專利名稱：一種踝－足矯正裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用來限制下肢運動的矯形裝置。更具體地，本發明涉及一種用來穩定和控制踝和足動作的踝-足矯正裝置。
背景技術：
踝-足矯正裝置是一種用來支撐和使踝關節與足部對正的醫學裝置，通過抑制痙攣和壓制踝關節及足部的肌肉使這些衰弱麻痹的肌肉得到加強，從而防止或糾正踝關節和足部的變形。
當患者具有通常稱作“足下垂”的步態疾病時，踝-足矯正裝置可用來輔助踝關節和腳的功能。足下垂是一種神經肌肉疾病，患者在行走邁步時不能將他的一只腳提起足夠高。足下垂可以由腦血管意外、脊髓損傷、遺傳及感覺神經病、神經肌肉疾病或任何對促動足部神經肌肉系統的肌肉活動所需的肌肉和神經的損壞而引起。
足下垂通常有兩種并發癥。首先，患者在放下腳后跟之后不能控制其足部的落下。于是，足部在每一步都會拍打地面，這通常被稱作拍足。這通常是由于患者的背屈肌損傷而引起的，背屈肌位于腿前面膝關節的下面，用來從大體上與下腿對準的位置提起足部至大體上垂直于下腿的稱作背屈的位置。因此背屈肌的損傷導致腳底過度彎曲，使得足部從大體上垂直于下腿的位置延伸到大體上平行于下腿的位置。第二種并發癥是在步態周期的擺動階段不能提起腳趾。這使得患者在整個擺動階段都在地面上拖曳其腳趾。因此，利用踝-足矯正裝置，通過在腳跟撞擊和步態周期的擺動階段抵抗腳底彎曲，可以補償背屈肌的虛弱。
一般來說，足下垂患者的前脛骨肌可能幾乎不起作用。前脛骨肌起源于脛骨的外髁，并沿脛骨的外側延伸越過靠近遠端的脛骨，至踝關節的中間，連接第一跖骨和內側楔骨。前脛骨肌的正常工作能夠在踝關節處使足部背屈和反轉到仰轉位置。前脛骨肌由于其連接至內側楔骨還能支撐足部的內側弓。
前脛骨肌失去功能的患者在步態周期的始發階段會俯身，而在步態周期的擺動階段會使足部仰轉。此外，由于前脛骨肌的損傷，尤其是在足部的內側弓，踝關節一般會外翻和向下轉。
這些年，已經制造出一些踝-足矯正裝置來糾正足下垂并使患者能夠以較為正常的方式行走。現有技術的一種踝-足矯正裝置包括金屬或塑料制成的背側板，背側板在跟腱后面延伸并與跨越足底的踏板結合。這種踝-足矯正裝置具有至少一個圍繞膝關節下面的下腿延伸的箍帶。這種踝-足矯正裝置的不利之處在于矯正裝置沿腿的背部延伸而對連接處產生不利影響，使步態十分僵硬。這種矯正裝置的另一個缺點是小腿和跟腱承受沉重的壓力，這有可能使穿戴這種矯正裝置的患者感到疼痛和不適。還有，這種矯正裝置在步態周期會對患者的腿部造成不利影響，因為矯正裝置只是布置在腳跟背面，因而不能提供平穩的腳跟撞擊。
現有技術的另一種踝-足矯正裝置由Otto Bock公司生產并以商標“Walk On”銷售。這種踝-足矯正裝置用碳素纖維加強的材料制成，因而能夠對足屈和背屈提供適度的抵抗力并對冠狀面進行一些控制。這種矯正裝置的結構包括利用小碳纖維彈性件連接在小腿肚帶上的踏板，碳素纖維彈性件環繞內踝并向上延伸至后腿肚區域，而且還包括將矯正裝置固定到下腿的箍帶。踏板在腳跟撞擊時壓縮，能量從中間位置返回到腳趾，通過從腳跟撞擊到中間位置的剛度增大以及從中間位置的剛度減小，使腳趾滾轉更加容易。這種設計在佩戴時較少引人注目，因為它環繞內踝而且碳素纖維加強的材料很耐磨。此外，這種設計較傳統的塑料后部設計方案更為有利，因為它在足部的內側延伸，因而使矯正裝置具有腳跟部分和腳趾部分而有助于使腳跟撞擊更加平穩。然而，這種矯正裝置的一個缺點是可能產生非常大的足屈，因為它沒有適當的前支撐而只是加強了踝關節和足部的后面。而且，這種設計方案不提供任何側向支撐，因此，除非患者穿著又高又硬的鞋子，否則無法避免足部反轉。
在踝-足矯正裝置的一種變型中，美國專利5,897,515公開了這樣一種踝-足矯正裝置，其包括用可撓曲材料制成的框架，框架延伸到下腿前部和外側踝關節，而且還延伸到足底一部分下面以連接踏板。這種矯正裝置需要有至少一個基本上不可彎曲的加強件，加強件延伸到框架前部的一個窄部分上面。在實際應用中，已經發現覆蓋下腿的前殼層由于沿腿前部的覆蓋面積的數量會使患者不適，結果形成過度汗濕區域，而且在行走時有過大的壓力施加在脛骨部位。此外，還發現這種矯正裝置存在斷裂問題，尤其是在矯正裝置延伸到外側踝關節并與踏板相連的部位。
