JP2023534396A - 義肢又は装具の制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、上部（１０）と、膝関節（１）を介して上部（１０）に接続され、上部（１０）に対して関節軸（１５）を中心に旋回可能に支承された下部（２０）とを有する下肢の義肢又は装具を制御する方法に関し、上部（１０）と下部（２０）の間に調節可能な抵抗装置（４０）が配置され、この抵抗装置を介してセンサデータに基づいて屈曲抵抗（Ｒｆ）が変更され、下部に作用する軸方向力（ＦＡ）が少なくとも１つのセンサ（５４）によって検出され、屈曲抵抗（Ｒｆ）を変更するための基礎として使用され、脚弦（７０）及び／又は伸展した膝関節（１）の軸方向力（ＦＡ）が低下した場合、ならびに／あるいは位置がほぼ鉛直の場合に屈曲抵抗（Ｒｆ）が低減され、時間指定されたインターバル内に膝屈曲が検出されない場合、ならびに／あるいは膝関節（１）及び／又は脚弦（７０）及び／又は軸方向力（ＦＡ）が特定の限界値を下回る、又は上回る場合、屈曲抵抗（Ｒｆ）が再び増加する。

Description

本発明は、上部と、膝関節を介して上部に接続され、上部に対して関節軸を中心に旋回可能に支承された下部とを有する下肢の義肢又は装具を制御する方法であって、上部と下部の間に調節可能な抵抗装置が配置され、抵抗装置を介してセンサデータに基づいて屈曲抵抗が変更され、下部に作用する軸方向力が少なくとも１つのセンサによって検出され、屈曲抵抗を変更するための基礎として使用される、方法に関する。

人工膝関節は、義肢や装具、及び装具の特殊なケースとして外骨格に使用される。人工膝関節は、関節軸、すなわち膝軸を中心に相対して旋回可能に支承されている上部と下部を有する。最も単純な事例では、膝関節は、例えばボルト、又は旋回軸上に配置された２つの軸受箇所が個々の膝軸を形成する単軸膝関節として形成されている。上部と下部の間に固定回転軸を形成するのではなく、滑り面又は回旋面、あるいは関節式に互いに接続された複数のリンクを有する人工膝関節も知られている。膝関節の運動特性に影響を及ぼすことができ、かつ自然な歩行挙動に近い装具又は義肢あるいは外骨格の運動挙動を得るために、上部と下部の間にそれぞれの抵抗を変更できる抵抗装置が設けられる。全く受動的な抵抗装置は、例えば液圧ダンパ、空気圧ダンパ、又は磁気レオロジ効果に基づいて運動抵抗を変化させるダンパなどのパッシブダンパである。相応の相互接続により発電機又はエネルギー貯蔵器として動作できる、モータ又はその他の駆動装置などの能動的な抵抗装置も存在する。

それぞれの膝関節、すなわち義肢関節又は装具膝関節は、それぞれの接続手段で患者に固定される。義肢膝関節の場合、固定は通常、四肢の断端を収容する大腿ソケットによって行われる。例えば、オッセオインテグレーション接続手段によって、あるいはストラップ及び他の装置を介して、それに代わる種類の固定も可能である。装具及び外骨格の場合、上部と下部が大腿及び下腿に直接固定される。このために提供される取付装置は、例えば、ベルト、カフ、シェル又はフレーム構造である。装具は、足又は靴を載せるための足部を有することもできる。足部は下部に関節式に支承することができる。

ＤＥ１０ ２０１３ ０１１ ０８０Ａ１は、上部と、上部に関節式に支承された下部とを有する下肢の整形外科技術関節装置を制御する方法に関するものであり、上部と下部との間に変換装置が配置され、この変換装置により、下部に相対する上部の旋回中に、相対運動からの機械的仕事が変換され、少なくとも１つのエネルギー蓄積器に蓄積される。蓄積されたエネルギーは、運動の過程で上部と下部の旋回を支援するために、時間をずらして再び関節装置に供給される。相対運動の支援は、制御して行われる。変換装置に加えて、液圧ダンパ又は空気圧ダンパの形態の別個のダンパを設けることができ、ダンパは調節可能に形成され、歩行中、ダンパ装置により抵抗に対して屈曲方向と伸展方向の両方に影響を及ぼすことができる。

人工膝関節は、構造上最大限達成可能な伸張で１８０°の膝角度を有し、１８０°より大きい後方側の角度に相当する過伸展は、通常、予定されていない。上部に対する下部の後方への旋回は膝屈曲と呼ばれ、前方への、又は前方方向の旋回は伸展と呼ばれる。

