CN110198687A - 踝足矫形器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种踝足矫形器(1)，其包括小腿元件(4)、以能够绕着枢转轴线枢转的方式耦接至小腿元件(4)的足元件(2)以及第一能量存储单元，其配置成：足元件(2)相对于小腿元件(4)从存储在第一能量存储单元中的能量的量是最少的位置沿背屈方向的运动能向第一能量存储单元加载能量；其特征在于，第一能量存储单元适于通过下述方式来增加存储在其中的能量的量：首先使足元件(2)相对于小腿元件(4)沿跖屈方向从第一位置移动至第二位置，其中，在所述第一位置处，存储在第一能量存储单元中的能量的量是最少的，并且然后使足元件(2)相对于小腿元件(4)沿背屈方向从第二位置移回至第一位置。

Description

踝足矫形器

技术领域

本发明涉及一种踝足矫形器，其包括小腿元件、可枢转地耦接至小腿元件的足元件和第一能量存储单元，第一能量存储单元配置成：足元件相对于小腿元件从存储在第一能量存储单元中的能量的量最小的位置沿背屈方向的运动能向第一能量存储单元加载能量。背屈意味着足元件与小腿元件之间的角度减小。跖屈意味着足元件与小腿元件之间的角度增大。

背景技术

从US2013/0046218A1中已知这种踝足矫形器。

踝足矫形器可以改善但也会妨碍踝关节肌肉松弛瘫痪患者的日常生活活动的质量。全天的主要活动是步态。步态周期可以分为四个不同的阶段。该周期从脚后跟的碰地开始。一旦脚后跟触及地面，就会开始被称为“受控的跖屈”的第一阶段。这会发生的原因在于：在脚后跟接触地面后，整个足部降低，直到达到最大跖屈角度，随后整个足部平放在地面上。从US 8,696,764 B2、US 2004/0064195 A1和已经提到的US 2013/0046218 A1获知的踝足矫形器中，在这种受控的跖屈阶段中，第一能量储存单元中没有存储能量。

在第一阶段之后是所谓的受控的背屈阶段。此时，需要足元件与小腿元件之间的踝关节在一定范围内进行运动，以使得胫骨以受控的方式倾斜。在脚后跟从地面抬起并且达到最大背屈角度后，受控的背屈阶段结束。最大背屈角度意味着足元件与小腿元件之间的角度是最小的。在最大背屈角度处足元件与小腿元件之间的角度值在不同的步伐之间可以是不同的。此时，第三阶段、即所谓的“动力跖屈阶段”开始。在该阶段中，在足踝处产生动力以通过主动的跖屈运动和力矩向前推动身体。从现有技术中已知的矫形器可以在受控的背屈阶段期间向第一能量存储单元存储能量并且在动力跖屈阶段期间释放该能量以产生必要的动力。在这些情况下，第一能量存储单元可以是弹性元件、例如螺旋弹簧或由诸如橡胶的弹性材料制成的块。

在足部完全离开地板的“脚趾离地”之后，摆动阶段开始。在摆动阶段结束时，脚后跟接触地面并完成一个步态周期。

为了利用仅具有一个能量存储单元的踝足矫形器提供看起来自然且方便的步态周期，在摆动阶段中第一能量存储单元中存储的能量的量是极少的或至少非常少。否则，在步态周期的发生在脚后跟碰地之后的第一阶段将控制“受控的跖屈”，这是因为在该运动期间第一能量储存单元将释放储存的能量的至少一部分。因此，在摆动阶段期间通常没有能量存储在第一能量存储单元中。第一能量存储单元通常具有所谓的“零位置”，所述“零位置”可以被定义成足元件与小腿元件之间的下述角度：在该角度处存储在第一能量存储单元中的能量的量是最少的。必须注意的是，能量的量不一定是零。

对于根据权利要求1的前序部分的具有仅一个第一能量存储单元的踝足矫形器，仅能够在超过该零位置后且在背屈运动期间存储能量并向能量存储单元加载能量。因此，第一能量存储单元的这种加载只能在受控的背屈阶段期间进行。通常，根据现有技术的踝足矫形器的零位置是足元件与小腿元件之间的大约为90°的角度。这对应于站立期间这两个元件之间的角度。因此，一旦足元件与小腿元件之间的角度减小至低于该零位置，就开始向第一能量存储单元加载能量。然后，存储在该第一能量存储单元中的能量可以在动力跖屈阶段期间被释放，这种释放仅仅进行至达到零位置的角度。超过该零位置后不再可能简单地从第一能量存储单元释放任何更多能量。然而，健康腿的足元件与小腿元件之间的在正常步态周期期间的角度在受控的跖屈阶段和动力跖屈阶段中都大于该零位置。因此，利用根据现有技术的踝足矫形器不可能实现看起来正常的步态周期。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的矫形器的这一缺点。

