专利名称：一种踝－足矫正装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来限制下肢运动的矫形装置。更具体地，本发明涉及一种用来稳定和控制踝和足动作的踝-足矫正装置。
背景技术：
踝-足矫正装置是一种用来支撑和使踝关节与足部对正的医学装置，通过抑制痉挛和压制踝关节及足部的肌肉使这些衰弱麻痹的肌肉得到加强，从而防止或纠正踝关节和足部的变形。
当患者具有通常称作“足下垂”的步态疾病时，踝-足矫正装置可用来辅助踝关节和脚的功能。足下垂是一种神经肌肉疾病，患者在行走迈步时不能将他的一只脚提起足够高。足下垂可以由脑血管意外、脊髓损伤、遗传及感觉神经病、神经肌肉疾病或任何对促动足部神经肌肉系统的肌肉活动所需的肌肉和神经的损坏而引起。
足下垂通常有两种并发症。首先，患者在放下脚后跟之后不能控制其足部的落下。于是，足部在每一步都会拍打地面，这通常被称作拍足。这通常是由于患者的背屈肌损伤而引起的，背屈肌位于腿前面膝关节的下面，用来从大体上与下腿对准的位置提起足部至大体上垂直于下腿的称作背屈的位置。因此背屈肌的损伤导致脚底过度弯曲，使得足部从大体上垂直于下腿的位置延伸到大体上平行于下腿的位置。第二种并发症是在步态周期的摆动阶段不能提起脚趾。这使得患者在整个摆动阶段都在地面上拖曳其脚趾。因此，利用踝-足矫正装置，通过在脚跟撞击和步态周期的摆动阶段抵抗脚底弯曲，可以补偿背屈肌的虚弱。
一般来说，足下垂患者的前胫骨肌可能几乎不起作用。前胫骨肌起源于胫骨的外髁，并沿胫骨的外侧延伸越过靠近远端的胫骨，至踝关节的中间，连接第一跖骨和内侧楔骨。前胫骨肌的正常工作能够在踝关节处使足部背屈和反转到仰转位置。前胫骨肌由于其连接至内侧楔骨还能支撑足部的内侧弓。
前胫骨肌失去功能的患者在步态周期的始发阶段会俯身，而在步态周期的摆动阶段会使足部仰转。此外，由于前胫骨肌的损伤，尤其是在足部的内侧弓，踝关节一般会外翻和向下转。
这些年，已经制造出一些踝-足矫正装置来纠正足下垂并使患者能够以较为正常的方式行走。现有技术的一种踝-足矫正装置包括金属或塑料制成的背侧板，背侧板在跟腱后面延伸并与跨越足底的踏板结合。这种踝-足矫正装置具有至少一个围绕膝关节下面的下腿延伸的箍带。这种踝-足矫正装置的不利之处在于矫正装置沿腿的背部延伸而对连接处产生不利影响，使步态十分僵硬。这种矫正装置的另一个缺点是小腿和跟腱承受沉重的压力，这有可能使穿戴这种矫正装置的患者感到疼痛和不适。还有，这种矫正装置在步态周期会对患者的腿部造成不利影响，因为矫正装置只是布置在脚跟背面，因而不能提供平稳的脚跟撞击。
现有技术的另一种踝-足矫正装置由Otto Bock公司生产并以商标“Walk On”销售。这种踝-足矫正装置用碳素纤维加强的材料制成，因而能够对足屈和背屈提供适度的抵抗力并对冠状面进行一些控制。这种矫正装置的结构包括利用小碳纤维弹性件连接在小腿肚带上的踏板，碳素纤维弹性件环绕内踝并向上延伸至后腿肚区域，而且还包括将矫正装置固定到下腿的箍带。踏板在脚跟撞击时压缩，能量从中间位置返回到脚趾，通过从脚跟撞击到中间位置的刚度增大以及从中间位置的刚度减小，使脚趾滚转更加容易。这种设计在佩戴时较少引人注目，因为它环绕内踝而且碳素纤维加强的材料很耐磨。此外，这种设计较传统的塑料后部设计方案更为有利，因为它在足部的内侧延伸，因而使矫正装置具有脚跟部分和脚趾部分而有助于使脚跟撞击更加平稳。然而，这种矫正装置的一个缺点是可能产生非常大的足屈，因为它没有适当的前支撑而只是加强了踝关节和足部的后面。而且，这种设计方案不提供任何侧向支撑，因此，除非患者穿着又高又硬的鞋子，否则无法避免足部反转。
在踝-足矫正装置的一种变型中，美国专利5,897,515公开了这样一种踝-足矫正装置，其包括用可挠曲材料制成的框架，框架延伸到下腿前部和外侧踝关节，而且还延伸到足底一部分下面以连接踏板。这种矫正装置需要有至少一个基本上不可弯曲的加强件，加强件延伸到框架前部的一个窄部分上面。在实际应用中，已经发现覆盖下腿的前壳层由于沿腿前部的覆盖面积的数量会使患者不适，结果形成过度汗湿区域，而且在行走时有过大的压力施加在胫骨部位。此外，还发现这种矫正装置存在断裂问题，尤其是在矫正装置延伸到外侧踝关节并与踏板相连的部位。
