专利名称：膝关节假肢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种膝关节假肢。
对腿部截肢者来说通常要戴假肢，以便改善其活动能力。这种假肢必须使戴者感到舒适，并且应能模拟所代替的那个肢体的自然运动。
现有的膝关节假肢包括一对在使用中通过枢轴分别与大腿部件和胫部部件联接的裂开轴环。每个轴环承载有一个周围有一制动带通过的制动轮。在使用中，当膝关节承重时，一起动杆与制动带接合，使之压紧制动轮，借此将膝关节锁在任何希望的位置上。这种现有的人造膝关节的缺点是它需要采用机加工元件，因此成本相当高。
本发明的目的是提供一种改进的人造膝关节的结构。
本发明提供一种人造膝关节，该人造膝关节包括第一和第二通过枢轴互连的膝关节部件，以及用于将上述两个膝关节部件锁在一起的第一和第二相互啮合的制动部件，所述的第一和第二制动部件分别与第一和第二膝关节部件联接，其中一个制动部件由可弹性变形的材料制成，并且设置成能满足下述要求当人造膝关节处在承受第一负荷状态时，制动部件基本上彼此贴靠在一起自由滑动，而当人造膝关节处在承受第二个更高负荷状态时，所述的一个制动部件弹性变形顶住另一个制动部件，以便使两个制动部件锁定在一起，借此使两个膝关节部件锁在一起，其中第一和第二制动部件上设有互相啮合的表面，该表面向两个膝关节部件回传所环绕的轴倾斜，而第一和第二制动部件在两个膝关节部件之间构成枢轴互连。
当第一和第二制动部件在两个膝关节部件之间构成枢轴互连时，它们也作为人造膝关节承受负荷／重量的部件，因此减少了制作膝关节所必需的元件数量，从而降低了成本。
总的来说，第一负荷状态时人造膝关节基本上不承受轴向负荷；第二负荷状态时膝关节承受轴向支撑重量负荷。
优选地是，第一制动部件与第一膝关节部件分离并被其支撑；第二制动部件与第二膝关节部件分离并被其支撑。
有利地是，人造膝关节还包括一种阻止第一制动部件相对于第一膝关节部件转动的装置。
第一和第二制动部件通常为内部和外部制动元件，外部元件相对于膝关节的旋转轴可绕内部制动元件旋转。这样，当膝关节受到一个驱动负荷时，外部制动元件就啮紧内部制动元件。
这样制动部件可以是形成膝关节轴的转动轴，并且固定在一个膝关节部件上，另一个膝关节部件上固定有一个基本上包绕转动轴的夹持器，转动轴和夹持器有一个截面为互补楔形的互相接合的肋和凹槽。当膝关节部件处在第一负荷状态下相互之间转动时，肋和凹槽之间滑动接合，而当在第二负荷状态下夹持器紧密包绕转动轴时，肋和凹槽相互之间啮紧以阻止这种转动。
有利地是，制动部件分别有一个截面为锥形的向外凸起和一个接纳该凸起的、形状相配的凹口。这样，在施加驱动负荷时，凸起被推进凹口并在楔作用中与凹口的表面接合。
优选地是，第一制动部件为一个外部螺纹元件，螺纹的螺纹面向回转轴倾斜。第一制动部件一般设有一梯形螺纹螺钉，并且用一般的刚性(非弹性变形)材料，如不锈钢或铝合金制成。
在优选实施例中，第二制动部件有一个基体部分和一对臂，基体部分的内表面为圆的，并且设有与第一制动部件的外螺纹相配合的内螺纹。第二制动部件可以是上述的一个制动部件，所述的弹性变形材料可以是塑料，如尼龙6，6。
有利地是，第二制动部件的臂的自由端通过第一和第二销与第二膝关节部件相连。第二膝关节部件最好形成一对支撑件，其间安装有第二制动部件，第一销穿过支撑件上的对中圆孔并穿到第二制动部件的其中一个臂上的圆孔中，而第二销穿过支撑件上的对中孔并穿到第二制动部件的另一个臂上的孔中。
在优选实施例中，第二销穿过支撑件上的对中细长孔并穿到所述臂上的圆孔中。在这种状态下，支撑件上的孔可布置成当人造膝关节承受第二负荷时，第二销受沿支撑件的细长孔的力，这样第二制动部件的圆形基体部分的内螺纹受压顶住第一制动部件的外螺纹，因此将两个制动部件锁在一起。进一步说，当第二销受到沿支撑件内的细长孔的力时，两销间的距离减小，这时在第二制动部件上产生“圆周应力”，因此使两制动部件锁在一起的力增加。“圆周应力”随两制动部件之间弯矩和摩擦的增加而增加。
使第二制动部件的所述另一个臂上的圆孔比第二制动部件的所述一个臂上的圆孔距离第二膝关节部件更远一些是有利的。最好是第二制动部件的臂的自由端直接朝向膝关节的前面。