屈曲抵抗の調節可能な減衰による受動的な義肢膝関節の制御は、ＤＥ１０ ２００６ ０２１ ８０２ Ａ１から知られている。階段上りへの適合が行われ、その際、義足の低モーメントの持ち上げを検出し、持ち上げ段階での屈曲の減衰を平地歩行に適したレベルより下のレベルに低下させる。膝角度の変化と下腿に作用する軸方向力とに応じて、屈曲減衰を高めることができる。

さらに、平地上で足を交互に出す（ｄａｓ ａｌｔｅｒｎｉｅｒｅｎｄｅ Ｇｅｈｅｎ）ために、それぞれの歩行状況に応じて屈曲抵抗を適合させることを可能にする制御方法がある。例えば立位から、特に義肢や装具から先に歩き出すなど、膝関節を曲げることを必要とする特殊な状況は問題を孕む。

したがって、本発明の課題は、利用者にとってより快適に人工膝関節を利用できる方法を提供することである。

本発明によれば、上記課題は、主請求項の特徴を有する方法によって解決される。本発明の有利な実施形態及び発展形態は、従属請求項、以下の説明、及び図に開示されている。

上部と、膝関節を介して上部に接続され、上部に対して関節軸を中心に旋回可能に支承された下部とを有する下肢の義肢又は装具を制御する方法であって、上部と下部の間に調節可能な抵抗装置が配置され、それを介してセンサデータに基づいて屈曲抵抗が変更され、下部に作用する軸方向力が少なくとも１つのセンサによって検出され、屈曲抵抗を変更するための根拠として使用される、方法は、脚弦及び／又は伸展した膝関節の軸方向力が減少、及び／又は位置がほぼ鉛直の場合に屈曲抵抗が減少し、時間指定されたインターバル内に膝の屈曲が検出されない、及び／又は膝関節及び／又は脚弦及び／又は軸方向力が特定の限界値を超える場合、屈曲抵抗が再び増加することを企図する。上記の条件は、例えば、膝関節が軸方向に大幅に、又は完全に負荷解除された（ｅｎｔｌａｓｔｅｔ）場合には満たされなくなる。軸方向力は、例えば、義肢又は装具、特に下部、または下部に取り付けられたコンポーネントが配置された軸方向力センサによって検出される。例えば、足により、又は踝関節軸を中心に下腿を曲げることによるローリング運動中に行うことができる関節軸の前方回転が検出される場合、屈曲抵抗が低減される。関節軸、したがって膝関節全体の前方回転とは、関節軸、したがって下部の近位端も遠位回転中心を中心に旋回することを意味し、その場合、遠位回転中心は、踝関節の関節軸、又は足裏の移動する点であり得る。これに代えて、又はこれに加えて、脚弦の鉛直位置が検出される場合も屈曲抵抗が低減される。脚弦は、特に、上部と下部若しくは下部に隣接する部品における定義された２つの点間の接続線と定義される。好ましい実施形態は、上部の関節軸に対して近位に離れた点と下部の関節軸に対して遠位に離れた点、例えば股関節回転中心と足点との間の接続線が脚弦として定義されることを企図する。股関節回転中心は、義肢膝関節を使用する場合に、いずれにしても整形外科技術者によって決定され、関節軸又は膝軸と股関節回転中心との間の距離として定義される大腿又は上部のセグメント長を決める。下部のセグメント長は、膝軸と足点の間の距離によって定義される。義足の、足中心、ローリング運動の瞬時極、足部の足裏レベル又は地面における下腿の鉛直線の終点、又は地面における下腿の鉛直線の終点を足点として定義することができ、地面に近い他の点も足点を定義するのに適している。装具又は外骨格の場合、まだ残っている本物の足（ｎａｔｕｅｒｌｉｃｈｅｒ Ｆｕｓｓ）を載せるための足部が必要でないため、地面と関節軸との距離も使用できる。脚弦の位置及び／又は長さは、脚の向きと運動の進行に関する信頼できる情報を提供する。脚弦は、絶対角度センサによって、既知のセグメント長、絶対角度センサ、及び膝角度センサと組み合わせて算出又は推定できる。脚弦が矢状面で後方に傾いている場合、正の脚弦角度になる。これは、例えば、足又は踝関節軸が、前方歩行方向に見て、膝又は膝関節軸の前にある場合である。脚弦が前方に傾いている場合、例えば膝関節と股関節が膝関節軸の前にある場合には負の脚弦角度になる。脚弦角度が正の場合、鉛直線に対する脚弦の距離の増加は、増加又は増大として正とみなされる。脚弦角度が負の場合、鉛直線に対する脚弦の距離の増加は、減少又は縮小として負とみなされる。