在一種包括在脛骨外側部分延伸的支柱的矯正裝置中，比如美國專利5,897,515所介紹的矯正裝置，患者在其步態的擺動階段具有足夠的支撐，但是在其步態的站立階段卻沒有足夠的支撐來防止足部外翻。在站立階段缺乏支撐在一定程度上是由于缺乏對足部內側弓的支撐以及外側支柱不能支撐前脛骨肌的整個長度。雖然許多傳統的帶有橫向延伸支柱的踝-足矯正裝置可以使患者更多地控制背屈并防止過度足屈，但是已經發現這些矯正裝置并不能為足部的內側弓提供足夠的支撐。結果，佩戴著這些傳統矯正裝置的患者沒有足夠的力阻止腳向下轉，因為反轉足部的能力并沒有增大。而且，只有橫向支柱的矯正裝置不能提供足夠的外翻足控制，因而不足以使踝關節穩定，也不能提供足夠的踝關節聯接。
對于上述所有的矯正裝置來說，每一種矯正裝置在一定程度上都不能令人滿意地在患者步態的站立階段提供足夠的內側支撐，以及在患者步態的擺動階段提供足夠的外側支撐。
因此，顯然需要這樣一種踝-足矯正裝置，能夠為患者的內側和外側踝關節部分提供支撐，提供動態的背屈和足屈支撐，提供便于腳趾滾轉的踏板，以及提供更加耐用而且在正常使用時不太容易產生材料破損的新的設計方案。

發明內容
本發明的第一個目的是要克服與現有技術有關的上述缺點。
本發明的另一個目的是要提供一種踝-足矯正裝置，能夠提供動態的足屈支撐，使患者行走時的步態更加自然和生動，同時保持足處于功能位置。
本發明的還有一個目的是提供一種踝-足矯正裝置，具有用來支撐下腿前部的整體式框架，框架沒有覆蓋下腿的整個前部，能夠使矯正裝置保持輕便、堅固和耐用。
本發明的還有一個目的是提供一種踝-足矯正裝置，能夠提供平穩的腳趾滾轉或者使腳跟撞擊位置的壓力轉換到腳趾離開姿態，從而使佩戴這種矯正裝置的患者在行走時有自然的感覺。
本發明的這些以及其它的目的是通過提供這樣一種踝-足矯正裝置來實現的，這種踝-足矯正裝置最好具有結構框架，包括至少一層浸漬了硬化結構樹脂的織物。在本發明的一個實施例中，所述框架是整體式的并包括兩個前支撐件，其形狀和尺寸設計成從患者膝關節下面向下延伸至患者腿部前面，從而沿其長度方向在其間形成間隙。前支撐件在患者踝關節的前面接合以形成延伸至中間部分或支柱的前踝部，所述中間部分圍繞患者的內側踝關節延伸并連接到患者足底下面的踏板。
踏板可以具有曲線形狀，且其腳跟和腳尖端之間具有變化的剛度特性。本發明中的踏板設計能夠提供平穩的腳趾滾轉或者使腳跟撞擊位置的壓力轉換到腳趾離開位置，從而使佩戴這種矯正裝置的患者在行走邁步時具有自然的感覺。矯正裝置的比其它部位承受較高壓力的部位用額外的加強纖維加強。
與上述現有技術的矯形裝置不同，本發明的矯正裝置包括中間支柱或中間部分，可大體上沿脛骨前肌延伸并延伸到內側踝關節上。借助于為踝關節提供的內側支撐，這種矯正裝置形成了三點壓力系統，其中兩個壓力點位于鞋子的外側和患者上小腿肚的外側。第三個壓力點沿內側支柱延伸并防止足部向下轉以及踝關節呈現一種固定的結構姿態，在這種結構姿態中足部或足部的一部分出現外翻或處于外翻足位置。
通過下面參考附圖所作的詳細說明，本領域的技術人員將更清楚地了解本發明的其它優點。


圖1是本發明矯正裝置一個實施例的透視圖；圖2是在患者右下腿上的本發明矯正裝置一個實施例的透視圖；圖3是在患者右下腿上的矯正裝置另一實施例的側視圖；圖4是在患者右下腿上的矯正裝置的另一側視圖；圖5是具有優選帶箍裝置的矯正裝置的透視圖；圖6是具有另一優選帶箍的矯正裝置的透視圖；圖7A是本發明踏板的實施例的頂視平面圖，示出了具有不同相對厚度的變化區域；圖7B是圖7A中踏板的側面圖；圖8是曲線圖，示出了踏板剛度和具有正常步伐的人所施加力之間的關系；圖9是本發明踏板的示意圖，示出了踏板中纖維層數量與單向纖維層數量之間的比較；圖10是一示意圖，示出了沿踏板布置的單向纖維的方向；圖11是一示意圖，示出了從內側連接件延伸至踏板的纖維；和圖12和13示意性地示出了本發明矯正裝置形成的加強區域。
具體實施例方式
參考圖1和2，圖中示出了本發明踝-足矯正裝置的優選實施例。這種踝-足矯正裝置通常由整體框架10構成，包括至少一層浸透了硬化結構樹脂的織物。在此實施例中，矯正裝置分別包括外側及內側的前支撐件14、12，其形狀和尺寸設計成從患者腿部11的膝關節下面沿腿部前面向下延伸，沿腿部11的一部分長度在其間形成間隙。外側和內側的前支撐件14、12在患者踝關節13的前面結合以形成前踝部16。踝關節部分16最好延伸至內側連接件18，內側連接件圍繞患者踝關節13的內側延伸并連接到位于患者足部17底下的踏板20。
作為可選擇的方案，踝關節部分可以延伸至外側連接件，該外側連接件圍繞患者踝關節的外側延伸并連接到踏板，或者踝關節部分可以延伸至外側連接件和內側連接件的組合件，該組合件圍繞患者踝關節的相應部分延伸并連接到踏板。
