調整可能機能を備えた義足
足キール（７１）と、足キールに連結されたカーフシャンク（７２）とを備えた義足で、当該義足の足根関節を形成している。該足キールは前足部および後足部と、該前足部後足部との間を延びる上方に湾曲した中間足部とを有している。カーフシャンクは、下方に凸状に湾曲した下端を含み、連結要素によって足キールの一部に調節可能に取りつけられる螺旋の形態をしている。カーフシャンクは、螺旋から直立している上端まで上方前方に延びている。連結要素は歩行時にカーフシャンクの背屈を制限する所定の大きさの停止部を含んでいる。カーフシャンクは、足キールと一体化された距骨およびカーフシャンクを実現しており、当該足キールは露出した放物面に類した可変応答面を有しているが、足、くるぶしおよび下肢部のための化粧用カバーによって容易に覆うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応用力学に関連し、動作反応機能を向上させた高性能な義足に関する。
【背景技術】
【０００２】
マーチンら（Martin et al）の米国特許第５，８９７，５９４号明細書には、脚義足用の無関節型人工足が開示されている。人工足が、足首の機能を擬態するために関節を設けた硬質構造を備える初期の解決方法とは異なり、マーチンらの無関節型人工足は、足鋳型内で製造した弾性の足インサートを採用している。このインサートは、縦長断面がほぼＣ字型のデザインで、後部に開口部を備え、その上方Ｃ字型肢によって義足負荷を受け、その下方Ｃ字型肢によってこれに接続している板ばねにその負荷を伝播させる。下側から見た板ばねは凸型のデザインのものであり、足底範囲とほぼ平行に、また、足インサートを超えて前方の爪先範囲内にまで延びている。マーチンらの発明は、無関節型人工足を、踵の衝撃の減衰、弾性、踵−爪先歩行、側部の安定性に関連して向上させることで、装用者が自然な状態で歩行できるようにする目的に基づいており、この意図は装用者の通常の歩行と、身体的な運動およびスポーツの実施との両方を可能にするものである。しかしながら、この従来の人工足の動作反応特徴は制限される。身体欠損者によるたとえば走行、跳躍、短距離走、開始、停止、切断等の競技実施能力を向上させる応用力学設計特徴を改善した、より高性能な義足が必要である。
【０００３】
これ以外にも、バン エル フィリップス（Van L. Phillips）によって、構造的な限度と、従来技術の義足に関連した性能のために以前は不可能であった幅広い活動を行うための機敏性と移動性を身体欠損者に提供するとされる義足が提案されている。走行、跳躍、およびこれ以外の活動がこれら従来の足によって経験され、これらは、装用者の通常の足と同様の利用が可能であると報告されている。たとえば、米国特許第６，０７１，３１３号、第５，９９３，４８８号、第５，８９９，９４４号、第５，８００，５６９号、第５，８００，５６８号、第５，７２８，１７７号、第５，７２８，１７６号、第５，８２４，１１２号、第５，５９３，４５７号、第５，５１４，１８５号、第５，１８１，９３２号、第４，８２２，３６３号を参照のこと。
【発明の開示】
【０００４】
身体欠損競技者がより高レベルのパフォーマンスを遂行できるようにするためには、向上した応用力学を備え、人間の足を凌ぎ、従来技術の義足よりも優れた性能を有する高性能の義足が必要である。身体欠損競技者は、向上した応用力学、高い低動作反応を備え、さらに、事実上の作業特化が可能な、活動の水平および垂直成分を精密に調整できる調整機能を備えた高性能の義足に関心を持っている。
【０００５】
本発明による義足は、これらの必要性を考慮している。ここで開示している或る例証的な実施形態によれば、本発明の義足は、一端に前足部と、他端に後足部と、さらに、前足部と後足部のあいだに延び、上向きアーチ型をした比較的長い中間部分とを備えた縦方向に延びた足キールを装備している。さらに、下方凸型に湾曲した下端を具備したカーフシャンクも設けられている。調整可能な固定装置は、カーフシャンクの湾曲した下端を足キールの上向きアーチ型の中間足部に取り付けて、義足の足首関節範囲を形成する。
【０００６】
調整可能な固定装置により、カーフシャンクと足キールの、足キールの縦方向において相互に関連したアライメント(alignment)を調整して、義足の性能を調整することが可能になる。対向している足キールの上向きアーチ型中間部分とカーフシャンクの下方凸型の下端のアライメントを調整することにより、義足の動作反応特徴と動作結果が、必要で／要望される水平および垂直直線速度に関連して作業特化したものに変化する。スポーツおよび／またはレクリエーション活動を実施している身体欠損の機能結果を向上させる、高低動作反応機能、さらにバイプラナー動作特徴を備えたマルチ使用の義足を開示している。特に短距離競技用の義足も開示している。
【０００７】
或る実施形態では、カーフシャンクは螺旋形状の下端を備えており、この螺旋部分から、カーフシャンクがその直立上端へと上方および前方向に延びている。これにより、カーフシャンクを足キールに固定した際に、その下端に統合された足首を備え、本発明によるパラボラ形状に類似した可変半径の応答面（response outcome）を呈するカーフシャンクが出来上がる。螺旋型の下端を備えたカーフシャンクは、連結要素によって足キールに固定される。この開示された実施形態では、連結要素が、歩行中にカーフシャンクの背屈を制限するための停止部を備えている。
【０００８】
本発明のこれらおよびこれ以外の目的、特徴、利点は、以降に示す本発明の開示された例証的実施形態の詳細な記述と添付の図面を考慮することでさらに明白になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に図面を参照すると、図３〜図５の例証的な実施形態において、義足１は、一端に前足部３を、他端に後足部４および前足部と後足部のあいだに延びた、上方に湾曲した中間足部５を備えた、縦方向に延びた足キール２を具備して示されている。例証的な実施形態では、中間足部５は、前足部と後足部のあいだのその縦範囲全体にかけて上方に向かって凸状に湾曲している。
【００１０】
足１の直立カーフシャンク６が、その下方に凸状に湾曲した下端７の一部分にて、近接した、キール中間足部５の後面に、解除可能な固定具８と連結要素１１によって取り付けられている。この例証的な実施形態では、固定具８はナット付のシングルボルトとワッシャであるが、しかし、解除可能なクランプ、あるいは、固定具をしっかりと締めた際に、カーフシャンクを足キール上にしっかりと位置決め、保持することができるこれ以外の固定具であってもよい。
【００１１】
近接した、キール中間足部５の後面には、縦方向に延びた開口部９が形成されている。図８を参照。さらに、たとえば図１５中に示すようなカーフシャンク６の湾曲した下端７にも、縦方向に延びた開口部１０が形成されている。解除可能な固定具８は開口部９、１０を貫通しているので、義足の機能を特化するためにその動作能力を調整するべく固定具８を緩和または解除した際に、カーフシャンクと足キールの、図５中に示す縦方向Ａ−Ａにおける相互に対するアライメントを調整することが可能である。そのため、固定具８、連結要素１１、縦方向に延びた開口部９、１０は、義足の足首関節範囲を形成するための、カーフシャンクを足キールに取り付ける調整可能な固定配置を構成している。
【００１２】
カーフシャンク６と足キール２のアライメントの調整の効果は、図１、図２に見ることができるが、この場合、並列した２つの半径Ｒ1、Ｒ2は、足キール中間部分５とカーフシャンク６との隣接し、対向し、ドーム型または凸状に湾曲した面を表している。このような半径を次々に考慮した場合、動作能力が、図１中では接線Ａに対して、図２中ではＡ1に対して垂直に、２つの半径のあいだに描かれて存在している。これら２つの半径間の相互関係により、動作結果の方向が決定される。したがって、足１に付加される動作反応力はこの関係に依存するということになる。凹部の半径が大きいほど、より高い動作反応を得ることができる。しかし、半径が小さいほど、素早い反応が得られる。
【００１３】
本発明の義足のカーフシャンクと足キールのアライメント機能によって、半径を移動させることで、運動競技アクティビティにおける、足による水平または垂直直線速度に影響を及ぼせることができるようになる。たとえば、義足１の水平直線速度機能を向上させるためには、アライメント変更を行い、カーフシャンクと足キール半径の関係に影響を与える。つまり、水平直線速度特徴を向上させるためには、図１と比較して図２に示すように、足キールの底部半径Ｒ2をその開始位置よりもさらに末端側に移動させる。これにより、動作反応特徴を変化させ、義足１の動作結果をより水平方向に向かわせることになり、その結果、付加する力を変えることなく、より大きな水平直線速度を達成することができるようになる。
【００１４】
身体欠損者は、訓練を通じて、自分の要求を満たすそれぞれの活動に対応した設定を、その要求が水平および垂直直線速度に関連している限り見つけることができる。たとえば、ジャンプ競技およびバスケットボールの選手は、短距離走者と比べてより垂直な移動を必要とする。連結要素１１は、取り付けた足キール２とカーフシャンク６のあいだに挟持されたプラスチックまたは金属合金製のアライメント結合装置（図３、図４、および図２３を参照）である。解除可能な固定具８が、連結要素に設けた穴１２を貫通している。この連結要素は、カーフシャンクと、これに最も近い、キール中間足部５の後面との取り付け部分に沿って延びている。
【００１５】
カーフシャンク６の湾曲した下端７はパラボラ形状であり、その湾曲部の最小半径は下端に位置し、上方に向かって延び、またパラボラ形状の最前面に位置している。これと対向する後方の凹部は、図３に示すように、カーフシャンクの湾曲部分によって形成されている。パラボラ形状は、その比較的大きな半径基端部に関連した向上した水平直線速度を達成すると同時に、その下端に湾曲部のより小さな半径によってより早い反応特徴を得る上で、より強力な動作反応特徴を備えることができるという利点を有する。バラボラ形状の上方端における湾曲のより大きな半径により、図１、図２を参照して説明した接線Ａを、アライメントを変更した状態でより垂直方向に向けることが可能になり、これにより、水平直線速度が向上する。
【００１６】
パラボラ形状のカーフシャンクは、人間がこれを圧縮または蛇行する際に、人間の歩行時の初期接地力に反応する。これによりパラボラ湾曲の半径が小さくなり、その結果、圧縮への抵抗が減少する。これとは逆に、パラボラ形のカーフシャンクが、人間の歩行における踵離地反応力（ＧＲＦ）に反応して拡張することによって、パラボラ湾曲の半径がより大きくなり、その結果、抵抗が前述の圧縮抵抗よりも遥かに大きくなる。これらの抵抗は、人間の歩行における人間の後方および前方ふくらはぎの筋肉機能に関連している。人間の歩行の足底接地との初期接触時に、小型の後方ふくらはぎ筋肉群が、足を地面に下げるべく偏心的に収縮することにより、ＧＲＦに反応し、背屈モーメントが生じる。足底接地から足趾離地まで、大型の後方ふくらはぎ筋肉群が、やはり偏心的に収縮することでＧＲＦに反応し、より大きな足底屈曲モーメントが生じる。このモーメントの大きさは、ふくらはぎ前方および後方筋肉群の大きさの差に関連する。その結果、人間の歩行における、背屈モーメントと足底屈曲モーメントに対する義足のカーフシャンクの抵抗が擬態され、通常の歩行が得られる。パラボラ湾曲可変抵抗能力は、人間の歩行、走行、跳躍活動における人間のふくらはぎ筋肉機能を擬態し、その結果、効率的な義足が得られる。
【００１７】
人間が毎時約３マイルの速度で歩行している。１マイルを４分間で走る走者が毎時１２マイルの速度で走り、１００メートルを１０秒間で走る短距離走者が毎時２１マイルの速度で全力疾走する。これは１対４対７の割合である。各作業の水平成分は、活動速度が増加するにしたがって大きくなる。したがって、義足のカーフシャンク半径の大きさを事前に決定することが可能である。歩行者は、走者および短距離走者よりも、半径がより小さい放物面状に湾曲したカーフシャンクが必要である。短距離走者は、大きさが７倍の放物面状に湾曲したカーフシャンクが必要である。この関係は、どのように歩行者、走者、短距離走者用の放物面の曲率半径を決定するかを示す。これは、短距離走者にはより広い動作範囲が必要であり、また、この活動に関連して増加した負荷を受けるべく、カーフシャンクをより頑丈にしなければならないため重要である。幅広または長い放物面状のカーフシャンクの湾曲部は比較的平坦になるが、これは、動作範囲の増加に伴うより大きな構造強度に匹敵する。
【００１８】
義足アダプタ１３が、カーフシャンク６の上端に固定具１４により接続される。次に、アダプタ１３が義足１５の下端に、固定具１６によって固定される。義足１５は、脚切断基部に取り付けた支持構造（図示せず）によって、身体欠損者の下肢に固定される。
【００１９】
この例証的な実施形態では、足キール２の前足部、中間足部、後足部は、単一部品の弾性材料で構成されている。たとえば、材料、事実上プラスチック製の、接地反応力による屈曲時に形状記憶特徴を有する固体部品を採用することができる。より詳細には、足キール、さらにカーフシャンクを、ポリマーマトリックス材料を積層した強化ファイバを備えた積層合成材料で製造できる。特に、エポキシ熱硬化樹脂を積層した高強度グラファイト、またはＤｅｌｒａｎの登録商標で利用されている押し出し成形したプラスチック、あるいは脱気ポリウレタン共重合体を用いて足キール、さらにカーフシャンクを形成することが可能である。これらの材料に関連した機能品質によって、軽量かつ最小のクリープで、優れた強度を得ることが可能になる。義足産業基準を用いて、熱硬化エポキシ樹脂を真空下で積層させる。雌型内にポリウレタン共重合体を注入し、押し出したプラスチックを機械工作処理することができる。使用する各々の材料には利点と欠点が伴う。足キールおよびカーフシャンクに用いる積層した合成材料は、産業基準にしたがって製造された熱形成（プリプレグ）した積層合成材料であってよく、また、これに強化用ファイバおよび熱可塑性重合体マトリックス材料を付加して、抜群の機械拡張品質を追加することもできる。このタイプの市販の合成材料としては、メリーランド州、ハーヴァー ド グレイス（Havre de Grace）にあるサイテック ファイヴァライト（Cytec Fiberite）社製のＣＹＬＯＮ（登録商標）が適している。
