专利名称：膝关节矫形器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种膝关节矫形器，它有一个固定在病人大腿上的大腿托，有一个固定在小腿上的小腿托，以及有两个位于腿部两侧、在腿伸直时接近竖直、将两个腿托互相铰接起来的关节夹板，它们各自在其上端通过上铰接点与大腿托以及在其下端通过一铰接点与小腿托相连，并使这两个铰接点相互之间的距离，从腿伸直时的最大值减小到膝完全弯曲时的最小值。
在EP 0567673 A1中可见此类结构形式。在那里所公开的结构形式中，这两个关节夹板均设计成长度可变的伸缩式。此外，在小腿背面设通过关节夹板逆向移动起作用的装置，此装置由前面的弹性牵引带构成，牵引带围绕一侧的关节夹板移动。每个关节夹板由两根伸缩式互相插入的伸缩杆组成，它们可通过一个内部的橡皮带互相连接。关节夹板的这两个下铰接点通过在背面的弓形架彼此连接起来。
现有的这种矫正形器的基本特征为，它不再是模拟独特的膝关节力学的机械式关节。相反，此膝关节机构留有自由空间，以便能无阻碍地进行身体运动。运动的中点(关节轴也通过它作不同的侧向移动)可根据关节夹板铰接点之间解剖学方面特殊的比例关系进行调整。通过将大腿托和小腿托连接起来，可以避免由于是一种独立的矫形关节机构而造成的打滑和磨痛。每个腿托后部在腘窝区有一个凹口，使膝作强烈弯曲后，能将小腿靠在大腿上。
本发明的目的是提出一种膝关节矫形器，它对本文开始所述类型之膝关节矫形器的结构进行简化，并进一步改善其工作方式。
按本发明为达到此目的采取的措施是，从腿伸直状态到膝弯曲状态，至少有一个关节夹板相对于其下铰接点的偏转，要克服一个与其偏转相反方向的力，该力随膝部的弯曲而增加，直至约30°到40°，并在约90°弯曲时(坐姿)又减小。
因此，按本发明在开始膝弯曲时，即关节夹板偏转(摆动)时，会产生一个弯曲阻力；所以，关节夹板的折弯只有施加一定的力量时才有可能。这个力首先是可调整的，它表示矫形器小腿托在胫骨头上作用的远侧压力。为了加强前交叉韧带的功能，在膝轻度弯曲时在胫骨前部产生压力作用，在弯曲30°至40°时压力达到最大值，在膝弯曲90°时，亦即在坐姿时重新减小。因而保证在轻度弯曲姿势时，交叉韧带有伤的膝关节处于有利的基本位置。恰恰是在这一姿态下通常会出现不稳定，这种不稳定会导致膝关节折裂并称为“Giving-Way”(断裂)。
在一种最佳结构形式中，至少一个关节夹板中配备有凸轮滚子或类似物，它在弹簧力作用下压在一个装在小腿托中的凸轮上。凸轮曲线从一个关节夹板接近竖直状态的截面上升到凸轮峰顶，此凸轮峰顶位于关节夹板摆动角为30°至40°的地方。在一种具体的结构方案中，关节夹板最好由一根管构成，此管可在一个构成上铰接点的导引装置中沿纵向移动，它包含一根装在它里面可沿纵向移动的推杆，推杆下端设有凸轮滚子，推杆上端压靠在一个预压力弹簧上。
因此，通过将两个铰接点之间的距离的缩短和偏移结合起来，实现自然膝关节的弯曲运动，但它们的连接设计为刚性的。所以，机械铰链、铰链轴线以及机械运动时回转点不复存在。
根据本发明，关节夹板上铰接点设在最接近膝回转区处，并最好在生理学的膝回转点上方30至40毫米处。因此在弯曲时关节夹板在膝关节的部位逆向移动，此时，即使在强烈弯曲的情况下，也可通过凸轮机构防止矫形器受过大张力。
通过在大腿托处的关节夹板上端的可旋转和可纵向移动的结构，保证大腿托和小腿托在共同运动时使膝关节伸展和弯曲，在转动时不会发生强制运动或受过大张力。更确切地说，矫形器只在胫骨前边缘上产生一个向后的压力作用。在其他矫形器中出现的非生理性强制运动的情况，在这里得以避免；因而可靠地防止了胫骨前移。
为了使关节夹板的上端易于与配属于它的上铰接点装配，最好将导引装置设计为横截面近似于半圆形的夹头，构成腿夹板的管只需压入此夹头中。
为了更加舒适，最好为使凸轮滚子压向凸轮的弹簧力附设一个整体式缓冲器。这类缓冲器可用油或气体工作，并缓冲推杆的运动。
可以将上述凸轮与小腿托设计成一体。从强度方面考虑，将凸轮作为与小腿托刚性连接的导轨的上端有其优点。