在一种包括在胫骨外侧部分延伸的支柱的矫正装置中，比如美国专利5,897,515所介绍的矫正装置，患者在其步态的摆动阶段具有足够的支撑，但是在其步态的站立阶段却没有足够的支撑来防止足部外翻。在站立阶段缺乏支撑在一定程度上是由于缺乏对足部内侧弓的支撑以及外侧支柱不能支撑前胫骨肌的整个长度。虽然许多传统的带有横向延伸支柱的踝-足矫正装置可以使患者更多地控制背屈并防止过度足屈，但是已经发现这些矫正装置并不能为足部的内侧弓提供足够的支撑。结果，佩戴着这些传统矫正装置的患者没有足够的力阻止脚向下转，因为反转足部的能力并没有增大。而且，只有横向支柱的矫正装置不能提供足够的外翻足控制，因而不足以使踝关节稳定，也不能提供足够的踝关节联接。
对于上述所有的矫正装置来说，每一种矫正装置在一定程度上都不能令人满意地在患者步态的站立阶段提供足够的内侧支撑，以及在患者步态的摆动阶段提供足够的外侧支撑。
因此，显然需要这样一种踝-足矫正装置，能够为患者的内侧和外侧踝关节部分提供支撑，提供动态的背屈和足屈支撑，提供便于脚趾滚转的踏板，以及提供更加耐用而且在正常使用时不太容易产生材料破损的新的设计方案。
发明内容
本发明的第一个目的是要克服与现有技术有关的上述缺点。
本发明的另一个目的是要提供一种踝-足矫正装置，能够提供动态的足屈支撑，使患者行走时的步态更加自然和生动，同时保持足处于功能位置。
本发明的还有一个目的是提供一种踝-足矫正装置，具有用来支撑下腿前部的整体式框架，框架没有覆盖下腿的整个前部，能够使矫正装置保持轻便、坚固和耐用。
本发明的还有一个目的是提供一种踝-足矫正装置，能够提供平稳的脚趾滚转或者使脚跟撞击位置的压力转换到脚趾离开姿态，从而使佩戴这种矫正装置的患者在行走时有自然的感觉。
本发明的这些以及其它的目的是通过提供这样一种踝-足矫正装置来实现的，这种踝-足矫正装置最好具有结构框架，包括至少一层浸渍了硬化结构树脂的织物。在本发明的一个实施例中，所述框架是整体式的并包括两个前支撑件，其形状和尺寸设计成从患者膝关节下面向下延伸至患者腿部前面，从而沿其长度方向在其间形成间隙。前支撑件在患者踝关节的前面接合以形成延伸至中间部分或支柱的前踝部，所述中间部分围绕患者的内侧踝关节延伸并连接到患者足底下面的踏板。
踏板可以具有曲线形状，且其脚跟和脚尖端之间具有变化的刚度特性。本发明中的踏板设计能够提供平稳的脚趾滚转或者使脚跟撞击位置的压力转换到脚趾离开位置，从而使佩戴这种矫正装置的患者在行走迈步时具有自然的感觉。矫正装置的比其它部位承受较高压力的部位用额外的加强纤维加强。
与上述现有技术的矫形装置不同，本发明的矫正装置包括中间支柱或中间部分，可大体上沿胫骨前肌延伸并延伸到内侧踝关节上。借助于为踝关节提供的内侧支撑，这种矫正装置形成了三点压力系统，其中两个压力点位于鞋子的外侧和患者上小腿肚的外侧。第三个压力点沿内侧支柱延伸并防止足部向下转以及踝关节呈现一种固定的结构姿态，在这种结构姿态中足部或足部的一部分出现外翻或处于外翻足位置。
通过下面参考附图所作的详细说明，本领域的技术人员将更清楚地了解本发明的其它优点。
图1是本发明矫正装置一个实施例的透视图；图2是在患者右下腿上的本发明矫正装置一个实施例的透视图；图3是在患者右下腿上的矫正装置另一实施例的侧视图；图4是在患者右下腿上的矫正装置的另一侧视图；图5是具有优选带箍装置的矫正装置的透视图；图6是具有另一优选带箍的矫正装置的透视图；图7A是本发明踏板的实施例的顶视平面图，示出了具有不同相对厚度的变化区域；图7B是图7A中踏板的侧面图；图8是曲线图，示出了踏板刚度和具有正常步伐的人所施加力之间的关系；图9是本发明踏板的示意图，示出了踏板中纤维层数量与单向纤维层数量之间的比较；图10是一示意图，示出了沿踏板布置的单向纤维的方向；图11是一示意图，示出了从内侧连接件延伸至踏板的纤维；和图12和13示意性地示出了本发明矫正装置形成的加强区域。
具体实施例方式
参考图1和2，图中示出了本发明踝-足矫正装置的优选实施例。这种踝-足矫正装置通常由整体框架10构成，包括至少一层浸透了硬化结构树脂的织物。在此实施例中，矫正装置分别包括外侧及内侧的前支撑件14、12，其形状和尺寸设计成从患者腿部11的膝关节下面沿腿部前面向下延伸，沿腿部11的一部分长度在其间形成间隙。外侧和内侧的前支撑件14、12在患者踝关节13的前面结合以形成前踝部16。踝关节部分16最好延伸至内侧连接件18，内侧连接件围绕患者踝关节13的内侧延伸并连接到位于患者足部17底下的踏板20。
作为可选择的方案，踝关节部分可以延伸至外侧连接件，该外侧连接件围绕患者踝关节的外侧延伸并连接到踏板，或者踝关节部分可以延伸至外侧连接件和内侧连接件的组合件，该组合件围绕患者踝关节的相应部分延伸并连接到踏板。