【００２０】
硬性、可撓性、および強度に関連した弾性材料の物理性質は、全て材料の厚さによって決定される。密度が同じであっても、薄型の材料は厚い材料よりも容易に屈曲する。使用する材料、および物理性質は、義足の足キールとカーフシャンクの硬性から可撓性までの特徴に関連する。図３〜図５の例証的実施形態では、足キールとカーフシャンクの厚さは均等または対称的であるが、しかし、これら構成要素の長さに沿った厚さは、後足範囲と前足範囲を薄くして、中間足範囲の屈曲への反応を高める等の方法により変更することができる。
【００２１】
義足１に高低動作反応機能を設ける上での補助として、縦アーチによって中間部分５を形成することで、中間アスペクト比が、縦アーチの側部アスペクト比よりもかなり高い動作反応機能を有することが可能である。この例証的実施形態では、この目的のために、半径において、縦アーチ凹部の中間アスペクト比はその側部アスペクト比よりも大きい。
【００２２】
中間足部５の縦アーチ凹部の中間半径寸法から側部半径寸法のあいだの相互関係は、さらに、足キール２の前後方の足底面耐重量面範囲としても定義される。図８中の前方部分５上の線Ｔ1−Ｔ2は、前方足底面耐重量範囲を示している。線Ｐ1−Ｐ2は、５の後方足底耐重量面を示す。足の側部における足底耐重量範囲は、Ｔ1−Ｐ1間の距離で表される。足２の中間側部における足底耐重量面は、Ｐ2−Ｔ2間の距離で表される。Ｔ1−Ｐ1とＰ2−Ｔ2で表される距離によって半径寸法が決定され、これにより、高低動作反応相互関係が決定され、また、これら２本の線Ｔ1−Ｔ2、Ｐ1−Ｐ2を収束および分岐させることで、この相互関係に影響を及ぼすことができる。その結果、構造設計における高低動作反応の決定が可能になる。
【００２３】
後足部４の後方端部１７は、上方が湾曲したアーチ型をしており、踵衝突中に、衝撃を吸収するべく圧縮することで接地反応力に反応する。後足部４によって形成された踵は、歩行の初期接触段階の最中に後足の裏返りを促進するために、中間角１９よりも後方および側方に位置した後方側部角１８で形成されている。前足部３の前方端２０は、歩行の後期立脚期の踵上昇足趾離地状態において背屈している人間の爪先を刺激するために、上方に湾曲したアーチ型をしている。下方前足および後足の上に、ゴムまたはフォームパッド５３、５４がクッションとして配置されている。
【００２４】
義足の向上したバイプラナー動作機能は、その背面および足底面のあいだの前足部３に設けた中間および側方拡張継手穴２１、２２によって作り出される。これらの穴の各々から前足部の後方縁へ拡張継手２３、２４が延びており、これにより、足キールの前足部の向上したバイプラナー動作機能を作り出す、中間、中間および側方拡大膨張部２５〜２７が形成される。拡大継手穴２１、２２は、図５中の線Ｂ−Ｂに沿って、足キールの縦軸Ａ−Ａに対して３５°の角度αで延びている横断平面上に、中間拡張継手穴２１が側方拡大継手穴２２よりも前方に位置した状態で配置されている。
【００２５】
図５中の縦軸Ａ−Ａに対する線Ｂ−Ｂの角度αは最小で１５°にまで変更しても、高低動作反応を引き出すことが可能である。この角度αの変化にしたがって、図８に示す線Ｔ1−Ｔ2の角度Ｚも変化するはずである。矢状面上に突出した状態の拡大継手穴２１、２２は、穴の背面アスペクトが足底アスペクトよりも前方に位置した状態で、横断面に対して４５°の角度で傾斜している。この配置では、解除可能な固定具８から側方拡大継手穴２２までの距離は、解除可能な固定具から中間拡大継手穴２１までの距離よりも短いため、義足１の側方部分は、中間足高低動作反応を可能にするために、中間よりも短い爪先レバーを備えている。さらに、線Ｔ1で表した、解除可能な固定具８から側方足底耐重量面までの距離は、線Ｔ2で表した、解除可能な固定具から中間足底面耐重量面までの距離よりも短いため、義足１の側方部分には中間よりも短い爪先レバーが設けられ、中間足の高低動作反応が得られるようになっている。
【００２６】
足キール２の後足部４の前部は、さらに、背面と足底面のあいだで後足部４を貫通した拡大継手穴２８を備えている。拡大継手２９は、穴２８から後足部の後方縁にまで延び、拡大膨張部分３０、３１を形成している。これらの部分により、足の後足部の向上したバイプラナー動作機能が得られる。
【００２７】
中間足部５と足キール２の前足部３の背面アスペクトは、図３中に示す上方に向いた凹部３２を形成するため、人間の足の動作の第５筋軸の機能を擬態することができる。つまり、凹部３２は、足キールの縦軸Ａ−Ａに対して１５°〜３５°の角度βにて方位付けされた縦軸Ｃ−Ｃを備えており、また、歩行時における人間の足の第２〜第５中足骨の傾斜低ギア回転軸と同様の第５筋動作を促進するべく、中央部が側方よりも前方に位置している。
【００２８】
バイプラナー動作機能の重要性は、身体欠損者が平坦でない場所を歩く場合、または競技者が足を中間からまたは横方向に切断した場合に理解される。接地力ベクトルの方向は、矢状向きから前面成分を有する方向に変わる。地面が、側方に押圧する足とは反対方向に向かって中央的に押圧する。その結果、カーフシャンクが中央に向かって傾き、体重が脚キールの中央構造にかかる。これらの圧力に反応して、足キール２の中央拡大継手膨張部分２５、３１が背屈（上方に反る）および反転し、側方拡大継手膨張部分２７、３０が足底屈曲（下方に反る）および裏返る。この動作は、足底接地の足底面を地面に付けようとする（足底歩行）。
【００２９】
本発明による別の足キール３３は、特に短距離走用のものであり、本発明の義足に使用することができる。図６、図７を参照。短距離走では、身体の重心は、ほぼ独占的に矢状面に向くようになる。義足に低動作反応特徴を設ける必要はない。その結果、足キール２に設けられている、前足、中間足の凹部の縦軸の１５°〜３５°の外方回転方向が不要になる。むしろ、この凹部の縦軸Ｄ−Ｄの向きは、図６、図７に示すように、前面と平行するようになるはずである。これにより、短距離走の足が矢状方向のみに反応するようになる。さらに、前足および中間足部における拡大継手穴３４、３５の、線Ｅ−Ｅに沿った向きは前面と平行であり、つまり、側方穴３５が前方に向かって、中間穴３４と並び（アライメントがなされる）、前面と平行して移動する。さらに、足キール３３の前方末端部３６も前面と平行にされる。足キールの後方末端踵範囲３７も前面と平行にされる。これらの変更は、否定的な方法で、義足の多目的使用機能をもたらす。しかし、その性能特徴は作業に特化したものとなる。短距離走用足キール３３の別の応用形は、爪先、つまり、足キール２の１５°の角度の背屈が足キール３３の２５〜４０°の角度の背屈へと増加する、前足部の筋範囲におけるものである。
【００３０】
図９、図１０は、本発明による、義足用の追加の足キール３８を示しており、これは、足をサイム切断した身体欠損者による短距離走に特に便利である。この目的のために、足キール３８の中間足部には後方および上方に向いた凹部３９が設けられており、この凹部の内部で、カーフシャンクの湾曲した下端が、解除可能な固定具の方法により足キールに取り付けられている。全ての脚切断者がこの足キールを使用することができる。この足キール３８は、サイム・レベルの身体欠損者の、より長い脚の残余基部を収容する。その性能特徴は、動作反応機能が群を抜いて迅速であるというものである。その使用はこのレベルの切断に限ったものではない。全ての下腿切断および大腿切断に使用することができる。図１１、図１２の例証的実施形態における脚キール４０には、サイム切断者のための凹部４１がさらに設けられており、足キールが、高低動作反応特徴と、図３〜図５、図８の例証的実施形態のものと同様のバイプラナー動作機能とを義足に与える。
【００３１】
いくつかの義足１用足キールの機能特徴は、これらが凹部、凸部、半径サイズ、拡大、圧縮、および材料の物理性質に関連しているため―これらの特性は全て、歩行、走行、跳躍活動の接地力に関連し、これらに反応する、形状および設計特徴に関係している。
【００３２】
図１３中の足キール４２は、足キールの厚さが中間足部から後足の後方へと先細りしている点を除いて、図３〜図５、図８の例証的実施形態のものと類似している。図１４中の足キール４３は、その厚さが、前端部と後端部の両方において徐々に減少または先細りしている。これと類似した厚さの応用形を、義足１に使用できる、図１５のカーフシャンク４４と、図１６のカーフシャンク４５で示している。足キールおよびカーフシャンクの各々の設計により、異なる機能結果が、これらの機能結果が様々な競技関連の作業における性能の向上に特化した水平および垂直直線速度に関連するために得られる。複数のカーフシャンク構造の機能、および足キールとカーフシャンクのあいだの設定の調整によって、身体欠損者および／または義足装用者は、幅広く多様性に富んだスポーツおよびレクリエーション活動の中から選択した１つについて最大の性能を得るべく、義足を調整することを可能にする義足・カーフシャンク関係が作られる。
【００３３】
別の義足１用カーフシャンクを図１７〜２２に示しているが、これらは、Ｃ字型のカーフシャンク４６、４７、Ｓ字型のカーフシャンク４８、４９、Ｊ字型のカーフシャンク５０、５１を備えている。さらに、カーフシャンクの上端は、この基端部に取り付けたピラミッド型の取り付け板を具備する直線垂直端部を備えることができる。雄ピラミッドを、このカーフシャンクの垂直端部にボルト留めし、さらにこの垂直端部を貫通させてもよい。基端部雄ピラミッドを受容するためのプラスチックまたはアルミニウム製のフィルタを設け、さらに、細長い開口部内の、カーフシャンクの基端部および末端部に末端足キールを設けることも可能である。本発明の義足は、好ましくは基準化されたユニットと、または使用時の柔軟性と多様性を考慮した寸法とによって構造されたモジュール・システムである。
【００３４】
競争用トラックに関連した全ての走行活動は左回り方向に実施される。本発明のこれ以外の任意的特徴は、このような湾曲した走路に沿って前進する足に作用する力を考慮したものである。向心加速は、物体がカーブした走路に沿って移動する回転の中心に向かって作用する。エネルギー作用にはニュートンの第３法則が適用される。同等に対抗する反応が存在する。そのため、全ての「中心を探す」力には、「中心から逃げる」力が存在する。向心力は回転の中心に向かって作用し、遠心力、反応力は回転の中心から離れる方向に向かって作用する。競技者がトラックのカーブ周囲を走行している場合には、走者は向心力によってカーブの中心に向かって引き付けられる一方で、遠心力によってカーブの中心から引き離される。走者を外方に傾かせようとする遠心力を相殺するために、走者は内方に傾く。トラック上で走者が常に左回り方向に回転する場合には、左側がトラックの内側になる。そのため、本発明の特徴により、左右の義足カーフシャンクの左側を右側よりも薄くすることで、身体欠損走者のカーブ機能を向上させることができる。
【００３５】
いくつかの実施形態における足キール２、３３、３８、４２、４３の長さは、図３、図４、図５、および異なるカーフシャンクと足キールのいくつかの図面に正確な縮尺率で示す靴１との関係において２９ｃｍである。しかし、当業者が容易に理解するように、義足の特定の寸法は、義足を装用する身体欠損者のサイズ、体重、他の特徴にしたがって変更することが可能である。
【００３６】
次に、歩行および走行立脚期の歩行サイクルにおける義足１の動作について考察する。慣性、加速、作用−反作用の法則に関連したニュートンの動作の第３法則は、義足２の応用運動学の基本である。ニュートンの第３法則、作用−反作用の法則より、足が地面を圧迫する方向と同等に対向する方向において地面が足を圧迫することが知られている。これらは、地面反力として周知である。人間の歩行、走行および跳躍活動に関する多くの科学研究が成されてきた。フォースプレートの研究は、歩行においてニュートンの第３法則が発生することを示す。これらの研究から、地面が足を圧迫する方向がわかる。
【００３７】
歩行／走行活動の立脚期を、さらに減速期と加速期に分割することができる。義足が地面と接触すると、足が先ず地面を押し、次にこれに反応して地面が足を同等に対向する方向に押し返すが、これはつまり、地面が義足を後方に押すということである。この力により義足が動作する。歩行および走行活動の立脚期分析は、図５、図８に示す、接点が、足の中央側部よりも後方および側方に逸脱した、後方側角１８にある状態から開始する。初期接触時のこの逸脱により、足が反転し、カーフシャンクが底屈する。カーフシャンクは、その下肢部を介して体重を移動する位置を常に探しており、たとえば、長い垂直部材を、地力に対抗する位置に置く傾向がある。足を後方に押す地面反力に対抗するべく底屈を後方に移動させるのはこのためである。
【００３８】
