Brevet FR2464702A1 — publié le 19810320

L'utilisation d'un mécanisme de genou "stabilisé" dans une jambe artificielle est bien connue et des exemples en sont exposés dans les brevets britanniques 779 087 et 1 534 181. Dans ces exemples connus, la fonction d'un mécanisme de genou stabilisé est de s'opposer à la flexion de l'articulation du genou, c'est-à-dire de lui résister ou de l'empêcher, quand la jambe supporte le poids du porteur pendant la phase d'appui et de permettre la flexion pendant la phase d'avance quand le poids a été transféré à l'autre jambe. Ainsi il est connu de résister au mouvement d'articu- lation du genou en captant l'application d'une force de compression sur l'articulation du genou qui se présente quand le porteur fait reposer son poids sur la jambe et en provoquant l'action d'un ruban à friction ou d'un frein sur un tambour tournant dans le genou. La charge prend la forme d'une force agissant à l'axe du genou et ayant sa composante principale dans une direction approximativement parallèle à la partie de la jambe formant le devant du tibia. Un problème lié aux mécanismes connus de genou stabilisé est de synchroniser la libération de la retenue du genou pour qu'elle s'accomplisse au moment correct, c'est-à-dire pendant la période o le poids du porteur est transféré à l'autre jambe avant que la jambe en cause ne soit soulevée du sol pour la phase d'avance. Pour obtenir une démarche relativement naturelle, il est important que la libération s'effectue avant que tout le poids du porteur ait été déchargé de la jambe. Cette condition a été remplie à des degrés variables de succès par les mécanismes connus de genou stabilisé à captage du poids mais il: reste ce problème qu'un réglage soigneux est nécessaire pour obtenir, d'une part, une retenue virtuellement instantanée quand le poids est placé sur la jambe au début de la phase d'appui et, d'autre part, la libération correcte de la retenue vers la fin de la phase d'appui quand une partie du poids du porteur reste appliquée sur la jambe. Il est connu aussi, par une construction proposée pour résoudre le problème ci-dessus, de commander la stabilisation du genou en captant le couple de hanche exercé dans l'articulation restante à la hanche du moignon du porteur, mais cette construction proposée connue comprend un capteur de couple de hanche, un capteur d'angle de genou, un microcalculateur pour recevoir des capteurs des signaux d'entrée, un servomoteur commandé par le calculateur et un dispositif hydraulique commandé par le servomoteur, le dispositif hydraulique commandant la flexion de la jambe autour de l'axe du genou. Cette construction est plutôt complexe et sophistiquée et elle est par suite assez coûteuse et encombrante. Un but de la présente invention est d'apporter une solution au problème exposé ci-dessus en utilisant un moyen relativement simple et peu coûteux. Selon cette invention, une jambe artificielle pour un porteur amputé audessus du genou comprend un dispositif de retenue pour s'opposer à la flexion du genou, un mécanisme dans lequel le mouvement est produit en réponse à l'application du couple par rapport à l'axe de hanche et un moyen mécanique pour transférer et appliquer ledit mouvement audit dispositif de retenue de façon soit à amener le dispositif de retenue à s'opposer à la flexion du genou, soit à dégager la retenue de la flexion du genou ou à aider à ce dégagement. En amenant le dispositif de retenue à s'opposer à la flexion du genou, c'est-à-dire à y résister ou à l'empêcher, en réponse à un couple de hanche tendant à déplacer la cuisse vers l'arrière, c'est-à-dire à un couple d'extension de hanche, le genou peut être constitué pour résister à la flexion ou pour l'empêcher au début de la phase d'appui et pendant cette phase et pour se libérer avant la fin de la phase d'appui et avant que la totalité du poids du porteur ait été trempeérée à l'autre jambe. De cette façon, les actions naturelles du moignon pour stabiliser la jambe au contact du talon avec le sol sont utilisées pour stabiliser le genou artificiel et, de façon analogue, les actions naturelles du moignon utilisées pour fléchir le genou dans le cycle de la marche sont utilisées pour supprimer la retenue du genou ou aider à cette suppression. Ces caractéristiques peuvent être utilisées pour l'obtention d'une démarche plus naturelle. De préférence le moyen dans lequel un mouvement est