

Die US-PS 5,443,527 mit dem Titel "Prosthetic foot and three-way ankle joint" (Fußprothese mit Dreiwege-Knöchelgelenk) und US-PS 5,695,526 mit dem Titel "One-piece mechanically differentiated prosthetic foot and associated ankle joint with syme modification" (Einstückige, mechanisch differenzierte Fußprothese und ihr zugeordnetes Knöchelgelenk mit Syme-Modifikation) offenbaren Fußprothesen, die jeweils einen integrierten Spann- und Sohlenteil enthalten und mit Gelenken versehen sind, die eine Dreiachsendrehung, Dorsalflexion und Plantarflexion ermöglichen.

Die US-PS 5,443,528 mit dem Titel "Coil spring prosthetic foot" (Fußprothese mit Schraubenfeder), US-PS 5,695,527 mit dem Titel "Coil prosthetic foot" (Schraubenfeder-Fußprothese), US-PS 5,653,767 mit dem Titel "Prosthetic foot" (Fußprothese) und US-PS 5,571,213 mit dem Titel "Prosthetic foot" (Fußprothese) offenbaren Fußprothesen, die aus durchgehenden Federn hergestellt sind. Jede Fußprothese umfaßt einen mittleren Fußschraubenfederteil, einen Fersen­ verlängerungsabschnitt und einen Vorfußverlängerungs­ abschnitt, die aus einem epoxidartigen Polymer hergestellt sind, das mit Graphitfaser, einer Mischung aus Graphitfaser und Glasfaser, Kevlar, Spektra oder einem anderen Fasermaterial verbunden ist. Die Fußprothese gestattet eine laterale, mediale Torsionsbewegung. Es wird ein mit dem Vorfußverlängerungsabschnitt integrierter Fersen­ verlängerungsabschnitt verwendet, so daß die Fußprothese zur wirksamen Übertragung von Energie von einer Ferse zu einem Vorfuß ausgeführt ist.

Die US-PS 5,258,039 mit dem Titel "Energy storing composite prosthetic foot" (Verbundfußprothese mit Energiespeicherung) offenbart einen λ-förmigen, χ- förmigen und σ-förmigen Kiel, der aus einem harzimprägnierten Kohlenstoffgewebe-Verbundwerkstoff hergestellt ist.

Die US-PS 5,509,937 mit dem Titel "Prosthetic foot with enhanced heel control" (Fußprothese mit verbesserter Fersensteuerung) und US-PS 5,116,385 mit dem Titel "Medio-lateral control enhancing, cantilever­ spring type prosthetic foot" (Fußprothese mit verbesserter mediolateraler Steuerung und Auslegerfeder) offenbaren Fußprothesen, die jeweils ein Vorfußglied, ein Hinterglied und ein das Vorfußglied mit dem Hinterglied verbindendes, S-förmiges Zwischenglied aufweisen. Bei den Fußprothesen nehmen die Auslegerfederelemente Energie von den Fersenteilen auf, wenn die Fersen in Bodenkontakt gebracht werden. Die Fußprothesen bieten mediolaterale Steuerung und geben beim Zehenabstoß Energie ab.

Wie oben beschrieben, sind weltweit die verschiedensten Fußprothesen entwickelt worden. Bei diesen Fußprothesen werden jeweils Kiele unterschiedlicher Form eingesetzt.

Einige der Fußprothesen enthalten jedoch sowohl Beinteile als auch Fußteile, so daß an den Fußprothesen keine Stützelemente befestigt werden können und die Fußprothesen aufgrund einer großen Anzahl von Teilen komplizierte Konstruktionen aufweisen.

Darüber hinaus weisen die Fußprothesen enge zulässige Änderungsbereiche auf, aufgrund derer die Fußprothesen nicht so ausgeführt werden können, daß sie den physischen Bedingungen der einzelnen Amputierten entsprechen.

