Brevet FR3037230A1 — publié le 20161216

DISPOSITIF DE VERROUILLAGE DEVERROUILLAGE D'UNE PROTHESE DE GENOU La présente invention concerne un dispositif de verrouillage déverrouillage d'une prothèse de genou, fonctionnant avec la seule énergie du porteur notamment utilisable en cas d'amputation fémorale. Il existe de nombreux dispositifs sophistiqués utilisant des systèmes de vérins hydrauliques avec des électrovannes pilotées à partir d'informations données par des capteurs, intégrant des microprocesseurs. Du fait de système utilisant des moyens électriques, il est nécessaire de prévoir un rechargement de la source d'énergie électrique. Ces dispositifs sophistiqués permettent d'obtenir des réglages très précis mais ils présentent de nombreux inconvénients notamment ils sont complexes et d'un coût élevé. Dans les pays possédant une infrastructure médicale développée, les amputations existent notamment suite à des accidents ou des atteintes vasculaires chroniques associées à un diabète et on constate que certaines personnes ayant un faible potentiel musculaire sont en demande d'une marche plus sécurisée. On connaît par le brevet français FR 2 972 920 un dispositif de contrôle d'une prothèse de genou pour jambe. Ce dispositif de contrôle est entièrement mécanique et d'une grande compacité. Un tel dispositif de contrôle est adapté pour des applications en grand nombre afin d'appareiller notamment des enfants. Pour atteindre cet objectif il est prévu deux parties articulées à rotation entre elles, l'une la partie fémorale solidaire de la partie amputée du fémur, ceci à travers tout moyen adapté et l'autre la partie tibiale qui reçoit un tibia et un pied artificiels, ceci de façon connue. Le but de cette prothèse de l'art antérieur est d'assurer une liberté de l'articulation à rotation lorsque le porteur soulève la jambe et que celle-ci ne se trouve pas en appui sur le sol et d'assurer un blocage de la rotation lorsque la jambe est en appui sur le sol, pour permettre un basculement du corps vers l'avant, ceci de façon à générer une marche aussi naturelle que possible pour le porteur. 3037230 2 Cette prothèse de l'art antérieur propose une solution intégrant une roue libre et des moyens de contrôle de ladite roue libre. Ces moyens de contrôle sont commandés par un câble monté sur deux poulies avec un ressort de précontrainte et une plaquette mobile qui tend ou détend ledit câble et permet de bloquer ou de libérer ladite roue libre. 5 Le montage de ces moyens de contrôle à câbles reste délicat et il faut un câble ajusté, un ressort de précontrainte du câble ou des moyens analogues. Le but de la présente invention est de proposer une solution de contrôle de la roue libre donc du verrouillage déverrouillage, qui est simple, aisée à fabriquer, d'une grande facilité de montage et qui rend la prothèse qui en est équipée encore plus fiable. 10 Le dispositif de verrouillage déverrouillage d'une prothèse de genou selon la présente invention est maintenant décrit en détail suivant un mode de réalisation préférentiel, non limitatif, ceci en regard des dessins annexés, dessins sur lesquels les différentes figures représentent : Figure 1 : une vue schématique en perspective éclatée de la prothèse de genou selon 15 la présente invention, Figure 2 : une vue de la prothèse de la figure 1, montée, Figure 3 : une vue de la prothèse de la figure 1, avec la joue droite retirée, Figures 4A et 4B : deux vues en coupe de la prothèse de la figure 1 montrant la biellette de manoeuvre, et l'agencement des pions des moyens de déverrouillage, 20 Figures 5A à 5G : des vues schématiques lors des différentes phases de fonctionnement durant la marche du porteur. Sur les figures 1, 2 et 3, on a représenté le dispositif de verrouillage déverrouillage d'une prothèse 10 de genou selon la présente invention, cette prothèse 10 comprenant une partie 12 fémorale et une partie 14 tibiale. 25 La partie 12 fémorale est prévue pour être reliée à la cuisse du porteur, non représenté, par tout moyen adapté, non inclus dans la présente invention, seule une platine 12-1 de fixation fémorale et une platine 14-1 de fixation tibiale étant prévues pour les liaisons mécaniques nécessaires avec ces moyens adaptés. Les parties 12 fémorale et 14 tibiale sont montées toutes les deux à rotation, coaxiale autour d'un axe XX', correspondant à l'axe de pliage naturel du genou. 