produit en réponse à l'application du couple de hanche comprend une tringlerie reliant une partie inférieure mobile de la structure de cuisse de la jambe artificielle à la partie principale de cette structure de cuisse, le centre instantané de rotation de la partie inférieure par rapport à la partie principale étant sur l'axe d'articulation naturelle de la hanche du porteur ou au voisinage. Le mouvement dans la tringlerie peut être appliqué au dispositif s'opposant à la flexion du genou par un mécanisme du type à levier, le dispositif de retenue étant sous la forme par exemple d'un frein à ruban de friction agissant sur un tambour tournant qui est monté sur la structure formant la jambe au-dessous du genou. Si le centre instantané de rotation de la tringlerie coïncide avec l'axe de l'articulation naturelle de la hanche, la tringlerie est insensible aux forces linéaires directes (c'est-à-dire dépendant du poids) sur l'articulation de la hanche et ne répond qu'au couple par rapport à l'articulation de la hanche. Dans la forme préférée mentionnée ci-dessus, il y a uneliaison mécanique directe entre la tringlerie et un frein à ruban de friction agissant sur la surface externe du tambour tournant. La liaison directe établit une réponse virtuellement instantanée aux changements du couple de hanche et aussi une mesure de la réaction sur le porteur, ces deux caractéristiques étant importantes en permettant au porteur de"sentir" la commande du genou et de développer une bonne démarche. Il est désirable qu'il y ait un emmagasinage minimal d'énergie dans les composants utilisés pour appliquer la force de retenue et que les composants de la tringlerie en particulier soient rigides et n'aient à subir que de faibles déplacements pour l'obtention de l'effet de retenue de la flexion du genou. Un avantage important d'une jambe selon l'invention est que le genou puisse être réalisé par des parties relativement peu nombreuses et simples. Elle est donc relativement simple et de fabrication peu coûteuse et de plus elle présente une bonne fiabilité et est d'une utilisation facile. On décrira maintenant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'invention en référence au dessin annexé, dans lequel: la figure 1 est une vue de côté schématique d'une tringlerie répondant au couple de hanche et reliée à un frein à friction; et la figure 2 est une-vue schématique montrant les relations de forces entre les parties mobiles de la tringlerie de la figure 1. En référence à la figure 1, dans laquelle l'avant de la jambe est indiqué par la flèche X, la structure constituant la cuisse d'une jambe artificielle a une partie principale 1 et une partie inférieure mobile 2 reliée de façon pivotante à la partie principale par deux biellettes 3 et 4, s'articulant par des axes en 5, 6 et 7, 8 respectivement. Les biellettes 3 et 4 sont doubles, c'est-à-dire que, de l'autre côté de la partie mobile 2, il y a deux biellettes correspondantes qui n'apparaissent pas sur la figure 1. Ces deux biellettes forment avec les deux parties de cuisse 1 et 2 une tringlerie à quatre barres dont les caractéristiques sont telles que la partie inférieure de cuisse 2 puisse tourner par rapport à la partie principale 1 autour d'un centre instantané de rotation 9 (figure 2) qui dans cet exemple est disposé pour se trouver pratiquement en coïncidence avec l'axe d'articulation naturelle de la hanche du porteur quand les biellettes sont dans la position représentée. La biellette avant 3 présente,vers l'arrière, un prolongement coudé 5A avec une troisième articulation de pivotement 10 sur une extrémité d'un ruban flexible de frein 11 qui s'enroule autour d'un tambour tournant 12 fixé à la structure (non représentée) formant la jambe au-dessous du genou. L'autre extrémité du ruban Il est attachée en 13 à la partie de cuisse inférieure 2 et le tambour 12 peut tourner autour d'un axe de genou 14. Le tambour et le ruban de frein constituent ensemble un dispositif de retenue de la flexion du genou sous la forme d'un frein à friction qui résiste au mouvement de la structure formant la jambe au- dessous du genou par rapport à la structure formant la cuisse ou empêche ce mouvement quand le ruban de frein est mis sous tension par une force P1 vers le bas (figure 2) appliquée par un effet de levier de la biellette 3, SA autour de l'articu- lation de pivotement 6. Ainsi, la biellette 3, 3A constitue un levier ayant