在一个优选实施例中，当膝关节过度伸展时，第二制动部件的所述另一个臂与过度伸展力矩相切，这将使第二销承受过度伸展力矩，而使第二制动部件仅承受拉伸力。一般过度伸展力矩的转轴由两个膝关节部件部分之间的接合点构成，该接合点位于膝关节旋转轴的前面，并且在远离第二制动部件的所述另一个臂的自由端的轴侧面上。
在另一个优选实施例中，第二销穿过支撑件的对中圆孔并穿到所述另一个臂的圆孔中。在这种情况下，支撑件上的孔和第二制动部件的臂上的孔可以布置成使第一和第二销基本上对准两膝关节部件的回转轴。
人造膝关节还可以包括使第二制动部件的臂向另一个臂预伸展的装置，如螺纹销。这使得人造膝关节可适用于不同体重的截肢者。
在第二销穿过支撑件的圆孔处，预伸展装置可以由一个与所述一个臂相连的销元件、一个与另一个臂相连的接合件和一个偏压两臂的弹簧组成，销元件以允许两者之间相对运动的方式安装在接合元件上。销元件的自由端可以与接合元件螺纹连接，并且销元件可以由一个安装在所述一个臂的螺纹镗孔内的有外螺纹的套筒支撑。使弹簧在所述另一个臂和套筒之间起作用是有利的。
接合元件最好是一个U形夹，该夹有一个使第二销穿过的开孔端，第二销与U形环之间的啮合和第二销与所述另一个臂的孔的啮合构成了将接合元件固定到所述另一个臂的装置。
有利地是，第二制动部件优选地为一个弹性变形环，该环可在驱动负荷下绕第一制动部件伸长。
第二制动部件最好大致是V形元件，“V”形的底部构成第二制动部件的基体部分。
作为替换，第二制动部件大致是C形元件。在这种情况下，C形的第二制动部件的基体部件可以有一个弧形槽。有利地是，第一膝关节部件形成一对中间安装有第一制动部件的隔开的支撑元件，人造膝关节还包括一个穿过支撑元件的对中孔并穿到第二制动部件的弧形槽中的制动销，这种配置使得两个制动部件之间的枢轴转动受到制动销与弧形槽的端部之间接合的限制。
一般地人造膝关节还包括一个位于弧形槽内并紧绕制动销的管状制动元件。
旋转阻止装置可以由一对不可旋转地安装在支撑装置的孔中的转矩臂构成，转矩臂具有向内延伸的凸起，该凸起与第一制动部件的相邻端上的配合槽相配。
有利地是，旋转阻止装置还包括一个用来将两个转矩臂紧紧地卡在它们相应的孔内的螺纹销。
作为替换，第二制动部件大致为D形元件，所述一个臂构成D的直线部，所述另一个臂构成D的弯曲部。
第二制动部件最好构成两膝关节部件的支承架和用来防止两膝关节部件轴向间隙的装置。
本发明还提供一种人造膝关节，该人造膝关节包括第一和第二枢轴互连的膝关节部件，以及用来将膝关节锁在一起的第一和第二互相啮合的制动部件，第一和第二制动部件分别与第一和第二膝关节部件相连，这种设置应满足下述要求当人造膝关节处在承受第一负荷的状态时，一个制动部件基本上可贴靠着另一个制动部件自由滑动，而当人造膝关节处在承受第二个更高负荷状态时，两个制动部件相互锁定，借此使两个膝关节部件锁在一起，其中一个制动部件至少部分地环绕另一个制动部件，所述一个制动部件的外表面在膝关节的前／后平面上是弯曲的，并且在弯曲的状态下构成膝关节的暴露在外的前表面。
这种弯曲的外表面使得人造膝关节具有优美的装饰外观。
本发明还进一步提供一种人造膝关节，该人造膝关节包括第一第二通过枢轴互连的膝关节部件和用于将膝关节锁在一起的第一和第二互相啮合的制动部件，第一和第二制动部件分别与第一和第二膝关节部件相连，其中一个制动部件由可弹性变形的材料制成，这种设置应满足下述要求当人造膝关节处在承受第一负荷的状态时，一个制动部件基本上可贴靠着另一个制动部件自由滑动，而当人造膝关节处在第二个更高负荷状态时，一个制动部件弹性变形顶住另一制动部件而将两个制动部件相互锁定，使两个膝关节部件锁在一起，其中第一和第二制动部件具有向两膝关节部件的回转轴倾斜的互相啮合表面，所述一个制动部件至少部分地环绕另一个制动部件，并且制动部件的结构和安装使得在第二负荷的状态下，在所述一个制动部件内产生一个切向力，从而在该部件中产生“圆周应力”。
两个制动部件最好是由于弯矩和所述两个制动部件之间的磨擦力，使得一个转动传递负荷在所述的一个制动部件上引起圆周应力增加。