兩個前支撐件12、14的結構使得能夠容易地在腿部周圍進行調節，而且根據患者的要求通過調整兩個前支撐件12、14的相對位置能夠實現最佳配合。框架10的結構還可以允許腿部11有些向前彎曲，這樣使下腿11上部的框架10的區域具有彈性并減輕腿部11上矯正裝置以及踏板20附近踝關節13的一部分壓力。此外，框架10的結構使得在下腿表面周圍能夠有充分的空氣流通。
兩個前支撐件12、14從其近端至踏板20距離的大致三分之二處最好保持分叉。已經發現如果將前支撐件延長而使踝關節部分縮短，那么框架的剛度提高而撓曲性降低，與此相反，如果將前支撐件縮短而使踝關節部分延長，那么框架的剛度降低而可撓曲性增大。應當認識到使前支撐件從優選的三分之二距離處長度延長或縮短以獲得更大的剛度或撓曲性也在本發明范圍之內。
雖然在一優選實施例中，前支撐件12、14可以具有相同的剛性，但是前支撐件也可以設置成，使每個前支撐件具有不同的剛度。比如，外側的前支撐件可以比內側的前支撐件硬，或者反過來。而且，其中一個前支撐件可以比另一個前支撐件更長，或者與此類似，其中一個前支撐件可以具有比另一個前支撐件更大的寬度或厚度。前支撐件的長度、寬度或厚度可以優化以適應患者的特殊要求。
雖然已經介紹了本發明矯正裝置的框架具有兩個前支撐件，但是根據患者具體條件的需要，框架也可以具有一個前支撐件或兩個以上的前支撐件。
本發明的踝-足矯正裝置至少可以采用若干種不同的結構，以將框架連接到患者的小腿。在圖1所示實施例中，外側及內側的前支撐件12、14由橫過腿部11的橫向框架部件40相連。橫向框架部件40的外側和內側連接到固定裝置22，固定裝置22設計成能環繞腿部11將框架10固定在退部。橫向框架部件40包括可拆卸地連接的固定裝置22的扣件42。雖然可以使用常見的鈕扣和鈕扣孔、按扣或其它類似的扣件，但安裝在橫向框架部件40及固定裝置22的相對交疊側上的互補鉤-圈織物扣件更為優選。
橫向框架部件可以在制造框架時與框架整體形成，或者可以在框架加工完成之后永久或可釋放地固定到框架上。橫向框架部件可以用結構材料如樹脂浸漬玻璃、碳素纖維或聚芳基酰胺纖維、聚合物如聚乙烯或聚亞安酯、或所屬領域技術人員已知的其它任何適用于踝-足矯正裝置的材料制成。另外，橫向框架部件還可以包括織物和襯墊的組合體，無論是與結構材料相結合還是單獨使用，其具有足夠的剛性以提供支撐給患者。
在圖2、3和4所示的另一個實施例中，固定裝置22連接在外側及內側的前支撐件12、14上并環繞腿部11以固定框架。如圖3、4所示，本實施例的框架10包括從前支撐件12、14延伸出并大體上與之垂直的上腿接合部分55、57。上腿接合部分55、57設計成環繞患者腿部11外圍至少一部分，從而為腿部提供橫向支撐并提供足夠的表面積，以將框架10固定到腿部11。
固定裝置可以用織物、松緊帶或所屬領域技術人員已知的其它任何材料制成，可環繞腿部并將外側及內側的前支撐件固定在上面。此外，固定裝置可以用至少一種具有透氣特性的材料制成，以減少腿部局部區域的汗液積聚，或者所用的材料能夠存儲和釋放能量來保持所需要的溫度，從而減少局部區域出汗。
如圖5所示，鉤-圈材料的鉤-圈部分53最好固定于前支撐件12、14的上接合部分55、57。固定裝置22的固定端59最好固定到其中一個上接合部分55，并包括與鉤-圈部分53互補的鉤-圈材料部分。固定裝置22的自由端61的形狀和尺寸設計成能環繞患者腿部以結合鉤-圈部分53。這一特定實施例的優點是能夠容易地對緊固帶44進行調節，并將框架10牢固地固定到患者腿部，以防止前支撐件12、14相對腿部運動。
在此特定實施例中，鉤-圈部分53最好是在制造框架10時粘貼到前支撐件。舉例來說，制造框架時，可以將聚合物涂覆織物套在形成框架的纖維層板上，并一起放入高壓釜中固化。在固定裝置所要連接的前支撐件上接合部分的織物區域中形成小切口。鉤-圈部分粘貼在織物的切口上，因此當層板的樹脂固化時，樹脂將通過切口滲透到鉤-圈部分，從而與鉤-圈部分結合。
這一特定實施例不但在外觀上更具吸引力，而且還能簡化將矯正裝置固定到患者腿部的方式。鉤-圈部分與固定裝置結合使得緊固帶的自由端能夠可拆卸地安裝到患者腿部的各個位置并可以遞增調節。
在圖6所示的另一個實施例中，框架10包括緊固帶44，其形狀和尺寸設計成能環繞患者的小腿肚區并穿過至少一個環圈52，環圈52連接在外側及內側的前支撐件12、14中的一個或兩個上。緊固帶44的兩端可以帶有如上面提到的扣件42，扣件42設計成能與緊固帶44另一端上的對應扣件結合。緊固帶44可以固定在前支撐件12、14其中至少一個上，或者可以是能夠穿過至少一個環圈52的不連接的松脫的條帶。