两个前支撑件12、14的结构使得能够容易地在腿部周围进行调节，而且根据患者的要求通过调整两个前支撑件12、14的相对位置能够实现最佳配合。框架10的结构还可以允许腿部11有些向前弯曲，这样使下腿11上部的框架10的区域具有弹性并减轻腿部11上矫正装置以及踏板20附近踝关节13的一部分压力。此外，框架10的结构使得在下腿表面周围能够有充分的空气流通。
两个前支撑件12、14从其近端至踏板20距离的大致三分之二处最好保持分叉。已经发现如果将前支撑件延长而使踝关节部分缩短，那么框架的刚度提高而挠曲性降低，与此相反，如果将前支撑件缩短而使踝关节部分延长，那么框架的刚度降低而可挠曲性增大。应当认识到使前支撑件从优选的三分之二距离处长度延长或缩短以获得更大的刚度或挠曲性也在本发明范围之内。
虽然在一优选实施例中，前支撑件12、14可以具有相同的刚性，但是前支撑件也可以设置成，使每个前支撑件具有不同的刚度。比如，外侧的前支撑件可以比内侧的前支撑件硬，或者反过来。而且，其中一个前支撑件可以比另一个前支撑件更长，或者与此类似，其中一个前支撑件可以具有比另一个前支撑件更大的宽度或厚度。前支撑件的长度、宽度或厚度可以优化以适应患者的特殊要求。
虽然已经介绍了本发明矫正装置的框架具有两个前支撑件，但是根据患者具体条件的需要，框架也可以具有一个前支撑件或两个以上的前支撑件。
本发明的踝-足矫正装置至少可以采用若干种不同的结构，以将框架连接到患者的小腿。在图1所示实施例中，外侧及内侧的前支撑件12、14由横过腿部11的横向框架部件40相连。横向框架部件40的外侧和内侧连接到固定装置22，固定装置22设计成能环绕腿部11将框架10固定在退部。横向框架部件40包括可拆卸地连接的固定装置22的扣件42。虽然可以使用常见的钮扣和钮扣孔、按扣或其它类似的扣件，但安装在横向框架部件40及固定装置22的相对交叠侧上的互补钩-圈织物扣件更为优选。
横向框架部件可以在制造框架时与框架整体形成，或者可以在框架加工完成之后永久或可释放地固定到框架上。横向框架部件可以用结构材料如树脂浸渍玻璃、碳素纤维或聚芳基酰胺纤维、聚合物如聚乙烯或聚亚安酯、或所属领域技术人员已知的其它任何适用于踝-足矫正装置的材料制成。另外，横向框架部件还可以包括织物和衬垫的组合体，无论是与结构材料相结合还是单独使用，其具有足够的刚性以提供支撑给患者。
在图2、3和4所示的另一个实施例中，固定装置22连接在外侧及内侧的前支撑件12、14上并环绕腿部11以固定框架。如图3、4所示，本实施例的框架10包括从前支撑件12、14延伸出并大体上与之垂直的上腿接合部分55、57。上腿接合部分55、57设计成环绕患者腿部11外围至少一部分，从而为腿部提供横向支撑并提供足够的表面积，以将框架10固定到腿部11。
固定装置可以用织物、松紧带或所属领域技术人员已知的其它任何材料制成，可环绕腿部并将外侧及内侧的前支撑件固定在上面。此外，固定装置可以用至少一种具有透气特性的材料制成，以减少腿部局部区域的汗液积聚，或者所用的材料能够存储和释放能量来保持所需要的温度，从而减少局部区域出汗。
如图5所示，钩-圈材料的钩-圈部分53最好固定于前支撑件12、14的上接合部分55、57。固定装置22的固定端59最好固定到其中一个上接合部分55，并包括与钩-圈部分53互补的钩-圈材料部分。固定装置22的自由端61的形状和尺寸设计成能环绕患者腿部以结合钩-圈部分53。这一特定实施例的优点是能够容易地对紧固带44进行调节，并将框架10牢固地固定到患者腿部，以防止前支撑件12、14相对腿部运动。
在此特定实施例中，钩-圈部分53最好是在制造框架10时粘贴到前支撑件。举例来说，制造框架时，可以将聚合物涂覆织物套在形成框架的纤维层板上，并一起放入高压釜中固化。在固定装置所要连接的前支撑件上接合部分的织物区域中形成小切口。钩-圈部分粘贴在织物的切口上，因此当层板的树脂固化时，树脂将通过切口渗透到钩-圈部分，从而与钩-圈部分结合。
这一特定实施例不但在外观上更具吸引力，而且还能简化将矫正装置固定到患者腿部的方式。钩-圈部分与固定装置结合使得紧固带的自由端能够可拆卸地安装到患者腿部的各个位置并可以递增调节。
在图6所示的另一个实施例中，框架10包括紧固带44，其形状和尺寸设计成能环绕患者的小腿肚区并穿过至少一个环圈52，环圈52连接在外侧及内侧的前支撑件12、14中的一个或两个上。紧固带44的两端可以带有如上面提到的扣件42，扣件42设计成能与紧固带44另一端上的对应扣件结合。紧固带44可以固定在前支撑件12、14其中至少一个上，或者可以是能够穿过至少一个环圈52的不连接的松脱的条带。
