(57)【要約】本明細書では、補綴システム、デバイス、およびそのための使用方法が説明される。概して、補綴具は、歩行段階に基づいて人工関節の回転に対する抵抗を設定するように構成され得る。補綴具は、第１のシリンダと、第１のシリンダ内で摺動可能な第１のピストンと、流体サンプと、流体回路とを含み得る。流体回路は、一方向可変抵抗弁と、ピストン圧縮および延在中に弁を通して一方向流を提供するように構成される逆止弁のセットとを有する、複数の相互接続された流体チャネルを含み得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補綴具であって、
第１のシリンダポートと、第２のシリンダポートとを備える第１のシリンダと、
前記第１のシリンダ内で摺動可能な第１のピストンと、
サンプポートを備える流体サンプと、
流体回路であって、
第１の流体チャネルであって、前記第１の流体チャネルは、第１のチャネル入口と、第１のチャネル出口と、第１の流体チャネルを通した流体流に対する可変抵抗を設定するように構成される一方向可変抵抗弁とを備える、第１の流体チャネルと、
第２のチャネル入口と、第２のチャネル出口と、第２のチャネル逆止弁とを備える第２の流体チャネルと、
第３のチャネル入口と、第３のチャネル出口と、第３のチャネル逆止弁とを備える第３の流体チャネルと、
第４のチャネル入口と、第４のチャネル出口と、第４のチャネル逆止弁とを備える第４の流体チャネルと、
第５のチャネル入口と、第５のチャネル出口と、第５のチャネル逆止弁とを備える第５の流体チャネルと、
前記第１のチャネル入口と、前記第２のチャネル出口と、前記第５のチャネル出口とを備える第１の交差点と、
前記第１のシリンダポートと、前記第２のチャネル入口と、前記第３のチャネル出口とを備える第２の交差点と、
前記サンプポートと、前記第３のチャネル入口と、前記第４のチャネル入口とを備える第３の交差点と、
前記第２のシリンダポートと、前記第４のチャネル出口と、前記第５のチャネル入口とを備える第４の交差点と
を備える、流体回路と
を備える、補綴具。
【請求項２】
第１のシリンダ圧縮中の屈曲状態をさらに備え、前記流体回路は、前記第２のシリンダポート、前記第５のチャネル逆止弁、前記可変抵抗弁、前記第３のチャネル逆止弁を連続的に通した前記第１のシリンダポートまでの第１の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項１に記載の補綴具。
【請求項３】
前記屈曲状態はさらに、前記可変抵抗弁から前記サンプポートまでの第２の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項２に記載の補綴具。
【請求項４】
前記屈曲状態はさらに、前記第２のチャネル逆止弁および前記第４のチャネル逆止弁を通した流体流に抵抗するように構成される、請求項２または３に記載の補綴具。
【請求項５】
前記屈曲状態はさらに、前記第１および第２の流体経路内で同時に流体流を可能にするように構成される、請求項３に記載の補綴具。
【請求項６】
シリンダ延在中の伸展状態をさらに備え、前記流体回路は、前記第１のシリンダポート、前記第２のチャネル逆止弁、前記可変抵抗弁、前記第４のチャネル逆止弁を連続的に通した前記第２のシリンダポートまでの第３の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項１−５のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項７】
前記伸展状態はさらに、連続的に前記サンプポートから前記第４のチャネル逆止弁までの第４の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項６に記載の補綴具。
【請求項８】
前記伸展状態はさらに、前記第３のチャネル逆止弁および前記第５のチャネル逆止弁を通した流体流に抵抗するように構成される、請求項６または７に記載の補綴具。
【請求項９】
前記伸展状態はさらに、前記第３および第４の流体経路内で同時に流体流を可能にするように構成される、請求項７に記載の補綴具。
【請求項１０】
機械センサをさらに備え、前記可変抵抗弁の抵抗は、前記機械センサからの入力に基づいて決定される、請求項１−９のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項１１】
前記可変抵抗弁は、ソレノイド弁、スプール弁、およびボイスコイル弁から成る群から選択される、請求項１−１０のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項１２】
前記流体回路はさらに、三方向弁を備え、前記三方向弁は、第２のサンプポートにおいて前記流体サンプに接続される第１の弁ポートと、前記第２の交差点に接続される第２の弁ポートと、前記第４の交差点に接続される第３の弁ポートとを備える、請求項１−１１のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項１３】
第６の流体チャネルに沿って前記第３の弁ポートと前記第４の交差点との間に位置する可変抵抗器をさらに備え、前記第６の流体チャネルは、前記第４の交差点における第６のチャネル入口と、前記第３の弁ポートに接続される第６のチャネル出口とを備える、請求項１２に記載の補綴具。
【請求項１４】
前記可変抵抗器は、前記第４の交差点から前記第３の弁ポートまでの流動を可能にするように構成される一方向可変抵抗器を備える、請求項１３に記載の補綴具。
【請求項１５】
前記三方向弁は、常開三方向弁である、請求項１２−１４のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項１６】
前記三方向弁は、開放しているときに、前記第１、第２、および第３の弁ポートの間の流体通過を可能にし、閉鎖されているときに、前記第１、第２、および第３の弁ポートの間の流体通過を遮断するように構成される、請求項１２−１５のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項１７】
前記可変抵抗器は、前記三方向弁が開放されているかまたは閉鎖されているかにかかわらず、前記第３の弁ポートから前記第４の交差点までの流体流を遮断する、請求項１６に記載の補綴具。
【請求項１８】
シリンダ圧縮中の電源オフ屈曲状態をさらに備え、前記流体回路は、前記第２のシリンダポート、前記可変抵抗器、前記第３の弁ポート、前記第２の弁ポートを連続的に通した前記第１のシリンダポートまでの第５の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項１７に記載の補綴具。