本发明通过根据权利要求1的前序部分的踝足矫形器解决了这个问题，这种踝足矫形器的特征在于：第一能量存储单元适于通过下述方式来增加存储在第一能量存储单元中的能量的量：

-首先使足元件相对于小腿元件沿跖屈方向从第一位置移动至第二位置，其中，在第一位置处，存储在第一能量存储单元中的能量的量是最少的，并且

-然后使足元件相对于小腿元件沿背屈方向从第二位置移回至第一位置。

这并非必然意味着：在每个所描述的运动期间，存储在第一能量存储单元中的能量的量增多。但是，在跖屈方向上移动足元件和在背屈方向上移回足元件的组合总的会增加储存的能量。根据本发明的踝足矫形器可以仅具有一个被称为“第一”能量存储单元的能量存储单元，即使它可能是矫形器的唯一能量存储单元。然而，根据本发明的踝足矫形器也可以具有多于一个能量存储单元，这些能量存储单元中的一个被称为“第一”能量存储单元。

在正常步态周期期间，足元件与小腿元件之间的角度首先在受控的跖屈阶段中增加。然后，在受控的背屈阶段中，该角度再次减小。因此，足元件首先在跖屈方向上相对于小腿元件从第一位置移动到第二位置。这发生在受控的跖屈阶段中。然后，足元件相对于小腿元件在背屈方向上从第二位置移回到第一位置并且通常移动超过第一位置。这发生在受控的背屈阶段中。此时，当足元件与小腿元件之间的角度经过第一位置时，存储在第一能量存储单元中的能量的量与足元件相对于小腿元件的这两个运动被执行之前存储在第一能量存储单元中的能量的量相比是增多的。由于在第一位置处存储在第一能量存储单元中的能量是最少的，因此该第一位置可以被称为“零位置”。通过使足元件沿跖屈方向移离“零位置”并沿背屈方向移回至相同的第一位置可以增加存储在第一能量存储单元中的能量的量，其中，“零位置”对应于足元件和小腿元件之间的某个角度。这意味着在执行这两个运动之后第一位置不再是“零位置”，因为存储在第一能量存储单元中的能量的量不再是最小的。

必须注意的是，存储在第一能量存储单元中的能量的量为最少的第一位置不一定与踝足矫形器的中性位置一致。在摆动阶段中当没有外部压力和/或外部力作用在矫形器上时，到达了矫形装置的这种“中性位置”。该中性位置可能与第一能量存储单元的“零位置”不一致。这尤其发生在存在与第一能量存储单元相反作用的另外的能量存储单元(例如弹簧元件)的情况下。

优选地，根据本发明的矫形器包括释放机构，以释放存储在第一能量存储单元中的能量，从而使得足元件和小腿元件之间的一期望角度再次为“零位置”并且可以被用作根据本发明的第一位置。

在本发明的一优选实施例中，第一能量存储单元配置成：在足元件从第一位置移动到第二位置之后存储在第一能量存储单元中的能量的量仍然是最少的。这意味着该运动不会影响存储在第一能量存储单元中的能量。在这种情况下，第二位置也是第一能量存储单元的“零位置”，因为在该第二位置处，存储在第一能量存储单元中的能量的量也是最少的。换句话说，使足元件相对于小腿元件沿跖屈方向从存储在第一能量存储单元中的能量的量最少的第一位置移动至第二位置迁移了第一能量存储单元的“零位置”。在该运动后，足元件相对于小腿元件处于第二位置，但是存储在第一能量存储单元中的能量的量仍然是最少的，这符合“零位置”的定义。因此，在该运动期间，足元件与小腿元件之间的被识别为“零位置”角度增大。

假设第一位置被定义为足元件与小腿元件之间的角度为90°。第一位置是第一能量存储单元的零位置，这意味着存储在第一能量存储单元中的能量的量是最少的。一旦足元件相对于小腿元件沿背屈方向移动超过该第一位置，第一能量存储单元就会被加载能量。因此，为了加载第一存储单元，足元件与小腿元件之间的角度必须小于90°。在这种情况下，如果在沿背屈方向的这种运动之前使足元件相对于小腿元件沿跖屈方向移动到第二位置，则会使零位置迁移，因为存储在第一能量存储单元中的能量的量仍然是最少的。假设这种在跖屈方向上的运动是大约10°的运动。那么，此时足元件与小腿元件之间的角度是100°并由此大于第一位置。该角度对应于此时为零位置的第二位置。