3037230 3 La partie 12 fémorale comprend un disque 16 épais, d'une largeur L, comportant tous les évidements et rognages nécessaires pour l'alléger, dont l'axe central est coaxial avec l'axe XX'. La partie supérieure de ce disque épais porte la platine 12-1 de fixation destinée à recevoir 5 des moyens de liaison à la cuisse du porteur comme indiqué ci-avant, en l'occurrence, ces moyens de fixation consistant en un méplat ménagé sur la surface radiale extérieure supérieure du disque 16 épais, comportant des alésages taraudés destinés à recevoir des vis par exemple. Ce disque 16 épais comprend un logement 18, central, cylindrique, ménagé de façon 10 coaxiale à l'axe XX'. Ce logement 18 central, cylindrique, comporte donc une piste 20 d'une largeur I, inférieure à la largeur L du disque 16 épais et d'un diamètre D. La partie 14 tibiale comprend notamment deux joues 22-1 et 22-2, gauche et droite, ainsi qu'un arbre 24 traversant, unique, monté dans des trous 26-1 et 26-2 correspondants, 15 ménagés dans lesdites joues, cet arbre 24 traversant unique étant également coaxial à l'axe XX'. Cet arbre 24 traversant présente un diamètre d, inférieur à D libérant un espace annulaire E. Cet arbre 24 traversant comporte une cannelure 26, longitudinale, disposé suivant une génératrice. 20 Entre la périphérie de cet arbre 24 traversant et la piste 20 du disque épais, on trouve un montage 28 à roue libre en l'occurrence un montage de roue libre à rouleaux. Ce montage 28 à roue libre comprend un pignon 30 muni de rampes 32, portant également une cannelure 34 de profil conjugué de la cannelure 26 de l'arbre 24 traversant, une clavette 36 assurant l'immobilisation angulaire dudit pignon 30 à rampes 32 sur ledit arbre 24 25 traversant. Le pignon 30 à rampes et l'arbre 24 traversant sont donc également coaxiaux avec l'axe XX'. Après montage, la périphérie des rampes 32 libère un espace e inférieur à E. Un rouleau 38 est interposé entre chaque rampe dudit pignon et la piste 20 du disque épais, le diamètre B de ces rouleaux étant supérieur à la distance séparant la partie haute de la 30 rampe et ladite piste 20 et inférieur à la distance séparant la partie basse de la rampe de cette même piste 20. 3037230 4 Dans un sens chaque rouleau peut se coincer entre une rampe 32 et la piste 20 assurant une liaison mécanique temporaire en rotation entre le disque épais et la partie tibiale. Dans l'autre sens, chaque rouleau coincé se décoince et libère la rotation entre le disque épais et la partie tibiale. 5 II est aussi prévu des moyens 40 de déverrouillage permanent des rouleaux 38, comme cela est visible sur les figures 1, 2 et 3. Ces moyens 40 de déverrouillage comprennent une roue 42 à pions 44, montée également coaxiale à l'axe XX'. Le nombre de pions 44 est égal au nombre de rampes 32. Cette roue 42 à pions 44 est montée libre à rotation autour de l'arbre 24 traversant. 10 Les pions 44 sont orientés parallèlement à des génératrices dudit arbre 24 traversant. Ces pions 44, de façon préférentielle sous forme de cylindre, ne sont supportés que par une extrémité et ils pénètrent dans l'espace annulaire e situé entre la périphérie extérieure des rampes 32 et la piste 20. Le diamètre 0 de ces pions est inférieur à la dimension e. Ces pions ont une longueur telle qu'ils viennent au droit des rampes sans excéder leur 15 largeur. Cette roue 42 à pions comprend une partie 46 déportée entre le disque 16 épais et la joue gauche 22-1. Cette partie 46 déportée, monolithique reçoit quant à elle, des moyens 48 de commande angulaire. 20 Ces moyens 48 de commande angulaire, comme représenté notamment sur la figure 4A, comprennent un logement 50 rotulien borgne, une biellette 52 avec une tête 54 apte à coopérer sous forme d'une articulation à rotule avec le logement 50 rotulien borgne. Le logement 50 rotulien borgne présente une orientation radiale. La biellette 52 se prolonge vers la platine 14-1 de fixation tibiale. 25 Des moyens 53 de rappel, en l'occurrence un ressort, sont interposés entre la partie 12 fémorale et la partie tibiale. En l'absence d'efforts autres, notamment d'inertie, ce ressort 53 rappelle en permanence les deux parties fémorale et tibiale en alignement. Le ressort pourrait être un vérin oléopneumatique avec un réglage de l'effort de rappel. La partie 14 tibiale comporte donc les joues 22-1 et 22-2 et pivote autour de l'axe XX' et du 30 disque 16 épais solidaire de la partie fémorale par l'intermédiaire de l'arbre 24 traversant. 