Demgemäß soll eine Fußprothese entwickelt werden, die auf die individuellen physischen Bedingungen des Amputierten einstellbare Konstruktionsfaktoren aufweist und sich leicht herstellen läßt.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß wurden bei der vorliegenden Erfindung die obengenannten Probleme des Stands der Technik berücksichtigt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Fußprothese, mit der ein Unterschenkelamputierter auf natürliche Weise gehen kann, wodurch der Energieverbrauch beim Gehen verringert wird, und die sich aufgrund ihrer einfachen Konstruktion leicht tragen läßt.

Zur Erfüllung der obigen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Fußprothese zur Verbindung mit einem Stützelement bereit, das das Schienbein eines Amputierten ersetzen soll, mit folgendem: einem an dem Stützelement zu befestigenden Knöchelteil; mehreren sich von einem Ende des Knöchelteils erstreckenden, gekrümmten Teilen; und einem sich von einem Ende der gekrümmten Teile erstreckenden Sohlenteil; wobei der Knöchelteil, die gekrümmten Teile und der Sohlenteil eine einzelne integrierte Blattfederkonstruktion bilden.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den gekrümmten Teilen um einen ersten gekrümmten Teil und einen zweiten gekrümmten Teil handelt, wobei der erste gekrümmte Teil einen ersten vorbestimmten Krümmungsradius aufweist und sich von dem inneren Ende des Knöchelteils erstreckt, wobei der zweite gekrümmte Teil einen zweiten vorbestimmten Krümmungsradius aufweist und den ersten gekrümmten Teil mit dem Sohlenteil verbindet.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt die Prothese weiterhin einen planaren Teil, der eine erste vorbestimmte Länge aufweist und zwischen dem ersten und dem zweiten gekrümmten Teil angeordnet ist.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung weist der Sohlenteil eine zweite vorbestimmte Länge auf und ist mit einer bestimmten Neigung angeordnet.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt die Prothese weiterhin einen Zehenteil, der einen dritten vorbestimmten Krümmungsradius aufweist und sich von dem äußeren Ende des Sohlenteils erstreckt.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt die Prothese weiterhin einen ersten, zweiten und dritten Verbindungsteil, wobei der erste Verbindungs­ teil den ersten gekrümmten Teil mit dem planaren Teil verbindet, der zweite Verbindungsteil den Fersenteil mit dem Sohlenteil verbindet und der dritte Verbindungsteil den Sohlenteil mit dem Zehenteil verbindet, wobei der erste, der zweite bzw. der dritte Verbindungsteil vorbestimmte Rundungshalbmesser aufweisen, um die Spannungskonzentration zu verringern.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt die Prothese weiterhin eine Aluminiumunterlage, die an einem Teil des Knöchelteils befestigt ist, der mit dem Stützelement in Berührung gebracht wird.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt die Prothese weiterhin eine elastische Polymer­ unterlage, die zwischen dem Knöchelteil und der Aluminiumunterlage angeordnet ist, um die Nachgiebig­ keit des Knöchelteils zu vergrößern.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung sind der Knöchelteil, die Aluminiumunterlage und die elastische Polymerunterlage mit einem oder mehreren Durchgangslöchern zur Aufnahme einer Schraube versehen.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung sind der Knöchelteil, die gekrümmten Teile und der Sohlenteil aus faserverstärktem Verbundwerkstoff hergestellt.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der faserverstärkte Verbundwerkstoff durch Verbindung von epoxidartigem Polymer mit einer von verschiedenen zerkleinerten oder durchgehenden Fasern, wie zum Beispiel Kohlefaser, Kevlar, Graphitfaser und Glasfaser, hergestellt.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist der faserverstärkte Verbundwerkstoff aus unidirektionalem Prepreg oder Prepreg-Gewebe hergestellt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obigen und andere Aufgaben und Merkmale sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Fußprothese mit Energiespeicherung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Fußprothese mit Energiespeicherung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Fußprothese nach Fig. 1;

Fig. 4 eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht der Fußprothese nach Fig. 2;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Kombination der Fußprothese mit Energiespeicherung mit einem Stützelement; und

Fig. 6 ein Flußdiagramm, das den Entwurfsprozeß der Fußprothese mit Energiespeicherung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es sollte nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen werden, wobei die gleichen Bezugszahlen in sämtlichen verschiedenen Zeichnungen zur Bezeichnung der gleichen oder ähnlicher Komponenten verwendet werden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Fußprothese mit Energiespeicherung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.