【請求項１９】
前記電源オフ屈曲状態の流体回路はさらに、前記第１の弁ポートから前記流体サンプまでの第６の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項１８に記載の補綴具。
【請求項２０】
電源オフ伸展状態をさらに備え、前記流体回路は、前記第１のシリンダポート、前記第２の弁ポート、前記第１の弁ポート、前記第１のサンプポート、前記第４の流体チャネルを連続的に通した前記第２のシリンダポートまでの第７の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項１７−１９のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項２１】
前記可変抵抗弁は、三方向スプール弁であり、二次チャネル入口をさらに備える、請求項１−１２のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項２２】
前記流体回路はさらに、
第７のチャネル入口と、第７のチャネル出口と、第７のチャネル逆止弁とを備える第７の流体チャネルであって、前記第７のチャネル入口は、前記第１のシリンダポートまたは前記第２の交差点に接続される、第７の流体チャネルと、
第８のチャネル入口と、第８のチャネル出口と、可変抵抗器とを備える第８の流体チャネルと、
前記第７の流体チャネル出口と、前記第８のチャネル出口と、前記三方向スプール弁の二次チャネル入口とを備える第５の交差点と
を備え、
前記第１の交差点はさらに、前記第８のチャネル入口を備える、
請求項２１に記載の補綴具。
【請求項２３】
シリンダ圧縮中の電源オフ屈曲状態をさらに備え、前記流体回路は、前記第２のシリンダポート、前記第５の流体チャネル、前記第８の流体チャネル、前記可変抵抗弁の二次チャネル入口、前記第３の流体チャネルを連続的に通した前記第１のシリンダポートまでの第８の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項２２に記載の補綴具。
【請求項２４】
前記電源オフ屈曲状態の流体回路はさらに、前記第１のチャネル出口から前記流体サンプまでの流体流を可能にするように構成される、請求項２３に記載の補綴具。
【請求項２５】
シリンダ延在中の電源オフ伸展状態をさらに備え、前記流体回路は、前記第１のシリンダポート、前記第７の流体チャネル、前記第１のチャネル入口、前記可変抵抗弁、前記第４の流体チャネルを連続的に通した前記第２のシリンダポートまでの第９の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項２２−２４のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項２６】
前記電源オフ伸展状態はさらに、前記流体サンプから前記第４の流体チャネルまでの流体流を可能にするように構成される、請求項２５に記載の補綴具。
【請求項２７】
前記三方向スプール弁は、ばねを備え、前記三方向スプール弁が給電されていないときに、通常、前記二次チャネル入口と前記第１のチャネル出口との間の流体連通を可能にするように構成される、請求項２１に記載の補綴具。
【請求項２８】
前記流体サンプは、ばね付勢ピストンまたは空気圧ピストンを備える、請求項１−２７のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項２９】
前記第１のピストンに結合される上側関節部材と、
前記上側関節部材および前記第１のシリンダに結合される下側関節部材と
をさらに備える、請求項１−２８のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項３０】
前記補綴具は、人工膝である、請求項１−２９のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項３１】
前記補綴具は、人工足関節である、請求項１−２９のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項３２】
前記第１のシリンダおよび前記第１のピストンのうちの少なくとも１つの上に配置されるロードセルをさらに備える、請求項１−３１のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項３３】
請求項１−２８のいずれか１項に記載の流体回路。
【請求項３４】
流体回路であって、
第１のチャネル入口と、第１のチャネル出口と、第１の流体チャネルを通した流動に対する可変抵抗を設定するように構成される一方向可変抵抗弁とを備える第１の流体チャネルと、
第２のチャネル入口と、第２のチャネル出口と、第２のチャネル逆止弁とを備える第２の流体チャネルと、
第３のチャネル入口と、第３のチャネル出口と、第３のチャネル逆止弁とを備える第３の流体チャネルと、
第４のチャネル入口と、第４のチャネル出口と、第４のチャネル逆止弁とを備える第４の流体チャネルと、
第５のチャネル入口と、第５のチャネル出口と、第５のチャネル逆止弁とを備える第５の流体チャネルと、
前記第１のチャネル入口と、前記第２のチャネル出口と、前記第５のチャネル出口とを備える第１の交差点と、
第１の双方向チャネルと、前記第２のチャネル入口と、前記第３のチャネル出口とを備える第２の交差点と、
第２の双方向チャネルと、前記第３のチャネル入口と、前記第４のチャネル入口とを備える第３の交差点と、
第３の双方向チャネルと、前記第４のチャネル出口と、前記第５のチャネル入口とを備える第４の交差点と
を備える、流体回路。
【請求項３５】
第１の状態をさらに備え、前記流体回路は、前記第３の双方向チャネル、前記第５のチャネル逆止弁、前記可変抵抗弁、前記第３のチャネル逆止弁を連続的に通した前記第１の双方向チャネルまでの第１の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項３４に記載の流体回路。
【請求項３６】
前記第１の状態はさらに、前記可変抵抗弁を通した前記第２の双方向チャネルまでの第２の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項３５に記載の流体回路。
【請求項３７】
前記第１の状態はさらに、前記第２のチャネル逆止弁および前記第４のチャネル逆止弁を通した流体流に抵抗するように構成される、請求項３５または３６に記載の流体回路。
【請求項３８】