これに代えて、又はこれに加えて膝関節の伸展が検出される場合も屈曲抵抗は低減される。屈曲抵抗の減少は、時間指定された範囲でのみ維持され、再び取り消され、屈曲抵抗を同じ屈曲抵抗レベル、又はそれとは異なる屈曲抵抗レベルに増加させることができる。特に、時間指定されたインターバル内に膝屈曲が検出されない場合、屈曲抵抗の増加が行われる。

これに代えて、又はこれに加えて、膝関節及び／又は脚弦がほぼ鉛直な位置でなくなる、ならびに／あるいは膝関節が、軸方向に大幅に、又は完全に負荷解除された場合には屈曲抵抗が増加される。床反力が下部の縦方向で関節軸の方向に作用しなくなったときは、膝関節が完全に負荷解除された場合でも、屈曲抵抗を再び増加させるための他の基準のうちの少なくとも１つが満たされれば、屈曲抵抗が増加する。この方法により、例えば、立位から歩き始めるために、膝関節の容易な屈曲を達成することが可能である。例えば体重が反対側に移動する場合など、義肢又は装具が負荷解除された場合、屈曲抵抗は自動的に低減され、屈曲を屈曲抵抗なしに、したがって格段に減少した屈曲抵抗で行うことができる。これにより、地面に接地しても、ヒップ（Ｈｕｅｆｔｅ）と骨盤との補償運動によって装具又は義肢を床から完全に持ち上げなくても膝関節をわずかに前方に動かすことが可能になる。膝関節の屈曲によって義肢又は装具の有効長が減少し、地面に接地せずに前方への旋回を可能にできるようになるまで、足又は義足を前方に回旋することができる。この方法によって、膝関節は立脚期に軸方向荷重で固定されたままになり、それによって患者の高い安定性と、義肢又は装具への高い信頼が得られる。同時に、十分なダイナミクスが膝関節内に提供され、特殊な状況でも十分に快適な遊脚期の開始が可能になる。

独国特許出願公開第１０２０１３０１１０８０号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０２１８０２号明細書

本発明の一発展形態は、立位から歩き始める場合に屈曲抵抗が低減され、特に立位から歩き始める場合にのみ低減されることを企図する。立っている状況は、例えば軸方向力を経時的に把握することにより認識又は検出できる。軸方向力が定義された期間において一定又はほぼ一定である場合、義肢又は装具の利用者が移動せずに、立っていると考えることができる。通常、装具又は義肢の利用者は、両脚で立つ場合に義肢又は装具に約半分の体重で、場合によってはいくらか少ない体重をかけて立つ。この重量範囲を限界値として定めることができる。測定された軸方向力が特定の時間地平にわたってこの限界値の範囲内にある場合、これを上記のプロセスが開始される前提条件と見なすことができる。同じことを、屈曲角度の監視によって行うことができる。膝関節が一定期間屈曲せず、伸展位置にある場合、これを単独で、又は軸方向力モニタリングと組み合わせて、装具又は義肢の利用者が立っていることの目じるしとして用いることができる。立っていることを、複数のＩＭＵを用いて前進や歩行、及び／又は１つ又は歩行周期と区別することができる。

屈曲抵抗は、軸方向力の減少に適合させて低減することができ、特に、屈曲抵抗を目標値に向けて漸進的に減少させることが有利である。最初に軸方向力がわずかに減少すると、屈曲抵抗が比較的大きく減少し、したがって、例えば最大の液圧抵抗によるロックを出発点として、軸方向力の減少が比較的小さい場合、屈曲抵抗に抗して屈曲することが基本的に可能である。軸方向力の減少が進むと、それほど大きく減少しなくなる。

屈曲抵抗は、立脚期減衰より低いレベルまで、特に平地歩行時の立脚期減衰より低いレベルまで低減することができる。

屈曲抵抗の低減は、軸方向力、脚弦角度、及び／又は下部の空間角度に依存して行うことができ、その場合、屈曲抵抗の減少がどのように行われるべきかの計算時及び決定時に複数又はすべての特性量を考慮することができる。決定された限界値に達した、上回った、又は下回ったときの屈曲抵抗の純粋な切り替えの他に、特性量の変化に依存したスムーズな移行と抵抗変化を調整及び誘起することもできる。