地力により、カーフシャンク４４、４５、４６、４７、５０、５１が、後方で動いている基端部と共に圧縮される。カーフシャンク４８、４９、カーフシャンクの半分の末端部分が、末端凹部の向きにしたがって圧縮される。末端凹部がＧＲＦに反応して圧縮した場合、基端凹部が拡大し、カーフシャンクユニット全体が後方に移動する。地力により、カーフシャンクが、後方で動いている基端部と共に圧縮される。カーフシャンクの下方の小さい半径が圧縮し、人間の足首関節底屈を擬態し、圧縮によって前足が地面へと下降する。これと同時に、符号１７を付した、後足４で示すキールの後方アスペクトが、この圧縮を介して上方に圧縮する。これらの圧縮力は両方とも衝撃吸収体として作用する。カーフシャンクが底屈への動作を停止し、地面が足を後方に押すと、この衝撃吸収が、足を反転させ、やはり衝撃吸収体として機能する、逸脱した後側方踵１８によって拡大される。
【００３９】
次に、圧縮した足キールとカーフシャンクの部材が、負荷除去を開始し、つまり、初期形状を求めて、蓄積されたエネルギーを解放し、これにより、カーフシャンクの基端部が、加速した方法で前方に移動する。カーフシャンクがその垂直開始位置に近づくにしたがい、地力が足を押圧する方向が後方押圧から、垂直上方押圧に変更する。義足は前後方の足底面耐重量範囲を備えており、これらの範囲どうしは、非耐重量型の長いアーチ形状をした中間部分によって接続されているため、義足から垂直に向かう力が、長いアーチ形状の中間部分が拡大によって圧迫される。後方および前方の耐重量面が分岐する。これらの垂直に向いた力は、地力が事実上垂直から前方方向に移動しているため、長いアーチ形状の足の中間部分に蓄積されている。カーフシャンクは、足首背屈を擬態しながら拡大する。これにより、義足が前方足底耐重量面から外れて旋回する。重量負荷解除が生じると、中間足部５の長いアーチ形状が、拡大状態から変化して元の形状を求めることで、擬態された底屈筋肉群が破裂を起す。これにより、蓄積されていた垂直に圧縮された力エネルギーが、拡張した機能に解放される。
【００４０】
足キールの長いアーチとカーフシャンクが、それぞれ対応する構造の拡大に抵抗する。その結果、カーフシャンクの前方前進が抑えられ、足が前方足底面耐重量範囲から外れて旋回を開始する。図３〜図５、図８、図１１、図１２、図１３、図１４の例証的実施形態における足キールの場合、足キールの中間部分の拡大は高低反応機能を備えている。これらの足キールの中間足・前足遷移範囲は、足の長軸から外方に１５°〜３５°の角度で逸脱し、中間の長いアーチが側方の長いアーチよりも長くなる。これは、通常の足では、加速または減速の最中に足の中間アスペクト比を使用するため重要である。
【００４１】
義足の長い方の中間アーチは、側方アーチよりも高い動作反応特徴を有する。低速での歩行または走行には、側方の短い方の爪先レバーが使用される。身体の重心が、正弦曲線を描きながら空間内を移動する。この重心は、中央、側方、基端、末端へと移動する。低速での歩行または走行時には、身体の重心は、高速での歩行または走行よりも中央および側方へ移動する。また、勢いまたは慣性は小さく、より高い動作反応機能を克服する能力も低い。本発明による義足は、適用する機構にこれらの原理を追加するようになっている。
【００４２】
また、中間スタンスでの人間の歩行サイクルにおいて、身体の重心は先に行くにしたがって遥か側方に向かう。中間スタンスから足趾離地にかけて、身体の重心（ＢＣＧ）が側方から中央へ移動する。その結果、身体の重心が、足キール２の側方側へ進む。最初に（低ギア）、またＧＣＧが前進すると、足キール２上で中央に向かって移動する（高ギア）。その結果、義足キール２は自動伝達効果を備えるようになる。つまり、低ギアから開始して、身体欠損者が歩を進める度に高ギアへ移動する。
【００４３】
地面を後方に押している義足を地面が前方に向かって押し、踵が上昇を開始すると、中間部分の長いアーチの前部が、これらの後方に向いた力をその足底面に対して垂直に付加するべく等高を示す。これは、この力を付加するための最も効果的かつ効率的な方法である。義足の後方後足部についても同様である。さらに、初期接触時に後方に向いた地力が、付加された力の方向に対して垂直に位置した足キールの足底面と対向できるようにする形状をしている。
【００４４】
踵上昇の後期段階の、足趾離地歩行および走行活動では、前足部の筋範囲が１５°〜３５°の角度で背屈する。この上方へ拡大するアークによって、前方に向いた地力は足のこの範囲を圧迫することができる。この圧縮への抵抗は拡大への抵抗よりも小さく、義足による歩行および走行の揺動段階へと滑らかに遷移する。歩行の立脚期の後期段階では、拡大したカーフシャンクと拡大した中間足の長いアーチが蓄積されたエネルギーを解放し、これにより、身体欠損者の身体の重心の推進が加速する。
【００４５】
人間の歩行における主要な推進機構の１つは活発な推進期と呼ばれる。踵が上昇したため、体重が支持肢から前進し、重心が低下している。体重が図５中の線Ｃ−Ｃで示す前足ロッカー部上に落ちると下方加速が生じ、これにより、身体に最高の垂直力がかかる。踵上昇に関連して、足首より前の脚が加速することで、後方が地面から離れる。圧力の中心が中足骨頭部回転軸へと前方に移動することにより、背屈トルクが永続的に増加する。この増加によって、歩行に用いられる主要推進力を生成する完全な前方降下状況が形成される。活発な推進の最中における効率的な足首機能は、踵上昇、最小の関節動作、ほぼ中立な足首位置として表れる。通常の踵上昇を追及する上で、中間足の安定が必要である。
【００４６】
先述したいくつかの実施形態では、後足の後方アスペクトと足キールの前足範囲に、拡大継手穴と拡大継手膨張部を設けている。拡大継手穴の向きが留め継ぎ蝶番として機能し、また、平坦でない範囲を歩行する際に足底面の総接触特徴を向上させるために、バイプラナー動作機能を改善している。
【００４７】
図９〜図１２中のサイム足キールは、動作反応能力が歩行、走行、跳躍活動に関連しているため、動作反応能力の点で明白に異なる。これらの足キールは、異なる４つの特徴を備えている。これらの特徴には、サイム切断による残余末梢肢の形状を平坦面よりも上手く収容するための、中間足部の隣接した後方に設けた凹部の存在が含まれる。さらに、この凹部により足キールの高さが低下するため、サイム・レベルの身体欠損者のより長い残余末梢肢を収容することが可能になる。アライメント凹部は、対応する、アーチ型足キール中間部分の前方および後方半径がより侵略的かつ小寸法でなければならない。その結果、全ての中間足の長いアーチ型半径と後足半径の引張度が増し、圧縮する。これが、動作反応特徴に著しい影響を及ぼす。より小さな半径によって、動作反応への潜在力が低下する。しかし、この義足は、先述した歩行、走行、跳躍地力の全てにより迅速に反応する。その結果、歩行がより速くなり、動作反応が低下する。
【００４８】
本発明の義足を使用してアライメントを変更することで、これらアライメントの変更が各作業の垂直および水平成分に影響するため、改善された作業特化型の競技用性能を達成できる。人間の足は多機能な構成部位であり、歩行、走行、跳躍を行う。その一方で、人間の脛骨腓骨カーフシャンク構造は多機能な構成部位ではない。これは、歩行、走行、跳躍活動にその力を付加するための、その近位末端方位と平行している単純なレバーである。これは、非圧縮性構造を有しており、かつ、エネルギーを蓄積する潜在力はない。一方、本発明の義足は動作反応機能を備えているが、これらの動作反応機能は、競技歩行、走行、跳躍活動の水平および垂直直線速度成分に関連し、また、人間の脛骨および腓骨よりも優れた性能を有する。その結果、身体欠損者の競技機能を向上させる可能性が生じる。この目的のために、本発明によれば、固定具８が緩和され、また、カーフシャンクと足キールの相互に関連したアライメントが、足キールの縦方向において調整される。このような変更を図１、図２に関連して示している。次に、カーフシャンクが足キールに、固定具８によって、調整された位置で固定される。この調整の最中に、固定具８のボルトが、対向する、足キールおよびカーフシャンクの各々に設けた比較的長い縦長の開口部９、１０の一方または両方に関連して滑動する。
【００４９】
たとえば中間足ストライクランナーの場合のように足底接地で最初に地面と接触する走者の性能特徴を向上させるアライメントの変更は、足キールをカーフシャンクに対して前方に滑らせ、足底をカーフシャンク上で屈曲させるというものである。この新しい関係により、走行の水平成分が向上する。つまり、カーフシャンクが足に底屈し、足が、初期の踵接触と反対に底屈位置において地面と接触している状態で、地面を先に押している足を、次に地面が直ちに押し返す。これにより、カーフシャンクが（拡大によって）迅速に前方および下方に移動する。拡大によって、カーフシャンクの初期移動方向に抵抗する動作反応力が生成される。その結果、足が、中足骨足底面耐重量範囲上で旋回する。これにより、キールの中間足範囲が拡大するが、この拡大は圧縮よりも阻止される。カーフシャンクの拡大および中間足の拡大の正味効率は、カーフシャンクのさらなる前進が阻止されることで、使用者身体の膝エクステンダと腰エクステンダが身体の重心を前方および近位に、より効率的な方法で（つまり、改善された水平速度で）移動させる。この場合は、足底接地走者よりも背屈（垂直）した状態でスタートする、カーフシャンクの前進がカーフシャンクによって阻止される程度が小さい踵爪先走者の場合よりも、上方ではなくむしろ前方に移動する。
【００５０】
機能状態にある短距離走時の足を分析するために、カーフシャンクと足キールのアライメントを変更した。全ての凹部を設け、縦軸の向きを前面と平行させた足キールによって利点が得られた。カーフシャンクは底屈し、足キール上で後方へ滑動した。これにより、末端のサークルが、たとえば図３〜図５、図８中のマルチ使用の足キールを付けた足底接地走者よりも遠くに低下する。その結果、水平動作の可能性がさらに高くなり、動作反応がこの向上した水平機能に向けられる。
【００５１】
短距離走者は動作、力、勢い（原動力である慣性）の範囲が広がる。立脚期減速期は加速期よりも短いため、水平直線速度が増加する。これは、爪先が地面と接触した際の開始（ないしは初期）接触において、地面が足を後方に押し、足が地面を前方に押すことを意味する。力と勢いを増強したカーフシャンクが、初期接触足底接地走者の場合よりも、強制的にさらに大きく屈曲し、さらに下方に移動する。これらの力が働いた結果、足の長いアーチの凹部に拡大による負荷がかかり、カーフシャンクに拡大による負荷がかかる。これらの拡大力は、これ以外の先述した走行に関連する全ての力よりも強く阻止される。その結果、足の動作反応機能は付加された力に比例する。人間の脛骨腓骨カーフシャンクの反応は、エネルギー力の可能性のみに関連しており−これは直線構造であり、エネルギーを蓄積することはできない。短距離走時に本発明の義足に生じるこれらの拡大力は、これ以外の先述した歩行および走行に関連する全ての力よりも大きい。その結果、足の動作反応機能が付加された力と比例し、身体欠損者の競技機能が人間の身体機能と比較して増加する。
【００５２】
図２５に示す義足５３は図３のものと類似しているが、カーフシャンクと、足キールとのあいだの調整可能な固定具配置と、仮義足の下端に接続するためのカーフシャンクの上端の構造とを設けている点が異なる。この例証的実施形態では、足キール５４は、プラスチックまたは金属合金連結要素５６によって、カーフシャンク５５に調整可能に接続している。この連結要素は、連結要素内で足キールの縦方向に沿った方向において相互に対して離間している解除可能な固定具５７、５８の各々によって、足キールとカーフシャンクに取り付けられている。連結要素をカーフシャンクに結合する固定具５８は、足キールと連結要素を結合する固定具５７よりも後方に配置されている。カーフシャンクの有効長さをこの方法で増加することにより、カーフシャンク自体の動作反応機能が増加する。他の例証的実施形態と同様の、カーフシャンクと足キールに設けた縦方向に延びた開口部と協働して、アライメント（alignment）の変更が行われる。
【００５３】
カーフシャンク５５の上端は、仮義足１５を受容するための細長い開口部５９を設けている。仮義足が開口部内に受容されたら、ボルト６０、６１を緊締して、開口部に沿ったカーフシャンクの自由側縁６２と６３をボルト留めすることで、仮義足をカーフシャンクにしっかりとクランプ留めすることができる。この仮義足接続は、ボルトを緩和し、仮義足をカーフシャンクに関連して所望の位置にはめ込み、仮義足を調整した位置でボルトの緊締により再度クランプ留めすることで容易に調整することができる。
【００５４】
図２８〜図３１Ｂに、本発明のさらなる実施形態による義足７０を示す。義足７０は、足キール７１、カーフシャンク７２、連結要素７３を備えている。義足７０は、図２５〜図２７の実施形態の義足５３と類似しているが、さらに、カーフシャンク７２が、下方および前方に向き、凸状に湾曲した螺旋７５形状の下端７４を備えている。図２８に示すように、カーフシャンクは、この螺旋部分から直立上端へと上方前方に延びている。カーフシャンクは、チタンのような金属で有利に形成することができるが、これ以外の弾性材料で、半硬性、弾性のカーフシャンクを形成することも可能である。
【００５５】
カーフシャンクの下端における螺旋形状は、カーフシャンクがその半径方向内方に向いた端部７６から外方に向かって螺旋状に移動するにしたがい、また、カーフシャンクがその下方螺旋状端部から、湾曲または直線形状であってよいその上端へと上方に延びるにしたがい段階的に拡大する湾曲の半径を有する。この構造により、足首とカーフシャンクが統合され、また、本発明による放物面に類似した可変半径応答面を有する一方で、同時に、連結要素７３とカーフシャンク７２を足キール７１上のより後方に配置することが可能な義足が出来ることがわかっている。その結果、カーフシャンクと連結要素を、化粧用カバー７７の足首と脚の内部により集中して収納することが可能になる。図２８を参照。