本发明还提供下肢的假肢，该假肢有一个大腿部件、一个胫部部件和一个使大腿部和胫部部件互连的膝关节连接件，其中膝关节连接件包括分别与大腿和胫部部件相连的第一和第二制动部件，其中一个制动部件由可弹性变形的材料制成，这种设置应满足下述要求当该假肢处在第一负荷的状态下时，一个制动部件基本上可贴靠着另一个制动部件自由滑动，并且当该假肢处在第二负荷状态下时，所述一个制动部件弹性变形顶住另一个制动部件，从而阻止胫部部件相对于大腿部件的旋转，其中第一和第二制动部件具有向两膝关节部件的回转轴倾斜的互相啮合表面。
下面将结合举例和参考附图详细地描述本发明。
图1为按照本发明构成的第一结构的假肢膝关节的端视图；图2为沿图1所示A-A线剖开的剖视图；图3为第一结构的假肢膝关节的分解透视图；图4为第一结构的假肢膝关节中两个互相啮合部分的局部放大图；图5为与图2相似的剖视图，图中示出了作用在第一结构的假肢膝关节上的轴向负荷的影响；图6为与图2相似的视图，图中示出了作用在第一结构的假肢膝关节上的过度伸展力的影响；图7为按照本发明构成的第二结构的假肢膝关节的端视图；图8为沿图7所示B-B线剖开的剖视图；图9为第二结构的假肢膝关节的分解透视图；图10为与图8相似的，纵向剖开的按照本发明构成的第三结构的假肢膝关节的剖视图；图11为第三结构的假肢膝关节的分解透视图；以及图12为第三结构的假肢膝关节的分解简图。
参见附图，图1所示的第一结构的假肢膝关节具有用参考符号U和L来表示的上部元件和下部元件，上部和下部元件以下面将要描述的方式通过枢轴互连。在使用中，上部元件U安装在上膝关节的插口上(未示出)，部件L安装在一个人造胫部上(未示出)。
上部元件U为一个整体注塑元件，由一个浅杯形基座1(见图2和图3)和一对整体成形的、向下垂悬的凸缘2构成。基座1在它的端部表面上设有一个圆孔1a。上部元件U由乙缩醛树酯制成，如Delrin(RTM)。凸缘2上设有对中孔2a。基座1借助对中的机械装置安装在上膝关节的插口上，该机械装置包括卡盘3和4、螺钉5、垫片6和螺母7(见图3)。近部卡盘3安装到插口的内部，并且有一个凸出的远部卡面(未示出)与插口的形状匹配的内部端面接合。远部卡盘4有一个内凹的端部表面4’，该表面与插口的外部端面相配合。在使用中，卡盘3位于插口内，卡盘4夹在插口和基座1的外部端面之间。然后将螺钉5拧入卡盘3和4的孔3a和4a内，并穿到基座1的端面上的孔1a中。接下来使垫片6贴着基座1的内部端面并拧紧螺母7，从而使基座1可以有选择地取向固定到插口上。
凸缘2上的孔2a内支承有一个梯形螺纹螺钉8。梯形螺纹螺钉8由不锈钢制成，并且借助锁定销9阻止其相对于凸缘转动。螺钉8上形成有每英寸5圈螺纹(螺距为0．2英寸)的外部梯形截面的梯形螺纹8a。
下部元件L为一单件铸造元件，由乙缩醛树酯制成，如Delrin(RTM)。元件L包括一个下部的截头圆锥形插口段10和一个上部的部分被截去的管状段11。上段11按照下面将描述的方式与上部元件U以枢轴连接。下段10包括一个用来接纳人造胫部的插口10a。一个大致为V形的制动部件12借助一对销13和14安装在下部元件L的上段11上。销13穿过上段11上的对中圆孔11a并穿到制动部件12的一支腿上的圆孔12a中。销14穿过上段11上的对中细长孔11b，并且穿到制动部件12的另一支腿上的圆孔12b中。制动部件12由尼龙6，6制成，并且设有一个内部梯形螺纹12c(见图4)，该内部梯形螺纹与螺钉8的外部梯形螺纹8a相配合。这样制动部件8和12构成了使上部元件U和下部元件L以枢轴连接在一起的承载装置。
如图4所示，当假肢膝关节没有承受负荷时，螺纹12c可滑动地与螺纹8a配合，在螺纹8a的自由端和螺纹12c的底部之间有间隙(该间隙由箭头C表示)。当制动元件12承受负荷时(例如用箭头D表示)，螺纹12c和8a趋向于按箭头E方向运动，这样它们的螺纹面压紧并使制动元件锁在螺钉8上。尽管尼龙6，6与抛光的不锈钢之间产生很低的静态和动态摩擦力，螺纹8a和12c互相啮合的螺纹面的角度使得产生一个远远大于螺钉8上的径向负荷的总的反作用力，因此以相当小的作用力获得了适合的阻力偶矩(因此很好地制动)。