軸方向力が、開始値、例えば両脚で緊張解除された状態で（ｅｎｔｓｐａｎｎｔｅｓ Ｓｔｅｈｅｎ）立っている間の軸方向荷重負荷を出発点として、限界値を超えるレベル、例えば体重の１０％を超えるレベルまで減少した場合、及び限界値を超える、特に５°を超える脚弦角度が検知された場合、本発明の一発展形態では、屈曲抵抗の減少は生じない。脚弦が後方に移動した場合、例えば５°以上の角度後方又は後ろに旋回した場合、軸方向力の十分な大きさの減少が生じなかったならば屈曲抵抗の減少は生じない。ヒップ又は股関節は、脚弦を決定するために足又は遠位基準点の後ろに移動する。軸方向力が十分に大きく減少し、それに対応して脚弦が後方に回転すると、患者が着席しようとしていると結論付けることができ、それには膝関節の崩壊（Ｋｏｌｌａｂｉｅｒｅｎ）に対する高い安全性を提供するために、高い屈曲抵抗が有利である。脚弦の後方への方向の回転の減少が検出された場合、屈曲抵抗が適合して減少し、脚弦の後方への回転が存在しない場合は、屈曲抵抗の完全な低減が可能である。

本発明の一変形形態は、軸方向力が限界値を下回るレベル、例えば体重の１０％を下回るレベルまで減少した場合、及び検知された脚弦角度が鉛直線の周りの定義された角度範囲の外にある場合、例えば、正の脚弦の角度が３０°を超える場合、又は負の脚弦の角度が－１０°未満の場合、屈曲抵抗の減少は生じない。このような状況は、例えば、後ろ向きに歩く場合、又は大きな足運びで障害物を乗り越える場合に生じる可能性がある。

屈曲抵抗の完全な減少は、２０°までの正の脚弦角度で行うことができ、脚弦角度がそれより大きくなると屈曲抵抗が増加する。あるいは、－１０°未満の負の脚弦角度からは、屈曲抵抗の完全な減少を行うことができる。これに対して、屈曲抵抗は、脚弦角度が小さくなると増加する。

本発明の一変形形態は、軸方向力が限界値未満のレベル、例えば、装具又は義肢の利用者の体重の１０％未満のレベルまで減少した場合、及び鉛直線の周りで定義された角度範囲内の下部の傾斜角度が検知された場合、すなわちいわゆるロール角度が鉛直線の近傍に定義された範囲にあり、特に正のロール角度が１５°より小さく、負のロール角度が－５°より大きい場合は屈曲抵抗の減少が生じないことを企図する。

屈曲抵抗の完全な減少は、下部の正の傾斜角度が２０°以上の場合に行うことができ、傾斜角度がそれより小さい場合には屈曲抵抗が増加する。これに代えて、－１０°の負の傾斜角度から屈曲抵抗の完全な減少が行われ、負の傾斜角度がそれより大きくなると、すなわち下部が鉛直線の方向に傾けられると、増加するか、若しくは減少しない。

膝関節で伸展運動が行われる場合に屈曲抵抗を上昇させることができ、そのことを膝角度センサにより検出することができる。これは、ＩＭＵデータを評価することによっても行うことができる。例えば、膝関節又は踝関節の規則的な屈曲角度などの繰り返しの荷重負荷パターン又は運動パターンにより歩行周期が検出される場合も屈曲抵抗が上昇する。軸方向力が増加した場合も屈曲抵抗を上昇させることができる。

下部の後傾が認識された場合は、屈曲抵抗を減少させることができない。特に、この方法は、着席する、後ろ向きに歩く、障害物を乗り越える、ならびに階段を下りるときに足又は装具をすぐ下の階段の縁、又は階段に置くことを容易にするために用いられる。この場合、上記のケースでは、立位からの歩き出しを容易にするべき屈曲抵抗の低減が行われないか、同程度には行われないか、あるいは取り消される。これによって、上述の事例での運動シーケンスが容易になるだけでなく、これらの事例における使用者の安全性も確保される。

特に、上部と、膝関節を介して上部に接続され、上部に対して関節軸を中心に旋回可能に支承された下部とを有する下肢の義肢又は装具を制御する方法であって、上部と下部の間に調節可能な抵抗装置が配置され、抵抗装置を介してセンサデータに基づいて屈曲抵抗が変更され、下部に作用する軸方向力が少なくとも１つのセンサによって検出され、屈曲抵抗を変更するための基礎として使用される方法は、軸方向力が減少すると、屈曲抵抗が初期値から低下する、特に屈曲角度が限界値を超えない場合に、立位からの歩き出しのために用いられる。特に、限界値を１０°以下の値に指定することができる。この方法は、特に、使用者が歩行周期ではなく、平地歩行とは異なる動きをしようとする場合に屈曲抵抗を調整するために用いられる。使用者が歩行周期に移る、膝の伸展が行われる、又は関節軸方向の軸方向荷重が再び増加することが認識された場合、減衰の減少又は抵抗の低下が行われないか、中止される。