【００５６】
連結要素７３は、プラスチックまたは金属合金で形成されており、図３０に示すように、その前方端部において、足キール７１の後方部分に、ねじ切りした固定具７８で調整可能に固定されている。足キールは、その上方アーチ型部分に設けた縦方向に延びる開口部７９を備えており、この開口部７９は、カーフシャンクと足キールの相互に関連した、たとえば図２９中の線３０−３０に沿った縦方向のアライメントの調整を、他の実施形態に関連して上述した方法によって可能にするべく固定具７８を受容する。
【００５７】
連結要素の後方端部は交差部材８０を備えており、この交差部材８０の各端部は、連結要素の２枚の縦長板８１、８２のあいだで、金属ねじ８３、８４によって固定されている。図３０に示すように、螺旋部分７５の半径方向内方に向いた端部７６は、ねじ切りした固定具８５によって、連結要素の交差部材８０に固定されている。カーフシャンクは、交差部材への接続点から、足キールの踵部分よりも上の位置の、半径方向内方に向いた端部７６の周囲で螺旋を描き、また、螺旋部分から開口部８５を通り、交差部材８０の前部の、板８１、８２のあいだの連結要素を通って、上方前方に向かって延びている。図２８、図３０に見られるように、連結要素７３の前方端部に設けられた交差部材８６は、その両端において、固定具８７、８８で、板８１、８２のあいだに固定されている。固定具７８は、交差部材８６に設けたねじ切りした開口部内に受容される。
【００５８】
交差部材８６の後方面上には、符号８８にて交差部材に接着結合された、たとえばプラスチックまたはゴム製の楔８７が支持されている。この楔は、歩行時に上方に延びるカーフシャンクの背屈を制限する停止部として機能する。楔の大きさは、所望量の背屈の調整を可能にするために、図３１Ａの符号８７’で示す幅広いもの、または図３１Ｂの符号８７”で示す幅が狭いものの内から選択することができる。相互に重ねて接着し、連結要素とした複数の楔を同時に使用して、許容される背屈を低減できる。
【００５９】
身体欠損者の下方脚切断基部に取り付けた義足ソケット（図示せず）を、図２８に示すように、カーフシャンクの上端に固定具８９、９０によって固定したアダプタ８８を介して、カーフシャンク７２の上端に接続することができる。このアダプタは反転ピラミッド型の取り付け器具９１を備えており、この器具９１は、アダプタの上方面に取り付けた取り付け板に接続している。義足と義足ソケットを結合するために、このピラミッド型器具は、依存型義足ソケット上の相補的形状をしたソケットタイプ器具に受容される。
【００６０】
これで例証的実施形態の記述を終了する。多数の実例的な実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者によって考案されるこれ以外の様々な変更および実施形態も、本発明の原理の精神および範囲内に含まれることが理解されるべきである。たとえば、本発明による義足のカーフシャンクの下端の形状は、放物面状、またはほぼ放物面状あるいは螺旋形状に限られるものではなく、下方凸型の、曲線的に構成された形状を採用して、足の足首関節範囲を形成するべく足キールに接続した際に、足の所望の動作結果を得るようにすることも可能である。さらに、様々な実施形態の特徴を組み合わせて使用することもできる。より詳細には、本発明の精神から逸脱しない限り、先述の開示、図面、添付の請求項の範囲内で、課題の組み合わせ配置の構成部品および／または装置の妥当な応用形および変形が可能である。当業者には、構成部品および／または装置の応用形および変形に加えて、別の用途も明白となるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による義足の足キールとカーフシャンクの、互いに対向し合う、２つの隣接した湾曲部Ｒ1、Ｒ2の半径を表す略図であり、これらの半径は、２つの半径を接続する接線Ａに対して垂直な矢印Ｂの方向に歩行中の足の動作反応機能と動作結果を作り出す。
【図２】図１と類似した図であるが、接線Ａ1に対して垂直な矢印Ｂ１が図１に示した場合よりもより水平に向くようにするべく、歩行中の足の動作反応機能および動作結果の水平成分を増加し、垂直成分を減少するために、本発明の義足内で変更された２つの半径のアライメントを示す。
【図３】義足を身体欠損者の下脚に固定するために、仮義足アダプタと、これに接続した仮義足とを備えている本発明の或る実施形態による義足の側面図である。
【図４】図３の仮義足アダプタと仮義足を具備した義足の正面図である。
【図５】図３、図４の実施形態の平面図である。
【図６】特に短距離走用の、本発明の義足に使用できる、本発明の別の足キールの側面図である。
【図７】図６の足キールの平面図である。
【図８】図３の義足における足キールの底面図であり、高低動作反応特徴と動作機能を提供する。
【図９】足をサイム切断手術した身体欠損者による短距離走に特に適した、本発明によるさらに別の義足用足キールの側面図である。
【図１０】図９の足キールの平面図である。
【図１１】サイム切断身体欠損者のための本発明による義足用足キールのさらなる応用形であり、この足キールは、高低動作反応特徴とバイプラナー動作機能を義足に与える。
【図１２】図１１の足キールの平面図である。
【図１３】本発明の足キールの側面図であり、この場合、キールの厚さが、キールの中間足部から後足分部にかけて、段階的に減少しながら先細りしている。
【図１４】別形態の足キールの側面図であり、この場合、キールの中間足から前足と後足の両方に向かって厚さが先細りしている。
【図１５】本発明による義足の放物面状のカーフシャンクの若干上から前部までの側面図であり、カーフシャンクの厚さがその上端に向かって先細りしている。
【図１６】図１５と類似した側面図であるが、中間からその上端および下端の両方に向かって先細りしている別のカーフシャンクを示している。
【図１７】義足用Ｃ字型カーフシャンクの側面図であり、カーフシャンクの厚さが、中央から上端と下端の両方に向かって先細りしている。
【図１８】義足用Ｃ字型カーフシャンクの別例の側面図であり、カーフシャンクの厚さが、その中央部分から上端へと段階的に減少している。
【図１９】義足用のＳ字型カーフシャンクであり、両端部の厚さが中央から段階的に減少している。
【図２０】厚さが上端においてのみ先細りしている、Ｓ字型カーフシャンクのさらなる例である。
【図２１】各端部にて先細りしている、本発明の義足用Ｊ字型カーフシャンクの側面図である。
【図２２】図２１の図面と類似しているが、厚さがその上端のみに向かって段階的に減少するＪ字型のカーフシャンクを示している。
【図２３】図３に示したように、カーフシャンクを足キールに結合するための、本発明の調整可能な固定装置に使用される金属合金またはプラスチック製の連結要素を若干上から見た側面図である。
【図２４】義足を身体欠損者の脚に取り付けるべく仮義足に接続するために、図３〜図５の義足において使用され、さらに、図２８、図２９の義足にも使用できる仮義足アダプタを側部および若干正面から見た図である。
【図２５】図３のものと類似した本発明による別の義足の側面図であるが、要素をカーフシャンクと足キールの各々に接続する、縦方向に離間した２つの解除可能な固定具を備える連結要素の使用を示している。
【図２６】図２５中の連結要素の拡大側面図である。
【図２７】図２５の義足のカーフシャンクの拡大側面図である。
【図２８】別に実施形態による、カーフシャンクを義足用の化粧用カバー内に収容する義足の側面図である。
【図２９】図２８中の義足の平面図である。
【図３０】図２８、図２９の義足の、図２９の線３０−３０に沿った断面図である。
【図３１Ａ】図３０に示したような連結要素の背屈停止に使用される、厚さの異なるくさびの断面図である。
【図３１Ｂ】図３０に示したような連結要素の背屈停止に使用される、厚さの異なるくさびの断面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応用力学に関連し、動作反応機能を向上させた高性能な義足に関する。
【背景技術】
【０００２】
マーチンら（Martin et al）の米国特許第５，８９７，５９４号明細書には、脚義足用の無関節型人工足が開示されている。人工足が、足首の機能を擬態するために関節を設けた硬質構造を備える初期の解決方法とは異なり、マーチンらの無関節型人工足は、足鋳型内で製造した弾性の足インサートを採用している。このインサートは、縦長断面がほぼＣ字型のデザインで、後部に開口部を備え、その上方Ｃ字型肢によって義足負荷を受け、その下方Ｃ字型肢によってこれに接続している板ばねにその負荷を伝播させる。下側から見た板ばねは凸型のデザインのものであり、足底範囲とほぼ平行に、また、足インサートを超えて前方の爪先範囲内にまで延びている。マーチンらの発明は、無関節型人工足を、踵の衝撃の減衰、弾性、踵−爪先歩行、側部の安定性に関連して向上させることで、装用者が自然な状態で歩行できるようにする目的に基づいており、この意図は装用者の通常の歩行と、身体的な運動およびスポーツの実施との両方を可能にするものである。しかしながら、この従来の人工足の動作反応特徴は制限される。身体欠損者によるたとえば走行、跳躍、短距離走、開始、停止、切断等の競技実施能力を向上させる応用力学設計特徴を改善した、より高性能な義足が必要である。
【０００３】
これ以外にも、バン エル フィリップス（Van L. Phillips）によって、構造的な限度と、従来技術の義足に関連した性能のために以前は不可能であった幅広い活動を行うための機敏性と移動性を身体欠損者に提供するとされる義足が提案されている。走行、跳躍、およびこれ以外の活動がこれら従来の足によって経験され、これらは、装用者の通常の足と同様の利用が可能であると報告されている。たとえば、米国特許第６，０７１，３１３号、第５，９９３，４８８号、第５，８９９，９４４号、第５，８００，５６９号、第５，８００，５６８号、第５，７２８，１７７号、第５，７２８，１７６号、第５，８２４，１１２号、第５，５９３，４５７号、第５，５１４，１８５号、第５，１８１，９３２号、第４，８２２，３６３号を参照のこと。
【発明の開示】
【０００４】
身体欠損競技者がより高レベルのパフォーマンスを遂行できるようにするためには、向上した応用力学を備え、人間の足を凌ぎ、従来技術の義足よりも優れた性能を有する高性能の義足が必要である。身体欠損競技者は、向上した応用力学、高い低動作反応を備え、さらに、事実上の作業特化が可能な、活動の水平および垂直成分を精密に調整できる調整機能を備えた高性能の義足に関心を持っている。
【０００５】
本発明による義足は、これらの必要性を考慮している。ここで開示している或る例証的な実施形態によれば、本発明の義足は、一端に前足部と、他端に後足部と、さらに、前足部と後足部のあいだに延び、上向きアーチ型をした比較的長い中間部分とを備えた縦方向に延びた足キールを装備している。さらに、下方凸型に湾曲した下端を具備したカーフシャンクも設けられている。調整可能な固定装置は、カーフシャンクの湾曲した下端を足キールの上向きアーチ型の中間足部に取り付けて、義足の足首関節範囲を形成する。
【０００６】
調整可能な固定装置により、カーフシャンクと足キールの、足キールの縦方向において相互に関連したアライメント(alignment)を調整して、義足の性能を調整することが可能になる。対向している足キールの上向きアーチ型中間部分とカーフシャンクの下方凸型の下端のアライメントを調整することにより、義足の動作反応特徴と動作結果が、必要で／要望される水平および垂直直線速度に関連して作業特化したものに変化する。スポーツおよび／またはレクリエーション活動を実施している身体欠損の機能結果を向上させる、高低動作反応機能、さらにバイプラナー動作特徴を備えたマルチ使用の義足を開示している。特に短距離競技用の義足も開示している。
【０００７】
或る実施形態では、カーフシャンクは螺旋形状の下端を備えており、この螺旋部分から、カーフシャンクがその直立上端へと上方および前方向に延びている。これにより、カーフシャンクを足キールに固定した際に、その下端に統合された足首を備え、本発明によるパラボラ形状に類似した可変半径の応答面（response outcome）を呈するカーフシャンクが出来上がる。螺旋型の下端を備えたカーフシャンクは、連結要素によって足キールに固定される。この開示された実施形態では、連結要素が、歩行中にカーフシャンクの背屈を制限するための停止部を備えている。
【０００８】
本発明のこれらおよびこれ以外の目的、特徴、利点は、以降に示す本発明の開示された例証的実施形態の詳細な記述と添付の図面を考慮することでさらに明白になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に図面を参照すると、図３〜図５の例証的な実施形態において、義足１は、一端に前足部３を、他端に後足部４および前足部と後足部のあいだに延びた、上方に湾曲した中間足部５を備えた、縦方向に延びた足キール２を具備して示されている。例証的な実施形態では、中間足部５は、前足部と後足部のあいだのその縦範囲全体にかけて上方に向かって凸状に湾曲している。
【００１０】
足１の直立カーフシャンク６が、その下方に凸状に湾曲した下端７の一部分にて、近接した、キール中間足部５の後面に、解除可能な固定具８と連結要素１１によって取り付けられている。この例証的な実施形態では、固定具８はナット付のシングルボルトとワッシャであるが、しかし、解除可能なクランプ、あるいは、固定具をしっかりと締めた際に、カーフシャンクを足キール上にしっかりと位置決め、保持することができるこれ以外の固定具であってもよい。
【００１１】
