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)明涉及一種可提供由于涉及應(yīng)用力學而增強的動態(tài)響應(yīng)能力的高性能假足。
背景技術(shù)：
在Martin等人的美國專利No.5897594中公開了一種用于假腿的無關(guān)節(jié)式人造足。與早期的具有設(shè)置了關(guān)節(jié)以模仿踝功能的剛性結(jié)構(gòu)的人造足的解決方案不同，Martin等人的無關(guān)節(jié)式人造足采用了設(shè)置于足模制物中的彈性的足嵌件。該嵌件在縱向截面上為大致C形設(shè)計，具有朝向后方的開口，采用其上方C形肢狀物來承接假腿的負載，并通過其下方C形肢狀物來將該負載傳遞到與之相連的板簧上。在從下方看去時，板簧為凸起的設(shè)計，并且基本上平行于腳底區(qū)域延伸，向前超過足嵌件而進入到足尖區(qū)域中。Martin等人的發(fā)明的目的是針對減小腳跟的沖擊、彈性、跟-趾行走以及橫向穩(wěn)定性來改善無關(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正常行走，并且還可進行身體鍛煉以及進行體育運動。然而，這種公知的人造足的動態(tài)響應(yīng)特性是有限的。并且沒有模仿人足、踝以及脛骨件和軟繼承組織的人體生物力學功能。Martin等人的人造足以及其他使用這種踝設(shè)計以及剛性暫用假肢作為脛骨件的現(xiàn)有技術(shù)假足不能存儲足夠的彈性能量以便在步態(tài)中產(chǎn)生正常的踝關(guān)節(jié)矢狀平面動態(tài)功率。測試已經(jīng)顯示具有這種設(shè)計的現(xiàn)有技術(shù)假足在步態(tài)中僅產(chǎn)生正常踝關(guān)節(jié)矢狀平面動態(tài)功率的大約25％。
VanL.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的靈活性和機動性，這些活動在過去因結(jié)構(gòu)限制和現(xiàn)有技術(shù)假體的相應(yīng)性能而無法進行。這些已知的假足可支持跑步、跳躍和其它活動，據(jù)報道，它可以與穿用者正常足相同的方式來使用。例如可參見美國專利No.6071313；No.5993488；No.5899944；No.5800569；No.5800568；No.5728177；No.5728176；No.5824112；N0.5593457；No.5514185；No.5181932；和No.4822363。這些假體具有由復合材料制成的足、踝和脛骨件，其中踝的機械形式為后面向凸出的曲面。測試已經(jīng)顯示了具有這種設(shè)計的現(xiàn)有技術(shù)假體在步態(tài)中產(chǎn)生正常人踝關(guān)節(jié)矢狀平面動態(tài)功率的大約40％。需要提供一種能夠改善截肢者在例如行走、跑步、跳躍、短跑、起跑、制動以及急停活動的性能的高性能假體。

發(fā)明內(nèi)容
為了允許截肢者得到更高水平的性能和功能，需要有具有增強的應(yīng)用力學特性的高性能假足，該足在性能上優(yōu)于人足并且也優(yōu)于現(xiàn)技術(shù)假足。對截肢者來說感興趣的是穿上具有增強的應(yīng)用力學特性、高、低動態(tài)響應(yīng)以及可以精確調(diào)整以增強活動的水平和垂直分量的定位可調(diào)性的高性能假足，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)本申請所公開的一個示例性實施例，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向上拱起的相對長的中足部分。還提供了包括向下凸出的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。該小腿脛骨件是形成假體的踝和脛骨件的彈性構(gòu)件，該彈性構(gòu)件從足龍骨件經(jīng)由該構(gòu)件的前面向的凸出彎曲部分向上延伸。有利的是，利用這種機械形式方位，該機械形式的角速度響應(yīng)后期中間站立加載時的壓縮作用力而增加。結(jié)果，增強了假體在步態(tài)中的踝關(guān)節(jié)矢狀平面動態(tài)功率。
該可調(diào)緊固裝置允許在足龍骨件的縱向上調(diào)節(jié)小腿脛骨件和足龍骨件相互之間的定位，以便調(diào)整該假足的性能。通過在足龍骨件的縱向上調(diào)節(jié)相對的足龍骨件的向上拱起的中足部分和小腿脛骨件的向下凸出的彎曲下端相互之間的定位，就可將假足的動態(tài)響應(yīng)特性和運動輸出改變成針對所需/所希望的水平和垂直線速度的任務(wù)特定型。公開了一種具有高、低動態(tài)響應(yīng)能力以及雙平面運動特性的多用途假足，其增強了參與日常生活、體育和/或娛樂活動的截肢者的功能輸出。還公開了一種尤其用于短跑的假足。
在若干實施例中，小腿脛骨件具有以螺旋形式反向彎曲下端，小腿脛骨件從該螺旋中朝向前上方延伸到其直立上端處。這樣產(chǎn)生了在將小腿脛骨件固定到足龍骨件上時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。通過連接件將具有螺旋下端的小腿脛骨件固定到足龍骨件上。連接件可以包括在步態(tài)中限制小腿脛骨件的背屈的阻擋件。在若干實施例中，連接件與足龍骨件的前足部分一體形成。根據(jù)本發(fā)明另一特征，該連接件向后延伸為足龍骨件的中足部分以及部分后足部分上方的懸臂。連接件可以反向向上彎曲，以形成面向收容小腿脛骨件的下端的前面向凹面，小腿脛骨件的反向彎曲下端在其端部由連接件支撐。形成的假體增強的效率。
通過對本發(fā)明的所公開示例性實施例的詳細描述并參照附圖，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。


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相鄰并相互靠著的曲率半徑R1和R2，其在步態(tài)中產(chǎn)生了該足箭頭B方向上的動態(tài)響應(yīng)能力和運動輸出，該箭頭B的方向垂直于連接兩個半徑的切線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半徑的定位，以提高該足在步態(tài)中的動態(tài)響應(yīng)能力和運動輸出的水平分量而降低其垂直分量，因此，垂直于切線A1的箭頭B1比圖1所示的情形更水平指向；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例的假足的側(cè)視圖，其具有用于將假足緊固到截肢者小腿上的暫用假肢轉(zhuǎn)接器和與之相連的暫用假肢；圖4是帶有圖3所示的暫用假肢轉(zhuǎn)接器和暫用假肢的假足的正視圖；圖5是圖3和4所示實施例的頂視圖；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、低動態(tài)響應(yīng)特性和雙平面運動性能；圖9是用于假足的本發(fā)明另一足龍骨件的側(cè)視圖，其尤其適用于足部做過Symes切斷術(shù)的截肢者進行短跑；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、低動態(tài)響應(yīng)特性以及雙平面運動性能；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龍骨的中足部分到后足部分變細，例如逐漸減??；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變細；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變細；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變細的另一小腿脛骨件；
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變細；圖18是用于假足的C形小腿脛骨件的另一實例的側(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??；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端部逐漸減?。粓D20是S形小腿脛骨件的另一實例，其厚度僅在其上端處變細；圖21是用于本發(fā)明假足的在各端處變細的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所示假足上的暫用假肢轉(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暫用假肢上；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縱向隔開的可松開緊固件的連接件，這兩個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阻擋件中；
圖32是假足另一實施例的側(cè)視圖，其中小腿脛骨件的下端以螺旋形式反向彎曲并且由與足龍骨件的前足部分一體形成的連接件收容并支撐；圖33是圖32的假體的前視圖；圖34是圖32的假體的后視圖；圖35是假體的另一實施例的側(cè)視圖，其中足龍骨件的后側(cè)部件接合到與足龍骨件的前足部分一體形成的連接件的反向彎曲上端；圖36是本發(fā)明另一形式的側(cè)視圖，其中連接件與足龍骨件一體形成；圖37是本發(fā)明的假體的又一變形的側(cè)視圖，其中連接件在其后端由緊固件接合到足龍骨件；圖38是假體的另一實施例的側(cè)視圖，顯示了在足龍骨件的后端接合到足龍骨件的連接件；圖39是顯示為與足龍骨件及其連接件分解的圖35-38的實施例的小腿脛骨件和后小腿裝置的側(cè)視圖；圖40是結(jié)合若干實施例的特征的本發(fā)明的附加實施例的假足的左側(cè)以及后側(cè)的透視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照附圖，從圖3到5中的示例性實施例中可以看到，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。在該示例性實施例中，中足部分5在前足和后足部分之間在其整個縱向范圍上向上凸出彎曲。