3037230 5 La platine 14-1 tibiale est équipée de moyens de liaison destinés à recevoir un tibia artificiel, ces moyens de fixation consistant en un méplat ménagé sur la surface inférieure de ladite platine, comportant des alésages taraudés destinés à recevoir des vis par exemple. Cette platine 14-1 de fixation tibiale est articulée par un bord distal autour d'un axe YY' 5 défini par un arbre 56, axe de rotation parallèle à l'axe XX' et disposé en avant de l'axe XX' par rapport au sens de la marche indiqué par la flèche F. Ceci sera explicité dans la description du fonctionnement. Cette platine 14-1 comprend un trou borgne 58, orienté radialement par rapport audit axe YY', destiné à recevoir de façon rigide la seconde extrémité de la biellette 52. Ce trou borgne 10 58 reçoit la biellette par vissage par exemple, ledit trou borgne 58 étant alors taraudé et l'extrémité de la biellette étant filetée. Une butée 60, réglable, solidaire des joues 22-1 et 22-2, est disposée sur le bord proximal de façon à limiter l'angle de pivotement de la platine 14-1 vers le haut et donc le mouvement de la roue 42 à pions à laquelle elle est liée par la biellette 52. Cette butée porte une vis qui 15 permet d'affiner le réglage de butée ainsi que des systèmes d'amortissement du choc lors du contact avec la partie tibiale 14. Cette butée 60 est équipée d'un ressort 61 de rappel qui repousse la platine 14-1 vers le bas et qui assure la libération de la roue libre à rouleaux comme cela sera précisé plus avant lors de la description du fonctionnement. 20 De même, l'amplitude angulaire de la platine 14-1 est limitée vers le bas afin de conférer à ladite platine une liberté angulaire de quelques degrés. Le dispositif selon la présente invention comprend de plus des moyens 62 amortisseurs et butée, sous forme d'un bloc muni de pistons à ressorts par exemple. Ces moyens 62 amortisseurs sont utiles de façon à diminuer le choc au contact et à éviter le mouvement 25 angulaire du genou au-delà de l'alignement de la partie fémorale et de la partie tibiale. Ces moyens ne sont pas représentés sur la figure 1 pour la clarté du graphisme. En effet, il faut que la partie 14 tibiale fasse toujours un angle inférieur ou égal à 180°, comme au naturel. De même, une bague 64 entretoise assure le complément avec la joue. 30 On note aussi que cette bague 64 assure avec la roue 42, un centrage des rouleaux, latéralement. Il serait aussi possible de remplacer les rouleaux par des billes. Dans ce cas, la question du centrage ne se poserait pas. La portée d'une bille reste un point, ce qui peut 3037230 6 être largement suffisant pour l'application selon la présente invention, mais dans le cadre d'une recherche de fiabilité, un rouleau présente une ligne de contact, à savoir une génératrice périphérique dudit rouleau, si bien que l'effort est plus réparti, ce qui en fait le choix préférentiel dans la présente invention. 5 En variante, on peut aussi disposer des roulements à billes dans l'espace libre afin d'améliorer le centrage et le support du pignon 30 par rapport à la piste 20, tout en tenant compte du fait que la prothèse doit présenter un poids limité. Ceci permet une diminution des frottements, des jeux de fonctionnement et des usures liées aux mouvements du genou qui se comptent en très grand nombre dès lors que le sujet 10 appareillé commence à marcher. Le fonctionnement du dispositif de verrouillage déverrouillage suivant l'invention est maintenant décrit en regard du synoptique de la figure 5. Sur la figure 5A, le porteur est en position avec la jambe en appui au sol. La platine 14-1 est pivotée vers le haut autour de l'axe YY', en appui sur la butée 60. Le ressort 61 de rappel est 15 comprimé, la roue libre est active et verrouille la rotation. La partie fémorale et la partie tibiale sont immobilisées dans le sens de la fermeture du genou prothétique. La réaction du sol sous le poids du porteur de la prothèse est symbolisée par la flèche qui se situe en arrière du point 0 et du point I. La flèche est donc en arrière du point 0 et de l'axe YY' ou point I et sensiblement parallèle à 20 l'axe passant par le point O. Dès lors que, comme sur la figure 5B, le porteur avance, il fait porter le poids sur l'avant et se trouve en appui unipodal, côté prothèse. Le porteur est toujours en appui au sol et la roue libre est toujours active donc les deux parties restent immobilisées avec un alignement imposé de la partie fémorale et tibiale, 25 figure 5C. Par contre l'ensemble a pivoté du fait du basculement du corps du porteur vers l'avant si bien que la flèche passe devant le point O. Le déplacement du porteur de prothèse se poursuit conduisant au diagramme des efforts de la figure 5D. La réaction du sol s'incline vers l'avant puisque la réaction s'effectue de l'arrière vers l'avant. 