这具有下述优点：一旦足元件与小腿元件之间的角度小于100°，就可以加载第一能量存储单元。由此，可以在受控的背屈阶段中于更早的时期开始加载能量。由于这种更早的能量加载，在受控的背屈阶段期间可以在第一能量存储单元中存储更大量的能量。然后，该更大量的能量在动力跖屈阶段期间被释放并且可以被释放直至足元件与小腿元件之间的角度是对应于第二位置的角度、在本示例中为对应于零位置的100°。这会产生看起来更自然的步态周期并使得动力跖屈阶段更轻松。

优选地，踝足矫形器还包括第二能量存储单元，所述第二能量存储单元配置成：足元件在跖屈方向上相对于小腿元件从能量的量最少的位置的运动能向第二能量存储单元加载能量。

因此，第二能量存储单元以与第一能量存储单元相反的方式工作。第二能量存储单元的加载在足元件相对于小腿元件在跖屈方向上的运动期间进行。这意味着在该运动期间足元件与小腿元件之间的角度增加。如已经提到的，这发生在受控的跖屈阶段和动力跖屈阶段。

在脚后跟碰地之后在受控跖屈阶段期间，足元件在跖屈方向上相对于小腿元件移动并由此第二能量储存单元加载能量。在受控的背屈阶段开始时，足元件与小腿元件之间的角度开始减小，第二能量存储单元释放能量。

在动力跖屈期期间，存储在第一能量存储单元中的能量被释放，这通常使得足元件相对于小腿元件在跖屈方向上移动超过第二能量存储单元的“零位置”。该零位置被定义为足元件与小腿元件之间的下述角度：在该角度处存储在第二能量存储单元中的能量的量是最少的。在跖屈方向上经过该位置意味着第二能量储存单元将会被加载能量。然后，该能量可以在摆动阶段被释放，以使得踝足矫形器的穿戴者的脚趾被抬起，这是因为存储在第二能量存储单元中的能量的释放会引起背屈运动。

在本发明的一优选实施例中，第二能量存储单元配置成：在足元件相对于小腿元件在背屈方向上从存储在第二能量存储单元中的能量的量最少的位置移动时不会改变存储在第二能量存储单元中的能量。这对应于已经描述的第一能量存储单元的零位置的迁移并且与这种迁移不同之处仅在于足元件相对于小腿元件的运动方向是不同的。

在整个步态周期中，第一能量存储单元的零位置将迁移至足元件与小腿元件之间在相应的步态周期期间所达到的最大角度。在步态周期的受控的跖屈阶段结束时达到该最大角度。对应地，在本发明的该优选实施例中第二能量存储单元的零位置将被迁移至足元件与小腿元件之间的最小角度，该最小角度对应于在达到最大背屈角度时的受控的背屈阶段的结束。这意味着足元件与小腿元件之间的角度变成最小的。

已经证明有利的是，踝足矫形器还包括第一解耦单元，所述第一解耦单元适于使第一能量存储单元与足元件相对于小腿元件的运动脱耦，以使得足元件相对于小腿元件的运动既不向第一能量存储单元中加载能量也不从第一能量存储单元释放能量，其中，第一能量存储单元适于在第一解耦单元使第一能量存储单元脱耦时释放存储的能量。

一旦第一解耦单元使第一能量存储单元与足元件相对于小腿元件的运动脱耦，足元件就可以自由运动而不会向第一能量存储单元加载任何能量也不会从第一能量存储单元释放任何能量。当然，第一解耦单元还适于使第一能量存储单元与足元件相对于小腿元件的运动耦合。在本发明的一个特别优选的实施例中，第一能量存储单元的零位置迁移至足元件与小腿元件之间的下述角度：在该角度处，第一能量存储单元再次耦合至足元件相对于小腿元件的运动。

当第一能量存储单元与足元件的运动脱耦时，第一能量存储单元将释放存储在其中的能量。这意味着储存的能量将会被释放，除非由矫形器的另外的元件所施加的外力可以阻止该释放。换句话说，第一个能量存储单元不再能够保持所储存的能量，而是会尽快释放所储存的能量。

优选地，踝足矫形器还包括第二解耦单元，所述第二解耦单元适于使第二能量存储单元与足元件相对于小腿元件的运动脱耦，以使得足元件相对于小腿元件的运动既不会向第二能量存储单元加载能量也不会从第二能量存储单元释放能量，其中，第二能量存储单元适于在第二解耦单元使第二能量存储单元脱耦时释放存储的能量。特别优选的是，第二能量存储单元的零位置迁移至足元件与小腿元件之间的下述角度：在该角度处，第二能量存储单元再次与运动耦合。一旦使能量存储单元脱耦时，就会立即释放存储在能量存储单元中的所有能量，除非由矫形器的另外的元件所施加的外力可以阻止这种释放。