前記第１の状態は、前記第１および第２の流体経路内で同時に流体流を可能にするように構成される、請求項３５または３６に記載の流体回路。
【請求項３９】
第２の状態をさらに備え、前記流体回路は、前記第１の双方向チャネル、前記第２のチャネル逆止弁、前記可変抵抗弁、前記第４のチャネル逆止弁を連続的に通した前記第３の双方向チャネルまでの第３の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項３４−３８のいずれか１項に記載の流体回路。
【請求項４０】
前記第２の状態はさらに、連続的に前記第２の双方向チャネルおよび前記第４のチャネル逆止弁を通した第４の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項３９に記載の流体回路。
【請求項４１】
前記第２の状態はさらに、前記第３のチャネル逆止弁および前記第５のチャネル逆止弁を通した流体流に抵抗するように構成される、請求項３９または４０に記載の流体回路。
【請求項４２】
前記第２の状態は、同時に前記第３および第４の流体経路に沿って流体流を可能にするように構成される、請求項３９または４０に記載の流体回路。
【請求項４３】
機械センサをさらに備え、前記可変抵抗弁の抵抗は、前記機械センサからの入力に基づいて決定される、請求項３４−４２のいずれか１項に記載の流体回路。
【請求項４４】
前記可変抵抗弁は、ソレノイド弁、スプール弁、およびボイスコイル弁から成る群から選択される、請求項３４−４３のいずれか１項に記載の流体回路。
【請求項４５】
前記流体回路はさらに、三方向弁を備え、前記三方向弁は、前記第２の双方向チャネルに接続される第１の弁ポートと、前記第２の交差点に接続される第２の弁ポートと、前記第４の交差点に接続される第３の弁ポートとを備える、請求項３４−４４のいずれか１項に記載の流体回路。
【請求項４６】
第６の流体チャネルに沿って前記第３の弁ポートと前記第４の交差点との間に位置する可変抵抗器をさらに備え、前記第６の流体チャネルは、前記第４の交差点における第６のチャネル入口と、前記第３の弁ポートに接続される第６のチャネル出口とを備える、請求項４５に記載の流体回路。
【請求項４７】
前記可変抵抗器は、前記第４の交差点から前記第３の弁ポートまでの流動を可能にするように構成される一方向可変抵抗器である、請求項４６に記載の流体回路。
【請求項４８】
前記三方向弁は、常開三方向弁である、請求項４６または４７に記載の流体回路。
【請求項４９】
前記三方向弁は、開放しているときに、前記第１、第２、および第３の弁ポートの間の流体通過を可能にし、閉鎖されているときに、前記第１、第２、および第３の弁ポートの間の流体通過を遮断する、請求項４６−４８のいずれか１項に記載の流体回路。
【請求項５０】
前記可変抵抗器は、前記三方向弁が開放されているかまたは閉鎖されているかにかかわらず、前記第３の弁ポートから前記第４の交差点までの流体流を遮断する、請求項４９に記載の流体回路。
【請求項５１】
第３の状態をさらに備え、前記流体回路は、前記第３の双方向チャネル、前記可変抵抗器、前記第３の弁ポート、前記第２の弁ポートを連続的に通した前記第１の双方向チャネルまでの第５の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項５０に記載の流体回路。
【請求項５２】
前記流体回路の第３の状態はさらに、前記第１の弁ポートから前記第２の双方向チャネルまでの第６の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項５１に記載の流体回路。
【請求項５３】
電源オフ伸展状態をさらに備え、前記流体回路は、第１のシリンダポート、前記第２の弁ポート、前記第１の弁ポート、前記第４の流体チャネルを連続的に通した第２のシリンダポートまでの第７の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項５０−５２のいずれか１項に記載の流体回路。
【請求項５４】
前記可変抵抗弁は、三方向スプール弁であり、二次チャネル入口をさらに備える、請求項３４−４５のいずれか１項に記載の流体回路。
【請求項５５】
前記流体回路はさらに、
第７のチャネル入口と、第７のチャネル出口と、第７のチャネル逆止弁とを備える第７の流体チャネルであって、前記第７のチャネル入口は、前記第１の双方向チャネルまたは前記第２の交差点に接続される、第７の流体チャネルと、
第８のチャネル入口と、第８のチャネル出口と、可変抵抗器とを備える第８の流体チャネルと、
前記第７の流体チャネル出口と、前記第８のチャネル出口と、前記三方向スプール弁の二次チャネル入口とを備える第５の交差点と
を備え、
前記第１の交差点はさらに、前記第８のチャネル入口を備える、
請求項５４に記載の流体回路。
【請求項５６】
第３の状態をさらに備え、前記流体回路は、前記第３の双方向チャネル、前記第５の流体チャネル、前記第８の流体チャネル、前記二次チャネル入口、前記第３の流体チャネルを連続的に通した前記第１の双方向チャネルまでの第８の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項５５に記載の流体回路。
【請求項５７】
前記流体回路の第３の状態はさらに、前記第１のチャネル出口から前記第２の双方向チャネルまでの流体流を可能にするように構成される、請求項５６に記載の流体回路。
【請求項５８】
第４の状態をさらに備え、前記流体回路は、前記第１の双方向チャネル、前記第７の流体チャネル、前記二次チャネル入口、前記第４の流体チャネルを連続的に通した前記第３の双方向チャネルまでの第９の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される、請求項５５−５７のいずれか１項に記載の流体回路。
【請求項５９】
前記第４の状態はさらに、前記第２の双方向チャネルから前記第４の流体チャネルまでの流体流を可能にするように構成される、請求項５８に記載の流体回路。
【請求項６０】
前記三方向スプール弁はさらに、ばねを備え、前記三方向スプール弁が給電されていないときに、通常、前記二次チャネル入口と前記第１のチャネル出口との間の流体連通を可能にするように構成される、請求項５４に記載の流体回路。
【請求項６１】
第１の可変容積チャンバと、第２の可変容積チャンバと、その間の摺動可能ピストンとを備える、シリンダをさらに備え、
前記第１の双方向チャネルは、前記第１の可変容積チャンバに結合され、前記第３の双方向チャネルは、前記第２の可変容積チャンバに結合される、