图5示出了当膝关节受到轴向负荷FA时提供锁定的力。负荷FA在销13的中心产生一个旋转力矩M，从而产生一个沿槽11b(如图5左侧所示)作用在销14上的锁定负荷FL，这将使制动元件12的螺纹12c变形，从而与螺钉8的螺纹8a锁定啮合。由于制动元件12由塑料制成并具有自润滑性和回弹性，螺纹12c在膝关节未受负荷时可相对于螺纹8a滑动，这样膝关节在未受负荷时具有很好的枢轴旋转特性，在受负荷时有很好的制动特性。进一步说，未对中的螺纹12c和8a用于使膝关节的枢轴元件定位，并阻止在所有座标轴上的自由游动。
图6示出了制动元件12将过度伸展的力转换为拉伸负荷，从而以较好的方式吸收了过度伸展的负荷的方式。因此，当膝关节处于过度伸展时，位于上部和下部元件U和L之间的结合元件A起过度伸展力矩H的支点作用，该力矩H受销14的抵抗，制动元件12的下部腿基本上与力矩H在膝关节轴的远端相切。这使得制动元件12的低强度材料仅受拉伸力，这样将使绕制动元件轴的力矩减到最小。应该注意到，当销14受到沿槽11b(如图6左侧所示)的力作用而使销13和14之间的距离减小时，起动负荷T使得“圆周应力”增加，槽不与力矩线N相切。因此制动元件12的伸长又一次使得螺纹12c变形，从而卡紧螺纹8a，这样使制动元件卡住螺钉8锁紧。当销14进一步受到沿槽11b的力驱动时，这种制动作用随螺纹12c和8a的“楔入”将螺钉8锁到制动元件12上而迅速增大。同样应该注意到，旋转使“圆周应力”增加，这归因于制动元件12和螺钉8之间的弯曲力矩和摩擦。这进一步增加了制动作用。
“圆周应力”一词一般用来描述由内部或外部压力在一连续截面上产生的圆周上的应力，一般用于“薄壁”圆柱体。制动元件12基本上为一开口C形，负荷作用在其自由端上。这可以更精确地模式化为一个处于弯曲状态下的弯曲杆，在这种情况下，在截面内产生的应力从外侧直径的伸长应力到内部直径的压缩应力不等。然而，梯形螺纹螺钉8的存在意味着制动元件12的变形和因此的压缩圆周应力是受限制的。这种制约在制动元件12和梯形螺纹螺钉8之间的交界面上产生压力，从而提供制动作用所需的摩擦。因此制动元件12可以看作是处在约束的弯曲状态，在这里通过维持制动元件的内径在梯形螺纹螺钉8处产生的反作用力用来提供制动效果。“圆周应力”一词将用于描述该机械件的整个说明书中。
图7示出了假肢膝关节的第二结构，该膝关节包括大致用参考符号U’和L’表示的上部和下部元件，上部和下部元件以后面将要描述的方式通过枢轴互连。在使用中，上部元件U’安装在上部膝关节插口上(未示出)，下部元件L’安装在人造胫部上(未示出)。
下部元件L’由一个浅杯形基座21(见图8和9)和一对整体成形、向上延伸的凸缘22构成。基座21包括一个用来接纳人造胫部的插口21a。下部元件L’由乙缩醛树酯制成，如Delrin(RTM)。凸缘22上设有对中孔22a。螺纹截面为梯形的梯形螺纹螺钉支承在凸缘22的孔22a内。梯形螺纹螺钉23用不锈钢制成，并且借助一对安装在凸缘的相应形状的孔22b上的转矩臂24防止其相对于凸缘22转动。每个转矩臂24上设有一个十字形的凸出物24a，这些凸出部分与螺钉23的相对应的端面内的凹槽23a相配合。一个销25穿过凸缘22上的孔22c，并穿到转矩臂24上的孔24b中。转矩臂24借助一个带螺纹的销26固定到凸缘22上，该销26穿过转矩臂24上的对中孔24c，穿到孔22a的中心并从中心穿到螺钉23处。螺钉23上形成有每英寸有5圈螺纹(螺距为0．2英寸)的外部梯形螺纹23b。
上部元件U’为一整体注塑元件，由乙缩醛树酯制成，如Delrin(RTM)。元件U’包括一个上部基盘27和一个下部部分被截去的管状段28。管状段28以下面将描述的方式与下部元件L’以枢轴相连。基盘27借助对中的机械装置安装到上部膝关节插口上，该机械装置包括卡盘29和30、螺钉31、垫片32和螺母33(见图9)。近部卡盘29安装到插口的内部，并且有一个凸出的远部卡面(未示出)与插口的形状匹配的内部端面接合。远部卡盘30有一个内凹的端部表面30’，该表面与插口的外部端面匹配。在使用中，卡盘29位于插口内，卡盘30夹在插口和基盘27的外部端面之间。然后螺钉31拧入卡盘29和30的孔29a和30a内，并穿到基盘27端面上的孔27a中。接下来使垫片32贴着基盘27的内部端面并拧紧螺母33，从而使基盘27可以有选择的取向固定到插口上。