足1的直立小腿脛骨件6通過可松開的緊固件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的貼近的后表面上。在該示例性實施例中，緊固件8是帶有螺母和墊圈的單個螺栓，然而它也可以是可松開的壓板或其它緊固件，用來在緊固件擰緊時將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的貼近后表面上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延伸穿過開口9和10，這樣，在將緊固件8松開或釋放時便可在圖5中縱向方向A-A上調(diào)整小腿脛骨件和足龍骨件相互之間的定位，從而假足的性能調(diào)節(jié)為任務(wù)特定型的。因而，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以形成假足的踝關(guān)節(jié)區(qū)域的可調(diào)緊固裝置。
通過考慮圖1和2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，其中兩個相互緊鄰的半徑R1和R2代表足龍骨件中間部分5和小腿脛骨件6的相鄰且相互面對的拱形或凸出彎曲的表面。當把兩個這種半徑看作相互緊鄰時，在與畫在兩個半徑之間的圖1中的切線A和圖2中的切線A1垂直的方向上存在運動能力。這兩個半徑之間的相互關(guān)系決定了運動輸出的方向。結(jié)果，足1的動態(tài)響應(yīng)力的施加取決于這種關(guān)系。凹面的半徑越大，動態(tài)響應(yīng)能力就越強。然而，半徑越小，響應(yīng)就越快。
本發(fā)明假足中的小腿脛骨件和足龍骨件的定位能力可允許半徑移動，以便在體育運動中對足的水平或垂直線速度施加影響。例如，為了增強假足1的水平線速度能力，可進行定位變更以影響小腿脛骨件半徑和足龍骨件半徑的關(guān)系。換句話說，為了增強水平線速度特性，與圖1相比，圖2中足龍骨件的底部半徑R2比其起始位置更靠近遠端。這就將足1的動態(tài)響應(yīng)特性和運動輸出改變成更指向水平方向，從而可通過相同的作用力來獲得更大的水平線速度。
當截肢者的需求涉及到水平和垂直的線速度時，他/她可通過實踐來找到能滿足其需求的用于各種運動的設(shè)置。例如，跳高運動員和籃球運動員比短跑運動員需要更多的垂直升程。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延伸穿過連接件中的孔12。連接件沿小腿脛骨件和龍骨件中足部分5的貼近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，并且以拋物線形最初向前、然后向上延伸。如圖3所示，小腿脛骨件的曲率形成了向后的凹度。拋物線形狀是有利的，因為它具有增強的動態(tài)響應(yīng)特性，產(chǎn)生了與其相對更大半徑的近端相關(guān)聯(lián)的提高的水平線速度，同時在其下端具有更小的曲率半徑，以實現(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參見圖1和2來介紹的切線A通過定位變化保持更加垂直定向，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其自身的壓縮或卷曲而在人的步態(tài)中對初始觸地力作出響應(yīng)。這就使拋物線的半徑變小，因而降低了對壓縮的阻力。相反，由于拋物線形小腿脛骨件通過伸展而在人的步態(tài)中對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。這些阻力與人步態(tài)中的人的小腿前、后部小腿肌肉的功能相關(guān)。在人的步態(tài)中初始接觸到腳掌時，較小的小腿前部肌肉群通過偏置收縮來對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，較大的小腿后部肌肉群同樣通過偏置收縮來對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的肌肉群的大小差異有關(guān)。結(jié)果，可以模仿假體小腿脛骨件對人步態(tài)中的背屈力矩和足底屈曲力矩的阻力，并可實現(xiàn)正常的步態(tài)。拋物線形式變化的阻力性能可以模仿人步態(tài)以及跑步和跳躍活動中的人體小腿肌肉組織功能，結(jié)果就可實現(xiàn)假體的功效。測試顯示根據(jù)本發(fā)明的假足產(chǎn)生非病態(tài)人踝關(guān)節(jié)動態(tài)功率的86％，比上述類型的具有后面向凸出彎曲踝以及脛骨件的傳統(tǒng)假足的測試中所述獲得的動態(tài)功率多兩倍。應(yīng)該相信，這種由本發(fā)明假體所產(chǎn)生的矢狀平面動態(tài)功率的戲劇性改進的至少一個因素在于本發(fā)明的前凸出彎曲彈性踝以及整體式彈性脛骨件，角速度在后期中間站立加載的壓縮作用力得到增強的，而在現(xiàn)有技術(shù)中，假體角速度響應(yīng)這種加載而減小。本發(fā)明的這種改進降低了用戶行走時的能量損耗，增加了行走速度并且產(chǎn)生了更正常的步態(tài)。
人大約每小時步行3英里?？?分鐘跑一英里的賽跑運動員每小時可跑12英里，可10秒鐘跑100米的短跑運動員每小時可跑21英里。這是一個1∶4∶7的比例。隨著運動速度的提高，每項任務(wù)的水平分量變得更大。因此，可以預先確定假體小腿脛骨件的半徑的大小。行走者比一英里賽跑運動員和短跑運動員需要更小半徑的拋物線形的小腿脛骨件。短跑運動員需要七倍大的拋物線形小腿脛骨件。這種關(guān)系顯示了對于行走者、跑步者和短跑運動員來說如何確定拋物線的半徑。這是很重要的，因為短跑運動員具有增大的運動范圍要求，并且他們的小腿脛骨件必須更強壯，以接受與此活動有關(guān)的增大負載。更寬或更大的拋物線形小腿脛骨件將會是相對更平的曲線，這相當于具有增大運動范圍的更大的結(jié)構(gòu)強度。
暫用假肢轉(zhuǎn)接器13通過緊固件14連接在小腿脛骨件6的上端。轉(zhuǎn)接器13轉(zhuǎn)而通過緊固件16緊固到暫用假肢15的下端上。暫用假肢15通過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。
在該示例性實施例中，足龍骨件2的前足、中足和后足部分由一體彈性材料形成。例如，可以采用實質(zhì)上為塑料的材料的實心件，其具有在被地面反作用力偏轉(zhuǎn)時保持形狀的特性。更具體地說，足龍骨件還有小腿脛骨件可由具有由聚合母體材料層壓而成的具有加強纖維的層壓復合材料形成。尤其是可使用與熱固性環(huán)氧樹脂層壓在一起的高強度石墨或商品名稱為Delran的擠壓塑料或脫氣的聚氨酯共聚物來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)提供了具有低重量和最小蠕變的高強度。利用假體工業(yè)標準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?，并對擠壓塑料進行機加工。每種材料的使用都具有其優(yōu)點和缺點。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于足龍骨件和小腿脛骨件的層壓復合材料還可優(yōu)選為由增強纖維和熱塑性聚合母體材料按照工業(yè)標準制成的熱成型(預浸漬)層壓復合材料，以實現(xiàn)優(yōu)良的機械伸展性質(zhì)。合適的可買到的這種復合材料為由美國馬里蘭州Havre de Grace的Cytec Fiberite公司制造的CYLON。作為備選方案，在本實施例以及其他實施例中公開的足龍骨件和小腿脛骨件彈性金屬合金制成，例如進行溶解加熱處理和過老化(STOA)并且根據(jù)在表面增加壓應(yīng)力而增加疲勞壽命的規(guī)格進行噴丸硬化的5等級鈦。
由于涉及剛度、撓度和強度，彈性材料的物理性質(zhì)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能與假足龍骨件和小腿脛骨件的剛度和撓度特性相關(guān)。在圖3到5所示的示例性實施例中，足龍骨件和小腿脛骨件的厚度是一致的或均勻的，但是，厚度可在這些部件的長度上以下面將討論的方式變化，例如可使后足和前足區(qū)域更薄一些，并且對中足區(qū)域的偏轉(zhuǎn)更敏感。
為了幫助向假足1提供高、低動態(tài)響應(yīng)能力，將中足部分5形成為縱向的拱形，使得縱向拱形的內(nèi)側(cè)比縱向拱形的外側(cè)具有相對更高的動態(tài)響應(yīng)能力。為此，在該示例性實施例中，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)系進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中中足部分5的前部上的線T1-T2代表前足底面承重區(qū)域。線P1-P2代表中足部分5的后足底面承重區(qū)。T1-P1之間的距離代表足側(cè)面上的足底承重表面。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，并且結(jié)果，可通過使這兩條線T1-T2和P1-P2會聚或發(fā)散來確定并影響高、低動態(tài)響應(yīng)的相互關(guān)系。結(jié)果，可在結(jié)構(gòu)設(shè)計中確定高、低動態(tài)響應(yīng)。