本发明的矫正装置可以包括用来加强框架的支撑件。这样的附加加强件可释放地固定在框架上或与之结合成整体，以选择性地为腿部区域提供附加支撑。
如图1所示，框架10可以设有大致上从靠近踝关节部分16的近端位置延伸并环绕患者腿肚区域的外侧腿部支撑件26。外侧腿部支撑件26可释放地连接在框架10上或与之结合成整体，并包括固定到框架10的内部或外部的预浸渍织物附加层、模压玻璃纤维可弯曲层或可改进的预固定材料。如果框架10带有外侧腿部支撑件26但却发现不需要进行支撑，那么可以用矫正术领域技术人员已知的方式将外侧腿部支撑件从框架上取下。
作为可选择的方案，如图4所示，本发明可以包括横向踝部支撑件24，其靠近踝关节部分16的远端设置并在上面横向延伸。横向踝部支撑件24可以与框架整体形成，或者也可以用上面所提到的扣件42可释放地固定在框架上。可以使横向踝部支撑件延伸到患者的足部17上以提供额外的支撑，从而防止在步态周期的摆动阶段发生外转，而这种情况对于足下垂患者来说是常见的。
本发明的踝-足矫正装置可以各种实施例来实施，其目的是要为佩戴这种矫正装置的患者提供舒适性。
在本发明的一个实施例中，至少其中一个前支撑件可以包括布置在相对患者腿部表面的衬垫。这种衬垫可以覆盖在框架的局部表面上，在预定的部位结合到框架中，或者可以连续薄片的形式在前支撑件之间延伸，以跨越其间的间隙。这种衬垫最好是柔软及轻便的，能够提供出色的减震作用并防止皮肤起泡。衬垫优选使用的材料包括用交联闭孔泡沫塑料制成的弹性泡沫塑料，或者用不可压缩硅树脂制成的硅树脂层。而且，衬垫最好包括设置在上述材料上面的织物覆盖层。
在另一实施例中，前支撑件的内面可以包括粘贴到表面的钩-圈材料部分。提供具有钩-圈材料对应部分的衬垫材料，使得患者能够选择性地除去衬垫材料或者将衬垫材料安装到前支撑件。在另一实施例中，衬垫材料可以预制成与框架具有大体相同外形并能够与矫正装置精确配合。衬垫材料的结构并不限于只是沿前支撑件的内表面布置，而是也可以延伸到前支撑件的外表面，或在矫正装置的整个周围延伸，从而形成袖状结构。
在本发明矫正装置的另一个实施例中，可以设有跨越前支撑件之间间隙的薄片，在腿的前部上有效地形成壳层。薄片最好是可以弯曲的，以免妨碍前支撑件的功能，但又应具有足够的刚性以提供额外的对腿部的支撑。这种可弯曲的薄片可以是叠层材料、玻璃纤维织物、氯丁橡胶、弹性棉纱、橡胶、泡沫橡胶、乳胶、硅树脂，以及所属领域技术人员已知的其它任何适当的可弯曲材料及其任意组合。或者，这种薄片是不能弯曲的，并且可以从包括棉布、帆布、乙烯基、尼龙、以及所属领域技术人员已知的其它任何适当的可弯曲材料及其任意组合的组中选择。所属领域的技术人员可以用已知的其它任何方式将薄片缝合、编织、连接、粘贴或固定在框架上。
框架最好用由塑料树脂加强的若干层玻璃纤维织物制成。框架的特定位置的玻璃纤维织物可以在塑料树脂中用树脂浸渍碳素纤维或聚芳基酰胺纤维加强，从而提供额外的结构强度和不同程度的挠曲性。在本发明的一个实施例中，沿前支撑件、前踝部、内侧连接件以及踏板用单向碳素纤维加强框架。在此实施例中，单向碳素纤维最好大体上沿框架的纵向长度取向。而且，在此实施例中玻璃纤维织物相对于单向碳素纤维的取向最好大体上为45度以提供最理想的强度和挠曲性。加强内侧连接件和踏板最好采用环氧树脂基质预浸渍的若干聚芳基酰胺纤维，以提供延长使用寿命所需的额外韧度和挠曲性。
框架的某些部分可以只用玻璃纤维织物，而且这种纤维的方向以预定方式形成。例如，图5中从前支撑件延伸出的上接合部分55、57只用玻璃纤维织物制成，其中玻璃纤维相对于其环绕患者腿部11的宽度方向最好成45度及其倍数。此外，在上接合部分使用的玻璃纤维的取向可与图1外侧腿部支撑件26的玻璃纤维的取向相同。
应当认识到框架的特定部位可以采用塑料树脂加强的附加纤维层，使这些部位具有更大的结构强度。例如，框架的中间部分可以具有比前支撑件更大的厚度，使踏板与踝关节部分之间形成更为刚性的连接以承受患者行走时施加的力。
在其它一些结构中，框架和踏板可以包括其它材料，如所属领域的技术人员所知道的玻璃纤维、硅树脂、聚亚安酯涂覆的合成弹力纤维、聚亚安酯薄膜、Alkantara以及塑料覆盖织物。框架和踏板的理想材料特性应当是具有足够的弹性以防止在重复弯曲应力的作用下破裂，以及具有充分的挠曲性以增强患者感觉到的性能，从而使患者行走时的步态更加自然和生动。
应当认识到本发明并不限于上述纤维种类、位置及取向，而是可以根据所要求的挠曲性和强度进行取舍，在不同位置包括或省去某些纤维结构。此外，本发明的框架和踏板可以用聚合物如聚乙烯或聚亚安酯制成，并且可以选择性地用至少一种结构材料或复合材料加强。