基本上为C形的制动部件34借助一对销35和36安装到上部元件U’的管状段28上。销35穿过管状段28的对中圆孔28a，并穿到制动元件34的一个臂上的圆孔34a中。销36穿过管状段28的对中细长孔28b，并穿到制动元件34的另一个臂上的圆形孔34b中。制动元件34由尼龙6，6制成，并且设有一个与螺钉23的外部梯形螺纹23a相配合的内部梯形螺纹(未示出)。如图1至6所示的实施例一样，制动部件23和34构成了使上部和下部元件U’和L’以枢轴连接在一起的承载装置。
制动元件34上形成有弧形槽34c，该槽与弯曲的表面34d相邻且远离设有孔34a和34b的臂的自由端。销25上安装有一个用来在弧形槽34c中滑动的并由氨基甲酸乙酯橡胶制成的伸展制动缓冲杆37。采用一个与制动元件34的臂上的对中孔34e和34f相连的螺纹销38，以下述方式调节施加在螺钉23上的摩擦力。
采用一个安装在管状段28的孔28c内并紧靠在制动元件34上臂的自由端上的减振弹簧39，来偏压销36使其顶住槽28b的后端，这样来限制游动。在销25和35之间伸展的弹性带(未示出)使膝关节的伸长偏心。在腿部伸展的运动中，所述阻止带有助于下部元件L’相对于上部元件U’绕枢轴旋转。
第二结构的假肢膝关节的操作方式基本上与第一结构一样，仅仅是把制动机械装置颠倒过来，使制动元件34由上部元件U’承载，梯形螺纹螺钉23由下部元件L’承载(正好与假肢膝关节的第一结构中制动元件12由下部元件L承载，梯形螺纹螺钉8由上部元件U承载相反)。第二结构的假肢膝关节的主要优点是为弯曲的膝关节提供了一个很好的外观，即在膝关节弯曲时将弯曲的表面34d暴露在膝关节的前面。在膝关节的前面覆盖一个美观用覆盖物可获得优美的外观装饰效果。
与假肢膝关节的第一结构一样，当第二结构的假肢膝关节在未加负荷时，制动元件34的内梯形螺纹可滑动地安装在螺纹23a上。当制动元件34承受负荷时，梯形螺纹趋向于移动，这样它们的螺纹面压紧并使制动元件与螺钉23锁住。尽管尼龙6，6与抛光的不锈钢之间产生很低的静态和动态摩擦力，但是螺钉23的螺纹和制动元件34的互相啮合的螺纹面的角度，产生一个远远大于螺钉上径向负荷的总反作用力，因此以相当小的作用力获得了适合的阻力偶矩(因此很好地制动)。
当膝关节承受一个轴向负荷时，第二结构的假肢膝关节以与第一结构的假肢膝关节相似的方式产生锁定。过度伸展的力施加在使制动元件34制动的销25上。当销被推到它在槽28b内的极限位置时，销25限制住基盘27的位置。这样，制动元件34被迫处于非接合位置，在销25附近产生一个很大的弯曲移动。
因此第二结构的假肢膝关节与第一结构的假肢膝关节相比有一些优点。在制动元件34上设有弧形槽34c，使得在弧形槽和弯曲表面34d之间的制动元件部分可象片簧一样动作。当制动元件34向螺钉23施加一个制动力时，片簧储存能量，用于当制动元件不受负荷时，使制动元件松开被其夹住的螺钉。
第二结构的假肢膝关节的另一个优点是，由销25支承的缓冲杆37可与弧形槽34c的下端接合，使上部元件U’和下部元件L’之间的枢轴运动受到限制。
第二结构的假肢膝关节的又一个优点是，可以采用一个销38来使制动元件34作用在螺钉23上的摩擦力发生变化。这样，拧紧螺钉38，使制动元件34的一个臂向另一个臂预伸展，因此增加了制动元件34作用在螺钉23上的摩擦力。这一点使得第二结构的假肢膝关节可自身调节以适应不同体重的截肢者，并且还适于不同使用需要，如跑步或走路。
第二结构的假肢膝关节还有一个优点是比第一结构的结构更紧凑。进一步说，该优点体现在将螺钉23借助转矩臂24安装到凸缘22上的方式和用销25来确定第二结构的假肢膝关节在所有平面上的枢轴旋转部分抵抗由制动元件34施加的转矩。
图10至12示出了第三结构的假肢膝关节。这种膝关节是图7至9所示膝关节的变型，所以用相同的参考符号来表示相同的部分，仅详细描述变型的部分。
下部膝关节元件L’、相连的梯形螺纹螺钉23和转矩臂24与图7至9所示的一样。但在本实施例中不包括销25、伸展制动缓冲杆37和制动元件34上的弧形槽34c。取而代之的是一个安装在制动元件34的镗孔34f内的过度伸展制动装置37’，该过度伸展制动装置37’与由安装在杯形基座21上的螺纹孔21b内的螺钉构成的可调节制动元件25’相配合。