后足部分4的后端17成形為向上彎曲的拱形，可在腳跟沖擊期間通過壓縮反作用地面反作用力作出以便進行減震。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)，以促進后足在步態(tài)的初始接觸階段中進行外翻。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)最后站立階段中的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。
假足的增強的雙平面運動能力由在前足部分3的背面和足底面之間延伸穿過前足部分3的內(nèi)側(cè)和外側(cè)伸展接合孔21和22產(chǎn)生。伸展連接部分23和24從相應(yīng)孔中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，其產(chǎn)生足龍骨件的前足部分的增強的雙平面運動能力。伸展接合孔21和22沿圖5中的線B-B定位在相對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)伸展接合孔21比外側(cè)伸展接合孔22更靠前。
在圖5中，線B-B相對縱向軸線A-A的角α可小至15°，并仍然可得到高、低動態(tài)響應(yīng)。隨著該角α的變化，圖8中的線T1-T2的角Z也會改變。投射在矢狀面上的伸展接合孔21和22相對于橫向平面傾斜成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)伸展接合孔22的距離比從可松開的緊固件到內(nèi)側(cè)伸展接合孔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)，以實現(xiàn)中足的高和低的動態(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，以實現(xiàn)中足的高、低動態(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后足部分4的伸展接合孔28。伸展連接部分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。這樣產(chǎn)生了假足的后足部分的增強雙平面運動能力。
在圖3中，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趾運動軸線。也就是說，凹面32具有定位成相對于足龍骨件縱向軸線A-A成15°到35°的角β的縱向軸線C-C，其中，內(nèi)側(cè)比外側(cè)更靠前，以便促進步態(tài)的第五趾運動和處于人足中的第二到第五趾骨的旋轉(zhuǎn)的傾斜的低速檔旋轉(zhuǎn)軸線中一樣。
當截肢者在不平的地勢上行走或運動員在足上向內(nèi)或向外急停時，便可理解到雙平面運動能力的重要性。地面作用力矢量的方向從矢狀定位改變到具有額平面分量。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，并且重力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)伸展連接支撐25和31背屈(向上偏轉(zhuǎn))并內(nèi)翻，而外側(cè)伸展連接支撐27和30足底屈曲(向下偏轉(zhuǎn))并外翻。這一運動用來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)明的尤其適用于短跑的另一足龍骨件33。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態(tài)響應(yīng)特性。結(jié)果，不需要象在足龍骨件2中那樣的前足、中足凹面的縱向軸線的15°到35°的外部旋轉(zhuǎn)定位。更確切的，如在圖6和7中所示，凹面的縱向軸線D-D的方位應(yīng)當變成與額平面平行。這就使得短跑足僅在矢狀方向作出反應(yīng)。另外，沿著線E-E的前足和中足部分中的伸展接合孔34和35的方位平行于額平面，即外側(cè)孔35向前移動到與內(nèi)側(cè)孔34成一直線，并平行于額平面。足龍骨件33的前末端36也制成為與額平面平行。足龍骨件的后末端腳跟區(qū)域37也平行于額平面。這些修改會對假足的多用途性能帶來不利影響。然而，它的性能特征是針對特定任務(wù)的。短跑足龍骨件33的另一個變型在該假足的前足部分的腳趾區(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。
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Symes切斷術(shù)的截肢者進行短跑的假足中。為此，足龍骨件38的中足部分包括靠后的向上凹面39，其中可通過可松開的緊固件來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級截肢者相關(guān)的較長余肢。它的性能特征在動態(tài)響應(yīng)性能方面快得多。它的應(yīng)用并不專門用于這種程度的截肢?？蓪⑵鋺?yīng)用在所有穿過脛骨和穿過股骨的截肢狀況中。在圖11和12的示例性實施例中，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所示示例性實施例中的相似的高、低動態(tài)響應(yīng)特性，以及雙平面運動性能。
用于假足1的幾個足龍骨件的功能特征與形狀和設(shè)計特征相關(guān)，它們涉凹面、凸面、半徑大小、伸展、壓縮以及材料的物理性能，所有這些性質(zhì)涉及到對行走、跑步和跳躍活動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變細。圖14中的足龍骨件43的厚度在其前端和后端處逐漸減小或變細。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設(shè)計都會產(chǎn)生不同的功能輸出，這是因為這些功能輸出涉及到水平和垂直的線速度，而這些速度在不同的運動任務(wù)中對于提高性能來說是特定的。多種小腿脛骨件結(jié)構(gòu)以及足龍骨件和小腿脛骨件之間的設(shè)置調(diào)整的能力產(chǎn)生了假足小腿脛骨件的關(guān)系，該關(guān)系使得截肢者和/或修復學家具備在各種各樣的體育和休閑活動中的一種選出活動中將假足調(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J形小腿脛骨件50和51。小腿脛骨件的上端還可包括筆直的垂直端，其帶有連接到該最近末端上的棱形連板?？蓪⒐F形螺栓(male pyramid)穿過該小腿脛骨件的垂直端而形成螺栓接合。還可在小腿脛骨件的近端和遠端處的延伸開口內(nèi)設(shè)置用來接收相鄰公錐形螺栓和遠端足龍骨件的塑料或鋁填充物。本發(fā)明的假足是優(yōu)選由標準化的單元或尺寸構(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)的賽跑運動都是以逆時針方向進行的。本發(fā)明的另一可選特征考慮到了作用在沿著這種彎曲路徑前進的足上的力。當物體沿彎曲路徑運動時，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，對每一“向心”力來說，都存在有一個“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離旋轉(zhuǎn)中心作用。當運動員在跑道上圍繞曲線跑步時，向心力會將跑步者拉向曲線的中心，而離心力會將跑步者拉離曲線的中心。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)更厚，以增強截肢跑步者的曲線性能。
在若干實施例中，足龍骨件2、33、38、42和43均是29厘米長，其與鞋子1的長度成一定比例以便在圖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。人足、踝、脛骨件以及軟支撐組織在步態(tài)以及跑動周期內(nèi)加載動態(tài)功率。長度上更長的假體小腿脛骨件具有彈性能量儲存能力。結(jié)果，更多踝關(guān)節(jié)動態(tài)功率應(yīng)用到從事行走、跑、跳躍的工作。因而，假體小腿脛骨件可以連接到截肢者剩余肢體關(guān)節(jié)槽的最近區(qū)域，例如連接到脛骨結(jié)節(jié)高度。
現(xiàn)在來看假足1在行走和跑步站立階段的步態(tài)周期內(nèi)的工作情況。涉及到慣性、加速度以及作用力與反作用力定律的牛頓運動三定律是足2的運動學基礎(chǔ)。從牛頓第三定律即作用力與反作用力定律中已知，地面對足的作用力與足對地面的作用力方向相等且大小相反。它們稱為地面反作用力。關(guān)于人的步態(tài)、跑步以及跳躍活動已經(jīng)進行了許多科學研究。測力板的研究向我們顯示，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足的作用力的方向。
可將行走/跑步活動的站立階段進一步分解成減速和加速階段。當假足接觸地面時，足向前對地面施加力，地面以相等且方向相反的方式進行反作用，也就是說，地面對假足向后施加作用。這一作用力使假足運動。行走和跑步活動的站立階段分析從圖5和8中的作為后外角部18的接觸點開始，其比足的內(nèi)側(cè)更向后和向外偏移。在初始接觸時，這種偏移導致足向外翻，而小腿脛骨件向足底屈曲。小腿脛骨件總是在尋找可通過其脛骨來傳遞體重的位置，例如，其傾向于將其較長的垂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到可抵抗向后作用在足上的地面反作用力。
