Die Erfindung betrifft einen künstlichen gelenklosen Fuß mit einem sich in einer Höhenrichtung von einem Sohlenbereich zu einem Knöchelbereich erstreckenden elastisch verformbaren Fersenaufbau und einem sich in einer Längsrichtung vom Knöchelbereich zu einem Zehenbereich erstreckenden elastisch verformbaren Vorfußaufbau, wobei der Fersenaufbau und/oder der Vorfußaufbau wenigstens zwei in Höhenrichtung des Fersenaufbaus oder in Längsrichtung des Vorfußaufbaus hintereinander angeordnete, zueinander bewegbare und einen variablen Zwischenraum zwischen sich ausbildende Glieder aufweisen.

Es ist seit langem bekannt, künstliche Füße in gelenkloser Form auszubilden, sodass die Gebrauchseigenschaften des künstlichen Fußes durch die elastische Verformbarkeit des für den Fußaufbau verwendeten Materials bestimmt werden. Es sind zahlreiche Konstruktionen bekannt, mit denen insbesondere die Gangcharakteristik des künstliches Fußes verbessert werden soll. So ist es beispielsweise durch US 4,652,266 bekannt, den Vorfußbereich mehrteilig auszubilden und durch elastische Gelenke miteinander zu verbinden.

Es ist ferner bekannt, Fersenteil und Vorfuß durch Blattfedern in Kombination mit lüftgefüllten Kissen auszubilden, wobei durch den Luftdruck in den Kissen die Federung des Ganges variiert werden kann. Durch EP 0 884 033 B1 ist es ferner bekannt, den Vorfuß durch zwei parallel zueinander angeordnete Blattfedern auszubilden, zwischen denen ein luftgefülltes Druckkissen angeordnet ist. Durch die Belastung des Fersenteils wird der Luftdruck in dem Druckkissen beeinflusst, sodass bei einem dynamischen Gang mit einem starken Fersenauftritt eine Erhöhung der Federhärte des Vorfußes vorgenommen wird. In ähnlicher Weise gelingt dies mit einem Abstandshalter zwischen den beiden Blattfedern, dessen Position in Abhängigkeit von dem Fersenauftritt verschoben wird. Das Prinzip dieser Lösungen ist somit die Einstellung der Federsteifigkeit in Abhängigkeit von der Gangdynamik.

Ein grundsätzliches Problem für die Auslegung eines künstlichen Fußes besteht darin, einen geeigneten Kompromiss für die Eignung des Fußes für seine Hauptbenutzungsarten, nämlich das Gehen und das Stehen, zu finden. Für ein sicheres Stehen auf einem künstlichen Fuß wäre ein harter, langer Vorfuß geeignet, der ein hohes Sicherheitsgefühl vermitteln würde. Mit einem derartigen harten und langen Vorfuß lässt sich aber keine brauchbare Gangdynamik realisieren. Für das Gehen, also das Abrollen über den Vorfuß, ist es vorteilhaft, einen verkürzten und weichen Vorfuß auszubilden, mit dem allerdings ein sicheres Gefühl im Stehen nicht zu verwirklichen ist. Die bisher realisierten Kompromisse, die sowohl ein möglichst natürliches Gehen wie auch ein sicheres Stehen ermöglichen, sind zufriedenstellend, aber wegen der Notwendigkeit, einen Kompromiss einzugehen, nicht optimal.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen künstlichen Fuß der eingangs erwähnten Art in seinen Gebrauchseigenschaften zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein künstlicher gelenkloser Fuß der eingangs erwähnten Art gekennzeichnet, durch einen aktivierbaren Betätigungsmechanismus und durch ein vom aktivierten Betätigungsmechanismus steuerbares Element, das in den Zwischenraum in einer den Abstand zwischen den Gliedern beeinflussenden Weise eingreift.