In den Zeichnungen ist Fig. 2 ein perspektivische Ansicht der Fußprothese mit Energiespeicherung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Fußprothese nach Fig. 1. Fig. 4 ist eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht der Fußprothese nach Fig. 2; Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Kombination der Fußprothese mit Energiespeicherung mit einem Stützelement. Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, das den Entwurfsprozeß der Fußprothese mit Energie­ speicherung zeigt.

Wie in den Fig. 2 bis 5 gezeigt, umfaßt die Fußprothese 100 mit Energiespeicherung einen Kiel 101 aus Verbundwerkstoff, ein Paar Aluminiumunterlagen 120 zur Verbindung des Kiels 101 mit einem Stützelement 155 und ein Paar elastischer Polymerunterlagen 130, die jeweils zwischen dem Kiel 101 und den Aluminiumunterlagen 120 angeordnet sind. Die beiden elastischen Polymerunterlagen 130 sind jeweils auf der oberen und unteren Fläche des Knöchelteils des Kiels 101 angeordnet, und die beiden Aluminiumunterlagen 120 sind jeweils auf der oberen Fläche einer elastischen Polymerunterlage 130 und der unteren Fläche der anderen elastischen Polymerunterlage 130 angeordnet. Demgemäß sind die elastischen Polymerunterlagen 130 jeweils zwischen dem Kiel 101 und einer der Aluminiumunterlagen 120 angeordnet.

Der Kiel 101 enthält einen Knöchelteil 105, der ein Ende des Kiels 101 bildet und planar ist. Ein gekrümmter Teil 106 mit dem Krümmungsradius R1 erstreckt sich von einem Ende des Knöchelteils 105. Ein planarer Teil 108 mit einer Länge L1 erstreckt sich von einem Ende des gekrümmten Teils 106. Ein Fersenteil 109 mit dem Krümmungsradius R2 erstreckt sich von einem Ende des planaren Teils 108. Ein Sohlenteil 111 mit einer Länge L2 und einer Neigung A erstreckt sich von einem Ende des Fersenteils 109. Ein Zehenteil 113 erstreckt sich von einem Ende des Sohlenteils 111. Bei Betrachtung von der Seite ist der Kiel 101 in etwa 5- förmig.

Durch den Knöchelteil 105 des Kiels 101, die Aluminiumunterlagen 120 und die Verbundpolymer­ unterlagen 130 ist ein Durchgangsloch 140 ausgebildet. Ein Zwischenstück 153 ist mittels einer in das Durchgangsloch 140 eingeführten Schraube 151 an dem Knöchelteil 105 des Kiels 101 befestigt, und der pyramidenförmige Vorsprung des Zwischenstücks 153 ist mit dem Stützelement 155 verbunden. Demgemäß wird die obere Aluminiumunterlage 120 mit dem Zwischenstück 153 in Berührung gebracht, und die Verbundpolymerunterlagen 130 vergrößern die Nachgiebigkeit des Knöchelteils 105 des Kiels 101.

Ein solcher Kiel 101 besteht vorzugsweise aus einem von verschiedenen faserverstärkten Verbundwerk­ stoffen, wie zum Beispiel epoxidartigem Polymer, das mit einer von verschiedenen Fasern verbunden ist, zum Beispiel Kohlefaser, Kevlar, Graphitfaser und Glasfaser. Als Verstärkungsfaser für den faserverstärkten Verbundwerkstoff kann zerkleinerte oder durchgehende Faser eingesetzt werden. Darüber hinaus kann faserverstärkter, laminierter Verbundwerkstoff, der aus unidirektionalem Prepreg oder aus Prepreg-Gewebe besteht, als das Material des Kiels 101 verwendet werden. Da der Kiel 101 den planaren Teil 108 und die beiden gekrümmten Teile, das heißt den gekrümmten Teil 106 und den Fersenteil 109, zur Bildung einer Blattfederkonstruktion enthält, ist es von Nutzen, daß der Kiel 101 aus faserverstärktem, laminiertem Werkstoff besteht.