地面作用力導致小腿脛骨件44、45、46、47、50和51以及其他實施例中的小腿脛骨件壓縮，并且其近端向后移動。在小腿脛骨件48和49中，如果遠端凹面響應(yīng)地面反作用力壓縮，則近端凹面會伸展，整個小腿脛骨件單元將向后移動。初始加載的地面作用力導致小腿脛骨件壓縮，并且其近端向后移動。小腿脛骨件較小半徑壓縮，以模擬人的踝關(guān)節(jié)足底屈曲，通過壓縮來將前足放在地面上。同時，龍骨件的后側(cè)17即后足4通過壓縮而向上壓。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動到足底屈曲中并且地面對足向后施加作用，那么后外側(cè)腳跟18的偏移可進一步增強這種吸震作用，該偏移會導致足外翻，也起到吸震的作用。
然后，足龍骨件和小腿脛骨件的已壓縮件開始卸載，即它們設(shè)法回到其初始形狀并釋放掉所儲存的能量，這導致小腿脛骨件的近端以加速的方式向前移動。當小腿脛骨件接近其垂直的初始位置時，地面作用力由對足向后作用改變?yōu)閷ψ愦怪毕蛏献饔谩Ｓ捎诩僮憔哂泻髠?cè)和前側(cè)足底面承重區(qū)域，并且這些區(qū)域由非承重的長拱形中間部分相連，因此來自假肢的垂直方向的作用力促使該長拱形的中間部分通過伸展來承受負荷。后側(cè)和前側(cè)承重表面是分開的。由于地面作用力在性質(zhì)上從垂直地轉(zhuǎn)變成指向前側(cè)，因此這些垂直方向的作用力存儲在足的長拱形中間部分內(nèi)。小腿脛骨件下端伸展，以模擬踝的背屈。這會導致假足樞軸轉(zhuǎn)動而離開前側(cè)足底承重表面。當發(fā)生重量卸載時，中足部分5的長拱形從伸展態(tài)中產(chǎn)生變化并試圖回到初始形狀，這樣可產(chǎn)生模擬的足底屈肌肌肉群突然釋放。這就將所儲存的垂直壓縮力能量釋放出來，以增強伸展性能。
足龍骨件和小腿脛骨件的長拱形可阻礙它們各自結(jié)構(gòu)的伸展。結(jié)果，小腿脛骨件的向前運動被阻止，足就開始樞軸轉(zhuǎn)動而離開前側(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過渡區(qū)域從足長軸線向外偏離15°到35°，因此內(nèi)側(cè)長拱形部分比外側(cè)長拱形部分更長。這是很重要的，因為在正常的足中，在加速或減速過程中要使用到足的內(nèi)側(cè)。
假足的更長內(nèi)側(cè)拱形具有比外側(cè)更大的動態(tài)響應(yīng)特性。在慢速的行走或跑步時，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動。它向內(nèi)側(cè)、外側(cè)、近端和遠端運動。在慢速地行走或跑步時，身體的重心比在快速行走或跑步時更向內(nèi)側(cè)和外側(cè)運動。此外，動量或慣性更小，并且克服更高動態(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)用力學中的這些原理。
此外，在人的步態(tài)周期內(nèi)，在站立中期，身體的重心盡可能遠地位于外側(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，身體的重心運動越過足龍骨件2的側(cè)面。首先(低速檔)以及隨著BCG向前運動，其在足龍骨件2上向內(nèi)側(cè)移動(高速檔)。結(jié)果，假足龍骨件2具有自動變速的作用。也就是說，截肢者所走的每一步均從低速檔開始，并運動到高速檔。
當?shù)孛孀饔昧υ诩僮闵舷蚯笆┘幼饔们壹僮阍诘孛嫔媳幌蚝笫┘幼饔脮r，由于腳跟開始提升，因此中足部分的長拱形的前部的輪廓形成為可垂直于足底面來施加這些后面向的作用力。這是施加這些作用力的最有效果和最有效率的方法。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的向后指向的地面作用力與足龍骨件的垂直其施力方向的足底面相反。
在腳跟提升、腳趾離地的行走和跑步活動的隨后階段中，前足部分的趾區(qū)域產(chǎn)生15°-35°的背屈。這種向上延伸的弓形允許向前地面作用力來壓縮足的該區(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)和跑步的搖擺階段中實現(xiàn)平穩(wěn)的過渡。在步態(tài)站立階段的隨后過程中，伸展的小腿脛骨件和伸展的中足長拱形部分將它們儲存的能量釋放出來，增加到截肢者的要擺動下肢的推進力中。
在人步態(tài)中的一個主要推進機理稱作主動推進階段。當腳跟抬起時，身體重量處于支撐下肢之前，且重心下降。當身體重量落在圖5中的線C-C處的前足搖軸時，存在有向下的加速度，這會導致身體受到最大的垂直作用力。與腳跟提起相關(guān)的腿在踝之前的加速度會帶來作用于地面上的向后剪力。當壓力中心向前側(cè)移動到趾骨頭的旋轉(zhuǎn)軸線時，其結(jié)果會是產(chǎn)生還更大的背屈扭矩。這樣就產(chǎn)生了完全向前下落的情況，生成了在行走中所用的主要前進作用力。在主動推進期間，有效踝功能的標志是腳跟抬起、較小的踝關(guān)節(jié)運動，以及大致居中的踝位置。穩(wěn)定的中足對于正常順序的腳跟抬起是必需的。
在前面提到的幾個實施例中，足龍骨件的后足的后部和前足區(qū)域結(jié)合伸展接合孔和伸展接合支撐。當在不平坦的地勢上步態(tài)中，伸展接合孔的方位起到斜接鉸鏈的作用，增強了雙平面運動性能，以便改善足底面的整體接觸特性。
圖9-12中的Symes足龍骨件在動態(tài)響應(yīng)性能方面是顯著不同的，這是因為這些性能與行走、跑步和跳躍活動相關(guān)。這些足龍骨件在四個顯著特征上不同。這些情況包括在中足部分的貼近后部中存在有凹面，其可比平坦表面更好地適應(yīng)Symes遠端殘肢形狀。這種凹面還可使足龍骨件的高度降低，其可適應(yīng)與Symes級截肢者相關(guān)的更長殘肢。定位凹面要求拱形足龍骨件的中間部分的對應(yīng)前側(cè)和后側(cè)半徑更具活動性，并且尺寸更小。結(jié)果，所有中足長拱形半徑和后足半徑都是更密且更小的。這會顯著地影響動態(tài)響應(yīng)特性。更小的半徑導致更小的動態(tài)響應(yīng)。然而，假足對所有上述行走、跑步和跳躍的地面作用力的響應(yīng)更快。結(jié)果是具有更小動態(tài)響應(yīng)的更快的足。
采用本發(fā)明的假足便可通過定位變更來實現(xiàn)增強的任務(wù)特定型運動性能，這是因為這些定位變更會影響各任務(wù)的垂直和水平分量。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、跑步和跳躍活動中平行于其較長的近端-遠端方位施加其作用力的簡單杠桿。它是不可壓縮的結(jié)構(gòu)，并且不能存儲能量。另一方面，本發(fā)明的假足具有動態(tài)響應(yīng)能力，這是因為這些動態(tài)響應(yīng)能力與運動員的行走、跑步和跳躍活動的水平和垂直線速度分量相關(guān)，并且優(yōu)于人的脛骨和腓骨。結(jié)果就可以增強截肢者的運動性能。為此，根據(jù)本發(fā)明，可松開緊固件8并沿足龍骨件的縱向來調(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的螺栓可相對于分別位于足龍骨件和小腿脛骨件內(nèi)的相對且較長的縱向延伸開口9和10中的一個或兩個滑動。
增強了跑步者的性能特征的定位變更是一種足龍骨件相對于小腿脛骨件向前滑動且足底在小腿脛骨件上屈曲的定位變更，其中跑步者以腳掌來與地面進行初始接觸，如同中足觸地的跑步者一樣。這種新的關(guān)系提高了跑步的水平分量。換句話說，由于小腿脛骨件的底面向足屈曲，并且與最初的腳跟接觸相反，足以腳掌位置與地面接觸，因此地面會直接向后對足施加作用，而足會向前對地面施加作用。這會使得小腿脛骨件向前(通過伸展)和向下快速運動。通過會阻礙小腿脛骨件的初始運動方向的伸展而產(chǎn)生了動態(tài)響應(yīng)力。結(jié)果，足就在趾骨足底面承重區(qū)域上樞軸轉(zhuǎn)動。這會導致龍骨件的中足區(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)是小腿脛骨件的進一步向前運動受到阻礙，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移動身體的重心(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動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(垂直的)。
為在功能上分析該短跑用足，對小腿脛骨件和足龍骨件進行了定位變更?？梢圆捎盟邪济婢哂衅叫杏陬~平面的縱向軸線方位的足龍骨件的優(yōu)點。小腿脛骨件是足底屈曲的，并可在足龍骨件上向后滑動。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，這使遠端圓進一步減小。結(jié)果，實現(xiàn)了進一步增強的水平運動，并且將動態(tài)響應(yīng)融入到這種增強的水平能力中。
短跑運動員具有增加的運動、作用力和動量(慣性)的范圍，其中動量是主導力。由于他們的站立階段中的減速階段短于其加速階段，因此可實現(xiàn)增加的水平線速度。這意味著在初始接觸中，當腳趾接觸地面時，地面會向后對足施加作用，而足會向前對地面施加作用。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量的小腿脛骨件就被迫進入到還更大的屈曲和向下運動中。由于這些作用力的結(jié)果，通過伸展來對足的長拱形凹面加載，并且通過伸展來對小腿脛骨件加載。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)只與能量力勢有關(guān)，它是筆直的結(jié)構(gòu)且不能儲存能量。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，有可能實現(xiàn)增強的截肢者運動性能。