un point d'appui à l'articulation de pivotement 6. L'effet de stabilisation du genou s'accomplit comme indiqué ci-après. En référence à la figure 2, quand un couple d'extension de hanche T1 est exercé par le porteur, une force F est appliquée à l'extrémité supérieure de la biellette avant 3, ce qui a pour effet d'appliquer par l'articulation 10 une force P1 = F.B/A à l'extrémité du ruban de frein 11. Si maintenant une tentative est faite de fléchir l'articulation du genou (c'est-à-dire de faire tourner le tambour 12 dans le sens horaire), le frottement entre le ruban et le tambour fait augmenter la tension dans le ruban sur la longueur du ruban jusqu a ce qu'à l'articula- tion 13 de l'extrémité opposée la force limite au point de glissement soit P2 P1eAefe ou est le coefficient de frottement entre le ruban Il et le tambour 12 et e est l'angle d'enroulement du ruban 11 autour du tambour 12. L'expression ci-dessus peut être utilisée en conjonction avec les valeurs mesurées de couples typiques de hanche et de genou pour calculer une valeur convenable pour l'angle e qui, dans cette forme d'exécution, est équivalent par exemple à environ 1 tour 1/4 entre les articulations 10 et 13. La figure 1 montre aussi l'extrémité supérieure d'un dispositif connu de commande de la phase d'avance, attaché à la partie de cuisse inférieure 2 en 15. Le mécanisme représenté au dessin nécessite un moyen pour le maintenir ou le rappeler à une position neutre de non-retenue quand le couple d'extension de hanche n'est pas présent. Un tel moyen n'est pas représenté mais peut comprendre d'une manière connue un ressort ou une longueur de cordon élastique. En variante, l'une des biellettes 3 et 4 ou les deux peuvent être en matière flexible, l'une des articulations ou les deux de chaque biellette étant remplacées par une liaison sans articulation avec utilisation de la flexibilité de la matière pour assurer une force de rappel ou de centrage automatique. Le centre instantané de rotation 9 coïncide avec l'axe de hanche naturel dans une seule position des biellettes 3 et 4. Aussi, si on désire produire un mécanisme qui est virtuellement insensible à une charge linéaire dépendant du poids, appliquée sur la jambe, il est avantageux de réduire aulminimum le mouvement des biellettes. Cependant, l'invention n'est pas limitée à un mécanisme de stabilisation qui est insensible à la charge dépendant du poids et la tringlerie peut être conçue pour avoir un centre instantané de-rotation 9 qui s'écarte de la coïncidence avec l'axe de l'articulation naturelle de hanche de façon à introduire délibérément un degré de sensibilité au poids pour aider l'action stabilisa- trice du genou si nécessaire ou pour diminuer ou supprimer l'action stabilisatrice. Par exemple, en utilisant le mouvement inhérent du centre instantané de rotation d'une tringlerie à quatre barres, on peut permettre au centre 9 de se déplacer vers l'arrière quand la tringlerie est écartée de sa position de libération de façon à ajouter une stabilisation dérivée du poids sous l'effet du couple d'extension de la hanche. On peut prévoir que la position d'une ou de plusieurs articulations dé la tringlerie (5,.6,7,8) soit réglable en permettant la variation de la position du centre instantané 9 ou du rapport A/B pour une adaptation à des porteurs différents. Par exemple aussi, lors de la flexion de la hanche, le couple est supprimé ce qui supprimerait la stabilisation du genou dérivée du poids. Ainsi la flexion de hanche, dans une jambe artificielle selon l'invention, 'pourrait être utilisée pour commander un dispositif de retenue qui résiste à la flexion du genou ou l'empêche ou pour aider à cette commande. Il est possible aussi de prévoir une valeur inhérente (qui peut être très faible) de sensibilité au poids pour aider à l'action de stabilisation du dispositif de retenue, par exemple en faisant basculer la tringlerie vers l'arrière. Ainsi, quand on regarde la aigure 1, l'articulation 7 pourrait être placée légèrement plus bas que l'articulation 5 par rapport au plan horizontal passant par l'axe de genou 14.