以下、本発明の実施例を添付の図をもとにして詳しく説明する。

義脚の模式図である。 脚弦の図である。 階段を下りるときの軸方向力、抵抗、及び膝角度のプロファイルの図である。 脚弦角度及びロール角度に対する屈曲抵抗のプロファイルの図である。 脚弦角度及びロール角度に対する屈曲抵抗のプロファイルの図である。 脚弦角度及びロール角度に対する屈曲抵抗のプロファイルの図である。 装具の図である。

図１は、義脚に使用される人工膝関節１の模式図示す。義脚に使用する代わりに、相応に設計された人工膝関節１を装具又は外骨格に使用することもできる。次に、本物の関節の置換の代わりに、それぞれの人工膝関節１が、本物の関節の内側及び／又は外側に配置される。図示される実施例では、人工膝関節１は、前方、又は歩行方向に位置する、又は前の側１１と、前方側１１の反対側に位置する後方側１２とを有する上部１０を備える義肢膝関節の形態で形成されている。下部２０は、旋回軸１５を中心に旋回可能に上部１０に支承されている。下部２０も、前方側２１又は前側と後方側２２又は後ろ側とを有する。図示される実施例では、膝関節１は、単中心膝関節として形成され、基本的に、多中心膝関節を相応に制御することも可能である。下部２０の遠位端には足部３０が配置され、足部は、動かない足関節を有する固定足部３０として、又は自然な運動シーケンスに近づけた運動シーケンスを可能にするために旋回軸３５を用いて下部と接続することができる。

膝角度ＫＡは、上部１０の後方側１２と下部２０の後方側２２との間で測定される。膝角度ＫＡは、旋回軸１５の領域に配置することができる膝角度センサ２５により直接測定することができる。膝角度センサ２５は、関節軸１５の周りの膝モーメントを検出するために、モーメントセンサに結合することができ、又はそのようなモーメントセンサを有することができる。慣性角度センサ又はＩＭＵ５１は上部１０に配置され、このセンサは、例えば鉛直方向下方を指す重力Ｇなどの一定の力方向と関係がある上部１０の空間位置を測定する。下部２０には、義脚の使用中に下部の空間位置を検知するために、慣性角度センサ又はＩＭＵ５３も配置されている。

慣性角度センサ５３に加えて、加速度センサ及び／又は横力センサ５３を下部２０又は足部３０に配置することができる。下部２０に作用する軸方向力ＦＡ又は踝関節軸３５を中心に作用する踝モーメントは、下部２０又は足部３０の力センサ又はモーメントセンサ５４により検知することができる。

上部１０に相対する下部２０の旋回運動に影響を及ぼすために、上部１０と下部２０との間に抵抗装置４０が配置されている。抵抗装置４０をパッシブダンパ、駆動装置、あるいは運動エネルギーを蓄積すること、及び運動を制動するため、又は支援するために後の時点で再び的確に放出することが可能である、いわゆるセミアクティブアクチュエータ４０として形成することができる。抵抗装置４０を線形抵抗装置又は回転抵抗装置として形成することができる。抵抗装置４０は、例えば有線で、又はワイヤレス接続により制御装置６０と接続され、制御装置もまたセンサ２５、５１、５２、５３、５４のうちの少なくとも１つと結合されている。制御装置６０は、センサから伝送される信号をプロセッサ、計算ユニット、又はコンピュータにより電子的に処理する。制御装置は、電気エネルギー供給部と少なくとも１つの記憶ユニットを有し、記憶ユニットにはプログラムとデータが記憶され、かつデータを処理するための内部記憶装置が設けられている。センサデータの処理後、抵抗装置４０が作動又は作動停止される作動又は作動停止コマンドが出力される。抵抗装置４０内のアクチュエータを作動させることによって、例えば、弁を開閉することができ、又は制動挙動を変更するために磁場を発生させることができる。

義肢膝関節１の上部１０には、大腿断端を収容するために用いられる義肢ソケットが取り付けられている。義脚は大腿断端を介して股関節１６と接続され、上部１０の前方側で股関節角度ＨＡが測定され、この股関節角度は、股関節１６及び上部１０の長手方向延在を通る鉛直線と、股関節１６と膝関節軸１５との接続線との間で前方側１１に提供される。大腿断端が持ち上げられ、股関節１６が屈曲されると、例えば着席する場合に股関節角度ＨＡが減少する。逆に、股関節角度ＨＡは、伸展時、例えば立ち上がるか、又はそれに類する運動シーケンスの場合に増加する。