30 La flèche correspondante, symbolisant cette réaction, s'éloigne du point 0 vers l'avant en dépassant l'axe YY' et donc le point!. C'est la dernière phase de propulsion vers l'avant juste avant la situation du double appui. 3037230 7 La platine 14-1 est pivotée vers le bas autour de cet axe YY' par le ressort 61 de la butée 60, la biellette 52 actionne la roue 42 avec ses pions 44 qui assurent à leur tour un déverrouillage des rouleaux 38: la roue libre est désactivée. Dès lors, le porteur passe dans une situation où la dynamique de la marche va le conduire à 5 ramener sa jambe et c'est donc le début de la phase pendulaire ou oscillante de la jambe prothétique. Dès lors, figure 5E, après la poussée, le porteur de la prothèse soulève la partie fémorale mais le ressort 53 assure au début un maintien au sol en maintenant l'alignement. Néanmoins, l'effort de rappel est rapidement vaincu par les efforts exercés pour une marche 10 enchaînée. Le pied quitte alors l'appui au sol et la roue libre, déjà libérée, peut oeuvrer. De ce fait, sous l'effet de l'inertie, la partie fémorale avance plus vite que la partie tibiale, si bien que, comme en marche naturelle, les deux parties fémorale et tibiale peuvent pivoter et l'angle de 180° initial diminue fortement. 15 Plus la marche est rapide, plus il y aura d'inertie si bien que le pliage du genou prothétique sera d'autant plus naturel et aérien. Sur la figure 5F, on constate aisément ce pliage maximum. Sur la figure 5G, le porteur de la prothèse ayant avancé la partie fémorale, celle-ci atteint son maximum et la partie tibiale libre revient vers l'avant, sous l'effet de la gravité puis de 20 l'inertie, avec l'assistance du ressort 53 des moyens de rappel. Lorsque le pied se trouve en position requise, le porteur vient en appui et de nouveau il y a blocage angulaire par verrouillage de la roue libre, jambe tendue. Le cule de marche est terminé. On constate aussi que durant toute cette phase de ramenée de la partie tibiale, si le porteur 25 venait, pour une quelconque raison, à s'appuyer sur sa jambe appareillée, la mise en contact du pied avec le sol bloquerait immédiatement la roue libre dans la position angulaire dans laquelle elle se trouve interdisant un pliage supplémentaire et une chute irrémédiable. La prothèse selon la présente invention est parfaitement sécuritaire, en toute occasion. Le dispositif selon la présente invention permet un verrouillage déverrouillage aisé au 30 moyen d'une biellette qui assure le mouvement de rotation de la roue 42 à pions 44 et assure une libération des rouleaux. 3037230 8 Les problèmes d'ajustement sont aisément maitrisés du fait de cette biellette fixe, vissée, de longueur constante, réglable finement par vissage et, les porteurs constatent une marche aisée avec des mouvements extrêmement naturels, sans à-coups, pour une vitesse de marche adaptée. 5 Le déverrouillage est garanti par le mouvement des pions 44 imposé par la détente du ressort 61 de rappel. De façon à assurer un verrouillage de façon certaine, les rouleaux sont sollicités, de façon connue, par un ressort, non représenté, qui tend à les pousser vers le haut de la rampe en permanence. Le blocage des rouleaux entre la rampe et la piste est ainsi instantané. 10 Ces ressorts sont de faible puissance et lesdits ressorts ne peuvent en aucun cas s'opposer aux efforts de poussée des pions 44. Dans le mode de réalisation préférentiel décrit il a été utilisé une clavette 36 pour immobiliser angulairement le pignon sur l'arbre traversant mais il est aussi possible de recourir à des cannelures qui constituent un moyen tout à fait équivalent. 15 Ce dispositif de verrouillage déverrouillage selon l'invention est avantageux et d'une très grande fiabilité. Le réglage s'effectue par les butées si bien que l'adaptation au porteur est rapide et précise. Le montage par empilement et emboîtement reste à la portée d'un personnel médical qui ne nécessite ni une grande qualification supplémentaire en mécanique ni un outillage 20 sophistiqué. Le remplacement de pièces éventuellement usées ou présentant un défaut est très rapide. On note également que les dimensions des pièces sont diminuées si bien que la prothèse elle-même, munie de ce dispositif de verrouillage déverrouillage est d'un poids réduit. Une telle prothèse est parfaitement adaptée pour des applications aux enfants. 