-Cela aurait pour effet que le centre instantané 9 serait toujours légèrement en arrière de l'axe de l'articulation naturelle de la hanche, ce qui rendrait le mécanisme de genou normalement sensible au poids. Dans une telle construction, le couple d'extension de la hanche pourrait être utilisé pour augmenter l'effet de stabilisation (c'est-à- dire la retenue de la flexion du genou) et le couple de flexion de la hanche pourrait être utilisé pour diminuer ou même supprimer la retenue de la flexion du genou o il pourrait être utilisé pour aider quelque autre dispositif à diminuer ou supprimer la retenue de la flexion du genou. De plus, une telle diminution ou suppression de la retenue pourrait se faire, par réglage approprié des positions des articulations ou des longueurs de tringleries, pour s'accomplir au moment o le genou va être plié pour la marche, par exemple juste avant la fin de la phase d'appui. A ce sujet, on peut mentionner qu'une caracté- ristique des mécanismes connus de genoux sensibles au poids est le besoin de plier l'articulation du genou avant cette fin de la phase d'appui tandis que le pied est encore en contact avec le sol et par conséquent quand la jambe supporte encore le poids. Cela signifie que, bien qu'il soit désirable de supprimer la retenue de la flexion du genou avant que le pied quitte le sol, l'action inhérente du mécanisme de genou sensible au poids est néanmoins d'empêcher cette libération et cela est un inconvénient. Il serait possible d'éviter cet inconvénient avec une jambe artificielle selon la présente invention. D'autres formes d'exécution (non représentée), contenues dans le cadre de l'invention, comprenant un mécanisme de genou ayant un sabot de frein intérieur agissant sur la surface interne du tambour tournant. De plus, l'une des biellettes ou les deux de la tringlerie à quatre barres peut comprendre des blocs en matière flexible. Le frein à friction peut être remplacé par un équipement à un dispositif de commande connu de la phase d'avance, le dispositif comprenant une vanne actionnée mécaniquement par la tringlerie captant le couple de hanche pour faire varier la résistance à la flexion du genou. R E V E N D I C A T I 0 N S. 1. Jambe artificielle pour un porteur amputé au-des- sus du genou, comprenant un dispositif pour retenir la flexion du genou et un moyen dans lequel un mouvement est produit en réponse à l'application de couple par rapport à l'axe de hanche, caractérisée par le fait qu'un moyen mécanique (2,3,4A,6,10) est adapté pour transférer et appliquer ledit mouvement au dispositif de retenue (11,12) de manière soit à amener le dispositif de retenue (11,12) à s'opposer à la flexion de la jambe autour de l'axe du genou (14),soit à dégager la retenue de la flexion du genou ou d'aider à ce dégagement. 2. Jambe artificielle selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de retenue pour s'opposer à la flexion du genou comprend un tambour fixé à une structure inférieure de jambe et un organe de frein agissant sur le tambour, caractérisée par le fait qu'un moyen mécanique (2,3,3A,6,10) est relié par pivotement (en 10) à l'organe de frein (11). 3. Jambe artificielle selon la revendication 1, dans laquelle le moyen o le mouvement est produit comprend une structure supérieure formant la cuisse ayant des parties supérieure et inférieure mobiles l'une par rapport à l'autre qui sont reliées par des biellettes articulées par pivotement à leurs extrémités supérieures et inférieures respectivement auxdites parties supérieure et inférieure, caractérisée par le fait que l'une des biellettes de liaison (3) comprend une partie formant levier (CA) reliée au dispositif de retenue (11). 4. Jambe artificielle selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la biellette de liaison (3) est articulée par rapport à la biellette de liaison articulée (4) de façon à établir un centre instantané de rotation qui coïncide avec l'axe de hanche du porteur. 5. Jambe artificielle selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la biellette de liaison (5) est articulée par rapport à la biellette de liaison (4) de façon a établir un centre instantané de rotation en arrière de l'axe de hanche (a) du porteur. 6. Jambe artificielle selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractéris6e par le fait que la position de la biellette de liaison (3) est réglable. 7. Jambe artificielle selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée par le fait que la biellette de liaison (3) est la troisième barre d'une tringlerie à quatre barres dont la première barre est la partie de cuisse supérieure (1), la deuxième barre étant la partie de cuisse inférieure (2) et la quatrième barre étant la biellette de liaison (4).