优选地，第一能量存储单元和第二能量存储单元中的至少一个包括至少一个弹簧元件。利用这种弹簧元件，可以构建机械和结构上非常简易的配置。

在本发明的一优选实施例中，第一能量存储单元的所述至少一个弹簧元件的刚度大于第二能量存储单元的所述至少一个弹簧元件的刚度。这是有利的，因为存储在第一能量存储单元中的能量用于产生动力跖屈阶段所需的动力。因此，必须存储大量能量。相反，存储在第二能量存储单元中的能量用于帮助受控的背屈阶段的开始并用于在摆动阶段中使足抬起。在摆动阶段中抬起足只需要很少的能量，因为足上没有负荷。

替代地，第一能量存储单元和/或第二能量存储单元可包括气动或液压系统和至少一个压力储存器，从而以压力的形式存储能量。

优选地，第一或第二解耦单元中的至少一个包括棘爪和棘轮。这再次使得踝足矫形器具有非常简单的构造。为了使能量存储单元之一与足元件相对于小腿元件的运动脱耦，仅需要激活棘爪并使棘爪与棘轮的齿脱开。然后，足可以自由移动，并且为了将能量存储单元与运动再次耦合，只需要简单地停止激活棘爪，以使棘爪与棘轮的齿接合。通过棘爪与棘轮之间的这种会引起能量存储单元的脱耦和耦合的脱开和接合，相应的零位置也可以被重置并被迁移至足元件与小腿元件之间的下述角度：在该角度处进行重新接合并由此进行耦合。当然，也可以仅使第一能量存储单元和第二能量存储单元中的一个脱耦。在这种情况下，相应的另外的能量存储单元仍然耦合到足元件相对于小腿元件的运动。因此，足不能相对于小腿元件完全自由地运动，因为仍然有一个能量存储单元与足的运动耦合。

优选地，踝足矫形器包括至少一个传感器以识别步态周期的摆动阶段，并且矫形器还包括控制单元，用以在识别出摆动阶段时使第一能量存储单元脱耦。在一个实施例中，存在两个压力传感器。一个压力传感器定位在前足部分中以检测足的脚趾区域是否与地面接触。第二传感器与后足部分接触以检测脚后跟是否与地面接触。如果这两个传感器都检测到其对应的足部分未与地面接触，则识别出摆动阶段。

在根据本发明的踝足矫形器的一特别优选的实施例中，第一能量存储单元可以利用第一解耦单元来脱耦，并且完全不会影响第二能量存储单元的零位置。现在将描述该实施例中的步态周期。

在受控的跖屈阶段中，足元件和小腿元件在跖屈方向上相对于彼此运动。对于第一能量存储单元及其零位置，这意味着零位置迁移至足元件与小腿元件之间的更大的角度处并由此零位置在跖屈方向上发生迁移。如果在存储在第一能量存储单元中的能量的量是最少时开始运动，则能量的量保持最少。换句话说，在这种情况下使足在跖屈方向上相对于小腿元件移动不会改变存储在第一能量存储单元中的能量的量。如果在存储在第一能量存储单元中的能量的量不是最少时开始所述运动，则该量将会在跖屈运动期间减少，直到减少到最少。足元件在跖屈方向上相对于小腿元件的任何进一步运动都不会影响能量的量。对于第一能量存储单元的这个优选实施例，这独立于第二能量存储单元的特定选择地发生。

对于第二能量存储单元，跖屈方向上的运动意味着第二能量存储单元将被加载能量。在受控的跖屈阶段结束时，达到最大跖屈角度。

现在开始受控的背屈阶段。存储在第二能量存储单元中的能量被释放。同时，足元件和小腿元件在背屈方向上相对于彼此的运动使得第一能量存储单元被加载能量。这在受控的背屈阶段的在达到最大背屈角度时的结束时结束。第二能量存储单元没有被加载任何能量并且在该特定实施例中第二能量存储单元的零位置不改变。