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)以及用于與暫用假肢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。在該示例性實施例中，足龍骨件54通過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。連接件通過相應(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在沿著足龍骨件縱向的方向上在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。通過以這種方式提高小腿脛骨件的有效長度，可以增加小腿脛骨件本身的動態(tài)響應(yīng)能力。與其它示例性實施例中的一樣，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，以便進行定位變更。
小腿脛骨件55的上端形成有用于容納暫用假肢15的延伸開口59。一旦容納到開口中，就可將暫用假肢可靠地夾緊到小腿脛骨件上，這可通過上緊螺栓60和61以沿著開口將小腿脛骨件的自由邊62和63拉到一起來實現(xiàn)。通過松開螺栓、使暫用假肢相對于小腿脛骨件滑入到所需位置，并通過上緊螺栓來將暫用假肢重新夾緊到調(diào)整后的位置上，就可以容易地調(diào)整這種暫用假肢的連接。
在圖28-31B中顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的假足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的螺旋75形式的彎曲下端74。如圖28所示，小腿脛骨件從螺旋開始向前上方延伸到其直立的上端。如上文所提到的，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形成半剛性、彈性的小腿脛骨件。
當小腿脛骨件從其徑向內(nèi)端76向外螺旋延伸，以及當小腿脛骨件從其螺旋下端向上延伸到其可以在縱向方向上彎曲或筆直的上端時，小腿脛骨件下端處的螺旋形狀具有逐漸增大的曲率半徑。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)明的拋物線形小腿脛骨件的可調(diào)半徑的響應(yīng)輸出，同時可允許連接件73和小腿脛骨件72在足龍骨件71上更靠后。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，以允許通過在上述其它實施例中所述的方式來調(diào)整小腿脛骨件和足龍骨件相互之間在縱向方向上的定位，例如沿著圖29中的線30-30上。
連接件后端包括橫向件80，其通過在其各端處的金屬螺釘83和84緊固在連接件的兩個縱向延伸的板81和82之間。如圖30所示，螺旋75的徑向內(nèi)端76通過螺紋緊固件85緊固到連接件的橫向件80上。從其與橫向件的連接點開始，小腿脛骨件在足龍骨件的腳跟部分之上圍繞徑向內(nèi)端76螺旋式延伸，并從螺旋中穿過開口85以及板81和82之間的位于橫向件80之前的連接件而向前上方延伸。如圖28和30所示，位于連接件73前端的橫向件86通過位于各端處的緊固件87和88緊固在板81和82之間。緊固件78容納在橫向件86的螺孔內(nèi)。
橫向件86的后面支撐了例如由塑料或橡膠形成的楔塊89，其在標號90處以粘合方式連接到橫向件上。楔塊用作阻擋件，以便在步態(tài)中限制向上延伸的小腿脛骨件的背屈?？蛇x擇楔塊的大小，在圖31A中如標號89′所示的較寬楔塊，或在圖31B中如標號89″所示的較窄楔塊，以允許進行所需背屈量的調(diào)整。可一次使用多個楔塊，它們一個位于另一個之上，且以粘合方式連接到連接件上，以便降低可允許的背屈。
如圖28所示，可通過由緊固件93和94緊固到小腿脛骨件上端的轉(zhuǎn)接器92來將附在截肢者的下肢殘端上的未示出的假體關(guān)節(jié)槽連接到小腿脛骨件72的上端。轉(zhuǎn)接器具有倒棱形的連接接頭91，其與附在轉(zhuǎn)接器上表面上的連板相連。棱形接頭由位于下垂假體關(guān)節(jié)槽上的互補形關(guān)節(jié)槽式接頭來容納，以便將假足和假體關(guān)節(jié)槽相連。
圖32-34的本發(fā)明實施例的假足100包括縱向延伸的足龍骨件101，該足龍骨件101具有位于一端的前足部分102、位于相對端的后足部分103以及延伸在前足和后足部分之間延伸的中足部分104。直立的小腿脛骨件105在小腿脛骨件的下端固定到足龍骨件上以便形成假足的踝關(guān)節(jié)并且通過小腿脛骨件向前凸出的彎曲部分106從足龍骨件向上延伸。小腿脛骨件通過與足龍骨件的前足部分102一體形成的連接件107固定到足龍骨件。連接件從前足部分向后延伸，作為中足部分104和后足部分103的一部分上的懸臂。足龍骨件的后足部分和中足部分一體形成并且由緊固件108和109連接到一體形成的前足部分和連接件。
小腿脛骨件105的下端以螺旋110的形式反向彎曲。螺旋110的徑向內(nèi)端由延伸通過小腿脛骨件內(nèi)的表面開口和連接件的螺栓和螺母形式的連接器111緊固到連接件。連接件后側(cè)部分112反向彎曲以便收容小腿脛骨件的螺旋下端，其由連接器111支撐在彎曲部分112的上端。
通過緊固件114和115連接到足龍骨件的連接件的阻擋件113限制小腿脛骨件的背屈。人足和小腿形狀的小腿脛骨件的裝飾用覆蓋物前側(cè)任選定位坐在足龍骨件101上并且至少在小腿脛骨件105的下端，并且小腿脛骨件以結(jié)合圖28的實施例所顯示并描述的方式從足龍骨件向上延伸到小腿覆蓋物內(nèi)。
圖32-34的實施例的假足100增強的彈跳效率的足龍骨件。通過使用一體形成的前足部分和連接件增加彈性足龍骨件從趾區(qū)域到與小腿脛骨件下端的連接位置的長度產(chǎn)生顯著的彈簧應(yīng)變率增益。當在步態(tài)的中間站立階段對足龍骨件的趾區(qū)域加載，懸臂式連接件的朝下的凹面伸展并且位于連接件后端的反向彎曲并前面向的凹面壓縮，足龍骨件的連接件的各彈性屈曲在步態(tài)中輔助肢體向前推進的方向上為卸載過程的后續(xù)釋放存儲能量。由假體中小腿脛骨件的下端所形成的踝代替人踝關(guān)節(jié)功能，該假體有助于節(jié)約向前的動量和慣性。在本實施例中的足龍骨件結(jié)構(gòu)不局限于所示的結(jié)構(gòu)，而是可以是上文所示的任何足龍骨件結(jié)構(gòu)，包括例如具有高-低檔或者僅高檔、具有一個或多個伸展關(guān)節(jié)或者由多個縱向端形成的那些龍骨件。類似地，本實施例地小腿脛骨件可以具有例如位于踝上方的上端以及從足龍骨件向上延伸的前面向凸出的彎曲部分延伸，這些部件以與例如本申請所公開的其他任何實施例中的結(jié)構(gòu)不同的方式進行配置。小腿脛骨件的上端可以通過轉(zhuǎn)接器連接到人的下肢的關(guān)節(jié)槽，例如圖3、圖27或圖28中的轉(zhuǎn)接器或其他公知轉(zhuǎn)接器。
圖32-34的假足100進一步包括后小腿裝置114以便通過步態(tài)中小腿脛骨件上端的前向運動存儲附加能量。也就是說，在步態(tài)的主動推進階段，彈性假體的作用力加載伸展小腿脛骨件的前面向凸出的彎曲部分106形成的脛骨件105的矢狀平面凹面，這導致小腿脛骨件上端相對小腿脛骨件下端和足龍骨件的向前移動。裝置114的優(yōu)選為帶片形式的撓性延伸件116通過緊固件119連接到小腿脛骨件的上部并且通過如上文所描述的連接器111連接到假足的下部，也就是脛骨件的連接件107和下端110?？梢允菑椥院?或非彈性的撓性帶的長度在步態(tài)中拉緊并且長度上固定或者可以通過使用帶的重疊長度之間的滑動調(diào)節(jié)器117來進行調(diào)節(jié)。
曲線彈簧118的底部可調(diào)節(jié)地支撐在小腿脛骨件地上端，例如在腿脛骨件和利用緊固件119固定到小腿脛骨件上的轉(zhuǎn)接器(未圖示)。彈簧的下自由端定位成與撓性帶接觸。當帶拉緊時，彈簧變更帶的縱向范圍的方向。步態(tài)中小腿脛骨件上端的前向運動拉緊/進一步拉緊(如帶初始預加載成拉緊狀態(tài))帶并且加載/進一步加載彈簧以便在步態(tài)中的假足作用力加載時存儲能量。該存儲的能量由彈簧在假足的作用力卸載時送回以便增加在步態(tài)中由假足產(chǎn)生的用于推進力的動態(tài)功率。
當使用滑動調(diào)節(jié)器117使帶116變短以便在使用假足前初始將帶預加載到拉緊狀態(tài)，帶的拉緊用于輔助彈性脛骨件上端的后向移動以及在使用假體的過程中控制小腿脛骨件的前向移動。輔助后向移動可以有助于在步態(tài)的初始站立階段在腳跟著地時獲得快速的腳掌響應(yīng)，該響應(yīng)出現(xiàn)在足的腳底屈曲出現(xiàn)的足跟著時出現(xiàn)在人足和踝中。
在使用后小腿裝置114的假體的使用過程中，彈性小腿脛骨件上端的輔助后向移動以及控制前向移動分別對改變步態(tài)中的假足的踝扭矩比是有效的，其影響響應(yīng)在人使用假足過程中的作用力加載以及卸載的小腿脛骨件的上端的縱向移動的矢狀平面屈曲特征變換。由在步態(tài)的后期站立中出現(xiàn)的峰值背屈踝扭矩除以足跟著地后在初始腳掌加載響應(yīng)中產(chǎn)生的腳底屈曲扭矩所限定的步態(tài)中人腳的正常生理踝扭矩比報道為11.33比1。使用后小腿裝置114改變小腿脛骨件的上端的縱向移動的矢狀平面屈曲特征的目的是增加假體的踝扭矩比以便模仿步態(tài)中人足中出現(xiàn)的踝扭矩比。這對于利用假體實現(xiàn)正常步態(tài)并且對于具有一個真足和一個假足的人在步態(tài)中實現(xiàn)對稱是重要的。優(yōu)選的是，通過使用后小腿裝置114控制前向運動并可能地富足后向運動，增加假體的踝扭矩比，使得在假體出現(xiàn)的峰值背屈踝扭矩比其中的腳底屈曲踝扭矩大一個數(shù)量級。更優(yōu)選的，踝扭矩比增加到大約11∶1，以便可與報道的踝11.33∶1的自然扭矩比相比較。