这两个腿托为了使它们位置可靠最好设有内衬。为此，此矫形器可设计成双层壳结构，其中，外壳构成矫形器设计要求的外形结构，而内壳则起软衬垫的作用。外壳主要用一种热塑性塑料压注而成，这样加强肋和工作部分可制成一体。软衬垫最好用挤压的聚乙烯泡沫制成。矫形器腿托的柔韧性应选择为，它能适应在运动时引起的肌肉的体积变化，而又不会造成压迫点。由于这两个腿托互相之间的这种新型连接方式，所以这种矫形器的杆可以很短。因此，即使弯曲量最大时也能保证自由地运动。
为了防止大腿托由于人体大腿的锥形结构而向下滑脱，最好在大腿托内侧大腿内侧髁上方设有一个髁座。可将它设计为分开的可单独定位的球状压垫，并可将它例如用固定搭扣固定在所要求的位置上。但也有这样的可能性，即，大腿托相应的内部设计成可变形的，以便使它能适应特殊的情况。为此可设一个充水或充气的装置，它也可以设计为独自调节的。
按本发明的矫形器允许膝关节有不受干扰的符合解剖学要求的特殊运动过程，并可只在邻近腘窝的胫骨头前侧加力。按本发明的膝关节矫形器尤其适用于处理前交叉韧带新受伤者，在运动时前交叉韧带还存在剩余不稳定性的情况下使用，以及对于未进行手术处理的交叉韧带不稳定性起到保护作用。
下面，将结合附图来详细描述本发明的实施例，附图中
图1是固定在伸直的腿上的膝关节矫形器侧视图；图2是膝弯曲时图1所示矫形器的侧视图；图3是对图1所示的矫形器的一个关节夹板的纵剖面图；图4是图3的关节夹板经改变后的实施形式；图5是图4所示关节夹板的弯折状态图；图6是有效压力曲线。
图中所示之膝关节矫形器包括一个用绷带或类似物固定在大腿1上的大腿托2，一个同样用绷带或类似物固定在小腿3上的小腿托4，以及两个位于腿部两侧、在腿伸直时接近竖直、将两个腿托2、4互相铰接起来的关节夹板5。大腿托2托在大腿1的后面，它的前面敞开，并可用固定搭扣6扣锁在此部位；小腿托4托在小腿3前面，后面是敞开的，并可用固定搭扣7扣锁在小腿3上。
每个关节夹板5在其上端通过一个上铰接点8与大腿托2连接，在其下端通过下铰接点10与小腿托4连接，所以，这两个铰接点8、10相互之间的距离，可从腿伸直时的一个最大值，减小到膝完全弯曲时的一个最小值。其中，上铰接点8设在最接近膝回转区9的地方，亦即处于生理学膝回转点上方；而关节夹板5的下铰接点10则处于腘窝11区内，因此，腿伸直时，在腿的弧矢平面内大约在腿中央的关节夹板5，随着膝弯曲增大，移向膝回转区9的后面。上铰接点8与生理学的膝回转点之间的垂直距离，最好为30至40毫米。通过关节夹板5的逆向移动将弯曲传递给小腿托4是此矫形器的基本工作原理。
关节夹板5由一根管12构成，它以其上端在导引装置13中可沿纵向移动，导引装置13横截面设计为近似于半圆形的夹头，导引装置同时还构成了上铰接点8。管12包含一根装在它里面可沿纵向移动的推杆14，推杆14下端设有一个凸轮滚子15，并以其上端压靠在一个预紧弹簧16上。管12的上端用一个调整螺钉17封闭，此调整螺钉17构成弹簧16的可沿轴向调整的支座，调整螺钉17的头部17a同时又构成了导引装置13的止挡(见图4和5)。
在图3所示的关节夹板5中，为弹簧16配设有整体式缓冲器18，它用油或气体工作，并可缓冲控制推杆14的运动。
在附图所示的实施例中，关节夹板5的下铰接点10位于一根与小腿托4刚性连接的导轨19的上端，导轨19的上自由端设计为凸轮10，凸轮滚子15在弹簧16的力作用下压在凸轮10上。由图4和5可清楚看出，凸轮曲线从关节夹板5近似于竖直状态的截面20a起，到凸轮峰顶20b，呈上升趋势，此凸轮峰顶位于关节夹板5的摆动角α为30°至40°的地方。
图6所示曲线表示弹簧力(单位为牛顿)随关节夹板5摆动角α的变化关系，亦即随从腿伸直时的角度α＝0开始的膝弯曲的变化关系。下面的曲线表示在导引装置13的上铰接点8上的压力F1的变化，上面的曲线表示作用在腿作用点(膝回转区9)上的压力F2。这些曲线清楚地表示，在膝开始弯曲，关节夹板5开始摆动时，弯曲阻力逐渐增加；因此，只有在一定的力作用下关节夹板5才可能折弯。这个力可由调整螺钉17调整其大小，它由弹簧16的弹簧力和弹簧特性线、凸轮20的形状、以及通过铰接点8、10确定的杠杆比给定。
在大腿托2的内侧，大腿内侧髁的上方有一个髁座21，在图3所示的情况下，髁座21大约位于圆形区22的后面，它设计为分开的可单独定位的球状压垫，或可通过一个可变形的区构成。
这两个腿托2、4装有图中没有详细表示的内衬，以便使它们的位置可靠。