本实施例的上部膝关节元件U’的基盘27与图7到9所示的相应元件相比形状有所改变，主要的不同在于孔28a和28b位置的变化。此处孔28b仍为圆孔。
图10至12中所示的制动元件34也在图7至9所示的基础上有所变化。这样，图10至12所示的制动元件基本上为D形，其一端有一个用来接纳梯形螺纹螺钉23的孔。前面提及的镗孔34f在制动元件34这一端的凸缘34g上。
图10至12所示的制动装置通过销35和36之间的相对旋转来实现，这些销基本上在膝关节元件L’和U’旋转轴的中心线上，也就是说在梯形螺纹螺钉23的轴线上。销35和36彼此之间在顺时针方向上的旋转传给螺钉23一个很强的机械“压力”，产生制动动作。
为了使图10至12所示的制动装置具有必要的调节能力，采用一个弹簧39(它与有螺纹销38相连)来使制动元件34在膝关节机械装置未受重力作用时保持不接合状态。为膝关节的使用者提供一空心螺母40，以便对弹簧39进行适当的预加载。确保膝关节在每次迈步时受到重力而制动，在不受重力时松弛以允许胫部自由转动，这一点非常重要。螺纹销38通过-U形夹与销36相连，并压在调节螺母40上，以有效地防止销35和36相对的逆时针转动。拧紧螺纹销38以消除制动元件34和梯形螺纹螺钉23之间多余的间隙，并且增大摩擦以控制旋转。这样销38可防止制动元件34在过度伸展负荷使销35和36在“松弛”(逆时针)方向旋转时脱落。
上面描述的人造膝关节不需采用昂贵的机械零件，而是采用一般的梯形螺纹螺钉和铸造的制动元件。因此它们比现有的人造膝关节制作成本低。这种成本上的优势还体现在减少了所需的膝关节部件的数量，这归因于采用制动部件使两膝关节部件通过枢轴互连在一起。它们还有一个优点，即当承受轴向负荷时具有很好的制动动作，同时，当膝关节不承受负荷时在制动部件之间保证有很好的滑动。尼龙6，6的自身润滑的特性增加了很好的滑动性能。在每种情况下，制动组件(螺钉8或23和制动元件12或34)还起到枢轴支承、止推垫圈、摇轴调节装置和用来使膝关节保持在一起而不需附加承受负荷的结构的作用。这些膝关节的许多部分都设计成采用低成本的替代物和本领域中的简单装置。这些膝关节不需要起美观作用的覆盖物，它们的设计恰当地避免了挤压点和易附着灰尘的缺点。
很显然，上面描述的人造膝关节可以有许多方式的变型。例如，螺钉8或23的螺纹面的角度可以为其它值而不是梯形螺纹螺钉的29°。实际上，可以用设有一个或多个椎形环的元件来代替螺钉8或23。制动元件12或34也可以采用绕螺钉8或23喷射注模来制成，而不是在单独操作中成形它的内螺纹。还可以将下部元件L和L’重新设计，以接纳H形段的胫部。上部和下部元件U，U’和L，L’也可以是用任何其它适用的塑料材料制成的喷射注塑元件。
权利要求
1．一种人造膝关节，包括第一和第二通过枢轴互连的膝关节部件以及用来将膝关节部件锁在一起的第一和第二互相啮合的制动部件，第一和第二制动部件分别与第一和第二膝关节部件连接，其中一个制动部件由可弹性变形的材料制成，这种设置应满足下述要求当人造膝关节处在承受第一负荷的状态下时，制动部件基本上彼此贴靠在一起自由滑动，当人造膝关节处在承受第二个更大负荷的状态下时，所述一个制动部件弹性变形顶住另一个制动部件，从而将两制动部件锁定在一起，借此将两膝关节部件锁在一起，其中第一和第二制动部件设有互相啮合的表面，该表面向两膝关节部件的旋转枢轴倾斜，并且第一和第二制动部件构成两膝关节部件之间的枢轴互连。
2．如权利要求1所述的人造膝关节，其中第一制动部件与第一膝关节部件分开并被第一膝关节部件支承；第二制动部件与第二膝关节部件分开，并被第二膝关节部件支承。
3．如权利要求1或2所述的人造膝关节，还包括用来阻止第一制动部件相对于第一膝关节部件旋转的装置。
4．如权利要求1至3中任一项所述的人造膝关节，其中第一和第二制动部件为内部和外部制动元件，外部制动元件可绕内部制动元件以膝关节的转动轴为轴旋转。
5．如权利要求1至4中任一项所述的人造膝关节，其中制动部件分别有一个截面为锥形的向外凸起和一个用来接纳凸起并且形状与该凸起相配合的凹口。
6．如权利要求1至5中任一项所述的人造膝关节，其中第一制动部件为一个有外螺纹的元件，螺纹的螺纹面向旋转枢轴倾斜。
7．如权利要求6所述的人造膝关节，其中第一制动部件上设有梯形螺纹。