近接した、キール中間足部５の後面には、縦方向に延びた開口部９が形成されている。図８を参照。さらに、たとえば図１５中に示すようなカーフシャンク６の湾曲した下端７にも、縦方向に延びた開口部１０が形成されている。解除可能な固定具８は開口部９、１０を貫通しているので、義足の機能を特化するためにその動作能力を調整するべく固定具８を緩和または解除した際に、カーフシャンクと足キールの、図５中に示す縦方向Ａ−Ａにおける相互に対するアライメントを調整することが可能である。そのため、固定具８、連結要素１１、縦方向に延びた開口部９、１０は、義足の足首関節範囲を形成するための、カーフシャンクを足キールに取り付ける調整可能な固定配置を構成している。
【００１２】
カーフシャンク６と足キール２のアライメントの調整の効果は、図１、図２に見ることができるが、この場合、並列した２つの半径Ｒ1、Ｒ2は、足キール中間部分５とカーフシャンク６との隣接し、対向し、ドーム型または凸状に湾曲した面を表している。このような半径を次々に考慮した場合、動作能力が、図１中では接線Ａに対して、図２中ではＡ1に対して垂直に、２つの半径のあいだに描かれて存在している。これら２つの半径間の相互関係により、動作結果の方向が決定される。したがって、足１に付加される動作反応力はこの関係に依存するということになる。凹部の半径が大きいほど、より高い動作反応を得ることができる。しかし、半径が小さいほど、素早い反応が得られる。
【００１３】
本発明の義足のカーフシャンクと足キールのアライメント機能によって、半径を移動させることで、運動競技アクティビティにおける、足による水平または垂直直線速度に影響を及ぼせることができるようになる。たとえば、義足１の水平直線速度機能を向上させるためには、アライメント変更を行い、カーフシャンクと足キール半径の関係に影響を与える。つまり、水平直線速度特徴を向上させるためには、図１と比較して図２に示すように、足キールの底部半径Ｒ2をその開始位置よりもさらに末端側に移動させる。これにより、動作反応特徴を変化させ、義足１の動作結果をより水平方向に向かわせることになり、その結果、付加する力を変えることなく、より大きな水平直線速度を達成することができるようになる。
【００１４】
身体欠損者は、訓練を通じて、自分の要求を満たすそれぞれの活動に対応した設定を、その要求が水平および垂直直線速度に関連している限り見つけることができる。たとえば、ジャンプ競技およびバスケットボールの選手は、短距離走者と比べてより垂直な移動を必要とする。連結要素１１は、取り付けた足キール２とカーフシャンク６のあいだに挟持されたプラスチックまたは金属合金製のアライメント結合装置（図３、図４、および図２３を参照）である。解除可能な固定具８が、連結要素に設けた穴１２を貫通している。この連結要素は、カーフシャンクと、これに最も近い、キール中間足部５の後面との取り付け部分に沿って延びている。
【００１５】
カーフシャンク６の湾曲した下端７はパラボラ形状であり、その湾曲部の最小半径は下端に位置し、上方に向かって延び、またパラボラ形状の最前面に位置している。これと対向する後方の凹部は、図３に示すように、カーフシャンクの湾曲部分によって形成されている。パラボラ形状は、その比較的大きな半径基端部に関連した向上した水平直線速度を達成すると同時に、その下端に湾曲部のより小さな半径によってより早い反応特徴を得る上で、より強力な動作反応特徴を備えることができるという利点を有する。バラボラ形状の上方端における湾曲のより大きな半径により、図１、図２を参照して説明した接線Ａを、アライメントを変更した状態でより垂直方向に向けることが可能になり、これにより、水平直線速度が向上する。
【００１６】
パラボラ形状のカーフシャンクは、人間がこれを圧縮または蛇行する際に、人間の歩行時の初期接地力に反応する。これによりパラボラ湾曲の半径が小さくなり、その結果、圧縮への抵抗が減少する。これとは逆に、パラボラ形のカーフシャンクが、人間の歩行における踵離地反応力（ＧＲＦ）に反応して拡張することによって、パラボラ湾曲の半径がより大きくなり、その結果、抵抗が前述の圧縮抵抗よりも遥かに大きくなる。これらの抵抗は、人間の歩行における人間の後方および前方ふくらはぎの筋肉機能に関連している。人間の歩行の足底接地との初期接触時に、小型の後方ふくらはぎ筋肉群が、足を地面に下げるべく偏心的に収縮することにより、ＧＲＦに反応し、背屈モーメントが生じる。足底接地から足趾離地まで、大型の後方ふくらはぎ筋肉群が、やはり偏心的に収縮することでＧＲＦに反応し、より大きな足底屈曲モーメントが生じる。このモーメントの大きさは、ふくらはぎ前方および後方筋肉群の大きさの差に関連する。その結果、人間の歩行における、背屈モーメントと足底屈曲モーメントに対する義足のカーフシャンクの抵抗が擬態され、通常の歩行が得られる。パラボラ湾曲可変抵抗能力は、人間の歩行、走行、跳躍活動における人間のふくらはぎ筋肉機能を擬態し、その結果、効率的な義足が得られる。
【００１７】
人間が毎時約３マイルの速度で歩行している。１マイルを４分間で走る走者が毎時１２マイルの速度で走り、１００メートルを１０秒間で走る短距離走者が毎時２１マイルの速度で全力疾走する。これは１対４対７の割合である。各作業の水平成分は、活動速度が増加するにしたがって大きくなる。したがって、義足のカーフシャンク半径の大きさを事前に決定することが可能である。歩行者は、走者および短距離走者よりも、半径がより小さい放物面状に湾曲したカーフシャンクが必要である。短距離走者は、大きさが７倍の放物面状に湾曲したカーフシャンクが必要である。この関係は、どのように歩行者、走者、短距離走者用の放物面の曲率半径を決定するかを示す。これは、短距離走者にはより広い動作範囲が必要であり、また、この活動に関連して増加した負荷を受けるべく、カーフシャンクをより頑丈にしなければならないため重要である。幅広または長い放物面状のカーフシャンクの湾曲部は比較的平坦になるが、これは、動作範囲の増加に伴うより大きな構造強度に匹敵する。
【００１８】
義足アダプタ１３が、カーフシャンク６の上端に固定具１４により接続される。次に、アダプタ１３が義足１５の下端に、固定具１６によって固定される。義足１５は、脚切断基部に取り付けた支持構造（図示せず）によって、身体欠損者の下肢に固定される。
【００１９】
この例証的な実施形態では、足キール２の前足部、中間足部、後足部は、単一部品の弾性材料で構成されている。たとえば、材料、事実上プラスチック製の、接地反応力による屈曲時に形状記憶特徴を有する固体部品を採用することができる。より詳細には、足キール、さらにカーフシャンクを、ポリマーマトリックス材料を積層した強化ファイバを備えた積層合成材料で製造できる。特に、エポキシ熱硬化樹脂を積層した高強度グラファイト、またはＤｅｌｒａｎの登録商標で利用されている押し出し成形したプラスチック、あるいは脱気ポリウレタン共重合体を用いて足キール、さらにカーフシャンクを形成することが可能である。これらの材料に関連した機能品質によって、軽量かつ最小のクリープで、優れた強度を得ることが可能になる。義足産業基準を用いて、熱硬化エポキシ樹脂を真空下で積層させる。雌型内にポリウレタン共重合体を注入し、押し出したプラスチックを機械工作処理することができる。使用する各々の材料には利点と欠点が伴う。足キールおよびカーフシャンクに用いる積層した合成材料は、産業基準にしたがって製造された熱形成（プリプレグ）した積層合成材料であってよく、また、これに強化用ファイバおよび熱可塑性重合体マトリックス材料を付加して、抜群の機械拡張品質を追加することもできる。このタイプの市販の合成材料としては、メリーランド州、ハーヴァー ド グレイス（Havre de Grace）にあるサイテック ファイヴァライト（Cytec Fiberite）社製のＣＹＬＯＮ（登録商標）が適している。
【００２０】
硬性、可撓性、および強度に関連した弾性材料の物理性質は、全て材料の厚さによって決定される。密度が同じであっても、薄型の材料は厚い材料よりも容易に屈曲する。使用する材料、および物理性質は、義足の足キールとカーフシャンクの硬性から可撓性までの特徴に関連する。図３〜図５の例証的実施形態では、足キールとカーフシャンクの厚さは均等または対称的であるが、しかし、これら構成要素の長さに沿った厚さは、後足範囲と前足範囲を薄くして、中間足範囲の屈曲への反応を高める等の方法により変更することができる。
【００２１】
義足１に高低動作反応機能を設ける上での補助として、縦アーチによって中間部分５を形成することで、中間アスペクト比が、縦アーチの側部アスペクト比よりもかなり高い動作反応機能を有することが可能である。この例証的実施形態では、この目的のために、半径において、縦アーチ凹部の中間アスペクト比はその側部アスペクト比よりも大きい。
【００２２】
中間足部５の縦アーチ凹部の中間半径寸法から側部半径寸法のあいだの相互関係は、さらに、足キール２の前後方の足底面耐重量面範囲としても定義される。図８中の前方部分５上の線Ｔ1−Ｔ2は、前方足底面耐重量範囲を示している。線Ｐ1−Ｐ2は、５の後方足底耐重量面を示す。足の側部における足底耐重量範囲は、Ｔ1−Ｐ1間の距離で表される。足２の中間側部における足底耐重量面は、Ｐ2−Ｔ2間の距離で表される。Ｔ1−Ｐ1とＰ2−Ｔ2で表される距離によって半径寸法が決定され、これにより、高低動作反応相互関係が決定され、また、これら２本の線Ｔ1−Ｔ2、Ｐ1−Ｐ2を収束および分岐させることで、この相互関係に影響を及ぼすことができる。その結果、構造設計における高低動作反応の決定が可能になる。
【００２３】
後足部４の後方端部１７は、上方が湾曲したアーチ型をしており、踵衝突中に、衝撃を吸収するべく圧縮することで接地反応力に反応する。後足部４によって形成された踵は、歩行の初期接触段階の最中に後足の裏返りを促進するために、中間角１９よりも後方および側方に位置した後方側部角１８で形成されている。前足部３の前方端２０は、歩行の後期立脚期の踵上昇足趾離地状態において背屈している人間の爪先を刺激するために、上方に湾曲したアーチ型をしている。下方前足および後足の上に、ゴムまたはフォームパッド５３、５４がクッションとして配置されている。
【００２４】
義足の向上したバイプラナー動作機能は、その背面および足底面のあいだの前足部３に設けた中間および側方拡張継手穴２１、２２によって作り出される。これらの穴の各々から前足部の後方縁へ拡張継手２３、２４が延びており、これにより、足キールの前足部の向上したバイプラナー動作機能を作り出す、中間、中間および側方拡大膨張部２５〜２７が形成される。拡大継手穴２１、２２は、図５中の線Ｂ−Ｂに沿って、足キールの縦軸Ａ−Ａに対して３５°の角度αで延びている横断平面上に、中間拡張継手穴２１が側方拡大継手穴２２よりも前方に位置した状態で配置されている。
【００２５】
図５中の縦軸Ａ−Ａに対する線Ｂ−Ｂの角度αは最小で１５°にまで変更しても、高低動作反応を引き出すことが可能である。この角度αの変化にしたがって、図８に示す線Ｔ1−Ｔ2の角度Ｚも変化するはずである。矢状面上に突出した状態の拡大継手穴２１、２２は、穴の背面アスペクトが足底アスペクトよりも前方に位置した状態で、横断面に対して４５°の角度で傾斜している。この配置では、解除可能な固定具８から側方拡大継手穴２２までの距離は、解除可能な固定具から中間拡大継手穴２１までの距離よりも短いため、義足１の側方部分は、中間足高低動作反応を可能にするために、中間よりも短い爪先レバーを備えている。さらに、線Ｔ1で表した、解除可能な固定具８から側方足底耐重量面までの距離は、線Ｔ2で表した、解除可能な固定具から中間足底面耐重量面までの距離よりも短いため、義足１の側方部分には中間よりも短い爪先レバーが設けられ、中間足の高低動作反応が得られるようになっている。
【００２６】
足キール２の後足部４の前部は、さらに、背面と足底面のあいだで後足部４を貫通した拡大継手穴２８を備えている。拡大継手２９は、穴２８から後足部の後方縁にまで延び、拡大膨張部分３０、３１を形成している。これらの部分により、足の後足部の向上したバイプラナー動作機能が得られる。
【００２７】
中間足部５と足キール２の前足部３の背面アスペクトは、図３中に示す上方に向いた凹部３２を形成するため、人間の足の動作の第５筋軸の機能を擬態することができる。つまり、凹部３２は、足キールの縦軸Ａ−Ａに対して１５°〜３５°の角度βにて方位付けされた縦軸Ｃ−Ｃを備えており、また、歩行時における人間の足の第２〜第５中足骨の傾斜低ギア回転軸と同様の第５筋動作を促進するべく、中央部が側方よりも前方に位置している。
【００２８】
バイプラナー動作機能の重要性は、身体欠損者が平坦でない場所を歩く場合、または競技者が足を中間からまたは横方向に切断した場合に理解される。接地力ベクトルの方向は、矢状向きから前面成分を有する方向に変わる。地面が、側方に押圧する足とは反対方向に向かって中央的に押圧する。その結果、カーフシャンクが中央に向かって傾き、体重が脚キールの中央構造にかかる。これらの圧力に反応して、足キール２の中央拡大継手膨張部分２５、３１が背屈（上方に反る）および反転し、側方拡大継手膨張部分２７、３０が足底屈曲（下方に反る）および裏返る。この動作は、足底接地の足底面を地面に付けようとする（足底歩行）。
【００２９】