权利要求
1.膝关节矫形器，包括一个固定在病人大腿(1)上的大腿托(2)，一个固定在小腿(3)上的小腿托(4)，以及有两个位于腿部两侧、在腿伸直时接近竖直、将两个腿托(2、4)互相铰接起来的关节夹板(5)，该关节板在其上端通过上铰接点(8)与大腿托(2)以及在其下端通过下铰接点(10)与小腿托(4)相连，以使这两个铰接点(8、10)之间的距离，从腿伸直时的最大值减小到膝完全弯曲时的最小值，其特征为从腿伸直状态到膝弯曲状态，至少有一个关节夹板(5)相对于其下铰接点(10)的偏转，要克服一个与其偏转相反方向的力，该力随膝部的弯曲而增加，直至约30°到40°，并在约90°弯曲时(坐姿)又减小。
2.根据权利要求1所述的膝关节矫形器，其特征为上述力的大小是可调整的。
3.根据权利要求1或2所述的膝关节矫形器，其特征为至少一个关节夹板(5)配备有一个凸轮滚子(15)或类似物，它在一个弹簧力作用下，压在一个处于下腿托(4)上的凸轮(20)上。
4.根据权利要求3所述的膝关节矫形器，其特征为此凸轮的曲线从关节夹板(5)近似于竖直状态的截面(20a)起到凸轮峰顶，呈上升趋势，此凸轮峰顶位于关节夹板(5)的摆动角(α)为30°至40°的地方。
5.根据前述权利要求之一所述的膝关节矫形器，其特征为关节夹板(5)的上铰接点(8)设在最接近膝回转区(9)处。
6.根据前述权利要求之一所述的膝关节矫形器，其特征为关节夹板(5)的下铰接点(10)处于膝关节腘窝(11)区内。
7.根据前述权利要求之一所述的膝关节矫形器，其特征为在腿伸直时，并节夹板(5)处于腿的弧矢平面内腿的中央，随着膝弯曲增加，关节夹板(5)移向膝回转区(9)后面。
8.根据权利要求3至7之一所述的膝关节矫形器，其特征为关节夹板(5)有一根管(12)，它可在一个构成上铰接点(8)的导引装置(13)中沿纵向移动，并包含一根装在它里面可沿纵向移动的推杆(14)，在推杆的下端设有一个凸轮滚子(15)，并以其上端压靠在一个预紧弹簧(16)上。
9.根据权利要求8所述的膝关节矫形器，其特征为管(12)的上端用一个调整螺钉(17)封闭，它构成了一个弹簧(16)的可沿轴向调整的支座。
10.根据权利要求9所述的膝关节矫形器，其特征为调整螺钉(17)的头部(17a)同时构成导引装置(13)的止档。
11.根据权利要求3至10之一所述的膝关节矫形器，其特征为为凸轮滚子(15)压在凸轮(20)上的弹簧力配设一个整体式缓冲器(18)。
12.根据权利要求8、9、10或11所述的膝关节矫形器，其特征为导引装置(13)设计为其横截面近似于半圆形的夹头。
13.根据权利求3至12之一所述的膝关节矫形器，其特征为凸轮(20)是一根与小腿托(4)刚性连接的导轨(19)的上端。
14.根据前述权利要求之一所述的膝关节矫形器，其特征为大腿(2)托住大腿(1)的后部，并可用固定搭扣(6)扣锁在大腿(1)的前侧，而小腿托(4)则托住小腿(3)的前侧，并可用固定搭扣(7)扣锁在小腿(3)的后部。
15.根据前述权利要求之一所述的膝关节矫形器，其特征为在大腿托(2)内侧和大腿内侧髁上方有一个髁座(21)。
16.根据权利要求15所述的膝关节矫形器，其特征为髁座(21)设计为分开的可单独定位的球状压垫。
17.根据权利要求15所述的膝关节矫形器，其特征为髁座(21)由一个可变形的部位构成。
18.根据前述权利要求之一所述的膝关节矫正器，其特征为所述的两个腿托(2、4)有内衬，以便使它们的位置可靠。
全文摘要
一种膝关节矫形器，包括一个大腿托，一个小腿托，将两个腿托互相铰接起来的关节夹板，在其上端通过上铰接点与大腿托相连，在其下端通过下铰接点与小腿托相连，并使这两个铰接点之间的距离，从腿伸直时的最大值减小到膝完全弯曲时的最小值。从腿伸直状态到膝弯曲状态，至少有一个关节夹板相对于其下铰接点的偏转，要克服一个与其偏转相反方向的力，该力随膝部的弯曲而增加，直至约30°到40°，并在约90°弯曲时(坐姿)又减小。
文档编号A61F2/64GK1119520SQ9510559
公开日1996年4月3日 申请日期1995年5月30日 优先权日1994年5月30日
发明者阿明·齐普 申请人:奥托·伯克矫形工业所有与管理两合公司