在受控的背屈阶段的在达到最大背屈角度时的结束时，动力跖屈阶段开始。此时，存储在第一能量存储单元中的能量被释放。这种释放进行到直到达到对应于零位置的角度，所述达到对应于零位置的角度发生在所有能量被释放并且存储在第一能量存储单元中的能量的量是最少时。这至少大致对应于受控的跖屈阶段结束时的角度。在动力跖屈阶段结束时，脚趾也离开地面并且摆动阶段开始。踝足矫形器的传感器检测到摆动阶段并使第一能量储存单元与足元件相对于小腿元件的运动脱耦。在该阶段中，存储在第二能量存储单元中的能量将被释放，从而使得脚趾被抬起。如果没使第一能量存储单元与足元件的运动脱耦，则不会发生足的抬升。特别是在两个能量存储单元包括至少一个弹簧元件并且第一能量存储单元包括具有较高刚度的弹簧的情况下，该较高刚度的弹簧元件会由于其较高的刚度而阻止足的抬起。这对于没有能量存储单元的实施例也是如此。在这种情况下，第一能量存储单元也阻止抬升足，因为在抬升期间第一能量存储单元会被加载能量，这种加载在没有外力的情况下不会发生。这样的实施例对于能够自己抬升足的患者是有用的。由于第一能量存储单元通过控制单元处于摆动阶段中，因此第一能量存储单元不会产生对抗足的抬升的任何阻力。在摆动阶段结束时或当存储在第二能量存储单元中的能量被完全释放时，第一能量存储单元可以与足元件的运动重新耦合。此时，零位置也被重置到足元件与小腿元件之间的下述角度：在该角度处进行这种重新耦合。现在，可以开始一个新的步态周期。

在踝足矫形器的另一个实施例中，第一能量存储单元适于在足元件相对于小腿元件在跖屈方向上从第一位置向第二位置移动时增加存储在第一能量存储单元中的能量的量。

与本发明的只要存储在第一能量存储单元中的能量的量是最少的则足元件在跖屈方向上的运动不会影响该量的实施例相比，该实施例具有可以在第一个能量存储单元中存储更多能量的优点。在先前描述的实施例中，当受控的背屈阶段开始时开始向第一能量存储单元加载能量，与先前描述的实施例不同的是，在上段所描述的实施例中，当受控的跖屈阶段开始时，第一能量存储单元的能量加载已经开始。这直接发生在步态周期的脚后跟碰地后。

优选地，第一能量存储单元包括至少一个压力腔，其中，当足元件相对于小腿元件在跖屈方向上从第一位置向第二位置移动时，压力腔内的压力增加。

优选地，当足元件相对于小腿元件在背屈方向上从第二位置向第一位置移动时，压力腔内的压力也增加。

在本发明的一优选实施例中，所述至少一个压力腔可以是预加压的。这优选地发生在步态周期之前，特别是发生在摆动阶段中。与不使用预加压的情况相比，使用预加压可以使系统能够在踝部处产生更大的力矩。预加压期间所施加的初始压力在动力跖屈阶段期间被至少部分地释放。

优选地，踝足矫形器包括液压和/或气动系统，所述液压和/或气动系统包括至少一个缸，活塞可在所述缸中移动。缸可以是纵向缸或圆形缸。在受控的跖屈阶段和/或受控的背屈阶段期间，缸内的活塞移动并且缸内的流体被移动到压力腔中。这增加了压力腔内的压力并由此向能量存储单元加载能量。

液压和/或气动系统可以分别包括两个缸和对应的活塞，分别用于受控的跖屈阶段和受控的背屈阶段。可能的但不是必需的是，对于这两个不同的运动方向使用两个压力腔。然而，这两个压力腔应在动力跖屈阶段期间释放它们的压力。当然，不同的压力腔可以被单独地或共同地预加压。

使用液压和/或气动系统允许以无级的方式存储能量。无论足相对于小腿的运动有多大，都可以将能量存储在能量存储单元中。当使用棘轮机构时不一定是这样的。

在根据本发明的用于控制踝足矫形器的方法中，其中，矫形器包括第一解耦单元，该第一解耦单元按照下文所述的方式使用。在直接发生在受控的跖屈阶段之后的整个背屈阶段期间，第一解耦单元不会使第一能量存储单元与足元件的运动脱耦。这意味着足元件在背屈阶段中相对于小腿元件的运动会使得存储在第一能量存储单元中的能量的量增加。这在整个受控的背屈阶段期间从受控的背屈阶段的开始至受控的背屈阶段的结束地进行，其中，达到足元件与小腿元件之间的在步态周期期间最大的跖屈角度时是受控的背屈阶段的开始，而达到足元件与小腿元件之间的在步态周期期间最大的背屈角度时是受控的背屈阶段的结束。然后，在动力跖屈阶段中，第一解耦单元优选地没有使第一能量存储单元与足元件的运动脱耦。在摆动阶段期间，第一解耦单元使第一能量存储单元与足元件的运动脱耦。在摆动阶段中，不需要耦合。如果在此阶段存储有任何量的能量，这些能量将会在摆动阶段期间被释放。特别地，足元件将相对于小腿元件处于其零位置处，以使得可以以脚后跟碰地和随后的受控的跖屈阶段开始下一个步态周期。