本発明による別の足キール３３は、特に短距離走用のものであり、本発明の義足に使用することができる。図６、図７を参照。短距離走では、身体の重心は、ほぼ独占的に矢状面に向くようになる。義足に低動作反応特徴を設ける必要はない。その結果、足キール２に設けられている、前足、中間足の凹部の縦軸の１５°〜３５°の外方回転方向が不要になる。むしろ、この凹部の縦軸Ｄ−Ｄの向きは、図６、図７に示すように、前面と平行するようになるはずである。これにより、短距離走の足が矢状方向のみに反応するようになる。さらに、前足および中間足部における拡大継手穴３４、３５の、線Ｅ−Ｅに沿った向きは前面と平行であり、つまり、側方穴３５が前方に向かって、中間穴３４と並び（アライメントがなされる）、前面と平行して移動する。さらに、足キール３３の前方末端部３６も前面と平行にされる。足キールの後方末端踵範囲３７も前面と平行にされる。これらの変更は、否定的な方法で、義足の多目的使用機能をもたらす。しかし、その性能特徴は作業に特化したものとなる。短距離走用足キール３３の別の応用形は、爪先、つまり、足キール２の１５°の角度の背屈が足キール３３の２５〜４０°の角度の背屈へと増加する、前足部の筋範囲におけるものである。
【００３０】
図９、図１０は、本発明による、義足用の追加の足キール３８を示しており、これは、足をサイム切断した身体欠損者による短距離走に特に便利である。この目的のために、足キール３８の中間足部には後方および上方に向いた凹部３９が設けられており、この凹部の内部で、カーフシャンクの湾曲した下端が、解除可能な固定具の方法により足キールに取り付けられている。全ての脚切断者がこの足キールを使用することができる。この足キール３８は、サイム・レベルの身体欠損者の、より長い脚の残余基部を収容する。その性能特徴は、動作反応機能が群を抜いて迅速であるというものである。その使用はこのレベルの切断に限ったものではない。全ての下腿切断および大腿切断に使用することができる。図１１、図１２の例証的実施形態における脚キール４０には、サイム切断者のための凹部４１がさらに設けられており、足キールが、高低動作反応特徴と、図３〜図５、図８の例証的実施形態のものと同様のバイプラナー動作機能とを義足に与える。
【００３１】
いくつかの義足１用足キールの機能特徴は、これらが凹部、凸部、半径サイズ、拡大、圧縮、および材料の物理性質に関連しているため―これらの特性は全て、歩行、走行、跳躍活動の接地力に関連し、これらに反応する、形状および設計特徴に関係している。
【００３２】
図１３中の足キール４２は、足キールの厚さが中間足部から後足の後方へと先細りしている点を除いて、図３〜図５、図８の例証的実施形態のものと類似している。図１４中の足キール４３は、その厚さが、前端部と後端部の両方において徐々に減少または先細りしている。これと類似した厚さの応用形を、義足１に使用できる、図１５のカーフシャンク４４と、図１６のカーフシャンク４５で示している。足キールおよびカーフシャンクの各々の設計により、異なる機能結果が、これらの機能結果が様々な競技関連の作業における性能の向上に特化した水平および垂直直線速度に関連するために得られる。複数のカーフシャンク構造の機能、および足キールとカーフシャンクのあいだの設定の調整によって、身体欠損者および／または義足装用者は、幅広く多様性に富んだスポーツおよびレクリエーション活動の中から選択した１つについて最大の性能を得るべく、義足を調整することを可能にする義足・カーフシャンク関係が作られる。
【００３３】
別の義足１用カーフシャンクを図１７〜２２に示しているが、これらは、Ｃ字型のカーフシャンク４６、４７、Ｓ字型のカーフシャンク４８、４９、Ｊ字型のカーフシャンク５０、５１を備えている。さらに、カーフシャンクの上端は、この基端部に取り付けたピラミッド型の取り付け板を具備する直線垂直端部を備えることができる。雄ピラミッドを、このカーフシャンクの垂直端部にボルト留めし、さらにこの垂直端部を貫通させてもよい。基端部雄ピラミッドを受容するためのプラスチックまたはアルミニウム製のフィルタを設け、さらに、細長い開口部内の、カーフシャンクの基端部および末端部に末端足キールを設けることも可能である。本発明の義足は、好ましくは基準化されたユニットと、または使用時の柔軟性と多様性を考慮した寸法とによって構造されたモジュール・システムである。
【００３４】
競争用トラックに関連した全ての走行活動は左回り方向に実施される。本発明のこれ以外の任意的特徴は、このような湾曲した走路に沿って前進する足に作用する力を考慮したものである。向心加速は、物体がカーブした走路に沿って移動する回転の中心に向かって作用する。エネルギー作用にはニュートンの第３法則が適用される。同等に対抗する反応が存在する。そのため、全ての「中心を探す」力には、「中心から逃げる」力が存在する。向心力は回転の中心に向かって作用し、遠心力、反応力は回転の中心から離れる方向に向かって作用する。競技者がトラックのカーブ周囲を走行している場合には、走者は向心力によってカーブの中心に向かって引き付けられる一方で、遠心力によってカーブの中心から引き離される。走者を外方に傾かせようとする遠心力を相殺するために、走者は内方に傾く。トラック上で走者が常に左回り方向に回転する場合には、左側がトラックの内側になる。そのため、本発明の特徴により、左右の義足カーフシャンクの左側を右側よりも薄くすることで、身体欠損走者のカーブ機能を向上させることができる。
【００３５】
いくつかの実施形態における足キール２、３３、３８、４２、４３の長さは、図３、図４、図５、および異なるカーフシャンクと足キールのいくつかの図面に正確な縮尺率で示す靴１との関係において２９ｃｍである。しかし、当業者が容易に理解するように、義足の特定の寸法は、義足を装用する身体欠損者のサイズ、体重、他の特徴にしたがって変更することが可能である。
【００３６】
次に、歩行および走行立脚期の歩行サイクルにおける義足１の動作について考察する。慣性、加速、作用−反作用の法則に関連したニュートンの動作の第３法則は、義足２の応用運動学の基本である。ニュートンの第３法則、作用−反作用の法則より、足が地面を圧迫する方向と同等に対向する方向において地面が足を圧迫することが知られている。これらは、地面反力として周知である。人間の歩行、走行および跳躍活動に関する多くの科学研究が成されてきた。フォースプレートの研究は、歩行においてニュートンの第３法則が発生することを示す。これらの研究から、地面が足を圧迫する方向がわかる。
【００３７】
歩行／走行活動の立脚期を、さらに減速期と加速期に分割することができる。義足が地面と接触すると、足が先ず地面を押し、次にこれに反応して地面が足を同等に対向する方向に押し返すが、これはつまり、地面が義足を後方に押すということである。この力により義足が動作する。歩行および走行活動の立脚期分析は、図５、図８に示す、接点が、足の中央側部よりも後方および側方に逸脱した、後方側角１８にある状態から開始する。初期接触時のこの逸脱により、足が反転し、カーフシャンクが底屈する。カーフシャンクは、その下肢部を介して体重を移動する位置を常に探しており、たとえば、長い垂直部材を、地力に対抗する位置に置く傾向がある。足を後方に押す地面反力に対抗するべく底屈を後方に移動させるのはこのためである。
【００３８】
地力により、カーフシャンク４４、４５、４６、４７、５０、５１が、後方で動いている基端部と共に圧縮される。カーフシャンク４８、４９、カーフシャンクの半分の末端部分が、末端凹部の向きにしたがって圧縮される。末端凹部がＧＲＦに反応して圧縮した場合、基端凹部が拡大し、カーフシャンクユニット全体が後方に移動する。地力により、カーフシャンクが、後方で動いている基端部と共に圧縮される。カーフシャンクの下方の小さい半径が圧縮し、人間の足首関節底屈を擬態し、圧縮によって前足が地面へと下降する。これと同時に、符号１７を付した、後足４で示すキールの後方アスペクトが、この圧縮を介して上方に圧縮する。これらの圧縮力は両方とも衝撃吸収体として作用する。カーフシャンクが底屈への動作を停止し、地面が足を後方に押すと、この衝撃吸収が、足を反転させ、やはり衝撃吸収体として機能する、逸脱した後側方踵１８によって拡大される。
【００３９】
次に、圧縮した足キールとカーフシャンクの部材が、負荷除去を開始し、つまり、初期形状を求めて、蓄積されたエネルギーを解放し、これにより、カーフシャンクの基端部が、加速した方法で前方に移動する。カーフシャンクがその垂直開始位置に近づくにしたがい、地力が足を押圧する方向が後方押圧から、垂直上方押圧に変更する。義足は前後方の足底面耐重量範囲を備えており、これらの範囲どうしは、非耐重量型の長いアーチ形状をした中間部分によって接続されているため、義足から垂直に向かう力が、長いアーチ形状の中間部分が拡大によって圧迫される。後方および前方の耐重量面が分岐する。これらの垂直に向いた力は、地力が事実上垂直から前方方向に移動しているため、長いアーチ形状の足の中間部分に蓄積されている。カーフシャンクは、足首背屈を擬態しながら拡大する。これにより、義足が前方足底耐重量面から外れて旋回する。重量負荷解除が生じると、中間足部５の長いアーチ形状が、拡大状態から変化して元の形状を求めることで、擬態された底屈筋肉群が破裂を起す。これにより、蓄積されていた垂直に圧縮された力エネルギーが、拡張した機能に解放される。
【００４０】
足キールの長いアーチとカーフシャンクが、それぞれ対応する構造の拡大に抵抗する。その結果、カーフシャンクの前方前進が抑えられ、足が前方足底面耐重量範囲から外れて旋回を開始する。図３〜図５、図８、図１１、図１２、図１３、図１４の例証的実施形態における足キールの場合、足キールの中間部分の拡大は高低反応機能を備えている。これらの足キールの中間足・前足遷移範囲は、足の長軸から外方に１５°〜３５°の角度で逸脱し、中間の長いアーチが側方の長いアーチよりも長くなる。これは、通常の足では、加速または減速の最中に足の中間アスペクト比を使用するため重要である。
【００４１】
義足の長い方の中間アーチは、側方アーチよりも高い動作反応特徴を有する。低速での歩行または走行には、側方の短い方の爪先レバーが使用される。身体の重心が、正弦曲線を描きながら空間内を移動する。この重心は、中央、側方、基端、末端へと移動する。低速での歩行または走行時には、身体の重心は、高速での歩行または走行よりも中央および側方へ移動する。また、勢いまたは慣性は小さく、より高い動作反応機能を克服する能力も低い。本発明による義足は、適用する機構にこれらの原理を追加するようになっている。
【００４２】
また、中間スタンスでの人間の歩行サイクルにおいて、身体の重心は先に行くにしたがって遥か側方に向かう。中間スタンスから足趾離地にかけて、身体の重心（ＢＣＧ）が側方から中央へ移動する。その結果、身体の重心が、足キール２の側方側へ進む。最初に（低ギア）、またＧＣＧが前進すると、足キール２上で中央に向かって移動する（高ギア）。その結果、義足キール２は自動伝達効果を備えるようになる。つまり、低ギアから開始して、身体欠損者が歩を進める度に高ギアへ移動する。
【００４３】
地面を後方に押している義足を地面が前方に向かって押し、踵が上昇を開始すると、中間部分の長いアーチの前部が、これらの後方に向いた力をその足底面に対して垂直に付加するべく等高を示す。これは、この力を付加するための最も効果的かつ効率的な方法である。義足の後方後足部についても同様である。さらに、初期接触時に後方に向いた地力が、付加された力の方向に対して垂直に位置した足キールの足底面と対向できるようにする形状をしている。
【００４４】
踵上昇の後期段階の、足趾離地歩行および走行活動では、前足部の筋範囲が１５°〜３５°の角度で背屈する。この上方へ拡大するアークによって、前方に向いた地力は足のこの範囲を圧迫することができる。この圧縮への抵抗は拡大への抵抗よりも小さく、義足による歩行および走行の揺動段階へと滑らかに遷移する。歩行の立脚期の後期段階では、拡大したカーフシャンクと拡大した中間足の長いアーチが蓄積されたエネルギーを解放し、これにより、身体欠損者の身体の重心の推進が加速する。
【００４５】
人間の歩行における主要な推進機構の１つは活発な推進期と呼ばれる。踵が上昇したため、体重が支持肢から前進し、重心が低下している。体重が図５中の線Ｃ−Ｃで示す前足ロッカー部上に落ちると下方加速が生じ、これにより、身体に最高の垂直力がかかる。踵上昇に関連して、足首より前の脚が加速することで、後方が地面から離れる。圧力の中心が中足骨頭部回転軸へと前方に移動することにより、背屈トルクが永続的に増加する。この増加によって、歩行に用いられる主要推進力を生成する完全な前方降下状況が形成される。活発な推進の最中における効率的な足首機能は、踵上昇、最小の関節動作、ほぼ中立な足首位置として表れる。通常の踵上昇を追及する上で、中間足の安定が必要である。
【００４６】
先述したいくつかの実施形態では、後足の後方アスペクトと足キールの前足範囲に、拡大継手穴と拡大継手膨張部を設けている。拡大継手穴の向きが留め継ぎ蝶番として機能し、また、平坦でない範囲を歩行する際に足底面の総接触特徴を向上させるために、バイプラナー動作機能を改善している。
【００４７】
図９〜図１２中のサイム足キールは、動作反応能力が歩行、走行、跳躍活動に関連しているため、動作反応能力の点で明白に異なる。これらの足キールは、異なる４つの特徴を備えている。これらの特徴には、サイム切断による残余末梢肢の形状を平坦面よりも上手く収容するための、中間足部の隣接した後方に設けた凹部の存在が含まれる。さらに、この凹部により足キールの高さが低下するため、サイム・レベルの身体欠損者のより長い残余末梢肢を収容することが可能になる。アライメント凹部は、対応する、アーチ型足キール中間部分の前方および後方半径がより侵略的かつ小寸法でなければならない。その結果、全ての中間足の長いアーチ型半径と後足半径の引張度が増し、圧縮する。これが、動作反応特徴に著しい影響を及ぼす。より小さな半径によって、動作反応への潜在力が低下する。しかし、この義足は、先述した歩行、走行、跳躍地力の全てにより迅速に反応する。その結果、歩行がより速くなり、動作反応が低下する。
【００４８】