后小腿裝置的另一目的是增強假足在步態(tài)中的效率，通過在假體的作用力加載過程中在裝置彈簧118內(nèi)存儲附加能量并且并在作用力卸載過程中返回所存儲的彈性能量來增加步態(tài)中由假足產(chǎn)生的用作推進力的動態(tài)功率。該裝置114在假足中在步態(tài)中對人足、踝和小腿起作用的的人體小腿肌肉組織的目的，也就是利用在足的作用力加載過程中的體內(nèi)勢能的形成，并且在足的作用力卸載過程中將勢能轉(zhuǎn)換成用于推進力的動能來在人體上有效產(chǎn)生推進力。例如具有后小腿裝置的本發(fā)明的假足接近甚至超越人足的效率對于截肢者恢復“正常功能”是很重要的。通過后小腿裝置114控制小腿脛骨件105的上端的前向移動有效限制了小腿脛骨件的上端的前向移動范圍。通過其彈性縱向拱形在連接件107中的伸展以及連接件的反向彎曲部分112的伸展，假足100的足龍骨件也對上文所討論的步態(tài)中的作用力加載過程的能量存儲作出貢獻。這種勢能在步態(tài)的作用力卸載過程中作為動態(tài)功率返回以便產(chǎn)生推進力。
圖35中的假體120包括足龍骨件121、小腿脛骨件122以及后小腿裝置123。轉(zhuǎn)接器124由適當?shù)木o固件(未圖示)連接到小腿脛骨件的上端以便將假體固定到人下肢的關(guān)節(jié)槽以便進行使用。和圖32-34的實施例一樣，假體連接件125與足龍骨件的前足部分126一體形成。足龍骨件的后足部分127通過緊固件裝置128接合到連接件的反向彎曲部分的上端，在連接到連接件和小腿脛骨件之前在圖39以分解方式顯示的。緊固件配置包括靠著小腿脛骨件下端的反向彎曲螺旋的徑向內(nèi)端的徑向內(nèi)部件129，以及靠著后足部分127的徑向外部件130。例如貫穿螺栓和螺母的機械緊固件(未圖示)延伸經(jīng)過部件129和130的對齊的開口以及夾在緊固裝置之間并由其彼此接合后足部分、連接件以及小腿脛骨件下端的互補彎曲部分。
假足120后小腿裝置123包括其一端支撐在小腿脛骨件上端以便隨其運動的盤簧131。盤簧的第二自由端具有由金屬夾具133固定與其上的撓性延伸帶132的一端。如圖35所示，該夾具在其一端連接到帶的第一端而在其另一端與盤簧的自由端鉤成夾緊嚙合。撓性帶132的中間部分向下延伸到足龍骨件和小腿脛骨件的下端，在此處撓性帶132繞安裝在緊固件裝置128的部件130上的筒形銷135形式的返回點134延伸。為了使帶相對銷的滑動阻力最小，銷134可以轉(zhuǎn)動安裝到部件130內(nèi)。帶的第二端在脛骨件的后表面和互補形狀的彈簧保持件135之間夾緊保持在小腿脛骨件的上端，該彈簧保持件135向下延伸開脛骨件的長度。彈簧保持件135的上端通過適當緊固件(未圖示)固定在盤簧的上端和脛骨件的上端之間?？梢允菑椥院?或非彈性的撓性帶的長度在步態(tài)中拉緊。該長度可以是固定的，或者例如通過使用滑動調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，該滑動調(diào)節(jié)器位于在與金屬夾具133的連接點相鄰的帶的重疊長度之間。
在步態(tài)中脛骨件的上端相對足龍骨件和脛骨件下端的前向移動通過盤簧131的伸展和保持件135的下端的后向撓曲被可屈服限制，以便在步態(tài)的后期中間站立階段中的假體的作用力加載過程中存儲能量，所存儲的能量在作用力卸載過程中釋放，由此對假體的踝動力產(chǎn)生作出貢獻并且增強效率。在本實施例中，盤簧131由彈簧鋼形成，但是可以使用其他金屬合金或非金屬，例如塑料。在本實施例中，彈簧保持件135由包裹在環(huán)氧樹脂中的碳素纖維制成，但是可以使用其他材料，包括金屬合金以及塑料。和圖32-34中的帶116一樣，撓性帶132由寬度為5/8英寸并且厚度為1/16英寸的織造凱夫拉爾(Kevlar)材料制成(DuPont公司生產(chǎn))，但是可以使用其他材料和尺寸，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。帶132的第一端延伸通過金屬夾具133一端上的開口并且對折返回到帶上，其中它由滑動調(diào)節(jié)器或其他緊固件可調(diào)節(jié)地保持。
在圖36的實施例中的假體140使用小腿脛骨件122以及與圖35的假體120一同使用的后小腿裝置123。假足140的足龍骨件141包括通過緊固件裝置128連接到小腿脛骨件的下端的反向彎曲連接件142，以便收容并支撐小腿脛骨件的螺旋下端。在本發(fā)明的這種形式中，連接件與足龍骨件的前足部分143和后足部分144一體形成。
圖37的實施例的假足150與圖35和36的假足一樣，不同之處在于，連接件151形成為獨立的元件，其后端由緊固件153固定到足龍骨件152，形成足龍骨件的前足、中足和后足部分155、156和157。緊固件153的連接區(qū)域在小腿脛骨件和連接件的連接點后側(cè)以便增加足龍骨件的有效長度以及其在步態(tài)的后期中間站立階段的彈簧應(yīng)變率。這種效果在圖38的實施例中更大，其中假體161的連接件160延伸到足龍骨件163的后端，在此處它通過緊固件164連接到足龍骨件。該緊固件可以是機械緊固件，例如包含卷制的碳素纖維和環(huán)氧樹脂的復合材料或者卷制的芬芳聚酰胺纖維(例如，DuPont生產(chǎn)的Kevlar)和環(huán)氧樹脂成分的復合材料的螺栓和螺母或者其他緊固件。延伸連接件的下前端165以便作為背屈時小腿脛骨件的前向運動的阻擋件。作為備選方案，可以提供如圖32-34的實施例中提供為113的獨立阻擋件。在圖35和36的實施例中還可以使用任意類型阻擋件。
圖40的假足170類似于圖28-31B的實施例中的假足。該假體170包括足龍骨件171、小腿脛骨件172以及連接件173。脛骨件172形成由向下的前面向凸出的彎曲下端174，該彎曲下端174以螺旋175的形式反向彎曲。小腿脛骨件從螺旋向上延伸到其直立的上端，小腿脛骨件可以是在縱向方向彎曲的或者筆直的。
小腿脛骨件下端的螺旋形狀的曲率半徑隨小腿脛骨件從徑向內(nèi)上端176向外螺旋延伸而逐漸增加，在徑向內(nèi)上端176，小腿脛骨件由和圖32-38的實施例一樣延伸通過小腿脛骨件和連接件的面向開口的螺紋螺栓和螺母形式的連接器緊固到連接件上。
連接件173用于作為螺旋175的容器，并且通過和圖30一樣的螺紋緊固件可調(diào)節(jié)地緊固到足龍骨件171。如結(jié)合其他實施例所解釋的，足龍骨件在其向上供起的部分具有縱向延伸的開口，該開口容納緊固件以便允許調(diào)節(jié)小腿脛骨件和足龍骨件在縱向方向上彼此之間的定位。代替圖28-30中縱向延伸的板81和82，連接件173形成有開口側(cè)以及由連接件的側(cè)向間隔的內(nèi)側(cè)邊緣177所側(cè)向限定的前面向的開口。和圖28-30的實施例一樣，小腿脛骨件向上延伸通過前面向的開口。和圖28-30一樣，可以提供阻擋件以便步態(tài)中的小腿脛骨件的背屈。
和圖35-39的實施例一樣，轉(zhuǎn)接器124由適當?shù)木o固件(未圖示)連接到小腿脛骨件的上端以便將假體固定到人下肢上的關(guān)節(jié)槽來進行使用。假足170上的后小腿裝置178與圖35中的裝置123相同，并且包括在其一端支撐到小腿脛骨件的上端上以便隨其移動的盤簧179。盤簧的第二/自由端具有由金屬夾具181固定到其上的撓性延伸件/帶180的一端。和圖35中的后小腿裝置一樣，夾具在其一端連接到帶的第一端并且在其另一端鉤成與盤簧的自由端成夾緊嚙合。撓性帶180的中間部分向下延伸到足龍骨件和小腿脛骨件的下端，在此處其繞安裝在接合連接件和小腿脛骨件的下端的緊固件裝置184的部件183上的筒形銷形式的返回點182延伸。銷182可以旋轉(zhuǎn)固定在部件183內(nèi)，以便使滑動阻力最小化。帶的第二端在脛骨件和盤簧之間夾緊保持在小腿脛骨件的上端。和圖35的實施例一樣，撓性帶的長度可以固定或者可通過使用滑動調(diào)節(jié)器(未圖示)進行調(diào)節(jié)。如針對圖35的實施例所討論的，裝置178用于在步態(tài)的后其中間站立階段的作用力加載過程中存儲能量，所存儲的能量在作用力卸載過程中釋放，由此對矢狀平面踝動力產(chǎn)生作出貢獻。
圖40中的假體170與圖28-30中的假體70的不同之處在于，假體170的踝在地面上比假體70的踝更高。注意到反向彎曲下端，因為連接件173的向上并向后延伸的結(jié)構(gòu)，圖40中的螺旋踝關(guān)節(jié)174在圖40的足龍骨件171的向上供起的中間部分的上方，而圖28-30的假體70的螺旋74的下端75低于足龍骨件的向上供起的中間部分。應(yīng)該意識到，這種地面上方的踝區(qū)域的高度影響在步態(tài)的站立階段出現(xiàn)的踝矢狀平面的角度變化。踝區(qū)域的更高設(shè)置增加角度變化而踝的更低設(shè)置減小角度變化。因而，對于在脛骨件的近端出現(xiàn)的同樣大小的角度變化，如圖40的踝的更高設(shè)置具有更大的角速度。這種角速度的變化使非常顯著的，例如兩英寸的踝高度比三又二分之一英寸的踝高度的角度變化小35％。本發(fā)明假體中的踝高度由多種因素決定，包括連接件的尺寸和結(jié)構(gòu)、縱向拱形高度、足龍骨件的前足、中足以及后足部分的長度等，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。