本发明矫正装置的选定部位可以覆盖聚合物涂覆织物，如聚亚安酯涂覆的合成弹力纤维或氯丁橡胶，以形成光滑的表面层并防止局部区域的纤维分层。所选定的部位最好包括前支撑件、踝关节前部、不与患者腿部接触的中间部分的表面，以及踏板的全部外表面。但是，应当认识到覆盖层并不限于布置在所介绍的选定部位，而是可以设置在框架的任何表面上。
矫正装置的这种覆盖最好是在层叠纤维板之后将聚合物涂覆的织物布置在框架上，然后将框架放入高压釜中进行。当层叠板的树脂开始固化时，纤维与聚亚安酯涂覆的合成弹力纤维固化。这使矫正装置的表面在外观上更具吸引力，并可防止矫正装置一旦分层时从纤维产生碎片。
参见图7A和7B，图中示出了踏板20，其从脚尖至脚跟的长度最好大致等于足部17的脚底长度。踏板20包括脚尖端28、脚跟端32以及在其间的中间区域30。踏板20基本上与足部17一致，并具有曲线形状，其厚度从中间区域30至脚跟端32和脚尖端28逐渐减小。
踏板20的性能与行走迈步时足部17的四个姿态有关。行走迈步的第一个姿态引起脚跟撞击，此时患者将重量传递给前脚的脚跟。尽管来自患者重量的大部分压应力都被内侧连接件18加强的踝关节部分吸收，踏板20的挠曲特性使得脚跟端32的后部能够轻微弯曲。如图7A所示，脚跟端32的相对厚度，如图中用数字表示，在靠近中间部分30的部位较大。
第二个姿态发生在站立姿态或当患者到达大致上平足的姿态时，此时踏板20沿其整个长度基本上都与地面接触。在这一姿态，患者的重量压力通过所谓的“滚转”运动不断地从脚跟端转移到脚尖端。如图7A所示，中间区域30沿其长度方向保持不变的厚度以提供均匀的滚转效果。
图7B示出了本发明的另一个可供选择的实施例，其中踏板20的脚跟端32相对于中间区域30向下弯曲。当处于滚转和脚跟离开的姿态时，下弯部分33能够提供额外的弹性而对脚跟端32起到减震作用。下弯部分33可延迟足部疾病“扁平足”的出现，这种疾病在患者不能达到正常足部的刚度时发生，而且是足下垂的一种常见的早期症状。作为使扁平足延迟出现的另一种可供选择的方案，踏板20可以具有变化的刚度，以替代在踏板20设置弯曲部分。
第三个姿态发生在结束站立“脚跟离开”的姿态，这时患者推开足部的圆形和脚趾部位。结果，脚尖端28承受很大的压力并会显著弯曲而使患者的足部能够吸收一些压应力。如图7A和7B所示，从中间区域30到脚尖端28的相对厚度减小。在脚跟离开的姿态，踝关节部分吸收患者所产生压力的大部分，踏板20和踝关节部分16配合工作以提供变化的性能。
在第四个姿态，患者重量的一部分传递给另一只脚。在这一姿态，脚尖端28的弯曲较小，而踝关节部分16少量弯曲。这一姿态被称作“脚趾离开”姿态。
所属领域的技术人员应当知道踏板20上述部位所需要的厚度可以根据患者的情况进行修改。因此，如图7A和7B所示的本发明踏板20并不限于在这些附图中示出的不同相对厚度。
虽然踏板应当基本上覆盖足部的长度以充分控制患者的步态并同时分配来自足部的压力，但是踏板可以设置成偏离足部的内侧而大体上覆盖足底的中间部分。通过使踏板偏移，可以减轻腿前部和踝关节处的压力。而且，可以将踏板的内侧部分除去，以实现其相对于足部内侧的偏移位置。另外，可以将脚尖端和脚跟端的部分除去，以提供可放置在鞋中的更符合顾客要求的踏板，并减轻矫正装置某些部分的压力。
本发明的踏板可以具有相对于其内侧部分加宽的外侧部分，于是踏板的外侧部分更为靠紧地挤压患者鞋子的外侧。由于设有加宽的踏板外侧部分，矫正装置的中间部分不会挤压患者足部的足舟骨。
踏板20包括沿其长度方向与编织纤维层结合的层叠单向纤维层。沿不同区域28、30和32设置的单向纤维层和编织纤维层的数量根据上面参考图7A和7B介绍的不同厚度而变化。
图8示出了健康人行走的力学分析，以说明当右脚跟撞击(RHS)、左脚跟撞击(LHS)和右脚趾离开(RTO)时，本发明的右脚踏板的刚度变化。实线56表示具有正常步态的人当行走时施加到地面的力。虚线54表示从脚跟端32到脚尖端28的踏板刚度。举例来说，假定踏板为10英寸，RHS表示距离脚跟端32为1.5英寸的点，而LHS表示距离脚跟端32为7.5英寸的点。于是RTO表示距离脚跟端32为10英寸的点。
图9是一示意图，示出了踏板20中单向纤维层相对于编织纤维层的数目。在踏板20的内侧38，图9示出了沿部位28、30和32布置的预定数目的单向纤维层。在踏板20的外侧36，图9示出了沿部位28、30和32布置的单向纤维层及编织纤维层的总数。