請求項３４−６０のいずれか１項に記載の流体回路。
【請求項６２】
前記第２の双方向流体チャネルに接続される流体サンプをさらに備える、請求項３４−６１のいずれか１項に記載の流体回路。
【請求項６３】
請求項１−３２のいずれか１項に記載の補綴具を使用する方法であって、
補綴具屈曲中および前記補綴具可変抵抗弁が給電されるときの屈曲状態中に、示されるような前記流体回路内で油圧流体を伝送するステップと、
補綴具伸展中および前記補綴具可変抵抗弁が給電されるときの伸展状態中に、示されるような前記流体回路で油圧流体を伝送するステップと
を含む、方法。
【請求項６４】
請求項１８、１９、２３、または２４に記載の補綴具を使用する方法であって、
補綴具屈曲中および前記補綴具可変抵抗弁が給電されるときの屈曲状態中に、示されるような前記流体回路内で油圧流体を伝送するステップと、
補綴具伸展中および前記補綴具可変抵抗弁が給電されるときの伸展状態中に、示されるような前記流体回路で油圧流体を伝送するステップと、
補綴具屈曲中および前記補綴具可変抵抗弁が給電されていないときの前記電源オフ屈曲状態中に、示されるような前記流体回路内で油圧流体を伝送するステップと
を含む、方法。
【請求項６５】
請求項２０または２１、３５または２６に記載の補綴具を使用する方法であって、
補綴具屈曲中および前記補綴具可変抵抗弁が給電されるときの屈曲状態中に、示されるような前記流体回路内で油圧流体を伝送するステップと、
補綴具伸展中および前記補綴具可変抵抗弁が給電されるときの伸展状態中に、示されるような前記流体回路で油圧流体を伝送するステップと、
補綴具屈曲中および前記補綴具可変抵抗弁が給電されていないときの前記電源オフ屈曲状態中に、示されるような前記流体回路内で油圧流体を伝送するステップと、
補綴具伸展中および前記補綴具可変抵抗弁が給電されていないときの前記電源オフ伸展状態中に、示されるような前記流体回路内で油圧流体を伝送するステップと
を含む、方法。
【請求項６６】
補綴アセンブリであって、
第１のシリンダであって、前記第１のシリンダは、第１の可変容積空洞と、第２の可変容積空洞と、その間のピストンと、前記ピストンに結合され、前記第１の可変容積空洞から外へ摺動可能に延在するピストンシャフトと、前記第１の可変容積空洞に結合される第１のシリンダポートと、前記第２の可変容積空洞に結合される第２のシリンダポートとを備える、第１のシリンダと、
流体回路であって、
比例弁を含有する第１の一方向流体経路と、
前記第１のシリンダポートから前記第１の一方向流体経路までの第２の一方向流体経路と、
前記第１の一方向流体経路から前記第１のシリンダポートまでの第３の一方向流体経路と、
前記第１の一方向流体経路から前記第２のシリンダポートまでの第４の一方向流体経路と、
前記第２のシリンダポートから前記第１の一方向流体経路までの第５の一方向流体経路と
を備える、流体回路と
を備える、補綴アセンブリ。
【請求項６７】
前記第１の一方向流体経路および前記第４の一方向流体経路に結合される流体サンプをさらに備える、請求項６６に記載の補綴アセンブリ。
【請求項６８】
三方向弁をさらに備え、前記三方向弁は、前記流体サンプに接続される第１の弁ポート、前記第１のシリンダポートに接続される第２の弁ポート、および前記第２のシリンダポートに接続される第３の弁ポートを伴う、請求項６７に記載の補綴アセンブリ。
【請求項６９】
前記第３の弁ポートと前記第２のシリンダポートとの間にユーザ調節可能可変抵抗器をさらに備える、請求項６８に記載の補綴アセンブリ。
【請求項７０】
前記三方向弁は、常開である、請求項６８または６９に記載の補綴アセンブリ。
【請求項７１】
前記比例弁は、三方向比例弁であり、二次入口を備える、請求項６８に記載の補綴アセンブリ。
【請求項７２】
前記流体回路はさらに、
前記第５の一方向流体経路から前記比例弁の二次入口までの第６の一方向流体経路と、
前記第１のシリンダポートから前記比例弁の二次入口までの第７の一方向流体経路と
を備える、請求項７１に記載の補綴アセンブリ。
【請求項７３】
前記第６の一方向流体経路は、ユーザ調節可能可変抵抗器を含む、請求項７２に記載の補綴アセンブリ。
【請求項７４】
センサと、
前記センサおよび前記比例弁に接続されるコントローラであって、前記センサは、前記センサに基づいて前記比例弁を通した前記抵抗を調節するように構成される、コントローラと
をさらに備える、請求項６６−７３のいずれか１項に記載の補綴アセンブリ。
【請求項７５】
前記第１のシリンダは、縦軸を画定し、前記流体回路は、前記第１のシリンダと平行であり、前記縦軸から側方にオフセットされ、前記流体サンプは、前記流体回路と平行かつ一直線である、請求項１−３３、６１、６２、および６６−７４のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項７６】
補綴具であって、
縦軸を画定する第１のシリンダであって、前記第１のシリンダは、第１のシリンダポートと、第２のシリンダポートとを備える、第１のシリンダと、
前記第１のシリンダ内で摺動可能な第１のピストンと、
前記第１のシリンダと平行であり、前記縦軸から側方にオフセットされる流体回路であって、前記流体回路は、流体チャネルのセットと、前記流体チャネルのセットを通した流動に対する可変抵抗を設定するように構成される可変抵抗弁とを備える、流体回路と、
前記流体回路と平行かつ一直線である流体サンプであって、前記流体サンプは、サンプポートを備える、流体サンプと、
を備える、補綴具。
【請求項７７】
前記流体回路および前記流体サンプは、前記第１のシリンダの長さに沿って前記第１のシリンダに取り付けられる、請求項１−３３、６１、６２、および６６−７６のいずれか１項に記載の補綴具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年３月２日に出願された米国仮出願第６２／４６６，３０５号に対する優先権を主張するものであり、該米国仮出願の内容は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
本明細書のシステムおよび方法は、限定ではないが、人工膝および足関節を含む、油圧減衰システムを伴う人工装具に関する。
【背景技術】
【０００３】