Obgleich der Kiel 101 aus faserverstärktem, laminiertem Verbundwerkstoff besteht, läßt sich die Gesamtdicke des Kiels 101 durch Regulieren der Anzahl der laminierten Prepreg-Schichten variieren.

Obgleich der Kiel 101 aus unidirektionalem Prepreg besteht ist es insbesondere von Nutzen, die Laminierungswinkel von quasi-isotropem Verbundwerkstoff zu benutzen. Beispielsweise können Laminierungsmuster von 0°/60°/-60°/-60°/60°/0°/45°/-15°/­ -75°/-15°/45° oder -30°/30°/90°/90°/30°/­ -30°/ verwendet werden.

Zur Regulierung der Biegesteifigkeit des Kiels 101 mit einer Blattfederkonstruktion sollte die Dicke des Kiels 101 variiert werde. Im allgemeinen erhöht sich mit zunehmender Dicke des Kiels 101 auch seine Steifigkeit, während seine Flexibilität vermindert wird. Die optimale Dicke des Kiels 101 wird unter Berücksichtigung des Gewichts des Benutzers, des Aktivitätsbereichs des Benutzers, seiner Flexibilitäts­ eigenschaften, seiner Energiespeicherungseigenschaften und seiner Konstruktionsstabilität bestimmt.

Im folgenden wird die Energiespeicherung der Fußprothese ausführlich beschrieben.

Der Knöchelteil 105 des Kiels 101 ist zur Verbindung mit dem Zwischenstück 153 planar ausgeführt, das Zwischenstück 153 ist mittels der in das Durchgangsloch 140 eingeführten Schraube 151 an dem Kiel 101 befestigt, und der pyramidenförmige Vorsprung des Zwischenstücks 153 ist fest mit dem Stützelement 155 verbunden. Ein gekrümmter Teil 106 mit dem Krümmungsradius R1, ein planarer Teil 108 mit einer Länge L1 und ein Fersenteil 109 mit dem Krümmungsradius R2 erstrecken sich so von einem Ende des gekrümmten Teils 106, daß der gekrümmte Teil 106, der planare Teil 108 und der Fersenteil 109 ausreichend Energie speichern können. Insbesondere wirkt sich die Länge L1 des planaren Teils 108 auf den Momentarm der durch auf den Knöchelteil 105 des Kiels 101 über das Stützelement 155 wirkendes Gewicht erzeugten Last aus, so daß die Länge L1 das Biegemoment des Kiels 101, das Verformungsausmaß des Kiels 101 und den Grad der Speicherung der elastischen Rückstellenergie des Kiels 101 beeinflußt. Die Größe des Krümmungsradius R1 des gekrümmten Teils 106, der den Knöchelteil 105 mit dem Fersenteil 109 verbindet, bestimmt die Länge des Kiels 101 und beeinflußt die Menge an gespeicherter Energie und das Ausmaß der Stoßübertragung. Die Größe des Krümmungsradius R2 des Fersenteils 109 bestimmt die Länge des Kiels 101 und beeinflußt die Menge an gespeicherter Energie. Der Krümmungsradius des gekrümmten Teils 106 und des Fersenteils 109 beeinflußt die Flexibilität des Kiels 101.

Ein typischer normaler Gangzyklus besteht aus einer Standphase und einer Schwungphase. Die Standphase umfaßt die Zeitdauer zwischen dem Auftritt des Fußes und dem ipsilateralen Zehenabstoß und dauert vom Bodenkontakt einer Ferse bis zum Entfernen der Zehen vom Boden. Die Schwungphase folgt der Standphase. Die Standphase wird gemeinhin in drei Phasen unterteilt: initiale Zweibeinabstützung, Einbeinabstützung und zweite Zweibeinabstützung. Die initiale Zweibein­ abstützung ist die Zeitdauer zwischen dem Auftritt des Fußes und gegenüberliegendem Zehenabstoß, Einbein­ abstützung ist die Zeitdauer zwischen gegenüber­ liegendem Zehenabstoß und gegenüberliegendem Auftritt des Fußes und die zweite Zweibeinabstützung ist die Zeitdauer zwischen gegenüberliegendem Auftritt des Fußes und Zehenabstoß.