Bei dem erfindungsgemäßen künstlichen Fuß wird somit durch das bewegbare Glied in den Aufbau des Fersenteils und/oder des Vorfußteils unmittelbar eingegriffen. Die Erfindung erschöpft sich somit nicht darin, die Federhärte des Vorfußes zu verstellen, sondern sieht eine reversibel durchzuführende Änderung des Aufbaus des Fersenteils und/oder Vorfußteils mittels des durch den Betätigungsmechanismus bewegbaren Gliedes vor. Insbesondere lässt sich erfindungsgemäß ein künstlicher Fuß erstellen, bei dem das bewegbare Glied so ausgebildet und angeordnet ist, dass es durch seine Bewegung die wirksame Länge des Vorfußes für den Gehvorgang und/oder die Höhe des Fersenteils verändert. Erfindungsgemäß ist es daher möglich, für das Stehen einen anderen Aufbau des Fußes zu verwenden als für den Gehvorgang, sodass die Notwendigkeit, einen Kompromiss zwischen den Eigenschaften des Fußes beim Gehen und beim Stehen einzugehen, beseitigt oder zumindest gemildert ist, da aufgrund der Modifikation des Aufbaus für das Gehen eine andere Struktur des Fußes verwendbar ist als für das Stehen.

Der Betätigungsmechanismus, der das Glied bewegt, kann in zweckmäßigen Ausführungsformen durch eine Verformung des Fersenteils oder durch eine dorsale Verformung des Vorfußteils ausgelöst werden. Über die Verformung des Fersenteils lässt sich ein fester Auftritt detektieren, der erkennen lässt, dass ein Gehzyklus ausgeführt wird. Die Rückstellung kann in diesem Fall beispielsweise durch eine Dorsalverformung des Vorfußteils aktivierbar sein, sodass die Rückstellung während der Schwungphase erfolgt. Beim Stehen wird das Fersenteil regelmäßig nicht so stark belastet, sodass in diesem Fall der Betätigungsmechanismus nicht aktiviert wird. Die durch den Fersenauftritt ausgelöste Verschiebung des Gliedes muss daher so erfolgen, dass sich die wirksame Länge des Vorfußteils verkürzt, um das Gehen zu erleichtern. Wird das Fersenteil nicht belastet, verbleibt es bei einer größeren wirksamen Länge des Vorfußteils.

Es ist auch möglich, den Betätigungsmechanismus durch eine dorsale Verformung des Vorfußteils auszulösen, die anzeigt, dass sich der Prothesenträger in einer Gehbewegung befindet, sodass für den nächsten Schritt die Verkürzung des Vorfußteils durchgeführt wird. Die Rückstellung kann dabei durch ein beispielsweise mechanisches Zeitglied bewirkt werden, das durch die den Betätigungsmechanismus auslösende Aktion des Fußes, also beispielsweise die Dorsalverformung des Vorfußteils, rückstellbar ist, sodass der Rückstellmechanismus nur wirksam wird, wenn die entsprechende Aktion bis zum Ablauf des Zeitgliedes unterbleibt.

Eine Aktivierung des Betätigungsmechanismus kann auch von außerhalb des Fußes erfolgen, beispielsweise durch einen Momentensensor an einer Unterschenkelprothese.

Das durch den Betätigungsmechanismus bewegte Glied kann ein starrer Hebel sein, der zwischen zwei Stellungen umschaltbar ist und in einer dieser Stellungen ein elastisches Verbindungsglied zwischen relativ dazu weniger elastischen Teilen des Vorfußteils überbrückt. Wenn der Betätigungsmechanismus durch eine Verformung des Fersenteils auslösbar ist, wird der starre Hebel in die Position bewegt, in der er das elastische Verbindungsglied nicht überbrückt, sodass das elastische Verbindungsglied während des Gehvorganges die wirksame Länge des Vorfußteils verkürzt. Die Rückstellung kann durch den Rückstellmechanismus erfolgen, der in diesem Fall durch eine Dorsalverformung des Vorfußhebels aktivierbar ist, sodass die Rückstellung am Ende jedes Abrollvorganges beim Gehen erfolgt und durch das Aufsetzen des Fersenteils neu ausgelöst wird.