本發明的矯正裝置可以包括用來加強框架的支撐件。這樣的附加加強件可釋放地固定在框架上或與之結合成整體，以選擇性地為腿部區域提供附加支撐。
如圖1所示，框架10可以設有大致上從靠近踝關節部分16的近端位置延伸并環繞患者腿肚區域的外側腿部支撐件26。外側腿部支撐件26可釋放地連接在框架10上或與之結合成整體，并包括固定到框架10的內部或外部的預浸漬織物附加層、模壓玻璃纖維可彎曲層或可改進的預固定材料。如果框架10帶有外側腿部支撐件26但卻發現不需要進行支撐，那么可以用矯正術領域技術人員已知的方式將外側腿部支撐件從框架上取下。
作為可選擇的方案，如圖4所示，本發明可以包括橫向踝部支撐件24，其靠近踝關節部分16的遠端設置并在上面橫向延伸。橫向踝部支撐件24可以與框架整體形成，或者也可以用上面所提到的扣件42可釋放地固定在框架上。可以使橫向踝部支撐件延伸到患者的足部17上以提供額外的支撐，從而防止在步態周期的擺動階段發生外轉，而這種情況對于足下垂患者來說是常見的。
本發明的踝-足矯正裝置可以各種實施例來實施，其目的是要為佩戴這種矯正裝置的患者提供舒適性。
在本發明的一個實施例中，至少其中一個前支撐件可以包括布置在相對患者腿部表面的襯墊。這種襯墊可以覆蓋在框架的局部表面上，在預定的部位結合到框架中，或者可以連續薄片的形式在前支撐件之間延伸，以跨越其間的間隙。這種襯墊最好是柔軟及輕便的，能夠提供出色的減震作用并防止皮膚起泡。襯墊優選使用的材料包括用交聯閉孔泡沫塑料制成的彈性泡沫塑料，或者用不可壓縮硅樹脂制成的硅樹脂層。而且，襯墊最好包括設置在上述材料上面的織物覆蓋層。
在另一實施例中，前支撐件的內面可以包括粘貼到表面的鉤-圈材料部分。提供具有鉤-圈材料對應部分的襯墊材料，使得患者能夠選擇性地除去襯墊材料或者將襯墊材料安裝到前支撐件。在另一實施例中，襯墊材料可以預制成與框架具有大體相同外形并能夠與矯正裝置精確配合。襯墊材料的結構并不限于只是沿前支撐件的內表面布置，而是也可以延伸到前支撐件的外表面，或在矯正裝置的整個周圍延伸，從而形成袖狀結構。
在本發明矯正裝置的另一個實施例中，可以設有跨越前支撐件之間間隙的薄片，在腿的前部上有效地形成殼層。薄片最好是可以彎曲的，以免妨礙前支撐件的功能，但又應具有足夠的剛性以提供額外的對腿部的支撐。這種可彎曲的薄片可以是疊層材料、玻璃纖維織物、氯丁橡膠、彈性棉紗、橡膠、泡沫橡膠、乳膠、硅樹脂，以及所屬領域技術人員已知的其它任何適當的可彎曲材料及其任意組合。或者，這種薄片是不能彎曲的，并且可以從包括棉布、帆布、乙烯基、尼龍、以及所屬領域技術人員已知的其它任何適當的可彎曲材料及其任意組合的組中選擇。所屬領域的技術人員可以用已知的其它任何方式將薄片縫合、編織、連接、粘貼或固定在框架上。
框架最好用由塑料樹脂加強的若干層玻璃纖維織物制成。框架的特定位置的玻璃纖維織物可以在塑料樹脂中用樹脂浸漬碳素纖維或聚芳基酰胺纖維加強，從而提供額外的結構強度和不同程度的撓曲性。在本發明的一個實施例中，沿前支撐件、前踝部、內側連接件以及踏板用單向碳素纖維加強框架。在此實施例中，單向碳素纖維最好大體上沿框架的縱向長度取向。而且，在此實施例中玻璃纖維織物相對于單向碳素纖維的取向最好大體上為45度以提供最理想的強度和撓曲性。加強內側連接件和踏板最好采用環氧樹脂基質預浸漬的若干聚芳基酰胺纖維，以提供延長使用壽命所需的額外韌度和撓曲性。
框架的某些部分可以只用玻璃纖維織物，而且這種纖維的方向以預定方式形成。例如，圖5中從前支撐件延伸出的上接合部分55、57只用玻璃纖維織物制成，其中玻璃纖維相對于其環繞患者腿部11的寬度方向最好成45度及其倍數。此外，在上接合部分使用的玻璃纖維的取向可與圖1外側腿部支撐件26的玻璃纖維的取向相同。
應當認識到框架的特定部位可以采用塑料樹脂加強的附加纖維層，使這些部位具有更大的結構強度。例如，框架的中間部分可以具有比前支撐件更大的厚度，使踏板與踝關節部分之間形成更為剛性的連接以承受患者行走時施加的力。
在其它一些結構中，框架和踏板可以包括其它材料，如所屬領域的技術人員所知道的玻璃纖維、硅樹脂、聚亞安酯涂覆的合成彈力纖維、聚亞安酯薄膜、Alkantara以及塑料覆蓋織物。框架和踏板的理想材料特性應當是具有足夠的彈性以防止在重復彎曲應力的作用下破裂，以及具有充分的撓曲性以增強患者感覺到的性能，從而使患者行走時的步態更加自然和生動。
應當認識到本發明并不限于上述纖維種類、位置及取向，而是可以根據所要求的撓曲性和強度進行取舍，在不同位置包括或省去某些纖維結構。此外，本發明的框架和踏板可以用聚合物如聚乙烯或聚亞安酯制成，并且可以選擇性地用至少一種結構材料或復合材料加強。