Der Sohlenteil 111 weist eine Neigung 8 und eine Länge L2 auf. Die Neigung A ist ein Winkel des Sohlenteils 111 zu einer horizontalen Ebene. Die Größe der Neigung 6 und die Länge L2 beeinflussen eine äquivalente Federkonstante auf der Sagittalebene des Kiels 101 während der Standphase, wodurch die Energiespeicherungsfähigkeit des Kiels 101 beeinflußt wird. Der Zehenteil 113 weist einen Krümmungsradius R3 auf und dient als Drehmittelpunkt des Unterschenkel­ teils des Beins. Der Zehenteil 113 weist eine ausreichende Länge auf, um im Kiel 101 gespeicherte elastische Energie durch Abstoßen vom Boden während der zweiten Zweibeinabstützung wirksam abzugeben.

Ein erster Verbindungsteil 107 verbindet den gekrümmten Teil 106 mit dem planaren Teil 108, ein zweiter Verbindungsteil 110 verbindet den Fersenteil 109 mit dem Sohlenteil 111, und ein dritter Verbindungsteil 112 verbindet den Sohlenteil 111 mit dem Zehenteil 113. Der erste, der zweite und der dritte Verbindungsteil 107, 110 und 112 sind jeweils gekrümmt und weisen Rundungshalbmesser auf. Diese Rundungshalbmesser sollen verhindern, daß aufgrund plötzlicher Formänderungen Spannungen auf den Teilen 107, 110 und 112 konzentriert werden.

Die Breite des Kiels 101 kann variiert werden, um dem Amputierten ein bequemeres Gehen zu ermöglichen. Die Anzahl der im Kiel 101 ausgebildeten Durchgangslöcher 140 kann ja nach Konstruktion des Zwischenstücks 153, das am Stützelement 155 befestigt ist, abgestimmt werden.

Wie oben beschrieben, sind die Krümmungsradien R1, R2 und R3, die Längen L1 und L2 und die Neigung 6 wichtige Konstruktionsfaktoren. Die Faktoren haben jeweils zulässige Bereiche, so daß sie je nach den individuellen physischen Bedingungen, wie zum Beispiel dem Gewicht und dem Aktivitätsbereich eines Amputierten, eingestellt werden können. Die Form der Fußprothese kann in einem gewissen Ausmaß variiert werden, und die Leistung des Kiels 101 kann durch Einstellen der Konstruktionsfaktoren innerhalb der zulässigen Bereiche variiert werden.

Die Verbindung des Kiels mit dem Stützelement wird ausführlich beschrieben.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird das Zwischenstück 153 in das durch den Knöchelteil 105 des Kiels 101, die Aluminiumunterlagen 120 und die elastischen Polymerunterlagen 130 ausgebildete Loch 140 eingesetzt. Das Zwischer stück 153 wird mittels der Schraube 151 am Kiel 101 befestigt. Der pyramidenförmige Vorsprung, der am oberen Teil des Zwischenstücks 153 ausgebildet ist, wird am Stützelement 155 befestigt. Demgemäß wird das Zwischenstück 153 zwischen der Aluminiumunterlage 120 und dem Stützelement 155 angeordnet. Unterdessen wird eine Knieaufnahme 158 mit dem Stützelement 155 verbunden, wobei ein am unteren Teil der Aufnahme 158 ausgebildeter pyramidenförmiger Vorsprung auf die gleiche Weise am Stützelement 155 befestigt wird wie der am oberen Teil des Zwischenstücks 153 ausgebildete pyramidenförmige Vorsprung am Stützelement 155. Bei dem in der Aluminiumunterlage 120 ausgebildeten Durchgangsloch 140 kann es sich, wie erforderlich, um ein einfaches Loch, eine zylindrische Senkung, eine kegelige Senkung oder um eine Gegenbohrung handeln. Jede elastische Polymerunterlage 130 ist zwischen dem Kiel 101 und der Aluminiumunterlage 120 angeordnet, um die Nachgiebigkeit des Knöchelteils zu vergrößern.