图10示意性地示出了沿踏板20长度方向的单向纤维相对患者足部印迹60的方向52。纤维大致上沿方向52布置，该方向是沿患者行走时地面和足部之间运动的反作用力的方向，以及踏板20中产生的张力方向。通过沿反作用力的方向定位单向纤维，可以使佩戴矫正装置的患者行走时足部的旋转运动减到最小。
如图11所示，踏板20的单向纤维46沿踏板20的长度方向单向布置，使得从内侧连接件18延伸出的纤维层44与踏板20的纤维46交织在一起。单向纤维44当到达踏板20时改变方向，沿方向52延伸。内侧连接件纤维44与单向纤维46之间的接合使得内侧连接件18与踏板20之间的矫正装置得到加强，从而减少矫正装置在内侧连接件18和踏板20之间的点48处材料破损的危险性，因为这是矫正装置最容易发生断裂的区域。
通过改变内侧连接件的层数以及踏板本身的层数，可以改变矫正装置的刚度以更好地适应每个患者。适当的刚度对于正好在脚跟撞击之后控制跖屈率以防止足拍是很关键的。如上面所提到的，足下垂患者的足部背屈肌部分或全部损伤，于是当脚跟撞击时患者拍打其足部，而在步态周期的摆动阶段其脚趾撞击地面。步态的这两个阶段所需要的背屈肌力矩显著不同，因为在摆动时保持足部抬起所需的力矩只是足部的重量乘以较短的杠杆臂长，杠杆臂长为足部的质量中心至踝关节转动臂的距离。另一方面，正好在脚跟撞击时脚底弯曲所需的力矩会由于重量的原因要高很多，因为当患者将其脚跟放到地面上时，将其体重转移到脚上。
从内侧连接件18延伸出的纤维44沿踏板20分层布置，防止踏板20中产生空洞，并减小行走迈步时踏板20的应力。应当注意到如果将内侧连接件的所有层都安置在踏板的两个相同层之间的话，会在踏板的某一区域产生很高的应力。于是，可能会产生大量的空洞，因为从内侧连接件延伸出来的所有层都很大，因此很难除去层间的这些空洞。已经发现从内侧连接件只是放置2-4层纤维至踏板，然后将一层踏板放置在这样的纤维层上面，并重复这一步骤直至叠层完成，就能够大大减少空洞的存在，并通过踏板层增大从中间连接件延伸的纤维的受压面积。
制造时，在至少其中一个步骤将真空施加到踏板20和内侧连接件18之间的连接部分以减少纤维层44、46的叠层中的空气。对于本发明来说十分重要的是要除去空洞或使空洞保持最少，因为已经发现随着纤维层之间空洞的增加，矫正装置的使用寿命显著降低。
可以使聚芳基酰胺纤维与踏板20的纤维层46结合以提高其挠曲性和韧性并减少材料破损的危险性。聚芳基酰胺纤维还有助于防止纤维层44在踏板20将要损坏的情况下产生分层。虽然设想将聚芳基酰胺纤维用于连接踏板20的内侧连接件18的下部，但是所属领域的技术人员如果认为需要的话，可以将聚芳基酰胺纤维结合到矫正装置的任何部位以提高其挠曲性和韧性。
优选的是，将聚芳基酰胺纤维结合到内侧连接件18与踏板20之间的连接处，其中单向聚芳基酰胺纤维从内侧连接件18转向至踏板20。当患者的步态周期到达脚跟撞击姿态时，施加在矫正装置上的力集中在踏板的内侧。因此，最好用聚芳基酰胺纤维加强踏板的中间部分，以防止矫正装置损坏。
在本发明框架的另一个实施例中，可以三维叠放的方式将纤维布置在框架的预先选定部分。与简单地沿某一个方向布置纤维不同，可以沿不同方向设置许多纤维以形成三维结构。已经发现经过交变负载，在单向纤维的树脂中会产生微裂缝，这些微裂缝随着时间的推移扩大而导致单向纤维层的分层。通过使用三维方法布置纤维，可以减轻单向纤维层的分层，因为取向不同的许多纤维将单向纤维结合在一起。
在一优选方法中，三维纤维的叠放构造方式包括在单向纤维层之间设置取向不同的纤维，这些纤维以不平行于单向纤维方向的角度延伸。举例来说，大体上沿第二平面延伸的若干纤维可以布置在大体上沿第一平面延伸的单向纤维层之间。而且，在内侧连接件和踏板之间的连接处，从内侧连接件延伸至踏板的纤维层可以认为是沿不平行于踏板单向纤维的第一平面的方向延伸。沿第二平面延伸的纤维可以布置在从内侧连接件和踏板延伸出的纤维层之间。虽然夹在中间的纤维可以任何不平行于单向纤维的角度延伸，但是这些纤维最好垂直于单向纤维延伸以得到最佳的强度。
如图12和13所示，可以采用另一种形成三维纤维结构的方法，其中起码设有包括至少一层纤维的加强件62，以加强内侧连接件18和踏板20易于损坏的部位。加强件62可以不平行于踏板和内侧连接件单向纤维的角度环绕踏板20的某些部分。当压层的初始叠放完成之后，将加强件62包裹或布置在矫正装置可能发生分层的部位周围。