本發明矯正裝置的選定部位可以覆蓋聚合物涂覆織物，如聚亞安酯涂覆的合成彈力纖維或氯丁橡膠，以形成光滑的表面層并防止局部區域的纖維分層。所選定的部位最好包括前支撐件、踝關節前部、不與患者腿部接觸的中間部分的表面，以及踏板的全部外表面。但是，應當認識到覆蓋層并不限于布置在所介紹的選定部位，而是可以設置在框架的任何表面上。
矯正裝置的這種覆蓋最好是在層疊纖維板之后將聚合物涂覆的織物布置在框架上，然后將框架放入高壓釜中進行。當層疊板的樹脂開始固化時，纖維與聚亞安酯涂覆的合成彈力纖維固化。這使矯正裝置的表面在外觀上更具吸引力，并可防止矯正裝置一旦分層時從纖維產生碎片。
參見圖7A和7B，圖中示出了踏板20，其從腳尖至腳跟的長度最好大致等于足部17的腳底長度。踏板20包括腳尖端28、腳跟端32以及在其間的中間區域30。踏板20基本上與足部17一致，并具有曲線形狀，其厚度從中間區域30至腳跟端32和腳尖端28逐漸減小。
踏板20的性能與行走邁步時足部17的四個姿態有關。行走邁步的第一個姿態引起腳跟撞擊，此時患者將重量傳遞給前腳的腳跟。盡管來自患者重量的大部分壓應力都被內側連接件18加強的踝關節部分吸收，踏板20的撓曲特性使得腳跟端32的后部能夠輕微彎曲。如圖7A所示，腳跟端32的相對厚度，如圖中用數字表示，在靠近中間部分30的部位較大。
第二個姿態發生在站立姿態或當患者到達大致上平足的姿態時，此時踏板20沿其整個長度基本上都與地面接觸。在這一姿態，患者的重量壓力通過所謂的“滾轉”運動不斷地從腳跟端轉移到腳尖端。如圖7A所示，中間區域30沿其長度方向保持不變的厚度以提供均勻的滾轉效果。
圖7B示出了本發明的另一個可供選擇的實施例，其中踏板20的腳跟端32相對于中間區域30向下彎曲。當處于滾轉和腳跟離開的姿態時，下彎部分33能夠提供額外的彈性而對腳跟端32起到減震作用。下彎部分33可延遲足部疾病“扁平足”的出現，這種疾病在患者不能達到正常足部的剛度時發生，而且是足下垂的一種常見的早期癥狀。作為使扁平足延遲出現的另一種可供選擇的方案，踏板20可以具有變化的剛度，以替代在踏板20設置彎曲部分。
第三個姿態發生在結束站立“腳跟離開”的姿態，這時患者推開足部的圓形和腳趾部位。結果，腳尖端28承受很大的壓力并會顯著彎曲而使患者的足部能夠吸收一些壓應力。如圖7A和7B所示，從中間區域30到腳尖端28的相對厚度減小。在腳跟離開的姿態，踝關節部分吸收患者所產生壓力的大部分，踏板20和踝關節部分16配合工作以提供變化的性能。
在第四個姿態，患者重量的一部分傳遞給另一只腳。在這一姿態，腳尖端28的彎曲較小，而踝關節部分16少量彎曲。這一姿態被稱作“腳趾離開”姿態。
所屬領域的技術人員應當知道踏板20上述部位所需要的厚度可以根據患者的情況進行修改。因此，如圖7A和7B所示的本發明踏板20并不限于在這些附圖中示出的不同相對厚度。
雖然踏板應當基本上覆蓋足部的長度以充分控制患者的步態并同時分配來自足部的壓力，但是踏板可以設置成偏離足部的內側而大體上覆蓋足底的中間部分。通過使踏板偏移，可以減輕腿前部和踝關節處的壓力。而且，可以將踏板的內側部分除去，以實現其相對于足部內側的偏移位置。另外，可以將腳尖端和腳跟端的部分除去，以提供可放置在鞋中的更符合顧客要求的踏板，并減輕矯正裝置某些部分的壓力。
本發明的踏板可以具有相對于其內側部分加寬的外側部分，于是踏板的外側部分更為靠緊地擠壓患者鞋子的外側。由于設有加寬的踏板外側部分，矯正裝置的中間部分不會擠壓患者足部的足舟骨。
踏板20包括沿其長度方向與編織纖維層結合的層疊單向纖維層。沿不同區域28、30和32設置的單向纖維層和編織纖維層的數量根據上面參考圖7A和7B介紹的不同厚度而變化。
圖8示出了健康人行走的力學分析，以說明當右腳跟撞擊(RHS)、左腳跟撞擊(LHS)和右腳趾離開(RTO)時，本發明的右腳踏板的剛度變化。實線56表示具有正常步態的人當行走時施加到地面的力。虛線54表示從腳跟端32到腳尖端28的踏板剛度。舉例來說，假定踏板為10英寸，RHS表示距離腳跟端32為1.5英寸的點，而LHS表示距離腳跟端32為7.5英寸的點。于是RTO表示距離腳跟端32為10英寸的點。
圖9是一示意圖，示出了踏板20中單向纖維層相對于編織纖維層的數目。在踏板20的內側38，圖9示出了沿部位28、30和32布置的預定數目的單向纖維層。在踏板20的外側36，圖9示出了沿部位28、30和32布置的單向纖維層及編織纖維層的總數。