Beim Gehen wird der beim Bodenkontakt der Fußprothese erzeugte Aufschlag von der Blattfeder­ konstruktion der Fußprothese aufgenommen, wodurch verhindert wird, daß übermäßiger Aufschlag auf den Körper eines Amputierten übertragen wird. Das im Kiel 101 durch das Gewicht eines Trägers und das Abstoßen vom Boden erzeugte Biegemoment bewirkt die elastische Verformung des Kiels 101 während der initialen Zweibeinabstützung und des Einbeinstands. Zu diesem Zeitpunkt wird elastische Rückstellverformungsenergie in der Blattfederkonstruktion des Kiels 101 gespeichert. Die in der Blattfederkonstruktion des Kiels 101 gespeicherte elastische Rückstellverformungs­ energie wird während der Zehenabstoßphase wirksam abgegeben, wodurch ein Schub für das Gehen erzeugt wird.

Der Entwurfsprozeß der Fußprothese mit Energiespeicherung wird ausführlich beschrieben.

Wie in Fig. 6 gezeigt, wird zunächst einmal die Grundform des Kiels 101 entworfen. Danach werden in Abhängigkeit von den physischen Bedingungen des individuellen Amputierten Konstruktionsfaktoren definiert. In diesem Fall sind die wichtigen Konstruktionsfaktoren die Krümmungsradien R1, R2 und R3 des gekrümmten Teils 106, des Fersenteils 109 und des Zehenteils 113, die Längen L1 und L2 des planaren Teils 108 und des Sohlenteils 111, und die Neigung θ des Sohlenteils 111.

Nach der Definition der Konstruktionsfaktoren erfolgt die dynamische Simulation des prothetischen Gehens für die Fußprothese unter Verwendung einer Orthogonalarray-Tabelle. Die Ergebnisse der Simulation werden unter Verwendung einer Varianzanalyse analysiert, und die Form der Fußprothese wird auf Grundlage der Analyse entworfen. Dann folgt der Entwurf der Fußprothesenform durch Minimieren der von dem Knie ausgeführten äußeren Arbeit, wenn ein Amputierter auf die gleiche Weise geht wie eine gesunde Person.

Zum Erhalt der Formfestigkeit der Fußprothese wird die Endform der Fußprothese unter Berücksichtigung der Ergebnisse einer dreidimensionalen Finite-Elemente- Analyse und Ausfallbewertung konstruiert.

Durch dieses Verfahren wird eine den physischen Bedingungen des individuellen Amputierten angepaßte Fußprothese hergestellt.

Wie oben beschrieben, besteht der Kiel der Fußprothese mit Energiespeicherung aus mit zerkleinerten oder durchgehenden Fasern verstärktem Verbundwerkstoff oder faserverstärktem, laminiertem Verbundwerkstoff, so daß der Kiel eine hohe spezifische Steifigkeit, eine hohe spezifische Festigkeit und ein geringes Gewicht aufweist.

Der Kiel der Fußprothese mit Energiespeicherung bildet eine einzelne Blattfederkonstruktion. Demgemäß nimmt die Fußprothese bei Bodenkontakt den Aufschlag auf, wodurch verhindert wird, daß ein übermäßiger Aufschlag auf den Körper des Amputierten übertragen wird. Darüber hinaus kann durch im Kiel durch das Gewicht des Trägers und das Abstoßen vom Boden während initialer Zweibeinabstützung und Einbeinabstützung erzeugte Biegeverformung die Formänderungsrück­ federungsenergie in der Blattfederkonstruktion des Kiels gespeichert werden, und die Formänderungs­ rückfederungsenergie wird während der Zehenabstoßphase wirksam abgegeben, wodurch ein Schub für das Gehen erzeugt wird.