義肢は、外傷、疾患、または先天性症状に起因して欠落し得る、身体部分の代用となるように設計される。より自然な歩行または機能を伴う人工膝等の人工装具の開発は、現在進行中の努力である。いくつかの人工膝は、膝関節を中心としてシャンクに結合される回転子の回転を制御するための油圧システムを含む。いくつかの油圧システムは、油圧シリンダと、ピストンと、油圧流体と、油圧流体チャネルおよび油圧システムを通して流動する油圧流体の抵抗を制御するための弁を有する、油圧回路とを含む。人工関節の可動域は、したがって、自然な歩行を模倣するように制御され得る。しかしながら、油圧システムは、立脚期移動と遊脚期移動との間で移行するときに、人工関節を異なるレベルの抵抗に移行させるために、速い応答が可能である必要がある。油圧システムのサイズおよび複雑性もまた、人工装具の性能および費用に影響を及ぼす。したがって、付加的補綴デバイスが、望ましくあり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書では、人工関節システムおよび方法が説明される。人工膝等の下肢補綴具は、油圧減衰システムに結合され、歩行の段階に基づいて人工膝関節の抵抗を設定するように構成されてもよい。ユーザ安全性を増加させるために、油圧システムは、予期しない電力喪失等の条件下で予測可能な様式で機能するべきである。補綴具は、第１のシリンダと、第１のシリンダ内で摺動可能な第１のピストンと、流体サンプと、流体回路とを含んでもよい。流体回路は、一方向可変抵抗弁と、ピストン圧縮および延在中、または補綴具の屈曲および伸展中に弁を通して一方向流を提供するように構成され得る、逆止弁のセットとを有する、複数の相互接続する、または相互接続された流体チャネルまたは経路を含んでもよい。
【０００５】
一実施例では、第１のシリンダポートおよび第２のシリンダポートを伴う第１のシリンダと、第１のシリンダ内で摺動可能な第１のピストンと、サンプポートを備える、流体サンプと、流体回路とを備える、補綴具が、提供される。流体回路は、第１のチャネル入口と、第１のチャネル出口と、第１の流体チャネルを通した流体流に対する可変抵抗を設定するように構成される一方向可変抵抗弁とを備える、第１の流体チャネルと、第２のチャネル入口と、第２のチャネル出口と、第２のチャネル逆止弁とを備える、第２の流体チャネルとを備えてもよい。第３の流体チャネルは、第３のチャネル入口と、第３のチャネル出口と、第３のチャネル逆止弁とを備えてもよい。第４の流体チャネルは、第４のチャネル入口と、第４のチャネル出口と、第４のチャネル逆止弁とを備えてもよい。第５の流体チャネルは、第５のチャネル入口と、第５のチャネル出口と、第５のチャネル逆止弁とを備えてもよい。第１の交差点（例えば、相互接続）は、第１のチャネル入口と、第２のチャネル出口と、第５のチャネル出口とを備えてもよい。第２の交差点は、第１のシリンダポートと、第２のチャネル入口と、第３のチャネル出口とを備えてもよい。第３の交差点は、サンプポートと、第３のチャネル入口と、第４のチャネル入口とを備えてもよい。第４の交差点は、第２のシリンダポートと、第４のチャネル出口と、第５のチャネル入口とを備えてもよい。上記の構成要素を備える、油圧アセンブリもまた、義肢、矯正、補助デバイス、またはロボットリンケージと併用するために提供されてもよい。
【０００６】
補綴具または油圧アセンブリはさらに、シリンダ圧縮中に屈曲状態を備えてもよく、流体回路は、第２のシリンダポート、第５のチャネル逆止弁、可変抵抗弁、第３のチャネル逆止弁を連続的に通した第１のシリンダポートまでの第１の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。屈曲状態はまた、可変抵抗弁からサンプポートまでの第２の流体経路内の流体流を可能にし、随意に、第２のチャネル逆止弁および第４のチャネル逆止弁を通した流体流に抵抗するように構成されてもよい。屈曲状態は、第１および第２の流体経路内で同時に流体流を可能にするように構成されてもよい。補綴具はさらに、シリンダ延在中の伸展状態を備えてもよく、流体回路は、第１のシリンダポート、第２のチャネル逆止弁、可変抵抗弁、第４のチャネル逆止弁を連続的に通した第２のシリンダポートまでの第３の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される。伸展状態はさらに、連続的にサンプポートから第４のチャネル逆止弁までの第４の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよく、さらに、第２のチャネル逆止弁および第４のチャネル逆止弁を通した流体流に抵抗するように構成され、および／または第３および第４の流体経路内で同時に流体流を可能にするように構成されてもよい。補綴具は、機械センサを含んでもよく、可変抵抗弁の抵抗は、機械センサからの入力に基づいて決定されてもよい。可変抵抗弁は、ソレノイド弁、スプール弁、およびボイスコイル弁から成る群から選択されてもよい。
【０００７】
流体回路はさらに、第２のサンプポートにおいて流体サンプに接続される第１の弁ポートと、第２の交差点に接続される第２の弁ポートと、第４の交差点に接続される第３の弁ポートとを備え得る、三方向弁を備えてもよい。補綴具または流体回路はさらに、第６の流体チャネルに沿って第３の弁ポートと第４の交差点との間に位置する可変抵抗器を備えてもよい。第６の流体チャネルは、第４の交差点における第６のチャネル入口と、第３の弁ポートに接続される第６のチャネル出口とを備えてもよい。可変抵抗器は、動的または静的設定を伴ってユーザ調節可能であり得る。可変抵抗器は、第４の交差点から第３の弁ポートまでの流動を可能にするように構成される、一方向可変抵抗器であってもよい。
【０００８】
三方向弁は、常開三方向弁であってもよく、いくつかのさらなる実施例では、開放しているときに、第１、第２、および第３の弁ポートの間の流体通過を可能にするように、かつ閉鎖されているときに、第１、第２、および第３の弁ポートの間の流体通過を遮断するように構成されてもよい。可変抵抗器は、三方向弁が開放または閉鎖されているかどうかにかかわらず、第３の弁ポートから第４の交差点までの流体流を遮断するように構成されてもよい。補綴具はさらに、シリンダ圧縮中の電源オフ屈曲状態を備えてもよく、流体回路は、第２のシリンダポート、可変抵抗器、第３の弁ポート、第２の弁ポートを連続的に通した第１のシリンダポートまでの第５の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成される。電源オフ屈曲状態の流体回路はさらに、第１の弁ポートから流体サンプまでの第６の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。補綴具はさらに、電源オフ伸展状態を備えてもよく、流体回路は、第１のシリンダポート、第２の弁ポート、第１の弁ポート、第１のサンプポート、第４の流体チャネルを連続的に通した第２のシリンダポートまでの第７の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。いくつかのさらなる実施例では、第１の流体チャネル内の可変抵抗弁は、三方向スプール弁であり、さらに、二次チャネル入口を備えてもよい。