平地歩行時の歩行周期中に足部３０はまず踵で着地し、踵又は足部３０の踵部の最初の接地はヒールストライクと呼ばれる。続いて底屈が、足部３０が床に完全に載るまで行われ、その際、通常、下部２０の長手方向延在は、踝関節軸３５を通る鉛直線の後ろにある。次いで、平地歩行中、体の重心が前方に移動し、下部２０が前方に旋回し、踝角度ＡＡが減少し、つま先の荷重負荷の増加が生じる。床反力ベクトルは、踵からつま先に向かって前方に移動する。立脚期の終わりに、つま先離れ、又はいわゆるトーオフが行われ、その後に遊脚期が続き、この遊脚期において、足部３０が平地歩行時に膝角度ＫＡの減少下で重心、又は同側の股関節の後ろに移動し、次いで、最小膝角度ＫＡに達した後、前方へ回転され、次いで、通常、最大限に伸張された膝関節１で再び踵接地に達する。したがって、力導入点ＰＦは、立脚期中に踵からつま先に移動し、図１に模式的に示されている。

図２において、同側の、装着脚の脚弦７０の定義、及び対側の、非装着脚の脚弦の定義が行われる。脚弦は、股関節回転中心１６を通り、踝関節３５への線を形成する。図２から見て取れるように、脚弦７０の長さ及び脚弦の向きφ_Ｌは、運動時に、特に勾配が様々に異なる場合にも変化する。乗り越えなければならない高低差ΔＨは、脚弦７０の長さ及び／又は向きの変化のプロファイルにより推定及び予測又は検知することができる。次に、そのことから、それぞれの制御コマンドが導き出される。重力方向Ｇ及び対側の脚弦φ_Ｌｋに相対する同側の脚弦φ_Ｌｉのそれぞれの向きがそれぞれ記載されている。

図３において、屈曲抵抗Ｒｆの変化が、屈曲角Ａｆのプロファイル及び軸方向力ＦＡのプロファイルとともに示されている。この歩行状況は、階段の始まりで義肢側で歩き出し、義肢をすぐ下の階段の段に載せ、かつ屈曲抵抗の減少なしの膝屈曲をすることに相当する。屈曲角度プロファイルの左端での動作の開始時、膝関節が最大に伸展し、膝角度ＫＡは約 １８０°であり、したがって屈曲角度ＡＦは０又はほぼ０である。義肢膝関節に最大の軸方向力ＦＡがかかり、義肢利用者は装着脚又は同側の脚で開始して、階段を下りようとする。このために、軸方向力ＦＡが最初に減少し、わずかな時間遅延で、屈曲抵抗Ｒｆも減少し、それにより屈曲を容易に行うことができるとともに、屈曲角Ａｆを増加することができる。屈曲抵抗Ｒｆは初期値の約２５％に減少する。制動又は屈曲抵抗Ｒｆの完全な除去は予定されていない。人工膝関節が完全に負荷解除され、軸方向力ＦＡが解消されたとしても、屈曲抵抗ＲＦのそれ以上の減少は生じない。膝関節が屈曲し、屈曲角Ａｆが大きくなり、それにより股関節が屈曲することにより膝関節と関節軸を前に運ぶことができる。足又は義足が階段の縁を越えて旋回し、それにより伸展運動が生じ、したがって屈曲角度ＡＦのプロファイルの動きの反転が生じる。最大屈曲角度に達し、動きが反転した後、屈曲抵抗Ｒｆは非常に急速に再び初期値まで増加し、開始レベルにとどまる。

運動が続いて、義足がすぐ下の階段の段に接触し、これが軸方向力ＦＡが大きく増加することにより認識できるまで、屈曲抵抗Ｒｆは、引き続き高いレベルにとどまり、それにより、装着脚の接地後に確実な立脚期減衰が保証される。軸方向力ＦＡが低下して始めて、すなわち平地歩行の目的で、又は階段をさらに下りるために、義肢膝関節が新たに負荷解除された場合に、屈曲抵抗Ｒｆが再び減少する。

図４において、軸方向力Ａｆ及び脚弦角度α_ＬＣに依存した抵抗Ｒｆの変化のプロファイルが示される。遠位基準点又は足点を起点し、脚弦７０が鉛直線又は重力線Ｇに対して後方向に傾いている場合に、脚弦の脚弦角度αＬＣが正となる。向きの模式図が図４の左部分に示されている。脚弦７０が後方に傾けば傾くほど、すなわち股関節１６が矢状面で足点又は踝関節の後ろにある場合、それだけ脚弦７０の正の傾斜角度が大きくなる。義脚の軸方向荷重負荷が、例えば全体重の１０％超、例えば体重の４０％～１５％に相当する力まで減少すると、ほぼ鉛直の向きでは、抵抗Ｒｆが最大限、図示される実施例では、初期抵抗の２５％まで減少する。脚弦７０の後傾が増加し、正方向の脚弦角度αＬＣが増加すると、屈曲抵抗Ｒｆは、図示される実施例では、後傾では５％に指定された限界に達するまであまり減少せず、屈曲抵抗Ｒｆの低減は行われず、屈曲抵抗Ｒｆは１００％である。