Weiterhin bietet die Fußprothese mit Energiespeicherung die biomechanischen Funktionen von Füßen, um die beim Gehen mit der Prothese verbrauchte Energie zu verringern und es einem Amputierten zu gestatten, verschiedene Aktivitäten, wie zum Beispiel Sport, auszuüben, wodurch die Rehabilitation und das Wohlbefinden des Amputierten verbessert werden.

Obgleich die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung offenbart wurden, ist für Fachleute offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen, Zusätze und Äquivalente möglich sind, ohne von dem Schutzbereich und dem Gedanken der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen offenbart, abzuweichen.

Claims (12)

1. Fußprothese zur Verbindung mit einem Stützelement, das das Schienbein eines Amputierten ersetzt, mit folgendem:
einem an dem Stützelement zu befestigenden Knöchelteil;
mehreren sich von einem Ende des Knöchelteils erstreckenden, gekrümmten Teilen; und
einem sich von einem Ende der gekrümmten Teile erstreckenden Sohlenteil;
wobei der Knöchelteil, die gekrümmten Teile und der Sohlenteil eine einzelne integrierte Blattfederkonstruktion bilden.

2. Prothese nach Anspruch 1, bei der es sich bei den gekrümmten Teilen um einen ersten gekrümmten Teil und einen zweiten gekrümmten Teil handelt, wobei der erste gekrümmte Teil einen ersten vorbestimmten Krümmungsradius aufweist und sich von dem inneren Ende des Knöchelteils erstreckt, und wobei der zweite gekrümmte Teil einen zweiten vorbestimmten Krümmungsradius aufweist und den ersten gekrümmten Teil mit dem Sohlenteil verbindet.

3. Prothese nach Anspruch 2, weiterhin mit einem planaren Teil, der eine erste vorbestimmte Länge aufweist und zwischen dem ersten und dem zweiten gekrümmten Teil angeordnet ist.

4. Prothese nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Sohlenteil eine zweite vorbestimmte Länge aufweist und mit einer bestimmten Neigung angeordnet ist.

5. Prothese nach Anspruch 4, weiterhin mit einem Zehenteil, der einen dritten vorbestimmten Krümmungsradius aufweist und sich von dem äußeren Ende des Sohlenteils erstreckt.

6. Prothese nach Anspruch 2, weiterhin mit einem ersten, zweiten und dritten Verbindungsteil, wobei der erste Verbindungsteil den ersten gekrümmten Teil mit dem planaren Teil verbindet, der zweite Verbindungsteil einen Fersenteil mit dem Sohlenteil verbindet und der dritte Verbindungsteil den Sohlenteil mit dem Zehenteil verbindet, wobei der erste, der zweite bzw. der dritte Verbindungsteil vorbestimmte Rundungshalbmesser aufweisen, um die Spannungskonzentration zu verringern.

7. Prothese nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Aluminiumunterlage, die an einem Teil des Knöchelteils befestigt ist, der mit dem Stützelement in Berührung gebracht wird.

8. Prothese nach Anspruch 7, weiterhin mit einer elastischen Polymerunterlage, die zwischen dem Knöchelteil und der Aluminiumunterlage angeordnet ist, um die Nachgiebigkeit des Knöchelteils zu erhöhen.

9. Prothese nach Anspruch 8, bei der der Knöchelteil, die Aluminiumunterlage und die elastische Polymerunterlage mit einem Durchgangsloch zur Aufnahme einer Schraube versehen sind.

10. Prothese nach Anspruch 1, bei der der Knöchelteil, die gekrümmten Teile und der Sohlenteil aus faserverstärktem Verbundwerkstoff hergestellt sind.

11. Prothese nach Anspruch 10, bei der der faserverstärkte Verbundwerkstoff durch Verbindung von epoxidartigem Polymer mit einer von verschiedenen zerkleinerten oder durchgehenden Fasern, wie zum Beispiel Kohlefaser, Kevlar, Graphitfaser und Glasfaser, hergestellt wird.

12. Prothese nach Anspruch 10 oder 11, bei der der faserverstärkte Verbundwerkstoff aus unidirektionalem Prepreg oder Prepreg-Gewebe hergestellt ist.