Das durch den Betätigungsmechanismus bewegte Glied kann ferner ein starres Element, beispielsweise in Form eines Keils, sein, das in einen keilförmigen Zwischenraum hineinbewegbar ist. Der keilförmige Zwischenraum ist durch die Belastung in Richtung Verkleinerung des Keils verformbar. Diese Verformung wird durch die Bewegung des starren Elements in den keilförmigen Zwischenraum hinein verhindert. Der Betätigungsmechanismus für das Element kann sowohl durch den Fersenauftritt als auch durch die Dorsalverformung des Vorfußteils aktiviert werden. Als Rückstellmechanismus eignet sich vorzugsweise ein mechanisches Zeitglied, das durch eine Bewegung des Fußes zurückgestellt wird. Durch das Bewegen des starren Elements in den keilförmigen Zwischenraum hinein kann das Vorfußteil im Bereich des Zwischenraums starrer ausgebildet sein, sodass hierdurch die für das Stehen sinnvolle Konfiguration verwirklicht wird und für einen detektierten Gehvorgang der Keil aus dem keilförmigen Zwischenraum heraus bewegt werden muss. Alternativ kann das starre Element in den keilförmigen Zwischenraum für die Gehbewegung hinein gezogen werden, wenn sich der keilförmige Zwischenraum beispielsweise im Fersenteil befindet und durch das in den Zwischenraum hinein bewegte starre Element die wirksame Höhe des Fersenteils vergrößert wird, wodurch während des Gehvorganges die wirksame Länge des Vorfußteils verringert wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Betätigungsmechanismus eine Pumpanordnung für ein Fluid beinhalten und das durch den Betätigungsmechanismus steuerbare Element ein in dem Zwischenraum angeordnetes mit dem Fluid füllbares Kissen sein. Für eine derartige Ausführungsform ist ein Rückstellmechanismus in Form eines Zeitgliedes besonders zweckmäßig. Als Fluid können vorzugsweise Luft oder eine Flüssigkeit eingesetzt werden.

Der Rückstellmechanismus kann auch von außerhalb des Fußes betätigt werden, beispielsweise mittels eines aus dem Fußaufbau herausgeführten Bowdenzugs, der auch manuell bedienbar sein kann.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

1 – eine schematische Seitenansicht des inneren Aufbaus eines künstlichen Fußes in einer ersten Ausführungsform der Erfindung in drei unterschiedlichen Phasen

2 – eine schematische Seitenansicht des inneren Aufbaus eines künstlichen Fußes in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in drei unterschiedlichen Phasen

3 – eine schematische Seitenansicht des inneren Aufbaus eines künstlichen Fußes in einer dritten Ausführungsform der Erfindung in drei unterschiedlichen Phasen

4 – eine schematische Seitenansicht des inneren Aufbaus eines künstlichen Fußes in einer vierten Ausführungsform der Erfindung in zwei unterschiedlichen Phasen

5 – eine schematische Seitenansicht des inneren Aufbaus eines künstlichen Fußes in einer fünften Ausführungsform der Erfindung in zwei unterschiedlichen Phasen.

In allen Zeichnungsfiguren ist ein Fußeinsatz eines künstlichen Fußes dargestellt, der in bekannter Weise von einer Kosmetikhülle 1 umgeben wird.

Der Fußeinsatz weist ein festes Adapterglied 2 mit einem zu einem Knöchelbereich zeigenden Adapter 3 auf, an den ein weiteres (nicht dargestelltes) Prothesenteil anschließbar ist. Das Adapterglied 2 ist über einen keilförmigen Zwischenraum 3 mit einem etwa horizontal verlaufenden plattenförmigen Ansatz 4 über ein Scharnierstück 5 verbunden. In den keilförmigen Zwischenraum 3 ist ein elastischer Keil 6 eingesetzt. Unter dem plattenförmigen Ansatz 4 befindet sich ein Absatzstück 7, das aus einem ebenfalls elastischen Material gebildet sein kann, dessen Härte jedoch wesentlich größer ist als die des elastischen Keils 6. Zwischen dem Absatzstück 7 und dem plattenförmigen Ansatz 4 befindet sich ein rückwärtiger Abschnitt eines plattenförmigen Federelements 8. Das Adapterglied 2, der elastische Keil 6, der plattenförmige Ansatz 4, der rückwärtige Abschnitt des plattenförmigen Federelements 8 und das Absatzstück 7 bilden einen Fersenaufbau 9, der sich somit in einer Höhenrichtung vom Fersenbereich zum Knöchelbereich des künstlichen Fußes erstreckt.