這就推導出本示例性實施例的描述。盡管已經(jīng)參照多個示范性實施例對本發(fā)明進行了描述，但是應(yīng)該注意到，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出落在本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)的多種其他修改和實施例。例如，本發(fā)明的假足的小腿脛骨件的下端不局限于拋物線形狀或螺旋形狀，而可以是雙曲線或以其他形式的向下凸出彎曲配置以便在連接到足龍骨件時產(chǎn)生所需要的足動作輸出，由此形成足的踝關(guān)節(jié)區(qū)域。后小腿裝置不局限于使用帶作為撓性延伸件，因為可以使用其他構(gòu)件，例如撓性鋼繩。同樣，裝置中的彈簧結(jié)構(gòu)可以不同于所示的彈簧結(jié)構(gòu)。例如，橫向延伸到假體的縱向范圍的金屬或塑料彈性管可以插入到延伸件和脛骨件的上部之間來存儲和釋放能量。包括用于構(gòu)造的材料在內(nèi)的各實施例的特征可以彼此結(jié)合使用。更具體地，在不脫離本發(fā)明精神的情況下在前述公開內(nèi)容、附圖以及所述權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以對主題結(jié)合配置的部件和/或配置進行合理的變化和修改。除了對部件和/或配置的變化和修改外，選擇性使用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是顯而易見的。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種用于下肢假體的系統(tǒng)，包括縱向延伸的足，所述足具有位于一端的前足部分、位于相對端的后足部分以及在所述前足和后足部分之間延伸的中足部分；固定到所述足上的踝；從所述踝向上延伸的直立脛骨件；其中所述踝和所述脛骨件由彈性構(gòu)件形成，所述彈性構(gòu)件通過面向該構(gòu)件的凸出彎曲的卷曲部分的前部從所述足向上延伸，并且其中所述構(gòu)件通過與所述足的前足部分一體形成的連接件固定到所述足上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述連接件從所述前足部分向后延伸，作為所述足的中足部分和部分后足部分上的懸臂。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述足的后足部分和中足部分一體形成并且連接到所述一體形成的前足部分和連接件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述彈性構(gòu)件的下端反向彎曲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述連接件收容所述彈性構(gòu)件的反向彎曲下端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述彈性構(gòu)件的反向彎曲下端為螺旋形式以形成所述卷曲部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述彈性構(gòu)件的螺旋的徑向內(nèi)端緊固到所述連接件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述連接件包括阻擋件以便限制所述彈性構(gòu)件的背屈。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括人足和小腿形狀的裝飾覆蓋物，所述裝飾覆蓋物位于所述足、所述踝以及至少所述脛骨件的下端上，所述脛骨件從所述踝向上延伸到所述小腿覆蓋物內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括位于所述假體上的后小腿裝置，以便在所述假體的作用力加載過程中存儲能量并且在作用力卸載過程中返回所存儲的能量以便增加步態(tài)中由所述假體產(chǎn)生的用于推進力的動態(tài)功率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述裝置包括至少一個在所述脛骨件的上端和所述假體的下端之間延伸的延伸件以及至少一個由所述至少一個延伸件彈性偏置的彈簧，其響應(yīng)所述脛骨件的上端的前向運動以便存儲能量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個彈簧包括具有與所述延伸件連接的自由端的盤簧，所述盤簧在步態(tài)中響應(yīng)所述脛骨件的上端的前向運動而彈性伸展以便存儲能量。
13.一種假足，包括縱向延伸的的足龍骨件，所述足龍骨件具有位于一端的前足部分、位于相對端的后足部分以及在所述前足和后足部分之間延伸的中足部分；直立彈性小腿脛骨件，所述小腿脛骨件的下端固定在所述足龍骨件上，所述下端形成所述假足的彈性踝關(guān)節(jié)區(qū)域并且通過面向所述彈性小腿脛骨件的凸出彎曲部分的前部從所述足龍骨件向上延伸；所述小腿脛骨件通過連接件固定到所述足龍骨件，所述連接件與所述足龍骨件的前足部分一體形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的假足，其特征在于所述連接件所述前足部分向后延伸，作為所述足龍骨件的中足部分和部分后足部分上的懸臂。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的假足，其特征在于所述足龍骨件的后足部分和中足部分一體形成并且連接所述一體形成的前足部分和連接件。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的假足，其特征在于所述小腿脛骨件的下端反向彎曲。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的假足，其特征在于所述連接件收容所述小腿脛骨件的反向彎曲下端。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的假足，其特征在于所述小腿脛骨件的反向彎曲下端為螺旋形式。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的假足，其特征在于所述小腿脛骨件的螺旋的徑向內(nèi)端緊固到所述連接件。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的假足，其特征在于所述連接件包括阻擋件以便限制所述小腿脛骨件的背屈。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的假足，其特征在于進一步包括人足和小腿形狀的裝飾覆蓋物，所述裝飾覆蓋物位于所述足龍骨件和至少所述小腿脛骨件的下端上，并且所述小腿脛骨件從所述足龍骨件向上延伸到所述小腿物內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的假足，其特征在于進一步包括位于所述假足上的后小腿裝置以便在所述假足作用力加載過程中存儲能量并且在作用力卸載過程中返回所存儲的能量以便增加步態(tài)中由所述假足產(chǎn)生的用于推進力的動態(tài)功率。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的假足，其特征在于所述裝置包括至少一個在所述小腿脛骨件的上部和所述假足的下部之間延伸的延伸件以及至少一個由所述至少一個延伸件彈性偏置的彈簧，其響應(yīng)所述脛骨件的上端的前向移動以便存儲能量。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的假足，其特征在于所述至少一個彈簧包括具有連接到所述延伸件的自由端的盤簧，所述盤簧響應(yīng)步態(tài)中所述脛骨件的上端的前向移動而彈性伸展以便存儲能量。
25.一種用于下肢假體的系統(tǒng)，包括縱向延伸的足；固定到所述足的踝；從所述踝向上延伸的直立脛骨件；其中所述踝和所述脛骨件由彈性構(gòu)件形成，所述彈性構(gòu)件具有固定到所述足的反向彎曲下端以形成所述踝并且通過面向所述構(gòu)件的凸出彎曲的卷曲部分的前部從所述足向上延伸，和其中所述彈性構(gòu)件通過收容所述構(gòu)件的反向彎曲下端的連接件固定到所述足。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于所述彈性構(gòu)件的反向彎曲下端為螺旋形式以形成所述卷曲部分。
權(quán)利要求
1.一種用于下肢假體的系統(tǒng)，包括縱向延伸的的足，所述足具有位于一端的前足部分、位于相對端的后足部分以及在所述前足和后足部分之間延伸的中足部分；固定到所述足上的踝；從所述踝向上延伸的直立脛骨件；其中所述踝和所述脛骨件由彈性構(gòu)件形成，所述彈性構(gòu)件通過其前面向凸出的彎曲卷曲部分從所述足向上延伸，并且其中所述彈性構(gòu)件通過與所述足的前足部分一體形成的連接件固定到所述足上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述連接件從所述前足部分向后延伸，作為所述足的中足部分和部分后足部分上的懸臂。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述足的后足部分和中足部分一體形成并且連接到所述一體形成的前足部分和連接件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述彈性構(gòu)件的下端反向彎曲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述連接件收容所述彈性構(gòu)件的反向彎曲下端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述彈性構(gòu)件的反向彎曲下端為螺旋形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述彈性構(gòu)件的螺旋的徑向內(nèi)端緊固到所述連接件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述連接件阻擋件以便限制所述彈性構(gòu)件的背屈。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括人足和小腿形狀的裝飾覆蓋物，所述裝飾覆蓋物位于所述足、所述踝以及所述脛骨件的下端上，所述脛骨件從所述踝向上延伸到所述小腿覆蓋物內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括位于所述假體上的后小腿裝置后小腿裝置以便在所述假體的作用力加載過程中存儲能量并且在作用力卸載過程中返回所存儲的能量以便增加步態(tài)中由所述假體產(chǎn)生的用于推進力的動態(tài)功率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述裝置包括至少一個在所述脛骨件的上端和所述假體的下端之間延伸的延伸件以及至少一個由所述至少一個延伸件響應(yīng)所述脛骨件的上端的前向運動彈性偏置以便存儲能量的彈簧。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個彈簧包括具有與所述延伸件連接的自由端的盤簧，所述盤簧在步態(tài)中響應(yīng)所述脛骨件的上端的前向運動而彈性伸展以便存儲能量。