【０００９】
流体回路はまた、第７のチャネル入口と、第７のチャネル出口と、第７のチャネル逆止弁とを備える、第７の流体チャネルをさらに備えてもよく、第７のチャネル入口は、第１のシリンダポートまたは第２の交差点に接続されてもよい。第８の流体チャネルは、第８のチャネル入口と、第８のチャネル出口と、可変抵抗器とを備えてもよい。第５の交差点は、第７の流体チャネル出口と、第８のチャネル出口と、三方向スプール弁の二次チャネル入口とを備えてもよく、第１の交差点はさらに、第８のチャネル入口を備える。補綴具はまた、シリンダ圧縮中の電源オフ屈曲状態をさらに備えてもよく、流体回路は、第２のシリンダポート、第５の流体チャネル、第８の流体チャネル、可変抵抗弁の第２の入口、第３の流体チャネルを連続的に通した第１のシリンダポートまでの第８の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。電源オフ屈曲状態の流体回路はさらに、第１のチャネル出口から流体サンプまでの流体流を可能にするように構成されてもよい。
【００１０】
補綴具または油圧アセンブリはまた、シリンダ延在中の電源オフ伸展状態をさらに備えてもよく、流体回路は、第１のシリンダポート、第７の流体チャネル、可変抵抗弁の第１の二次入口、第４の流体チャネルを連続的に通した第２のシリンダポートまでの第９の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。電源オフ伸展状態はさらに、流体サンプから第４の流体チャネルまでの流体流を可能にするように構成されてもよい。三方向スプール弁は、ばねを備えてもよく、三方向スプール弁が給電されていないときに、通常、二次入口と第１のチャネル出口との間の流体連通を可能にするように構成されてもよい。流体サンプはまた、ばね付勢ピストンまたは空気圧ピストンを備えてもよい。補綴具はまた、第１のピストンに結合される、上側関節部材と、上側関節部材および第１のシリンダに結合される、下側関節部材とをさらに備えてもよい。補綴具は、人工膝または人工足関節であってもよい。補綴具はまた、第１のシリンダおよび第１のピストンのうちの少なくとも１つの上に配置されるロードセルをさらに備えてもよい。
【００１１】
なおも他の実施例では、屈曲状態中および補綴具可変抵抗弁が給電されるときの補綴具屈曲中に、示されるような流体回路内で油圧流体を伝送するステップと、補綴具伸展中および補綴具可変抵抗弁が給電されるときの伸展状態中に、示されるような体回路で油圧流体を伝送するステップとを含む、上記の油圧アセンブリまたは補綴具を使用する方法が、提供される。油圧アセンブリまたは補綴具を使用する別の方法は、補綴具屈曲中および補綴具可変抵抗弁が給電されるときの屈曲状態中に、示されるような流体回路内で油圧流体を伝送するステップと、補綴具伸展中および補綴具可変抵抗弁が給電されるときの伸展状態中に、示されるような流体回路で油圧流体を伝送するステップと、補綴具屈曲中および補綴具可変抵抗弁が給電されていないときの電源オフ屈曲状態中に、示されるような流体回路内で油圧流体を伝送するステップとを含んでもよい。油圧アセンブリまたは補綴具を使用するなおも別の方法は、補綴具屈曲中および補綴具可変抵抗弁が給電されるときの屈曲状態中に、示されるような流体回路内で油圧流体を伝送するステップと、補綴具伸展中および補綴具可変抵抗弁が給電されるときの伸展状態中に、示されるような流体回路で油圧流体を伝送するステップと、補綴具屈曲中および補綴具可変抵抗弁が給電されていないときの電源オフ屈曲状態中に、示されるような流体回路内で油圧流体を伝送するステップと、補綴具伸展中および補綴具可変抵抗弁が給電されていないときの電源オフ伸展状態中に、示されるような流体回路内で油圧流体を伝送するステップとを含んでもよい。
【００１２】
別の実施例では、第１のチャネル入口と、第１のチャネル出口と、第１の流体チャネルを通した流動に対する可変抵抗を設定するように構成される一方向可変抵抗弁とを備える、第１の流体チャネルとを備える、流体回路が、提供される。第２の流体チャネルは、第２のチャネル入口と、第２のチャネル出口と、第２のチャネル逆止弁とを備えてもよい。第３の流体チャネルは、第３のチャネル入口と、第３のチャネル出口と、第３のチャネル逆止弁とを備えてもよい。第４の流体チャネルは、第４のチャネル入口と、第４のチャネル出口と、第４のチャネル逆止弁とを備えてもよい。第５の流体チャネルは、第５のチャネル入口と、第５のチャネル出口と、第５のチャネル逆止弁とを備えてもよい。第１の交差点（例えば、相互接続）は、第１のチャネル入口と、第２のチャネル出口と、第５のチャネル出口とを備えてもよい。第２の交差点は、第１の双方向チャネルと、第２のチャネル入口と、第３のチャネル出口とを備えてもよい。第３の交差点は、第２の双方向チャネルと、第３のチャネル入口と、第４のチャネル入口とを備えてもよい。第４の交差点は、第３の双方向チャネルと、第４のチャネル出口と、第５のチャネル入口とを備えてもよい。流体回路はさらに、第１の状態を備えてもよく、流体回路は、第３の双方向チャネル、第５のチャネル逆止弁、可変抵抗弁、第３のチャネル逆止弁を連続的に通した第１の双方向チャネルまでの第１の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。第１の状態はさらに、可変抵抗弁から第２の双方向チャネルまでの第２の流体経路内の流体流を可能にするように構成されてもよく、さらに、第２のチャネル逆止弁および第４のチャネル逆止弁を通した流体流に抵抗するように構成されてもよい。第１の状態は、第１および第２の流体経路に沿って同時に流体流を可能にするように構成されてもよい。
【００１３】