Das plattenförmige Federelement 8 erstreckt sich bis in einen zähen Bereich des künstlichen Fußes und trägt einen Vorfußaufbau 10, der sich in Längsrichtung des Fußes vom Adapterglied 2 im Knöchelbereich zum Zehenbereich des künstlichen Fußes erstreckt.

Der Vorfußaufbau 10 besteht aus in Längsrichtung hintereinander angeordneten starren Gliedern 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 sowie aus zwei elastischen Zwischengliedern 20, 21. Die starren Glieder 12 bis 19 grenzen aneinander und erlauben aufgrund ihrer Formgebung nur eine geringfügige Kippung zueinander. Zwischen dem Adapterglied 2 und dem ersten starren Glied 11 ist ein erstes elastisches Zwischenglied 20 und zwischen dem ersten starren Glied 11 und dem zweiten starren Glied 12 ein zweites elastisches Zwischenglied 21 angeordnet. Die elastischen Zwischenglieder 20, 21 erstrecken sich über die gesamte Höhe des Vorfußaufbaus 10 und füllen somit entsprechende Zwischenräume 22, 23 zwischen den starren Gliedern 2, 11 einerseits und 11, 12 andererseits aus.

Der so beschriebene Fußaufbau besteht somit aus einem Fersenaufbau 9 in Höhenrichtung und aus einem Vorfußaufbau 10 in Längsrichtung, die beide aus mehreren Gliedern bestehen.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an einem zum ersten elastischen Glied 20 gerichteten Rand des Adaptergliedes 2 ein starrer Hebel 24 drehbar gelagert, dessen freies Ende 25 in der in 1 dargestellten Phase a) sich auf einem L-förmigen Absatz 26 des ersten starren Gliedes 11 abstützt. Der Hebel 24 überbrückt somit den Zwischenraum 22 zwischen dem Adapterglied 2 und dem ersten starren Glied 11, sodass das erste elastische Zwischenglied 20 nicht komprimiert werden kann.

An dem plattenförmigen Ansatz 4 des Adaptergliedes 2 befindet sich ein nach unten ragender Ansatz 28, der über ein flexibles Band 27 mit dem freien Ende 25 des Hebels 24 verbunden ist.

Bei einer in der Phase b) dargestellten starken Fersenbelastung, wie sie beim Gehen auftritt, wird der elastische Keil 6 im Fersenaufbau 9 zusammengedrückt, wodurch sich der Ansatz 28 relativ zum Adapterglied 2 nach hinten dreht und so mit dem flexiblen Band 27 das freie Ende 25 des Hebels 24 aus dem L-förmigen Ansatz 26 des ersten starren Gliedes 11 herauszieht. Dadurch ist das erste elastische Zwischenglied 20 nicht mehr durch den Hebel 24 überbrückt und kann somit in für das Gehen vorteilhafter Weise federnd eingedrückt werden, wodurch sich die wirksame Vorfußlänge für das Gehen um das Maß &Dgr;I verkürzt, wie dies in 1 dargestellt ist.

Beim Abrollen des künstlichen Fußes über den Vorfußaufbau 10 wird das plattenförmige Federelement 8 dorsal (nach oben) gebogen. Diese Biegung wird in dem ersten Ausführungsbeispiel zur Ausbildung eines Rückstellmechanismus benutzt. Hierfür ist an dem plattenförmigen Federelement 8 im Bereich des Vorfußes nahe dem Zehenbereich, also beispielsweise etwa im Ballenbereich, ein weiteres flexibles Band 29 angebracht, das ebenfalls mit dem freien Ende 25 des Hebels 24 verbunden ist. Durch die dorsale Biegung des plattenförmigen Federelements 8 wird das weitere flexible Band 29 gespannt und zieht den Hebel 24 mit seinem freien Ende 25 in den L-förmigen Ansatz 26 zurück, wodurch die Phase gemäß a) wieder erreicht wird. Die Phase a) mit dem verlängerten wirksamen Vorfußaufbau 10 ist für ein sicheres Standgefühl des Prothesenträgers vorteilhaft. Die für das Gehen c) vorteilhafte Phase wird automatisch wieder eingestellt, wenn das Gehen fortgesetzt, also wieder eine starke Fersenbelastung gemäß Phase b) vorgenommen wird.