本発明の義足を使用してアライメントを変更することで、これらアライメントの変更が各作業の垂直および水平成分に影響するため、改善された作業特化型の競技用性能を達成できる。人間の足は多機能な構成部位であり、歩行、走行、跳躍を行う。その一方で、人間の脛骨腓骨カーフシャンク構造は多機能な構成部位ではない。これは、歩行、走行、跳躍活動にその力を付加するための、その近位末端方位と平行している単純なレバーである。これは、非圧縮性構造を有しており、かつ、エネルギーを蓄積する潜在力はない。一方、本発明の義足は動作反応機能を備えているが、これらの動作反応機能は、競技歩行、走行、跳躍活動の水平および垂直直線速度成分に関連し、また、人間の脛骨および腓骨よりも優れた性能を有する。その結果、身体欠損者の競技機能を向上させる可能性が生じる。この目的のために、本発明によれば、固定具８が緩和され、また、カーフシャンクと足キールの相互に関連したアライメントが、足キールの縦方向において調整される。このような変更を図１、図２に関連して示している。次に、カーフシャンクが足キールに、固定具８によって、調整された位置で固定される。この調整の最中に、固定具８のボルトが、対向する、足キールおよびカーフシャンクの各々に設けた比較的長い縦長の開口部９、１０の一方または両方に関連して滑動する。
【００４９】
たとえば中間足ストライクランナーの場合のように足底接地で最初に地面と接触する走者の性能特徴を向上させるアライメントの変更は、足キールをカーフシャンクに対して前方に滑らせ、足底をカーフシャンク上で屈曲させるというものである。この新しい関係により、走行の水平成分が向上する。つまり、カーフシャンクが足に底屈し、足が、初期の踵接触と反対に底屈位置において地面と接触している状態で、地面を先に押している足を、次に地面が直ちに押し返す。これにより、カーフシャンクが（拡大によって）迅速に前方および下方に移動する。拡大によって、カーフシャンクの初期移動方向に抵抗する動作反応力が生成される。その結果、足が、中足骨足底面耐重量範囲上で旋回する。これにより、キールの中間足範囲が拡大するが、この拡大は圧縮よりも阻止される。カーフシャンクの拡大および中間足の拡大の正味効率は、カーフシャンクのさらなる前進が阻止されることで、使用者身体の膝エクステンダと腰エクステンダが身体の重心を前方および近位に、より効率的な方法で（つまり、改善された水平速度で）移動させる。この場合は、足底接地走者よりも背屈（垂直）した状態でスタートする、カーフシャンクの前進がカーフシャンクによって阻止される程度が小さい踵爪先走者の場合よりも、上方ではなくむしろ前方に移動する。
【００５０】
機能状態にある短距離走時の足を分析するために、カーフシャンクと足キールのアライメントを変更した。全ての凹部を設け、縦軸の向きを前面と平行させた足キールによって利点が得られた。カーフシャンクは底屈し、足キール上で後方へ滑動した。これにより、末端のサークルが、たとえば図３〜図５、図８中のマルチ使用の足キールを付けた足底接地走者よりも遠くに低下する。その結果、水平動作の可能性がさらに高くなり、動作反応がこの向上した水平機能に向けられる。
【００５１】
短距離走者は動作、力、勢い（原動力である慣性）の範囲が広がる。立脚期減速期は加速期よりも短いため、水平直線速度が増加する。これは、爪先が地面と接触した際の開始（ないしは初期）接触において、地面が足を後方に押し、足が地面を前方に押すことを意味する。力と勢いを増強したカーフシャンクが、初期接触足底接地走者の場合よりも、強制的にさらに大きく屈曲し、さらに下方に移動する。これらの力が働いた結果、足の長いアーチの凹部に拡大による負荷がかかり、カーフシャンクに拡大による負荷がかかる。これらの拡大力は、これ以外の先述した走行に関連する全ての力よりも強く阻止される。その結果、足の動作反応機能は付加された力に比例する。人間の脛骨腓骨カーフシャンクの反応は、エネルギー力の可能性のみに関連しており−これは直線構造であり、エネルギーを蓄積することはできない。短距離走時に本発明の義足に生じるこれらの拡大力は、これ以外の先述した歩行および走行に関連する全ての力よりも大きい。その結果、足の動作反応機能が付加された力と比例し、身体欠損者の競技機能が人間の身体機能と比較して増加する。
【００５２】
図２５に示す義足５３は図３のものと類似しているが、カーフシャンクと、足キールとのあいだの調整可能な固定具配置と、仮義足の下端に接続するためのカーフシャンクの上端の構造とを設けている点が異なる。この例証的実施形態では、足キール５４は、プラスチックまたは金属合金連結要素５６によって、カーフシャンク５５に調整可能に接続している。この連結要素は、連結要素内で足キールの縦方向に沿った方向において相互に対して離間している解除可能な固定具５７、５８の各々によって、足キールとカーフシャンクに取り付けられている。連結要素をカーフシャンクに結合する固定具５８は、足キールと連結要素を結合する固定具５７よりも後方に配置されている。カーフシャンクの有効長さをこの方法で増加することにより、カーフシャンク自体の動作反応機能が増加する。他の例証的実施形態と同様の、カーフシャンクと足キールに設けた縦方向に延びた開口部と協働して、アライメント（alignment）の変更が行われる。
【００５３】
カーフシャンク５５の上端は、仮義足１５を受容するための細長い開口部５９を設けている。仮義足が開口部内に受容されたら、ボルト６０、６１を緊締して、開口部に沿ったカーフシャンクの自由側縁６２と６３をボルト留めすることで、仮義足をカーフシャンクにしっかりとクランプ留めすることができる。この仮義足接続は、ボルトを緩和し、仮義足をカーフシャンクに関連して所望の位置にはめ込み、仮義足を調整した位置でボルトの緊締により再度クランプ留めすることで容易に調整することができる。
【００５４】
図２８〜図３１Ｂに、本発明のさらなる実施形態による義足７０を示す。義足７０は、足キール７１、カーフシャンク７２、連結要素７３を備えている。義足７０は、図２５〜図２７の実施形態の義足５３と類似しているが、さらに、カーフシャンク７２が、下方および前方に向き、凸状に湾曲した螺旋７５形状の下端７４を備えている。図２８に示すように、カーフシャンクは、この螺旋部分から直立上端へと上方前方に延びている。カーフシャンクは、チタンのような金属で有利に形成することができるが、これ以外の弾性材料で、半硬性、弾性のカーフシャンクを形成することも可能である。
【００５５】
カーフシャンクの下端における螺旋形状は、カーフシャンクがその半径方向内方に向いた端部７６から外方に向かって螺旋状に移動するにしたがい、また、カーフシャンクがその下方螺旋状端部から、湾曲または直線形状であってよいその上端へと上方に延びるにしたがい段階的に拡大する湾曲の半径を有する。この構造により、足首とカーフシャンクが統合され、また、本発明による放物面に類似した可変半径応答面を有する一方で、同時に、連結要素７３とカーフシャンク７２を足キール７１上のより後方に配置することが可能な義足が出来ることがわかっている。その結果、カーフシャンクと連結要素を、化粧用カバー７７の足首と脚の内部により集中して収納することが可能になる。図２８を参照。
【００５６】
連結要素７３は、プラスチックまたは金属合金で形成されており、図３０に示すように、その前方端部において、足キール７１の後方部分に、ねじ切りした固定具７８で調整可能に固定されている。足キールは、その上方アーチ型部分に設けた縦方向に延びる開口部７９を備えており、この開口部７９は、カーフシャンクと足キールの相互に関連した、たとえば図２９中の線３０−３０に沿った縦方向のアライメントの調整を、他の実施形態に関連して上述した方法によって可能にするべく固定具７８を受容する。
【００５７】
連結要素の後方端部は交差部材８０を備えており、この交差部材８０の各端部は、連結要素の２枚の縦長板８１、８２のあいだで、金属ねじ８３、８４によって固定されている。図３０に示すように、螺旋部分７５の半径方向内方に向いた端部７６は、ねじ切りした固定具８５によって、連結要素の交差部材８０に固定されている。カーフシャンクは、交差部材への接続点から、足キールの踵部分よりも上の位置の、半径方向内方に向いた端部７６の周囲で螺旋を描き、また、螺旋部分から開口部８５を通り、交差部材８０の前部の、板８１、８２のあいだの連結要素を通って、上方前方に向かって延びている。図２８、図３０に見られるように、連結要素７３の前方端部に設けられた交差部材８６は、その両端において、固定具８７、８８で、板８１、８２のあいだに固定されている。固定具７８は、交差部材８６に設けたねじ切りした開口部内に受容される。
【００５８】
交差部材８６の後方面上には、符号８８にて交差部材に接着結合された、たとえばプラスチックまたはゴム製の楔８７が支持されている。この楔は、歩行時に上方に延びるカーフシャンクの背屈を制限する停止部として機能する。楔の大きさは、所望量の背屈の調整を可能にするために、図３１Ａの符号８７’で示す幅広いもの、または図３１Ｂの符号８７”で示す幅が狭いものの内から選択することができる。相互に重ねて接着し、連結要素とした複数の楔を同時に使用して、許容される背屈を低減できる。
【００５９】
身体欠損者の下方脚切断基部に取り付けた義足ソケット（図示せず）を、図２８に示すように、カーフシャンクの上端に固定具８９、９０によって固定したアダプタ８８を介して、カーフシャンク７２の上端に接続することができる。このアダプタは反転ピラミッド型の取り付け器具９１を備えており、この器具９１は、アダプタの上方面に取り付けた取り付け板に接続している。義足と義足ソケットを結合するために、このピラミッド型器具は、依存型義足ソケット上の相補的形状をしたソケットタイプ器具に受容される。
【００６０】
これで例証的実施形態の記述を終了する。多数の実例的な実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者によって考案されるこれ以外の様々な変更および実施形態も、本発明の原理の精神および範囲内に含まれることが理解されるべきである。たとえば、本発明による義足のカーフシャンクの下端の形状は、放物面状、またはほぼ放物面状あるいは螺旋形状に限られるものではなく、下方凸型の、曲線的に構成された形状を採用して、足の足首関節範囲を形成するべく足キールに接続した際に、足の所望の動作結果を得るようにすることも可能である。さらに、様々な実施形態の特徴を組み合わせて使用することもできる。より詳細には、本発明の精神から逸脱しない限り、先述の開示、図面、添付の請求項の範囲内で、課題の組み合わせ配置の構成部品および／または装置の妥当な応用形および変形が可能である。当業者には、構成部品および／または装置の応用形および変形に加えて、別の用途も明白となるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による義足の足キールとカーフシャンクの、互いに対向し合う、２つの隣接した湾曲部Ｒ1、Ｒ2の半径を表す略図であり、これらの半径は、２つの半径を接続する接線Ａに対して垂直な矢印Ｂの方向に歩行中の足の動作反応機能と動作結果を作り出す。
【図２】図１と類似した図であるが、接線Ａ1に対して垂直な矢印Ｂ１が図１に示した場合よりもより水平に向くようにするべく、歩行中の足の動作反応機能および動作結果の水平成分を増加し、垂直成分を減少するために、本発明の義足内で変更された２つの半径のアライメントを示す。
【図３】義足を身体欠損者の下脚に固定するために、仮義足アダプタと、これに接続した仮義足とを備えている本発明の或る実施形態による義足の側面図である。
【図４】図３の仮義足アダプタと仮義足を具備した義足の正面図である。
【図５】図３、図４の実施形態の平面図である。
【図６】特に短距離走用の、本発明の義足に使用できる、本発明の別の足キールの側面図である。
【図７】図６の足キールの平面図である。
【図８】図３の義足における足キールの底面図であり、高低動作反応特徴と動作機能を提供する。
【図９】足をサイム切断手術した身体欠損者による短距離走に特に適した、本発明によるさらに別の義足用足キールの側面図である。
【図１０】図９の足キールの平面図である。
【図１１】サイム切断身体欠損者のための本発明による義足用足キールのさらなる応用形であり、この足キールは、高低動作反応特徴とバイプラナー動作機能を義足に与える。
【図１２】図１１の足キールの平面図である。
【図１３】本発明の足キールの側面図であり、この場合、キールの厚さが、キールの中間足部から後足分部にかけて、段階的に減少しながら先細りしている。
【図１４】別形態の足キールの側面図であり、この場合、キールの中間足から前足と後足の両方に向かって厚さが先細りしている。
【図１５】本発明による義足の放物面状のカーフシャンクの若干上から前部までの側面図であり、カーフシャンクの厚さがその上端に向かって先細りしている。
【図１６】図１５と類似した側面図であるが、中間からその上端および下端の両方に向かって先細りしている別のカーフシャンクを示している。
【図１７】義足用Ｃ字型カーフシャンクの側面図であり、カーフシャンクの厚さが、中央から上端と下端の両方に向かって先細りしている。
【図１８】義足用Ｃ字型カーフシャンクの別例の側面図であり、カーフシャンクの厚さが、その中央部分から上端へと段階的に減少している。
【図１９】義足用のＳ字型カーフシャンクであり、両端部の厚さが中央から段階的に減少している。
【図２０】厚さが上端においてのみ先細りしている、Ｓ字型カーフシャンクのさらなる例である。
【図２１】各端部にて先細りしている、本発明の義足用Ｊ字型カーフシャンクの側面図である。
【図２２】図２１の図面と類似しているが、厚さがその上端のみに向かって段階的に減少するＪ字型のカーフシャンクを示している。