圖10示意性地示出了沿踏板20長度方向的單向纖維相對患者足部印跡60的方向52。纖維大致上沿方向52布置，該方向是沿患者行走時地面和足部之間運動的反作用力的方向，以及踏板20中產生的張力方向。通過沿反作用力的方向定位單向纖維，可以使佩戴矯正裝置的患者行走時足部的旋轉運動減到最小。
如圖11所示，踏板20的單向纖維46沿踏板20的長度方向單向布置，使得從內側連接件18延伸出的纖維層44與踏板20的纖維46交織在一起。單向纖維44當到達踏板20時改變方向，沿方向52延伸。內側連接件纖維44與單向纖維46之間的接合使得內側連接件18與踏板20之間的矯正裝置得到加強，從而減少矯正裝置在內側連接件18和踏板20之間的點48處材料破損的危險性，因為這是矯正裝置最容易發生斷裂的區域。
通過改變內側連接件的層數以及踏板本身的層數，可以改變矯正裝置的剛度以更好地適應每個患者。適當的剛度對于正好在腳跟撞擊之后控制跖屈率以防止足拍是很關鍵的。如上面所提到的，足下垂患者的足部背屈肌部分或全部損傷，于是當腳跟撞擊時患者拍打其足部，而在步態周期的擺動階段其腳趾撞擊地面。步態的這兩個階段所需要的背屈肌力矩顯著不同，因為在擺動時保持足部抬起所需的力矩只是足部的重量乘以較短的杠桿臂長，杠桿臂長為足部的質量中心至踝關節轉動臂的距離。另一方面，正好在腳跟撞擊時腳底彎曲所需的力矩會由于重量的原因要高很多，因為當患者將其腳跟放到地面上時，將其體重轉移到腳上。
從內側連接件18延伸出的纖維44沿踏板20分層布置，防止踏板20中產生空洞，并減小行走邁步時踏板20的應力。應當注意到如果將內側連接件的所有層都安置在踏板的兩個相同層之間的話，會在踏板的某一區域產生很高的應力。于是，可能會產生大量的空洞，因為從內側連接件延伸出來的所有層都很大，因此很難除去層間的這些空洞。已經發現從內側連接件只是放置2-4層纖維至踏板，然后將一層踏板放置在這樣的纖維層上面，并重復這一步驟直至疊層完成，就能夠大大減少空洞的存在，并通過踏板層增大從中間連接件延伸的纖維的受壓面積。
制造時，在至少其中一個步驟將真空施加到踏板20和內側連接件18之間的連接部分以減少纖維層44、46的疊層中的空氣。對于本發明來說十分重要的是要除去空洞或使空洞保持最少，因為已經發現隨著纖維層之間空洞的增加，矯正裝置的使用壽命顯著降低。
可以使聚芳基酰胺纖維與踏板20的纖維層46結合以提高其撓曲性和韌性并減少材料破損的危險性。聚芳基酰胺纖維還有助于防止纖維層44在踏板20將要損壞的情況下產生分層。雖然設想將聚芳基酰胺纖維用于連接踏板20的內側連接件18的下部，但是所屬領域的技術人員如果認為需要的話，可以將聚芳基酰胺纖維結合到矯正裝置的任何部位以提高其撓曲性和韌性。
優選的是，將聚芳基酰胺纖維結合到內側連接件18與踏板20之間的連接處，其中單向聚芳基酰胺纖維從內側連接件18轉向至踏板20。當患者的步態周期到達腳跟撞擊姿態時，施加在矯正裝置上的力集中在踏板的內側。因此，最好用聚芳基酰胺纖維加強踏板的中間部分，以防止矯正裝置損壞。
在本發明框架的另一個實施例中，可以三維疊放的方式將纖維布置在框架的預先選定部分。與簡單地沿某一個方向布置纖維不同，可以沿不同方向設置許多纖維以形成三維結構。已經發現經過交變負載，在單向纖維的樹脂中會產生微裂縫，這些微裂縫隨著時間的推移擴大而導致單向纖維層的分層。通過使用三維方法布置纖維，可以減輕單向纖維層的分層，因為取向不同的許多纖維將單向纖維結合在一起。
在一優選方法中，三維纖維的疊放構造方式包括在單向纖維層之間設置取向不同的纖維，這些纖維以不平行于單向纖維方向的角度延伸。舉例來說，大體上沿第二平面延伸的若干纖維可以布置在大體上沿第一平面延伸的單向纖維層之間。而且，在內側連接件和踏板之間的連接處，從內側連接件延伸至踏板的纖維層可以認為是沿不平行于踏板單向纖維的第一平面的方向延伸。沿第二平面延伸的纖維可以布置在從內側連接件和踏板延伸出的纖維層之間。雖然夾在中間的纖維可以任何不平行于單向纖維的角度延伸，但是這些纖維最好垂直于單向纖維延伸以得到最佳的強度。
如圖12和13所示，可以采用另一種形成三維纖維結構的方法，其中起碼設有包括至少一層纖維的加強件62，以加強內側連接件18和踏板20易于損壞的部位。加強件62可以不平行于踏板和內側連接件單向纖維的角度環繞踏板20的某些部分。當壓層的初始疊放完成之后，將加強件62包裹或布置在矯正裝置可能發生分層的部位周圍。
在這種特定的三維構造方式中，加強件62的至少一部分將包括大體上沿一平面延伸的纖維，該平面垂直于踏板20的單向纖維平面。這將至少發生在加強件環繞內側連接件18和踏板20外圍的區域。另外，在加強件62大體上沿踏板20和內側連接件18的單向纖維平面延伸的部位，加強件62的這些部分給踏板20和內側連接件18的壓層提供了額外的加強。