Auf diese Weise gelingt eine automatische Anpassung der wirksamen Vorfußlänge des künstlichen Fußes für das Stehen einerseits und das Gehen andererseits.

Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel weist einen mit dem ersten Ausführungsbeispiel prinzipiell übereinstimmenden Fersenaufbau 9 und Vorfußaufbau 10 auf. In den keilförmigen Zwischenraum 3 ist hierbei allerdings ein starrer Keil 6' eingesetzt, der darüber hinaus in dem Zwischenraum 3 in Längsrichtung verschiebbar angebracht ist. Die Verschiebebewegung des Keils 6' wird mit einem Lenker 30 gesteuert, der drehbar an einem Arm eines zweiarmigen Hebels 31 angelenkt ist. Der zweiarmige Hebel 31 ist an dem Adapterglied 2 drehbar angeordnet. An den anderen Arm des zweiarmigen Hebels 31 ist ein weiterer Lenker 32 angelenkt, der fest mit einem starren Glied 14 des Vorderfußaufbaus 10 verbunden ist.

In der in 2 dargestellten Phase a) ist der Keil 6' nach hinten teilweise aus dem keilförmigen Zwischenraum 3 heraus verschoben, sodass durch die Belastung durch das Patientengewicht der Zwischenraum 3 entsprechend dem noch wirksamen Teil der Form des Keils 6' klein ist. Der künstliche Fuß weist in dieser Phase a) somit eine geringe Absatzhöhe auf. Die geringe Absatzhöhe entspricht einer großen wirksamen Vorfußlänge und bewirkt somit ein sicheres Gefühl beim Stehen.

Wird gemäß der Phase b) in 2 der Vorfußaufbau 10 durch Abrollen intensiv verformt und der Fersenaufbau 9 dabei entlastet, wie dies beim Gehen der Fall ist, wirkt der Lenker 32 als Zugstange und verdreht den zweiarmigen Hebel 31 entgegen dem Uhrzeigersinn. Dadurch wirkt der mit dem Keil 6' verbundene Lenker 30 als Zugstange und zieht den Keil 6' in den keilförmigen Zwischenraum 3 hinein, was wegen der Entlastung des Fersenaufbaus 9 möglich ist. Dadurch wird einerseits die Absatzhöhe vergrößert und die wirksame Vorfußlänge verkleinert, sodass ein komfortables Gehen möglich ist.

Die Rückstellung in die für das Stehen günstige Phase a) kann mit einem (nicht dargestellten) Rückstellmechanismus beispielsweise auch manuell über einen Bowdenzug o. dgl. erfolgen.

Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Fersenaufbau wieder ein elastischer Keil 6 eingesetzt. Der erste Zwischenraum 22 zwischen dem Adapterglied 2 und dem ersten starren Glied 11 ist keilförmig ausgebildet und in der Phase a) der 3 durch einen starren Keil 20' ausgefüllt. Da der Zwischenraum 22 nunmehr eine maximale Größe aufweist, ist in dieser Phase eine maximale wirksame Vorfußlänge eingestellt, die für das Stehen günstig ist.

Der Keil 20' ist mit einem seitlichen Ausleger 33 versehen, der in der Phase a) der 3 auf dem plattenförmigen Ansatz 4 aufliegt. Der Ausleger 33 ist seinerseits mit einem im Adapterglied 2 in einer Zylinderanordnung 34 geführten Kolben 35 starr verbunden. In dem Zylinder 34 befindet sich eine Rückstellfeder 36, die den Kolben 35 in Fersenrichtung vorspannt. Am unteren Ende des Zylinders 34 befindet sich ein Drosselventil 37, mit dem die durch die Rückstellfeder 36 bewirkte Rückstellbewegung des Kolbens 35 durch die durch das Drosselventil 37 langsam entweichende Luft verzögert wird.