25 De plus, le design extérieur des joues et de la pièce fémorale est adaptable très simplement à l'envie esthétique du porteur. REVENDICATIONS1. Dispositif de verrouillage déverrouillage d'une prothèse (10) de genou, comprenant une partie (12) fémorale prévue pour être reliée à la cuisse du porteur, et une partie (14) tibiale munie d'une platine (14-1) tibiale articulée autour d'un axe YY', apte à recevoir un tibia et un pied artificiels, ces deux parties (12) fémorale et (14) tibiale étant montées toutes les deux à rotation, coaxiale autour d'un axe XX', les axes XX' et YY' étant parallèles, correspondant à l'axe de pliage du genou naturel, caractérisé en ce qu'il comprend : Un disque (16) épais constituant la partie (12) fémorale, avec un logement (18), central, cylindrique, ménagé de façon coaxiale à l'axe XX' et comportant une piste (20), Deux joues (22-1, 22-2), gauche et droite et un arbre (24) traversant, unique, coaxial à l'axe XX', constituant la partie (14) tibiale, Un montage (28) à roue libre comprenant un pignon (30) muni de rampes (32) et d'un rouleau (38) par rampe, ledit montage étant interposé entre la piste (20) du disque (16) épais et l'arbre (24) traversant unique, Des moyens (40) de déverrouillage comprenant une roue (42) à pions (44), montée également de façon coaxiale à l'axe XX', les pions (44) étant interposés entre la piste (20) et les rampes (32) du pignon (30), et Une partie (46) déportée des moyens de déverrouillage comprenant des moyens (48) de commande angulaire constituée d'au moins une biellette (52) interposée entre ladite partie (46) déportée et la platine (14-1) tibiale. 2. Dispositif de verrouillage déverrouillage d'une prothèse (10) de genou selon la revendication 1, caractérisé en ce que la biellette (52) comprend une tête (54) à une extrémité, la partie (46) déportée comprend un logement (50) rotulien borgne recevant ladite tête et en ce que la platine (14-1) comprend un trou borgne (58), destiné à recevoir de façon rigide la seconde extrémité de la biellette (52). 3. Dispositif de verrouillage déverrouillage d'une prothèse (10) de genou selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le trou borgne (58) est orienté radialement par rapport à l'axe YY'. 4. Dispositif de verrouillage déverrouillage d'une prothèse (10) de genou selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la platine (14-1) tibiale 3037230 10 est articulée par un bord distal autour de l'axe YY' autour d'un arbre (56), disposé en avant de l'axe XX' par rapport au sens de la marche et traversant les deux joues (22-1, 22-2), gauche et droite. 5. Dispositif de verrouillage déverrouillage d'une prothèse (10) de genou selon l'une 5 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une butée (60), réglable, solidaire des joues (22-1, 22-2), gauche et droite, disposée au droit du bord proximal de la platine (14-1) tibiale de façon à limiter l'angle de pivotement de ladite platine (14-1) vers le haut. 6. Dispositif de verrouillage déverrouillage d'une prothèse (10) de genou selon l'une 10 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (62) amortisseurs et butée, de façon à éviter le mouvement angulaire du genou au-delà de l'alignement de la partie fémorale et de la partie tibiale. 7. Dispositif de verrouillage déverrouillage d'une prothèse (10) de genou selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des billes de 15 roulement disposées dans des cuvettes, en lieu et place de certains ensembles rampe (32) rouleau (38) du pignon (30). 8. Dispositif de verrouillage déverrouillage d'une prothèse (10) de genou selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre (24) traversant comporte une cannelure (26), en ce que le pignon (30) à rampes (32) du montage (28) à roue 20 libre comprend une cannelure (34), et en ce qu'une clavette (36) est interposée entre les deux cannelures de façon à assurer l'immobilisation angulaire dudit pignon (30) à rampes 32 sur ledit arbre (24). 9. Dispositif de verrouillage déverrouillage d'une prothèse (10) de genou selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens 25 de rappel (53) interposés entre la partie (12) fémorale et la partie (14) tibiale, de façon à conserver un alignement entre les deux dites parties et à fournir une aide au retour.