在这种特定的三维构造方式中，加强件62的至少一部分将包括大体上沿一平面延伸的纤维，该平面垂直于踏板20的单向纤维平面。这将至少发生在加强件环绕内侧连接件18和踏板20外围的区域。另外，在加强件62大体上沿踏板20和内侧连接件18的单向纤维平面延伸的部位，加强件62的这些部分给踏板20和内侧连接件18的压层提供了额外的加强。
应当认识到本发明并不限于以三维纤维结构对中间部分和踏板的部位进行加强，所属领域的技术人员可以根据需要在矫正装置中设置具有上述三维纤维的加强区域。
本发明的矫正装置可以直接在患者的腿和脚上成型，以形成顾客定制的矫正装置。虽然本发明的矫正装置允许进行顾客定制并在很大的尺寸变化范围内进行调整，但是最好使本发明具有各种尺寸，使得矫正器提供者能够对不同尺寸和外形的患者的矫正装置进行针对性修改。
作为可选择的方案，本发明的矫正装置可以用各种不同的踏板、前支撑件、中间部分和踝关节部分进行装配，这些部件具有各种不同的结构、刚度和尺寸。而且，踏板和中间部分可以按患者的腿和脚定制成型，而其余部件可以预成型并连接到定制成型的踏板和中间部分以制成本发明的矫正装置。
应当认识到本发明的上述实施例实际上只是说明性的，所属领域的技术人员可以对其作出修改。因此，本发明不能认为限于在此公开的实施例，而只是由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种踝-足矫正装置，包括结构框架，由至少一层浸渍了固凝结构树脂的织物形成，并包括至少一个从上腿接合部分向下延伸到前踝部的前支撑件，所述前踝部延伸至与踏板相连的中间部分。
2.根据权利要求1所述的踝-足矫正装置，还包括固定机构，在所述上腿接合部分连接到所述至少一个前支撑件。
3.根据权利要求1所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述踏板设有脚尖端、脚跟端以及其间的中间区域。
4.根据权利要求3所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述踏板具有曲线形状，其厚度从所述中间区域至所述脚跟和脚尖端逐渐减小。
5.根据权利要求4所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述脚跟端相对于所述中间区域向下弯曲。
6.根据权利要求1所述的踝-足矫正装置，还包括连接到所述框架的外侧腿部支撑件。
7.根据权利要求6所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述外侧腿部支撑件包括形成环圈的箍带。
8.根据权利要求1所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述前支撑件、所述踝部分和所述中间部分包括塑料树脂加强的玻璃纤维织物层。
9.根据权利要求8所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述框架至少一部分包括加强所述玻璃纤维织物层的单向碳素纤维。
10.根据权利要求8所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述踏板和所述中间部分采用结合了至少一层单向碳素纤维或玻璃纤维织物的聚芳基酰胺纤维加强。
11.根据权利要求1所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述踏板用至少一层层状结构形式的单向碳素纤维制成，在所述层状结构形式中，若干纤维沿不同方向从所述中间部分延伸。
12.根据权利要求9所述的踝-足矫正装置，其特征在于，从所述中间连接件朝所述踏板并沿所述踏板延伸的碳素纤维相对于所述踏板纵向具有多种取向。
13.根据权利要求8所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述中间连接件用聚芳基酰胺纤维加强，所述聚芳基酰胺纤维朝所述踏板延伸而且相对所述踏板纵向具有至少一种取向。
14.根据权利要求1所述的踝-足矫正装置，还包括一层覆盖所述结构框架至少一部分表面的涂覆聚合物织物。
15.根据权利要求1所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述踏板固定到所述结构框架的所述中间部分。
16.根据权利要求1所述的踝-足矫正装置，包括两个前支撑件，所述前支撑件在其间形成间隙，并在所述前踝部结合。