Verlässt der Patient die in Phase a) dargestellte Stehphase und beginnt einen Gehvorgang, setzt er in Phase b) mit seinem Gewicht auf die Ferse auf und drückt den elastischen Keil 6 zusammen. Dadurch wird der seitliche Ausleger 33 nach oben gedrückt, sodass der Keil 20' nach oben verschoben wird. Dadurch wird der Zwischenraum 22 zwischen dem Adapterglied 2 und dem ersten starren Glied 11 verkleinert, die wirksame Vorfußlänge somit verkürzt. Dadurch wird das Gehen erleichtert. Die Einstellung des Drosselventils 37 wird so gewählt, dass bei einer normalen Schrittfrequenz beim Gehen noch keine Rückstellung des Keils 20' erfolgt. Erst wenn für eine gewisse Zeit keine Fersenaktion mit dem Zusammendrücken des elastischen Keils 6 erfolgt, besorgt die Rückstellfeder 36 die Rückstellung des Keils 20' über den Ausleger 33 in die Stellung gemäß Phase a).

Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Zwischenraum 22 zwischen dem Adapterglied 2 und dem ersten starren Glied 11 so ausgebildet, dass in ihm ein Kissen 38 lagerbar ist. In dem keilförmigen Zwischenraum 3 des Fersenaufbaus 9 ist eine Pumpanordnung 39 untergebracht, mit der ein Fluid aus dem Kissen 38 in eine Vorratskammer 40 über ein Rückschlagventil 41 abpumpbar ist. Dadurch entleert sich das Kissen 38, wodurch sich der Zwischenraum 22 verkleinert und die wirksame Vorfußlänge gemäß Phase b) für das Gehen verkürzt wird. Entfällt die Fersenaktion, weil der Prothesenträger steht, füllt sich das Kissen 38 aus der Vorratskammer 40 über ein Drosselventil 42 und ein Rückschlagventil 43 langsam auf, wodurch sich die wirksame Vorfußlänge gemäß Phase a) wieder vergrößert und das Stehen unterstützt.

Bei dem in 5 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel wird ebenfalls ein Kissen 44 verwendet, das hier in den keilförmigen Zwischenraum 3 eingesetzt ist, aber sich natürlich auch in einem Zwischenraum 22, 23 des Vorfußaufbaus befinden könnte.

Das Kissen 44 ist mit Hilfe einer Luftpumpanordnung 45 aufpumpbar, die wie die Pumpanordnung 39 in 4 in den keilförmigen Zwischenraum 3 eingesetzt ist, jedoch hier unmittelbar das Kissen 44 aufpumpt.

Für die Rückstellung des aufgepumpten Kissens kann dieses mit einer Abblasöffnung über ein (nicht dargestelltes) Drosselventil verbunden sein. Findet keine Fersenaktion (beim Gehen) statt, entleert sich das Kissen 44 zu dem in Phase a) dargestellten Zustand. Die Verringerung der Höhe des Fersenaufbaus 9 bewirkt eine größere wirksame Vorfußlänge und unterstützt somit das Stehen.

Durch das Aufpumpen des Kissens 44 wird die Höhe des Fersenaufbaus 9 vergrößert und die wirksame Vorfußlänge damit verkürzt, wodurch in Phase b) das Gehen unterstützt wird.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele lassen erkennen, dass eine durch eine Fußaktion selbst ausgelöste Veränderung der wirksamen Vorfußlänge erzielt wird, indem entweder die tatsächliche Länge des Vorfußaufbaus 10 vergrößert wird oder die Höhe des Fersenaufbaus 9 verringert wird. Die Betätigung der entsprechenden steuerbaren Glieder kann durch eine Fersenaktion oder durch eine Biegung des Fußes nach dorsal ausgelöst werden. In entsprechender Weise kann ein Rückstellmechanismus durch eine Fußaktion gesteuert werden. Möglich sind auch manuelle oder insbesondere zeitlich gesteuerte Rückstellungen.