図５は、軸方向荷重負荷及び脚弦角度αＬＣに依存した屈曲抵抗Ｒｆの減少の別の変形形態を示す。軸方向荷重負荷が体重の１０％未満、例えば体重の０％～１０％の場合、すなわち、両脚で、緊張解除された状態で立つのに対して軸方向荷重が引き続き減少した場合、屈曲減衰又は屈曲抵抗Ｒｆは、図４に示されるわずかな負荷解除の場合とは異なるように適合される。例えば障害物を乗り越える場合など、脚弦７０が２０°から３０°の角度で大きく後傾する場合、屈曲抵抗Ｒｆの低減が行われないか、又は制限的にしか行われない。２０°の脚弦角度αＬＣから増加し、それまでは軸方向力が低下した場合に目標値への抵抗の低減を行うことができ、３０°の角度からは低減されない。脚弦の向きが負の場合、すなわち脚弦７０が前方に移動した場合、１０°になって初めて、減少が目標値まで、図示される実施例では最大抵抗の４０％まで生じ、前傾がより大きくなると、軸方向荷重が減少したとしても、わずかな低減しか可能でないか、それどころか低減が全く可能でない。負の脚弦角αＬＣは、例えば後ろ向きに歩くときにみられる。図５に示すように、屈曲抵抗Ｒｆは、特定の角度範囲にわたって下降及び上昇することができ、これに代えて、急激な下降及び上昇の形で移行することもできる。このような種類の適合は、特に、負の角度範囲において、すなわち下部２０が前傾する場合に特に有利であることがわかった。

図６は、荷重負荷状況に応じた他のセンサ信号への抵抗減少の依存性の別の例を示す。軸方向力Ａｆの減少は、図４によるレベルではなく、図５によるレベルをたどるので、減少した軸方向力Ａｆは体重の１０％以下である。軸方向力は、例えば、装着脚での体重の０％又は５％に減らすことができる。図６は、屈曲抵抗を減少させるための別の基準として、下部２と鉛直線Ｇとの間で測定されるロール角αＳを示す。この場合、鉛直線Ｇは、足部３０と下部２０との間の踝関節の旋回軸３５を通って、又は足部３０が下部２０と固定結合されている場合は回転中心を通って地面へ延びる。後方向の変位は、正のロール角 αＳである。前方に変位し、膝関節が関節軸１５で鉛直線Ｇの前に位置する場合、負のロール角αＳとなる。例えば、負のロール角が鉛直線Ｇに対してマイナス１０°を超える場合、屈曲抵抗Ｒｆが完全に、この場合も初期抵抗の４０％のレベルに減少する。前傾が小さくなると、すなわち負のロール角αＳが小さくなると、屈曲抵抗Ｒｆはより大きく、したがって、減少は小さくなる。正のロール角αＳの場合、屈曲抵抗Ｒｆの目標値への完全な減少は２０°の角度から生じ、１５°の角度まで減少は生じない。

図７において、上部１０と、旋回軸１５を中心に旋回可能にこれに支承された下部２０とを有する装具の一実施例が模式図で示され、この装具によって本発明を実施することもできる。それによって、上部１０と下部２０との間に、図示される実施例では本物の膝関節に対して横方向に配置される人工膝関節１が形成されている。脚に対して上部１０と下部２０を片側に配置することに加えて、２つの上部と下部を本物の脚に対して内側と外側に配置することもできる。下部２０は、その遠位端に、踝関節軸３５を中心に下部２０に対して旋回可能に支承された足部３０を有する。足部３０は、足又は靴を載せることができるフットプレートを有する。下部２０と上部３０の両方に、下腿若しくは大腿に固定するための固定装置が配置されている。足部３０には、足部３０に足を固定するための装置も配置することができる。固定装置は、装具を取り外し可能に利用者の脚に装着し、破壊することなく再び取り外すことができるようにするために、止め金、ベルト、締め金、又はそれに類するものとして形成することができる。上部１０には、抵抗装置４０が取り付けられ、これは下部２０及び上部１０に支持され、旋回軸１５を中心とした旋回に対する調整可能な抵抗を提供する。したがって、義肢の実施例との関連で先に説明されたセンサ及び制御装置は、装具にも存在する。