13.一種假足，包括縱向延伸的的足龍骨件，所述足龍骨件具有位于一端的前足部分、位于相對端的后足部分以及在所述前足和后足部分之間延伸的中足部分；直立彈性小腿脛骨件，所述小腿脛骨件的下端固定在所述足龍骨件上，所述下端形成所述假足的彈性踝關(guān)節(jié)區(qū)域并且通過所述彈性小腿脛骨件的前面向凸出的彎曲部分從所述足龍骨件向上延伸；所述小腿脛骨件通過連接件固定到所述足龍骨件，所述連接件與所述足龍骨件的前足部分一體形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的假足，其特征在于所述連接件所述前足部分向后延伸，作為所述足龍骨件的中足部分和部分后足部分上的懸臂。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的假足，其特征在于所述足龍骨件的后足部分和中足部分一體形成并且連接所述一體形成的前足部分和連接件。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的假足，其特征在于所述小腿脛骨件的下端反向彎曲。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的假足，其特征在于所述連接件收容所述小腿脛骨件的反向彎曲下端。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的假足，其特征在于所述小腿脛骨件的反向彎曲下端為螺旋形式。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的假足，其特征在于所述小腿脛骨件的螺旋的徑向內(nèi)端緊固到所述連接件。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的假足，其特征在于所述連接件包括阻擋件以便限制所述小腿脛骨件的背屈。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的假足，其特征在于進一步包括人足和小腿形狀的裝飾覆蓋物，所述裝飾覆蓋物位于所述足龍骨件和至少所述小腿脛骨件的下端上，并且所述小腿脛骨件從所述足龍骨件向上延伸到所述小腿物內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的假足，其特征在于進一步包括位于所述假足上的后小腿裝置以便在所述假足作用力加載過程中存儲能量并且在作用力卸載過程中返回所存儲的能量以便增加步態(tài)中由所述假足產(chǎn)生的用于推進力的動態(tài)功率。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的假足，其特征在于所述裝置包括至少一個在所述小腿脛骨件的上部和所述假足的下部之間延伸的延伸件以及至少一個由所述至少一個延伸件響應(yīng)所述脛骨件的上端的前向移動而彈性偏置以便存儲能量的彈簧。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的假足，其特征在于所述至少一個彈簧包括具有連接到所述延伸件的自由端的盤簧，所述盤簧響應(yīng)步態(tài)中所述脛骨件的上端的前向移動而彈性伸展以便存儲能量。
25.一種用于下肢假體的系統(tǒng)，包括縱向延伸的足；固定到所述足的踝；從所述踝向上延伸的直立脛骨件；其中所述踝和所述脛骨件由彈性構(gòu)件形成，所述彈性構(gòu)件具有固定到所述足的反向彎曲下端以形成所述踝并且通過所述彈性構(gòu)件的前面向凸出的彎曲部分從所述足向上延伸，并且其中所述彈性構(gòu)件通過收容所述彈性構(gòu)件的反向彎曲下端的連接件固定到所述足。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于所述彈性構(gòu)件的反向彎曲下端為螺旋形式以形成所述卷曲部分。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于所述彈性構(gòu)件的螺旋的徑向內(nèi)端緊固到所述連接件。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于所述連接件包括阻擋件以便限制所述彈性構(gòu)件的背屈。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括人足和小腿形狀的裝飾覆蓋物，所述裝飾覆蓋物位于所述足、踝以及至少所述脛骨件的下端上，并且所述脛骨件從所述踝向上延伸到所述小腿物內(nèi)。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于所述連接件和所述足一體形成。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于所述連接件和形成前面向凹面，所述彈性構(gòu)件的反向彎曲下端收容在所述凹面內(nèi)。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于所述連接件在其后端連接到所述足。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括位于所述假體上的后小腿裝置以便在所述假體的作用力加載過程中存儲能量并且在作用力卸載過程中返回所存儲的能量以便增加步態(tài)中由所述假體產(chǎn)生的用于推進力的動態(tài)功率。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于所述裝置包括至少一個在所述脛骨件的上部和所述假體的下部之間延伸的延伸件以及至少一個由所述至少一個延伸件響應(yīng)所述脛骨件的上端的前向移動而彈性偏置以便存儲能量的彈簧。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個彈簧包括具有連接到所述延伸件的自由端的盤簧，所述盤簧響應(yīng)步態(tài)中所述脛骨件的上端的前向移動而彈性伸展以便存儲能量。
36.一種假足，包括縱向延伸的的足龍骨件；具有反向彎曲下端的直立小腿脛骨件，所述下端固定在所述足龍骨件上，所述下端形成所述假足的踝關(guān)節(jié)，所述小腿脛骨件的前面向凸出的彎曲部分從所述足龍骨件向上延伸；所述小腿脛骨件通過連接件固定到所述足龍骨件，所述連接件與所述足龍骨件的前足部分一體形成。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的假足，其特征在于所述小腿脛骨件的反向彎曲下端為螺旋形式。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的假足，其特征在于所述小腿脛骨件的螺旋的徑向內(nèi)端緊固到所述連接件。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的假足，其特征在于所述連接件包括阻擋件以便限制所述小腿脛骨件的背屈。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的假足，其特征在于進一步包括人足和小腿形狀的裝飾覆蓋物，所述裝飾覆蓋物位于所述足龍骨件和至少所述小腿脛骨件的下端上，并且所述小腿脛骨件從所述足龍骨件向上延伸到所述小腿物內(nèi)。
41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的假足，其特征在于所述連接件和所述足龍骨件一體形成。
42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的假足，其特征在于所述連接件形成前面向的凹面，所述小腿脛骨件的反向彎曲下端收容在所述凹面內(nèi)。
43.根據(jù)權(quán)利要求36所述的假足，其特征在于所述連接件在其后端連接到所述足龍骨件。
44.根據(jù)權(quán)利要求36所述的假足，其特征在于進一步包括位于所述假足上的后小腿裝置以便在所述假足作用力加載過程中存儲能量并且在作用力卸載過程中返回所存儲的能量以便增加步態(tài)中由所述假足產(chǎn)生的用于推進力的動態(tài)功率。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的假足，其特征在于所述裝置包括至少一個在所述小腿脛骨件的上部和所述假足的下部之間延伸的延伸件以及至少一個由所述至少一個延伸件響應(yīng)所述脛骨件的上端的前向移動而彈性偏置以便存儲能量的彈簧。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的假足，其特征在于所述至少一個彈簧包括具有連接到所述延伸件的自由端的盤簧，所述盤簧響應(yīng)步態(tài)中所述脛骨件的上端的前向移動而彈性伸展以便存儲能量。
全文摘要
一種假足(100)結(jié)合有足龍骨件(101)和其下端連接到足龍骨件以形成假足的踝關(guān)節(jié)的彈性小腿脛骨件(105)。足龍骨件具有前足和后足部分以及在前足和后足部分之間延伸的中足部分。小腿脛骨件通過脛骨件的前向凸出的彎曲部分(106)從所述足龍骨件向上延伸，并且通過與足的前足部分一體形成的連接件(107)固定到足龍骨件。脛骨件的下端為反向彎曲(110)并由連接件的反向彎曲部分(112)收容。
文檔編號A61F2/60GK1937973SQ200580009826
公開日2007年3月28日 申請日期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 申請人:巴里W·湯森, 拜倫K·克勞丁諾