應當認識到本發明并不限于以三維纖維結構對中間部分和踏板的部位進行加強，所屬領域的技術人員可以根據需要在矯正裝置中設置具有上述三維纖維的加強區域。
本發明的矯正裝置可以直接在患者的腿和腳上成型，以形成顧客定制的矯正裝置。雖然本發明的矯正裝置允許進行顧客定制并在很大的尺寸變化范圍內進行調整，但是最好使本發明具有各種尺寸，使得矯正器提供者能夠對不同尺寸和外形的患者的矯正裝置進行針對性修改。
作為可選擇的方案，本發明的矯正裝置可以用各種不同的踏板、前支撐件、中間部分和踝關節部分進行裝配，這些部件具有各種不同的結構、剛度和尺寸。而且，踏板和中間部分可以按患者的腿和腳定制成型，而其余部件可以預成型并連接到定制成型的踏板和中間部分以制成本發明的矯正裝置。
應當認識到本發明的上述實施例實際上只是說明性的，所屬領域的技術人員可以對其作出修改。因此，本發明不能認為限于在此公開的實施例，而只是由所附權利要求限定。
權利要求
1.一種踝-足矯正裝置，包括結構框架，由至少一層浸漬了固凝結構樹脂的織物形成，并包括至少一個從上腿接合部分向下延伸到前踝部的前支撐件，所述前踝部延伸至與踏板相連的中間部分。
2.根據權利要求1所述的踝-足矯正裝置，還包括固定機構，在所述上腿接合部分連接到所述至少一個前支撐件。
3.根據權利要求1所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述踏板設有腳尖端、腳跟端以及其間的中間區域。
4.根據權利要求3所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述踏板具有曲線形狀，其厚度從所述中間區域至所述腳跟和腳尖端逐漸減小。
5.根據權利要求4所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述腳跟端相對于所述中間區域向下彎曲。
6.根據權利要求1所述的踝-足矯正裝置，還包括連接到所述框架的外側腿部支撐件。
7.根據權利要求6所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述外側腿部支撐件包括形成環圈的箍帶。
8.根據權利要求1所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述前支撐件、所述踝部分和所述中間部分包括塑料樹脂加強的玻璃纖維織物層。
9.根據權利要求8所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述框架至少一部分包括加強所述玻璃纖維織物層的單向碳素纖維。
10.根據權利要求8所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述踏板和所述中間部分采用結合了至少一層單向碳素纖維或玻璃纖維織物的聚芳基酰胺纖維加強。
11.根據權利要求1所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述踏板用至少一層層狀結構形式的單向碳素纖維制成，在所述層狀結構形式中，若干纖維沿不同方向從所述中間部分延伸。
12.根據權利要求9所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，從所述中間連接件朝所述踏板并沿所述踏板延伸的碳素纖維相對于所述踏板縱向具有多種取向。
13.根據權利要求8所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述中間連接件用聚芳基酰胺纖維加強，所述聚芳基酰胺纖維朝所述踏板延伸而且相對所述踏板縱向具有至少一種取向。
14.根據權利要求1所述的踝-足矯正裝置，還包括一層覆蓋所述結構框架至少一部分表面的涂覆聚合物織物。
15.根據權利要求1所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述踏板固定到所述結構框架的所述中間部分。
16.根據權利要求1所述的踝-足矯正裝置，包括兩個前支撐件，所述前支撐件在其間形成間隙，并在所述前踝部結合。
17.根據權利要求16所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述兩個前支撐件在所述前踝部結合的位置從所述上腿接合部分算起大約為所述結構框架總長度的三分之二，所述結構框架的總長度定義為從所述上腿接合部分至所述踏板的距離。