在该方法的一优选实施例中，当检测到摆动阶段时，第一解耦单元使第一能量存储单元与足元件的运动脱耦。优选地，矫形器包括至少一个传感器，其例如可以是足矫形器的脚趾区域中的压力传感器。所述传感器能够检测所谓的“脚趾离地”，这是步态周期的足离开地面的时间点。这是摆动阶段的起始点。一旦传感器检测到该时间点，就可以使用电控制单元或电子控制单元来控制第一解耦单元，以使得第一解耦单元使第一能量存储单元与足元件的运动脱耦。优选地，控制单元是踝足矫形器的一部分。

优选地，当检测到脚后跟碰地时，第一解耦单元使第一能量存储单元与足元件的运动耦合。为了检测脚后跟碰地，另外的传感器是有利的。所述另外的传感器可以是脚后跟区域中的压力传感器，以能够检测脚后跟与地面之间的被定义为“脚后跟碰地”的接触。一旦检测到这种脚后跟碰地，就控制第一解耦单元以使第一解耦单元将第一能量存储单元与足元件的运动耦合，从而可以再次增加存储在第一能量存储单元中的能量的量。

作为至少一个压力传感器的替代或附加，可以使用几个其它传感器和/或传感器组合。利用这些传感器通常可以检测摆动阶段。这可以通过足、小腿、大腿和臂中的至少一个的加速度变化来实现。因此可以使用诸如陀螺仪的加速度传感器。

所述至少一个传感器可包括至少一个角度传感器，所述角度传感器能够确定惯性角。当使用这些角度传感器中的多于一个时，可以确定多于一个元件的惯性角并可以从这些惯性角计算踝足矫形器的两个或更多个元件之间的相对角度。角度传感器可用于确定足、小腿、大腿中的至少一个的惯性角，以便能够计算踝、膝和/或髋关节的角度和/或角度变化。

替代地或附加地，至少一个传感器可以用于例如通过检测到的肌电信号来记录肌肉激活。替代地或附加地，至少一个传感器可用于检测患者的质心位移。利用从这些传感器中的至少一些所获得的数据可以检测步态周期的摆动阶段。

增强现实也可以被使用。

附图说明

将借助于附图来描述本发明的实施例。

图1示出了根据本发明的一个实施例的踝足矫形器的示意图；

图2示出了包括能量存储单元的联接件的示意图；

图3示意性地示出了根据本发明的踝足矫形器是如何工作的；

图4示出了根据本发明的另一个实施例的踝足矫形器的示意图；并且

图5示出了本发明的不同实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明第一实施例的踝足矫形器1。所述踝足矫形包括足元件2和小腿元件4。在足元件2与小腿元件4之间设有第一联接件6和第二联接件8。

在足元件2下方设有两个压力传感器10，所述压力传感器通过线缆12与电子控制单元14连接。电子控制单元14连接至电池16并适于将控制信号发送给两个螺线管18。一旦这些螺线管中的一个被激活，它就会将对应的能量存储单元(图1中未示出)与对应的联接件解耦。

图2示出一联接件的示意性细节图。该联接件连接至足元件2和小腿元件4并包括弹簧元件20，弹簧元件20用作对应的能量存储单元。弹簧元件20的第一端22连接至足元件2并且弹簧元件20的第二端24连接至棘轮26。

足元件2和小腿元件4通过联接件连接并且可以绕着旋转轴线28相对于彼此枢转。

螺线管18通过杆30连接至棘爪32，棘爪32以能够绕着枢转轴线34枢转的方式连接。螺线管连接至小腿元件4。

在图2所示的情况下，棘爪的齿36与棘轮26的齿38啮合。图2示出了第一联接件6。在图2所示的情况下，足元件2相对于小腿元件的在跖屈曲方向(由箭头40表示)上的运动通过棘轮26和棘爪32的组合来实现。通过对应齿的特别形状设计使得能够进行这种运动。相反，通过棘轮26和棘爪32的对应齿阻止足元件2在背屈方向(由箭头42表示)上相对于小腿元件4移动。在箭头42的方向上相对于小腿元件移动足元件2引起弹簧元件20的张紧并由此导致对应的能量存储单元被加载能量。