流体回路はさらに、第２の状態を備えてもよく、流体回路は、第１の双方向チャネル、第２のチャネル逆止弁、可変抵抗弁、第４のチャネル逆止弁を連続的に通した第３の双方向チャネルまでの第３の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。第２の状態はさらに、連続的に第２の双方向チャネルから第４のチャネル逆止弁までの第４の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。第２の状態はさらに、第２のチャネル逆止弁および第４のチャネル逆止弁を通した流体流に抵抗するように構成されてもよい。第２の状態は、同時に第３および第４の流体経路内で流体流を可能にするように構成されてもよい。流体回路はさらに、機械センサを備えてもよく、可変抵抗弁の抵抗は、機械センサからの入力に基づいて決定されてもよい。可変抵抗弁は、ソレノイド弁、スプール弁、およびボイスコイル弁から成る群から選択されてもよい。流体回路はさらに、第２の双方向チャネルに接続される第１の弁ポートと、第２の交差点に接続される第２の弁ポートと、第４の交差点に接続される第３の弁ポートとを備える、三方向弁を備えてもよい。流体回路はさらに、第６の流体チャネルに沿って第３の弁ポートと第４の交差点との間に位置する可変抵抗器を備えてもよく、第６の流体チャネルは、第４の交差点における第６のチャネル入口と、第３の弁ポートに接続される第６のチャネル出口とを備えてもよい。可変抵抗器は、第４の交差点から第３の弁ポートまでの流動を可能にするように構成される、一方向可変抵抗器である。可変抵抗器は、動的または静的設定を伴ってユーザ調節可能であり得る。三方向弁は、常開三方向弁であってもよい。三方向弁は、開放しているときに、第１、第２、および第３の弁ポートの間の流体通過を可能にするように、かつ閉鎖されているときに、第１、第２、および第３の弁ポートの間の流体通過を遮断するように構成されてもよい。可変抵抗器は、三方向弁が開放または閉鎖されているかどうかにかかわらず、第３の弁ポートから第４の交差点までの流体流を遮断するように構成されてもよい。
【００１４】
流体回路はさらに、第３の状態を備えてもよく、流体回路は、第３の双方向チャネル、可変抵抗器、第３の弁ポート、第２の弁ポートを連続的に通した第１の双方向チャネルまでの第５の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。流体回路の第３の状態はさらに、第１の弁ポートから第２の双方向チャネルまでの第６の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。流体回路はさらに、電源オフ伸展状態を備えてもよく、流体回路は、第１のシリンダポート、第２の弁ポート、第１の弁ポート、第１のサンプポート、第４の流体チャネルを連続的に通した第２のシリンダポートまでの第７の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。可変抵抗弁は、三方向スプール弁であり、さらに、二次チャネル入口を備えてもよい。流体回路はさらに、第７のチャネル入口と、第７のチャネル出口と、第７のチャネル逆止弁とを備える、第７の流体チャネルを備えてもよく、第７のチャネル入口は、第１の双方向チャネルまたは第２の交差点に接続される。第８の流体チャネルは、第８のチャネル入口と、第８のチャネル出口と、可変抵抗器と、第７の流体チャネル出口と、第８のチャネル出口と、三方向スプール弁の二次チャネル入口の第５の交差点とを備えてもよい。第１の交差点はさらに、第８のチャネル入口を備えてもよい。流体回路はさらに、第３の状態を備えてもよく、流体回路は、第３の双方向チャネル、第５の流体チャネル、第８の流体チャネル、可変抵抗弁の二次チャネル入口、第３の流体チャネルを連続的に通した第１の双方向チャネルまでの第８の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。流体回路の第３の状態はさらに、第１のチャネル出口から第２の双方向チャネルまでの流体流を可能にするように構成されてもよい。
【００１５】
流体回路はさらに、第４の状態を備えてもよく、流体回路は、第１の双方向チャネル、第７の流体チャネル、可変抵抗弁の第１の二次入口、第４の流体チャネルを連続的に通した第３の双方向チャネルまでの第９の流体経路に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。第４の状態はさらに、第２の双方向チャネルから第４の流体チャネルまでの流体流を可能にするように構成されてもよい。三方向スプール弁は、ばねを備えてもよく、三方向スプール弁が給電されていないときに、通常、二次入口と第１のチャネル出口との間の流体連通を可能にするように構成されてもよい。流体回路はさらに、第１の可変容積チャンバと、第２の可変容積チャンバと、その間の摺動可能ピストンとを備える、シリンダを備えてもよく、第１の双方向チャネルは、第１の可変容積チャンバに結合され、第３の双方向チャネルは、第２の可変容積チャンバに結合される。流体回路はまた、第２の双方向流体チャネルに接続される流体サンプをさらに備えてもよい。
【００１６】
別の実施例では、第１の可変容積空洞と、第２の可変容積空洞と、その間のピストンと、ピストンに結合され、第１の可変容積空洞から外へ摺動可能に延在するピストンシャフトと、第１の可変容積空洞への第１のシリンダポートと、第２の可変容積空洞への第２のシリンダポートとを備える、第１のシリンダを備える、油圧アセンブリまたは補綴アセンブリが、提供される。流体回路は、比例弁を含有する、第１の一方向流体経路と、第１のシリンダポートから第１の一方向流体経路までの第２の一方向流体経路と、第１の一方向流体経路から第１のシリンダポートまでの第３の一方向流体経路と、第１の一方向流体経路から第２のシリンダポートまでの第４の一方向流体経路と、第２のシリンダポートから第１の一方向流体経路までの第５の一方向流体経路とを備えてもよい。油圧アセンブリまたは補綴アセンブリはさらに、第１の一方向流体経路および第４の一方向流体経路に結合される流体サンプ、および／または流体サンプに接続される第１の弁ポート、第１のシリンダポートに接続される第２の弁ポート、および第２のシリンダポートに接続される第３の弁ポートを伴う三方向弁を備えてもよい。油圧アセンブリまたは補綴アセンブリはまた、第３の弁ポートと第２のシリンダポートとの間にユーザ調節可能可変抵抗器を備えてもよい。三方向弁は、常開であってもよい。比例弁は、三方向比例弁であってもよく、二次チャネル入口を備えてもよい。流体回路はさらに、第５の一方向流体経路から比例弁の二次入口までの第６の一方向流体経路と、第１のシリンダポートから比例弁の二次入口までの第７の一方向流体経路とを備えてもよい。第６の一方向流体経路は、ユーザ調節可能可変抵抗器を含んでもよい。補綴アセンブリはまた、センサと、センサおよび比例弁に接続されるコントローラとをさらに備えてもよく、センサは、センサに基づいて比例弁を通した抵抗を調節するように構成されてもよい。
【００１７】
第１のシリンダは、縦軸を画定し得る。流体回路は、第１のシリンダと平行であり、縦軸から側方にオフセットされ得る。流体サンプは、流体回路と平行かつ一直線であり得る。