8．如权利要求6或7所述的人造膝关节，其中第一制动部件由基本上为刚性的材料，如不锈钢制成。
9．如权利要求6至8中任一项所述的人造膝关节，其中第二制动部件有一个基体部分和一对臂，基体部件的内表面为圆的，并且设有与第一制动部件的外螺纹相配合的内螺纹。
10．如从属于权利要求8的那个权利要求9所述的人造膝关节，其中第二制动部件为所述的一个制动部件，所述的可弹性变形的材料为塑料。
11．如权利要求10所述的人造膝关节，其中可弹性变形的材料为尼龙6，6。
12．如权利要求9至11中任一项所述的人造膝关节，其中第二制动部件的臂的自由端通过第一和第二销与第二膝关节部件相连。
13．如权利要求12所述的人造膝关节，其中第二膝关节部件形成了一对其间安装有第二制动部件的相隔的支撑件，其中第一销穿过支撑件的对中圆孔并穿到第二制动部件的一个臂上的圆孔内，其中第二销穿过支撑件的对中圆孔并穿到第二制动部件的另一个臂上的孔内。
14．如权利要求13所述的人造膝关节，其中第二销穿过支撑件中的对中细长孔并穿到所述另一个臂上的圆孔内。
15．如权利要求14所述的人造膝关节，其中支撑件上的孔设置应满足下述要求当人造膝关节处在承受第二负荷的状态下时，第二销受到沿支撑件的细长孔的力作用，这样第二制动部件的圆基体部件中的内螺纹顶住第一制动部件的外螺纹，借此将两制动部件锁在一起。
16．如权利要求14或15所述的人造膝关节，其中第二制动部件的所述另一个臂上的圆孔比第二制动部件的所述一个臂上的圆孔距离第二膝关节部件更远一些。
17．如权利要求16所述的人造膝关节，其中第二制动部件的臂的自由端直接朝向膝关节的前面。
18．如权利要求13至17中任一项所述的人造膝关节，其中第二制动部件的所述另一个臂在膝关节处于过度伸展状态时与过度伸展力矩相切。
19．如权利要求18所述的人造膝关节，其中过度伸展力矩的转轴由两个膝关节部件部分之间的接合点构成，该接合点在膝关节旋转轴前面，并且位于远离第二制动部件的所述另一个臂的自由端的所述轴的一侧。
20．如权利要求13所述的人造膝关节，其中第二销穿过支撑件上的对中圆孔并穿到所述另一臂的圆孔中。
21．如权利要求20所述的人造膝关节，其中支撑件上的孔和第二制动部件臂上的孔的设置使得第一和第二销基本上与两膝关节部件的转动枢轴对中。
22．如权利要求9至21中任一项所述的人造膝关节，还包括将第二制动部件的臂相向地预伸长的装置。
23．如权利要求22所述的人造膝关节，其中一个螺纹销构成了预伸长装置。
24．如从属于权利要求20的权利要求22所述的人造膝关节，其中预伸长装置由一个与所述一个臂相连的销元件、一个与所述另一个臂相连的接合元件和一个使两个臂偏置分开的弹簧构成，销元件以允许相者相对运动的方式固定在接合元件上。
25．如权利要求24所述的人造膝关节，其中销元件的自由端与接合元件螺纹接合。
26．如权利要求24或25所述的人造膝关节，其中销元件由一个有外螺纹的套筒支撑，该套筒安装在设在所述一个臂上的螺纹镗孔内。
27．如权利要求26所述的人造膝关节，其中弹簧在所述另一个臂和套筒之间动作。
28．如权利要求24至27中任一项所述的人造膝关节，其中接合元件为一个U形夹，第二销穿过该U形夹有孔的端部，第二销与U形夹之间的接合以及第二销与所述另一个臂的接合构成将接合元件固定到所述另一个臂上的装置。
29．如权利要求9至28中任一项所述的人造膝关节，其中第二制动部件为一个可弹性变形的环，该环在驱动负荷作用下可绕第一制动部件伸展。
30．如权利要求9至29中任一项所述的人造膝关节，其中第二制动部件基本上为V形元件，“V”形的基部构成第二制动部件的基体部分。
31．如权利要求9至29中任一项所述的人造膝关节，其中第二制动部件基本上为C形元件。
32．如权利要求31所述的人造膝关节，其中C形第二制动部件的基体部分设有一个弧形槽。
33．如权利要求32所述的人造膝关节，其中第一膝关节部件形成了一对其间安装有第一制动部件的相隔的支撑件，人造膝关节还包括一个穿过支撑元件的对中孔并穿到第二制动部件的弧形槽内的制动销，这种设置使得两制动部件之间的枢轴转动受到制动销与弧形槽端部啮合的限制。
34．如权利要求32所述的人造膝关节，还包括位于弧形槽内并紧紧环绕制动销的管状制动元件。