图3示意性地示出了步态周期。实线示出健康人的典型步态周期。利用虚线示出根据本申请的一实施例的踝足矫形器的运动。首先，在受控的跖屈阶段开始时，脚后跟被放在地板上。然后，受控的跖屈阶段开始。此时，足元件2在跖屈方向上相对于小腿元件移动。这意味着第一联接件的第一中性设置沿跖屈方向迁移至附图标记44所指代的点。同时，第二能量存储单元存储能量。

然后，受控的背屈阶段开始，直到由附图标记46表示的最大背屈点。该点表示受控的背屈阶段的结束。在该阶段开始时，存储在第二能量存储单元中的能量被释放，同时第一能量存储单元被加载能量。然后，在动力跖屈阶段中，存储在第一能量储存单元中的能量再次被释放至摆动阶段开始。在摆动阶段中，有利的是，第一能量存储单元与第一联接件解耦，以使得存储在第二能量存储单元中的能量可以被释放，从而引起脚趾的抬升。

点划线表示根据现有技术的矫形器的运动。在图3的下部中示出了第一联接件6和第二联接件8在步态的不同阶段中是如何发挥作用的。当棘爪32与棘轮26的齿38接合时，能量可以被存储在能量存储单元中或从能量存储单元释放。

图4示出了本申请的另一个实施例。踝足矫形器1包括足元件2和小腿元件4。还设有第一联接件6和第二联接件8。与图1和图2中所示的实施例不同的是，没有设置用作能量存储单元的弹簧元件。而是，存在高拉装置，其包括管48和两个用作能量存储单元的压力储存器50。

图5示出了本发明的不同的实施例。它包括一个压力腔52，压力腔在其左侧处连接至脚后跟缸54，其中，在图5的顶部中以放大视图示出脚后跟缸。在脚后跟缸的右侧上设有两个阀56，这两个阀在压力下打开，在脚后跟缸54的左侧上设有两个阀58，这两个阀由于抽吸而打开。在脚后跟缸54内设有活塞60，活塞60通过杆62耦接至足元件2的脚后跟部64。

在足元件2的脚后跟部64处设有压力传感器10。压力腔52通过管68耦接至前足缸66。在管68与压力腔52之间的连接处设有电动阀70。当压力传感器10没有测量到压力时，电动阀70打开。当压力传感器10检测到压力时，电动阀70关闭。

前足缸66内的活塞60被弹簧7偏压。在压力腔52的顶部处设有承载有电池76和微控制器78的盖74。

在脚后跟部碰地期间，压力传感器10检测到压力，以使得电动阀70关闭。只要足元件2的脚后跟部64与地面接触，阀70就保持关闭。在受控的跖屈阶段和受控的背屈阶段期间，活塞60在脚后跟缸54内向上和向下移动以提高压力腔52内的压力。在跖屈阶段中，弹簧72被压缩。弹簧72在受控的背屈阶段的第一部分中被放松并然后被拉长，直到在受控的背屈阶段结束时达到最大背屈角度时。

当脚后跟离开地面时，压力传感器10不再能检测到任何压力，从而电动阀70打开。在压力腔52内部存在高压，该高压此时通过管68释放给前足缸66中，从而在前足缸66内向下推动活塞60。这引起动力跖屈阶段并引起弹簧72的压缩。一旦气动系统内、尤其是压力腔52内的压力被释放并且脚趾离开地面，弹簧72就会松弛并会在摆动阶段中抬升足元件2的脚趾区域。

附图标记列表

1 踝足矫形器

2 足元件

4 小腿元件

6 第一联接件

8 第二联接件

10 压力传感器

12 线缆

14 电子控制单元

16 电池

18 螺线管

20 弹簧元件

22 第一端

24 第二端

26 棘轮

28 旋转轴线

30 杆

32 棘爪

34 枢转轴线

36 齿

38 齿

40 箭头

42 箭头

44 受控的跖屈阶段结束时的最大跖屈角度

46 受控的背屈阶段结束时的最大背屈角度

48 管

50 压力储存器

52 压力腔

54 脚后跟缸

56 压力下打开的阀

58 由于抽吸打开的阀

60 活塞

62 杆

64 脚后跟部

66 前足缸

68 管

70 电动阀

72 弹簧

74 盖

76 电池

78 微控制器

Claims (19)