17.根据权利要求16所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述两个前支撑件在所述前踝部结合的位置从所述上腿接合部分算起大约为所述结构框架总长度的三分之二，所述结构框架的总长度定义为从所述上腿接合部分至所述踏板的距离。
18.根据权利要求16所述的踝-足矫正装置，其特征在于，上腿接合部分从各前支撑件的近端延伸，各上腿接合部分的宽度大于所述前支撑件的宽度并具有曲线形状。
19.根据权利要求1所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述结构框架包括至少一个加强件，在所述中间部分和所述踏板之间连接处或附近结合到所述框架，所述加强件包括至少一层结构材料或复合材料。
20.根据权利要求19所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述至少一个加强件延伸到所述结构框架周边部分的至少一部分。
21.根据权利要求1所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述中间部分的刚度大于所述前支撑件和所述前踝部的刚度。
22.根据权利要求1所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述结构框架是整体式的，所述踏板构成所述结构框架的一部分。
23.一种踝-足矫正装置，包括结构框架，所述结构框架包括至少一个从上腿接合部分向下延伸到前踝部的前支撑件，所述前踝部延伸至与踏板相连的中间部分。
24.根据权利要求23所述的踝-足矫正装置，还包括连接到所述踝关节部分的外侧腿部支撑件。
25.根据权利要求23所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述踏板沿其纵向长度具有变化的刚度特性。
26.根据权利要求23所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述踏板的所述外侧部分和中间部分具有变化的刚度特性。
27.根据权利要求23所述的踝-足矫正装置，包括两个前支撑件，所述前支撑件在其间形成间隙并在所述前踝部结合。
28.根据权利要求23所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述结构框架是整体式的，所述踏板构成所述结构框架的一部分。
29.根据权利要求28所述的踝-足矫正装置，还包括设置在所述结构框架至少一部分的衬垫，所述衬垫与所述结构框架结合成一体。
30.根据权利要求23所述的踝-足矫正装置，还包括至少一个可释放地固定在所述结构框架上的衬垫。
31.一种踝-足矫正装置，包括整体式的结构框架，由至少一层浸渍了硬化结构树脂的织物形成，并包括至少一个前支撑件，其从上腿接合部分向下延伸到与踏板相连的前踝部，所述踏板沿其纵向长度具有变化的刚度特性。
32.根据权利要求31所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述框架的中间部分连接所述前踝部至所述踏板。
33.一种踝-足矫正装置，包括结构框架，所述结构框架包括至少一个前支撑件，其从上腿接合部分向下延伸到前踝部，所述前踝部与踏板相连，所述结构框架覆盖有聚合物涂覆的纺织材料。
34.根据权利要求31所述的踝-足矫正装置，其特征在于，所述聚合物涂覆织物与所述结构框架结合成一体。
35.一种踝-足矫正装置，包括结构框架，由塑料树脂加强的若干层结构纤维形成，包括至少一个前支撑件，其从上腿接合部分向下延伸到前踝部，所述前踝部与踏板相连，所述框架的至少一部分中有至少一层单向纤维大体上沿第一平面延伸，并有若干纤维沿不平行于所述第一平面的第二平面延伸，所述沿第二平面延伸的若干纤维布置在沿所述第一平面延伸的单向纤维层之间。
36.根据权利要求35所述的踝-足矫正装置，其特征在于，沿所述第一平面延伸的若干层单向纤维被设置成沿若干个方向延伸。
全文摘要
一种踝－足矫正装置，具有结构框架，其由浸渍了硬化结构树脂的至少一层织物形成。所述框架包括至少一个从上腿接合部分向下延伸的前支撑件，构成了前踝部，并延伸至与踏板相连的中间部分。
文档编号A61F5/37GK1756518SQ200380102927
公开日2006年4月5日 申请日期2003年11月7日 优先权日2002年11月7日
发明者A·T·因吉穆塔森, O·奥拉夫森, A·V·卡洛森, K·P·V·德莱 申请人:奥苏尔公司