35．如从属于权利要求2的权利要求33或34所述的人造膝关节，其中阻止转动装置由一对非旋转地安装在支撑装置的孔内的转矩臂构成，转矩臂上设有向内延伸的凸起，该凸起与第一制动部件近端上的对应槽相匹配。
36．如权利要求35所述的人造膝关节，其中阻止转动装置还包括一个将两个转矩臂紧紧地夹持在它们相应的孔中的螺纹销。
37．如权利要求9至29中任一项所述的人造膝关节，其中第二制动部件基本上为D形元件，所述一个臂构成D的直线部分，所述另一个臂构成D的弯曲部分。
38．如权利要求1至37中任一项所述的人造膝关节，其中第二制动部件构成支承两膝关节部件的装置。
39．如权利要求1至38中任一项所述的人造膝关节，其中两制动部件构成阻止两膝关节部件的端部随意游动的装置。
40．一种人造膝关节，包括第一和第二以枢轴互连的膝关节部件以及用来将膝关节部件锁在一起的第一和第二互相啮合的制动部件，第一和第二制动部件分别与第一和第二膝关节部件连接，这种设置应满足下述要求当人造膝关节处在承受第一负荷的状态下时，制动部件基本上彼此贴靠在一起自由滑动，当人造膝关节处在承受第二个更大负荷的状态下时，两制动部件锁定在一起，借此将两膝关节部件锁在一起，其中一个制动部件中至少部分地环绕另一个制动部件，所述一个制动部件有一个外表面，该表面在膝关节的前面／背面平面上弯曲，并且在弯曲状态下形成膝关节的暴露在外面的前表面。
41．如权利要求40所述的人造膝关节，其中弯曲表面对着膝关节轴上的至少180的角。
42．一种人造膝关节，包括第一和第二以枢轴互连的膝关节部件以及用来将膝关节部件锁在一起的第一和第二互相啮合的制动部件，第一和第二制动部件分别与第一和第二膝关节部件连接，其中一个制动部件由可弹性变形的材料制成，这种设置应满足下述要求当人造膝关节处在承受第一负荷的状态下时，制动部件基本上彼此贴靠在一起自由滑动，当人造膝关节处在承受第二个更大负荷的状态下时，所述一个制动部件弹性变形顶住另一个制动部件，从而将两制动部件锁在一起，借此将两膝关节部件锁在一起，其中第一和第二制动部件设有互相啮合的表面，该表面向两膝关节部件的旋转枢轴倾斜，所述一个制动部件中至少部分地环绕另一个制动部件，并且制动部件的结构和安装使得在承受第二负荷的状态下，在所述一个制动部件上产生一个切向力，这样在该部件上产生“圆周应力”。
43．如权利要求42所述的人造膝关节，其中两制动部件使得旋转产生的负荷导致在所述一个制动部件上“圆周应力”的增加，这归因于两制动部件之间的弯曲力矩和摩擦。
44．一个下肢假肢，具有一个大腿部件、一个胫部部件和一个使大腿和胫部互连的膝关节连接部件，其中膝关节连接部件包括分别与大腿和胫部部件连接的第一和第二制动部件，其中一个制动部件由可弹性变形的材料制成，这种设置应满足下述要求当假肢处在承受第一负荷的状态下时，制动部件基本上彼此贴靠在一起自由滑动，当假肢处在承受第二个更大负荷的状态下时，所述一个制动部件弹性变形顶住另一个制动部件，从而阻止胫部部件相对于大腿部件绕枢轴转动，其中第一和第二制动部件设有互相啮合的表面，该表面向两膝关节部件的旋转枢轴倾斜。
全文摘要
一种人造膝关节,包括第一和第二以枢轴互连的膝关节部件(L’和U’),以及用来将膝关节部件锁在一起的第一和第二互相啮合的制动部件(23和34)。第一和第二制动部件(23和34)分别与第一和第二膝关节部件(L’和U’)连接。第二制动部件(34)由可弹性变形的材料制成。这种设置应满足下述要求:当人造膝关节处在承受第一负荷状态时,制动部件(23和34)基本上彼此贴靠在一起自由滑动,当人造膝关节在承受第二个更大负荷状态时,第二制动部件(34)弹性变形顶住第一制动部件(23),而将两制动部件锁定在一起,借此将两膝关节部件锁在一起。第一和第二制动部件(23和34)设有互相啮合的表面,该表面向两膝关节部件(L’和U’)的旋转枢轴倾斜,并且第一和第二制动部件构成两膝关节部件之间的枢轴互连。
文档编号A61F2/60GK1205622SQ96197110
公开日1999年1月20日 申请日期1996年9月20日 优先权日1996年9月20日
发明者J·J·肖特, A·奥利 申请人:蔡斯A·布拉奇福特父子有限公司