Claims (12)

1. 上部（１０）と、膝関節（１）を介して前記上部（１０）に接続され、前記上部（１０）に対して関節軸（１５）を中心に旋回可能に支承された下部（２０）とを有する下肢の義肢又は装具を制御する方法であって、前記上部（１０）と前記下部（２０）の間に調節可能な抵抗装置（４０）が配置され、前記抵抗装置を介してセンサデータに基づいて屈曲抵抗（Ｒｆ）が変更され、前記下部に作用する軸方向力（ＦＡ）が少なくとも１つのセンサ（５４）によって検出され、前記屈曲抵抗（Ｒｆ）を変更するための基礎として使用される、方法において、
   ａ．脚弦（７０）及び／又は伸展した膝関節（１）の軸方向力（ＦＡ）が低下した場合、ならびに／あるいは位置がほぼ鉛直の場合に前記屈曲抵抗（Ｒｆ）が低減され、
   ｂ．時間指定されたインターバル内に膝屈曲が検出されない場合、ならびに／あるいは前記膝関節（１）及び／又は前記脚弦（７０）及び／又は前記軸方向力（ＦＡ）が特定の限界値を下回る、又は上回る場合、前記屈曲抵抗（Ｒｆ）が再び増加する、ことを特徴とする、方法。
2. 立位から歩き出す場合に前記屈曲抵抗（Ｒｆ）が低減されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記屈曲抵抗（Ｒｆ）が、前記軸方向力（ＦＡ）の減少に依存して低減されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記屈曲抵抗（Ｒｆ）が、立脚期抵抗より低いレベルまで低減されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
5. 前記屈曲抵抗（Ｒｆ）の低減が、前記軸方向力（ＦＡ）、脚弦角度（αＬＣ）及び／又は前記下部（２０）の空間角度（αＳ）に依存して行われることを特徴とする、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記軸方向力（ＦＡ）が限界値を超えるレベルまで減少した場合、及び限界値を超える、特に５°を超える正の脚弦角度（αＬＣ）が検知される場合に、前記屈曲抵抗（Ｒｆ）の減少は生じないことを特徴とする、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記軸方向力（ＦＡ）が限界値を下回るレベルに減少した場合、及び鉛直線（Ｇ）の周りの定義された角度範囲の外にある脚弦角度（αＬＣ）が検知された場合、特に正の脚弦角度（αＬＣ）が３０°より大きく、負の脚弦角度（αＬＣ）が－１０°より小さい場合に、前記屈曲抵抗（Ｒｆ）の減少は生じないことを特徴とする、請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. ２０°までの正の脚弦角度（αＬＣ）では前記屈曲抵抗（Ｒｆ）の完全な減少が生じ、それより大きい脚弦角度（αＬＣ）では前記屈曲抵抗（Ｒｆ）が大きくなること、あるいは、－１０°の負の脚弦角度（αＬＣ）から、前記屈曲抵抗（Ｒｆ）の完全な減少が生じ、それより小さい脚弦角度（αＬＣ）では前記屈曲抵抗（Ｒｆ）が増大されること、を特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記軸方向力（ＦＡ）が限界値未満、特に患者の体重の１０％未満のレベルまで減少した場合、及び鉛直線（Ｇ）の周りで定義された角度範囲内の、特に１５°より小さい正の傾斜角度（αＳ）と－５°より大きい負の傾斜角度（αＳ）との間の範囲内の前記鉛直線（Ｇ）に対する前記下部（２０）の傾斜角度（αＳ）が検知された場合に、前記屈曲抵抗（Ｒｆ）の減少は生じないことを特徴とする、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の方法。
10. ２０°以上の前記下部（２０）の正の傾斜角（αＳ）では、前記屈曲抵抗（Ｒｆ）の完全な減少が生じ、それより小さい傾斜角度（αＳ）では前記屈曲抵抗（Ｒｆ）が増大されること、あるいは、－１０°の前記下部（２０）の負の傾斜角度（αＳ）から前記屈曲抵抗（Ｒｆ）の完全な減少が生じ、それより大きい負の傾斜角度（αＳ）では前記屈曲抵抗（Ｒｆ）が増大されること、を特徴とする、請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の方法。
11. 伸展運動が行われる、歩行周期が検出される、及び／又は軸方向力（ＦＡ）の増加が検出される場合に、前記屈曲抵抗（Ｒｆ）が増加されることを特徴とする、請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記下部（２０）の後傾が検出される場合に、前記屈曲抵抗は低減されないことを特徴とする、請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
    
    

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