1.一种踝足矫形器(1)，其包括：

-小腿元件(4)，

-足元件(2)，其以能够绕着枢转轴线枢转的方式耦接至小腿元件(4)，和

-第一能量存储单元，其配置成：足元件(2)相对于小腿元件(4)从存储在第一能量存储单元中的能量的量是最少的位置沿背屈方向的运动能向第一能量存储单元加载能量；

其特征在于，第一能量存储单元适于通过下述方式来增加存储在其中的能量的量：

-首先使足元件(2)相对于小腿元件(4)沿跖屈方向从第一位置移动至第二位置，其中，在所述第一位置处，存储在第一能量存储单元中的能量的量是最少的，并且

-然后使足元件(2)相对于小腿元件(4)沿背屈方向从第二位置移回至第一位置。

2.根据权利要求1所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，所述第一能量存储单元配置成：在所述足元件(2)从所述第一位置移动至所述第二位置后，存储在所述第一能量存储单元中的能量的量仍然是最少的。

3.根据权利要求1或2所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，所述踝足矫形器(1)还包括第二能量存储单元，所述第二能量存储单元配置成：足元件(2)相对于小腿元件(4)从存储在第二能量存储单元中的能量的量是最少的位置沿跖屈方向的运动能向第二能量存储单元加载能量。

4.根据权利要求3所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，所述第二能量存储单元配置成：足元件(2)相对于小腿元件(4)从存储在第二能量存储单元中的能量的量是最少的位置沿背屈方向的运动不会改变存储在第二能量存储单元中的能量的量。

5.根据前述权利要求中任一项所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，所述踝足矫形器(1)还包括第一解耦单元，所述第一解耦单元适于使第一能量存储单元与足元件(2)相对于小腿元件(4)的运动脱耦，以使得足元件(2)相对于小腿元件(4)的运动既不向第一能量存储单元加载能量也不从第一能量存储单元释放能量，其中，第一能量存储单元适于在第一解耦单元使第一能量存储单元脱耦时释放存储的能量。

6.根据前述权利要求中任一项所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，所述踝足矫形器(1)还包括第二解耦单元，所述第二解耦单元适于使第二能量存储单元与足元件(2)相对于小腿元件(4)的运动脱耦，以使得足元件(2)相对于小腿元件(4)的运动既不向第二能量存储单元加载能量也不从第二能量存储单元释放能量，其中，第二能量存储单元适于在第二解耦单元使第二能量存储单元脱耦时释放存储的能量。

7.根据前述权利要求中任一项所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，第一能量存储单元和第二能量存储单元中的至少一个包括至少一个弹簧元件(20)。

8.根据权利要求7所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，所述第一能量储存单元的所述至少一个弹簧元件(20)具有比所述第二能量存储单元的所述至少一个弹簧元件(20)更高的刚度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，第一解耦单元和第二解耦单元中的至少一个包括棘爪(32)和棘轮(26)。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，所述踝足矫形器(1)还包括用来识别步态周期的摆动阶段的至少一个传感器(10)、尤其是压力传感器、以及控制单元(14)，所述控制单元用于当识别出摆动阶段时使第一能量存储单元与足元件(2)相对于小腿元件(4)的运动脱耦。

11.根据权利要求10所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，所述踝足矫形器包括两个压力传感器(10)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，第一能量存储单元和第二能量存储单元中的至少一个包括至少一个气动压力腔或液压压力腔。

13.根据权利要求12所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，第一解耦单元包括至少一个阀，所述阀能够被激活以从所述至少一个气动压力腔或液压压力腔释放压力。

14.根据前述权利要求中任一项所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，第一能量存储单元配置成：足元件(2)相对于小腿元件(4)沿跖屈方向从第一位置向第二位置的运动能增加存储在第一能量存储单元中的能量的量。

15.根据权利要求14所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，所述第一能量存储单元包括至少一个压力腔，其中，当足元件(2)相对于小腿元件(4)沿跖屈方向从第一位置向第二位置移动时，所述压力腔内的压力增加。

16.根据权利要求15所述的踝足矫形器(1)，其特征在于，当足元件(2)相对于小腿元件(4)沿背屈方向从第二位置向第一位置移动时，所述压力腔内的压力增加。

17.一种用于控制根据权利要求5至16中任一项所述的踝足矫形器的方法，其中，

-在步态周期的整个受控的背屈阶段期间，第一解耦单元没有使第一能量存储单元与足元件(2)的运动脱耦，以增加存储在第一能量存储单元中的能量的量；并且

-在步态周期的摆动阶段期间，第一解耦单元使第一能量存储单元与足元件(2)的运动脱耦。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，当检测到摆动阶段时，第一解耦单元使第一能量存储单元与足元件(2)的运动脱耦。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，当检测到脚后跟碰地时，第一解耦单元使第一能量存储单元与足元件(2)的运动耦合。