【図２３】図３に示したように、カーフシャンクを足キールに結合するための、本発明の調整可能な固定装置に使用される金属合金またはプラスチック製の連結要素を若干上から見た側面図である。
【図２４】義足を身体欠損者の脚に取り付けるべく仮義足に接続するために、図３〜図５の義足において使用され、さらに、図２８、図２９の義足にも使用できる仮義足アダプタを側部および若干正面から見た図である。
【図２５】図３のものと類似した本発明による別の義足の側面図であるが、要素をカーフシャンクと足キールの各々に接続する、縦方向に離間した２つの解除可能な固定具を備える連結要素の使用を示している。
【図２６】図２５中の連結要素の拡大側面図である。
【図２７】図２５の義足のカーフシャンクの拡大側面図である。
【図２８】別に実施形態による、カーフシャンクを義足用の化粧用カバー内に収容する義足の側面図である。
【図２９】図２８中の義足の平面図である。
【図３０】図２８、図２９の義足の、図２９の線３０−３０に沿った断面図である。
【図３１Ａ】図３０に示したような連結要素の背屈停止に使用される、厚さの異なるくさびの断面図である。
【図３１Ｂ】図３０に示したような連結要素の背屈停止に使用される、厚さの異なるくさびの断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦長の足キールと、
その下端にて前記足キールに固定され、該足キールから上方にのびたたカーフシャンクとを備えた義足であって、
前記カーフシャンクの下端が螺旋形状をしており、該カーフシャンクが、前記螺旋部分からその直立上端へ、上方前方に向かって延びている義足。
【請求項２】
前記カーフシャンクが、連結要素の方法により、前記足キールに固定されている請求項１記載の義足。
【請求項３】
前記カーフシャンクの螺旋部分の半径方向内方に向いた端部が、連結要素によって固定されている請求項２記載の義足。
【請求項４】
前記カーフシャンクの下端が、足キールの上の、前記半径方向内方に向いた端部の周囲で螺旋を描いている請求項３記載の義足。
【請求項５】
前記連結要素が、歩行時の、上方に延びたカーフシャンクの背屈を制限するための停止部を含んでいる請求項１記載の義足。
【請求項６】
前記停止部が、カーフシャンク前部の前記連結要素に固定された少なくとも１つの楔型部材を含んでいる請求項５記載の義足。
【請求項７】
前記カーフシャンクが、前記足キールの後部に固定され、後足部、足キールの中間足部の後部よりも上方に延びている請求項１記載の義足。
【請求項８】
人間の足および下脚の形状で、足キール、カーフシャンクの少なくとも下端を覆って配置されている化粧用カバーをさらに備えており、カーフシャンクが前記下方脚カバー内で足キールから上方に向かって直立している請求１記載の義足。
【請求項９】
前記カーフシャンクを足キールに固定する調整可能な固定装置をさらに備えており、前記固定装置によって、義足の性能を調整するために、足キールとカーフシャンクの関係を調整することが可能になる請求項１記載の義足。
【請求項１０】
前記調整可能な固定装置が、少なくとも１つの解除可能固定具と、前記足キールに設けられた縦方向に延びた開口部を備えており、前記開口部内部を前記固定具が貫通し、これにより、前記カーフシャンクと足キールの足キールの縦方向におけるアライメントを調整することが可能になる請求項９記載の義足。
【請求項１１】
前記カーフシャンクが、カーフシャンクが外方に向かって螺旋を描き、カーフシャンクがその下方螺旋端部から上方に向かって延びるにしたがって、段階的に拡大する湾曲の半径を有する請求項１記載の義足。
【請求項１２】
前記足キールが、前記カーフシャンクの螺旋状下端と対向する、足キールの中間足部の上方凸状に湾曲した背面を有しており、前記螺旋部分と足キールの凸状に湾曲した背面との湾曲の半径が、歩行中の義足の動作反応機能と動作結果に影響を及ぼす請求項１記載の義足。
【請求項１３】
縦方向に延びた足キールと、
前記足キールと結合した連結要素と、
弾性の、直立したカーフシャンクとを備えた義足であって、
前記カーフシャンクが、義足の足首関節範囲を形成するために、連結要素によって前記足キールに接続した下端と、身体欠損者の足上の支持構造に接続するための上端とを備え、
前記カーフシャンクの下端が螺旋形状を呈し、前記カーフシャンクが、螺旋部分から上端へ上方前方に向かって延びている義足。
【請求項１４】
前記連結要素が、歩行中のカーフシャンクの背屈を制限するための停止部を含んでいる請求項１３記載の義足。
【請求項１５】
前記停止部が、前記カーフシャンクの前部の連結要素に固定された、少なくとも１つの楔形状部材を含んでいる請求項１４記載の義足。
【請求項１６】
調整可能な固定装置をさらに備えており、前記固定装置により、義足の性能を調整するために、前記カーフシャンクと足キールの、足キール縦方向における相互に対するアライメントを調整することが可能になる請求項１３記載の義足。
【請求項１７】
前記調整可能な固定装置は少なくとも１つの解除可能な固定具を含んでおり、前記固定具は、前記足キールと、連結要素と、前記足キールとカーフシャンクのアライメントの調整を可能にするための、内部を固定具が貫通している、足キールに設けた縦長開口部とを接続するものである請求項１６記載の義足。
【請求項１８】
前記カーフシャンクの螺旋状下端が、前記カーフシャンクが螺旋を描き、その螺旋型下端から上方に向かって延びるにしたがって段階的に拡大する湾曲の半径を有する請求項１３記載の義足。
【請求項１９】
人間の足および下脚の形状をした化粧用カバーをさらに備え、前記化粧用カバーが、足キールと、カーフシャンクの少なくとも下端を覆って配置され、前記カーフシャンクが、前記下脚カバー内で、該足キールから上方に向かって上昇している請求項１３記載の義足。
【請求項２０】
義足の足首関節範囲を形成するべく足キールに取り付けるために螺旋形状をした一端と、これと対向する、身体欠損者の足の支持構造に接続するための他端と備えたカーフシャンクであって、
細長い、半硬性の弾性部材を備え、湾曲の半径が一端の螺旋部から前記対向する端部へと段階的に拡大するにしたがって、前記部材が曲率半径が漸次増大するカーフシャンク。
【請求項２１】
前記部材の前記一端における螺旋部の半径方向内方に向かう端部が、カーフシャンクを、足キールに取り付けるための連結要素に固定するための固定具を含んでいる請求項２０記載のカーフシャンク。
【請求項２２】
前記部材の一端が、対向する端部へ延びる前に、前記半径方向内方に向かう端部の周囲で螺旋を描く請求項２１記載のカーフシャンク。
【請求項２３】
前記部材の対向する他端が、これに固定されたアダプタと、これに取り付けられた反転ピラミッド型取り付け器具とを備えている請求項２０記載のカーフシャンク。
【請求項１】
縦長の足キールと、
その下端にて前記足キールに固定され、該足キールから上方にのびたたカーフシャンクとを備えた義足であって、
前記カーフシャンクの下端が螺旋形状をしており、該カーフシャンクが、前記螺旋部分からその直立上端へ、上方前方に向かって延びている義足。
【請求項２】
前記カーフシャンクが、連結要素の方法により、前記足キールに固定されている請求項１記載の義足。
【請求項３】
前記カーフシャンクの螺旋部分の半径方向内方に向いた端部が、連結要素によって固定されている請求項２記載の義足。
【請求項４】
前記カーフシャンクの下端が、足キールの上の、前記半径方向内方に向いた端部の周囲で螺旋を描いている請求項３記載の義足。
【請求項５】
前記連結要素が、歩行時の、上方に延びたカーフシャンクの背屈を制限するための停止部を含んでいる請求項１記載の義足。
【請求項６】
前記停止部が、カーフシャンク前部の前記連結要素に固定された少なくとも１つの楔型部材を含んでいる請求項５記載の義足。
【請求項７】
前記カーフシャンクが、前記足キールの後部に固定され、後足部、足キールの中間足部の後部よりも上方に延びている請求項１記載の義足。
【請求項８】
人間の足および下脚の形状で、足キール、カーフシャンクの少なくとも下端を覆って配置されている化粧用カバーをさらに備えており、カーフシャンクが前記下方脚カバー内で足キールから上方に向かって直立している請求１記載の義足。
【請求項９】
前記カーフシャンクを足キールに固定する調整可能な固定装置をさらに備えており、前記固定装置によって、義足の性能を調整するために、足キールとカーフシャンクの関係を調整することが可能になる請求項１記載の義足。
【請求項１０】
前記調整可能な固定装置が、少なくとも１つの解除可能固定具と、前記足キールに設けられた縦方向に延びた開口部を備えており、前記開口部内部を前記固定具が貫通し、これにより、前記カーフシャンクと足キールの足キールの縦方向におけるアライメントを調整することが可能になる請求項９記載の義足。
【請求項１１】
前記カーフシャンクが、カーフシャンクが外方に向かって螺旋を描き、カーフシャンクがその下方螺旋端部から上方に向かって延びるにしたがって、段階的に拡大する湾曲の半径を有する請求項１記載の義足。
【請求項１２】
前記足キールが、前記カーフシャンクの螺旋状下端と対向する、足キールの中間足部の上方凸状に湾曲した背面を有しており、前記螺旋部分と足キールの凸状に湾曲した背面との湾曲の半径が、歩行中の義足の動作反応機能と動作結果に影響を及ぼす請求項１記載の義足。
【請求項１３】
縦方向に延びた足キールと、
前記足キールと結合した連結要素と、
弾性の、直立したカーフシャンクとを備えた義足であって、
前記カーフシャンクが、義足の足首関節範囲を形成するために、連結要素によって前記足キールに接続した下端と、身体欠損者の足上の支持構造に接続するための上端とを備え、
前記カーフシャンクの下端が螺旋形状を呈し、前記カーフシャンクが、螺旋部分から上端へ上方前方に向かって延びている義足。
【請求項１４】
前記連結要素が、歩行中のカーフシャンクの背屈を制限するための停止部を含んでいる請求項１３記載の義足。
【請求項１５】
前記停止部が、前記カーフシャンクの前部の連結要素に固定された、少なくとも１つの楔形状部材を含んでいる請求項１４記載の義足。
【請求項１６】
調整可能な固定装置をさらに備えており、前記固定装置により、義足の性能を調整するために、前記カーフシャンクと足キールの、足キール縦方向における相互に対するアライメントを調整することが可能になる請求項１３記載の義足。
【請求項１７】
前記調整可能な固定装置は少なくとも１つの解除可能な固定具を含んでおり、前記固定具は、前記足キールと、連結要素と、前記足キールとカーフシャンクのアライメントの調整を可能にするための、内部を固定具が貫通している、足キールに設けた縦長開口部とを接続するものである請求項１６記載の義足。
【請求項１８】
前記カーフシャンクの螺旋状下端が、前記カーフシャンクが螺旋を描き、その螺旋型下端から上方に向かって延びるにしたがって段階的に拡大する湾曲の半径を有する請求項１３記載の義足。
【請求項１９】
人間の足および下脚の形状をした化粧用カバーをさらに備え、前記化粧用カバーが、足キールと、カーフシャンクの少なくとも下端を覆って配置され、前記カーフシャンクが、前記下脚カバー内で、該足キールから上方に向かって上昇している請求項１３記載の義足。
【請求項２０】
義足の足首関節範囲を形成するべく足キールに取り付けるために螺旋形状をした一端と、これと対向する、身体欠損者の足の支持構造に接続するための他端と備えたカーフシャンクであって、
細長い、半硬性の弾性部材を備え、湾曲の半径が一端の螺旋部から前記対向する端部へと段階的に拡大するにしたがって、前記部材が曲率半径が漸次増大するカーフシャンク。
【請求項２１】
前記部材の前記一端における螺旋部の半径方向内方に向かう端部が、カーフシャンクを、足キールに取り付けるための連結要素に固定するための固定具を含んでいる請求項２０記載のカーフシャンク。
【請求項２２】
前記部材の一端が、対向する端部へ延びる前に、前記半径方向内方に向かう端部の周囲で螺旋を描く請求項２１記載のカーフシャンク。
【請求項２３】
前記部材の対向する他端が、これに固定されたアダプタと、これに取り付けられた反転ピラミッド型取り付け器具とを備えている請求項２０記載のカーフシャンク。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公表番号】特表２００６−５００１５１（Ｐ２００６−５００１５１Ａ）
【公表日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５３９７４２（Ｐ２００４−５３９７４２）
【出願日】平成１４年９月２６日（２００２．９．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００２／０３０４７１
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０２８４１６
【国際公開日】平成１６年４月８日（２００４．４．８）
【出願人】（５０３２２４６１１）
【出願人】（５０３２２４６２２）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年９月２６日（２００２．９．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００２／０３０４７１
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０２８４１６
【国際公開日】平成１６年４月８日（２００４．４．８）
【出願人】（５０３２２４６１１）
【出願人】（５０３２２４６２２）
【Ｆターム（参考）】
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