18.根據權利要求16所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，上腿接合部分從各前支撐件的近端延伸，各上腿接合部分的寬度大于所述前支撐件的寬度并具有曲線形狀。
19.根據權利要求1所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述結構框架包括至少一個加強件，在所述中間部分和所述踏板之間連接處或附近結合到所述框架，所述加強件包括至少一層結構材料或復合材料。
20.根據權利要求19所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述至少一個加強件延伸到所述結構框架周邊部分的至少一部分。
21.根據權利要求1所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述中間部分的剛度大于所述前支撐件和所述前踝部的剛度。
22.根據權利要求1所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述結構框架是整體式的，所述踏板構成所述結構框架的一部分。
23.一種踝-足矯正裝置，包括結構框架，所述結構框架包括至少一個從上腿接合部分向下延伸到前踝部的前支撐件，所述前踝部延伸至與踏板相連的中間部分。
24.根據權利要求23所述的踝-足矯正裝置，還包括連接到所述踝關節部分的外側腿部支撐件。
25.根據權利要求23所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述踏板沿其縱向長度具有變化的剛度特性。
26.根據權利要求23所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述踏板的所述外側部分和中間部分具有變化的剛度特性。
27.根據權利要求23所述的踝-足矯正裝置，包括兩個前支撐件，所述前支撐件在其間形成間隙并在所述前踝部結合。
28.根據權利要求23所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述結構框架是整體式的，所述踏板構成所述結構框架的一部分。
29.根據權利要求28所述的踝-足矯正裝置，還包括設置在所述結構框架至少一部分的襯墊，所述襯墊與所述結構框架結合成一體。
30.根據權利要求23所述的踝-足矯正裝置，還包括至少一個可釋放地固定在所述結構框架上的襯墊。
31.一種踝-足矯正裝置，包括整體式的結構框架，由至少一層浸漬了硬化結構樹脂的織物形成，并包括至少一個前支撐件，其從上腿接合部分向下延伸到與踏板相連的前踝部，所述踏板沿其縱向長度具有變化的剛度特性。
32.根據權利要求31所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述框架的中間部分連接所述前踝部至所述踏板。
33.一種踝-足矯正裝置，包括結構框架，所述結構框架包括至少一個前支撐件，其從上腿接合部分向下延伸到前踝部，所述前踝部與踏板相連，所述結構框架覆蓋有聚合物涂覆的紡織材料。
34.根據權利要求31所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，所述聚合物涂覆織物與所述結構框架結合成一體。
35.一種踝-足矯正裝置，包括結構框架，由塑料樹脂加強的若干層結構纖維形成，包括至少一個前支撐件，其從上腿接合部分向下延伸到前踝部，所述前踝部與踏板相連，所述框架的至少一部分中有至少一層單向纖維大體上沿第一平面延伸，并有若干纖維沿不平行于所述第一平面的第二平面延伸，所述沿第二平面延伸的若干纖維布置在沿所述第一平面延伸的單向纖維層之間。
36.根據權利要求35所述的踝-足矯正裝置，其特征在于，沿所述第一平面延伸的若干層單向纖維被設置成沿若干個方向延伸。
全文摘要
一種踝－足矯正裝置，具有結構框架，其由浸漬了硬化結構樹脂的至少一層織物形成。所述框架包括至少一個從上腿接合部分向下延伸的前支撐件，構成了前踝部，并延伸至與踏板相連的中間部分。
文檔編號A61F5/37GK1756518SQ200380102927
公開日2006年4月5日 申請日期2003年11月7日 優先權日2002年11月7日
發明者A·T·因吉穆塔森, O·奧拉夫森, A·V·卡洛森, K·P·V·德萊 申請人:奧蘇爾公司