【００１８】
別の実施例では、縦軸を画定する、第１のシリンダを備える、油圧アセンブリまたは人工装具が、提供される。第１のシリンダは、第１のシリンダポートと、第２のシリンダポートとを備えてもよい。第１のピストンは、第１のシリンダ内で摺動可能であり得る。流体回路は、第１のシリンダと平行であり、縦軸から側方にオフセットされ得る。流体回路は、流体チャネルのセットと、流体チャネルのセットを通した流動に対する可変抵抗を設定するように構成される可変抵抗弁とを備えてもよい。流体サンプは、流体回路と平行かつ一直線であり得る。流体サンプは、サンプポートを備えてもよい。流体回路および流体サンプは、第１のシリンダの長さに沿って第１のシリンダに取り付けられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１Ａ−１Ｂは、人工膝の変形例の概略側面図である。
【００２０】
【図２−１】図２Ａ−２Ｄは、人工膝の例示的変形例の例証的外部図である。図２Ａは、側面図であり、図２Ｂは、斜視図である。図２Ｃは、背面図であり、図２Ｄは、正面図である。
【図２−２】図２Ａ−２Ｄは、人工膝の例示的変形例の例証的外部図である。図２Ａは、側面図であり、図２Ｂは、斜視図である。図２Ｃは、背面図であり、図２Ｄは、正面図である。
【００２１】
【図３−１】図３Ａ−３Ｂは、油圧システムの例示的変形例の例証的外部図である。図３Ａは、斜視図であり、図３Ｂは、側面図である。図３Ｃは、図３Ａ−３Ｂの油圧システムの断面側面図である。
【図３−２】図３Ａ−３Ｂは、油圧システムの例示的変形例の例証的外部図である。図３Ａは、斜視図であり、図３Ｂは、側面図である。図３Ｃは、図３Ａ−３Ｂの油圧システムの断面側面図である。
【００２２】
【図４】図４は、人工関節の変形例のブロック図である。
【００２３】
【図５−１】図５Ａ−５Ｃは、油圧システムの変形例の例証的概略図である。図５Ａは、システムアーキテクチャを図示し、図５Ｂは、屈曲のための流体流を図示し、図５Ｃは、伸展のための流体流を図示する。
【図５−２】図５Ａ−５Ｃは、油圧システムの変形例の例証的概略図である。図５Ａは、システムアーキテクチャを図示し、図５Ｂは、屈曲のための流体流を図示し、図５Ｃは、伸展のための流体流を図示する。
【００２４】
【図６−１】図６Ａ−６Ｆは、制御弁の変形例の例証的概略図である。図６Ａは、スリーブおよびスプールの断面側面図であり、図６Ｂは、スリーブの側面図であり、図６Ｃ−６Ｅは、弁を使用する流体流の断面側面図である。図６Ｆは、スリーブ、スプール、およびオリフィスの側面図である。
【図６−２】図６Ａ−６Ｆは、制御弁の変形例の例証的概略図である。図６Ａは、スリーブおよびスプールの断面側面図であり、図６Ｂは、スリーブの側面図であり、図６Ｃ−６Ｅは、弁を使用する流体流の断面側面図である。図６Ｆは、スリーブ、スプール、およびオリフィスの側面図である。
【００２５】
【図７−１】図７Ａ−７Ｅは、油圧システムの別の変形例の例証的概略図である。図７Ａは、システムアーキテクチャを図示し、図７Ｂは、電源オン屈曲のための流体流を図示し、図７Ｃは、電源オン伸展のための流体流を図示する。図７Ｄは、電源オフ屈曲のための流体流を図示し、図７Ｅは、電源オフ伸展のための流体流を図示する。
【図７−２】図７Ａ−７Ｅは、油圧システムの別の変形例の例証的概略図である。図７Ａは、システムアーキテクチャを図示し、図７Ｂは、電源オン屈曲のための流体流を図示し、図７Ｃは、電源オン伸展のための流体流を図示する。図７Ｄは、電源オフ屈曲のための流体流を図示し、図７Ｅは、電源オフ伸展のための流体流を図示する。
【図７−３】図７Ａ−７Ｅは、油圧システムの別の変形例の例証的概略図である。図７Ａは、システムアーキテクチャを図示し、図７Ｂは、電源オン屈曲のための流体流を図示し、図７Ｃは、電源オン伸展のための流体流を図示する。図７Ｄは、電源オフ屈曲のための流体流を図示し、図７Ｅは、電源オフ伸展のための流体流を図示する。
【００２６】
【図８Ａ】図８Ａ−８Ｅは、制御弁の例示的変形例の断面側面図である。図８Ａは、比例スプール弁の断面側面図を図示図示する。
【図８Ｂ】図８Ａ−８Ｅは、制御弁の例示的変形例の断面側面図である。図８Ｂは、電源オフ弁の断面側面図を図示する。図８Ｃは、弁の概略図を図示する。
【図８Ｃ】図８Ａ−８Ｅは、制御弁の例示的変形例の断面側面図である。図８Ｃは、弁の概略図を図示する。
【図８Ｄ】図８Ａ−８Ｅは、制御弁の例示的変形例の断面側面図である。図８Ｄは、電源オフ屈曲のための弁の概略図を図示する。
【図８Ｅ】図８Ａ−８Ｅは、制御弁の例示的変形例の断面側面図である。図８Ｅは、電源オフ伸展のための弁の概略図を図示する。
【００２７】
【図９−１】図９Ａ−９Ｅは、油圧システムのさらに別の変形例の例証的概略図である。図９Ａは、システムアーキテクチャを図示する。図９Ｂは、電源オン屈曲のための流体流を図示し、図９Ｃは、電源オン伸展のための流体流を図示する。図９Ｄは、電源オフ屈曲のための流体流を図示し、図９Ｅは、電源オフ伸展のための流体流を図示する。
【図９−２】図９Ａ−９Ｅは、油圧システムのさらに別の変形例の例証的概略図である。図９Ａは、システムアーキテクチャを図示する。図９Ｂは、電源オン屈曲のための流体流を図示し、図９Ｃは、電源オン伸展のための流体流を図示する。図９Ｄは、電源オフ屈曲のための流体流を図示し、図９Ｅは、電源オフ伸展のための流体流を図示する。
【図９−３】図９Ａ−９Ｅは、油圧システムのさらに別の変形例の例証的概略図である。図９Ａは、システムアーキテクチャを図示する。図９Ｂは、電源オン屈曲のための流体流を図示し、図９Ｃは、電源オン伸展のための流体流を図示する。図９Ｄは、電源オフ屈曲のための流体流を図示し、図９Ｅは、電源オフ伸展のための流体流を図示する。
【００２８】
【図１０】図１０Ａ−１０Ｄは、制御弁の別の変形例を使用する流体流の例証的概略図である。
【００２９】
【図１１Ａ】図１１Ａ−１１Ｅは、制御弁の別の例示的変形例の断面側面図である。図１１Ａは、３ポートスプール弁の断面側面図を図示し、図１１Ｂは、弁の概略図を図示する。図１１Ｃおよび１１Ｄは、電源オン流体流のための弁の概略図を図示する。図１１Ｅは、電源オフ流体流のための弁の概略図を図示する。
【図１１Ｂ】図１１Ａ−１１Ｅは、制御弁の別の例示的変形例の断面側面図である。図１１Ａは、３ポートスプール弁の断面側面図を図示し、図１１Ｂは、弁の概略図を図示する。図１１Ｃおよび１１Ｄは、電源オン流体流のための弁の概略図を図示する。図１１Ｅは、電源オフ流体流のための弁の概略図を図示する。
【図１１Ｃ】図１１Ａ−１１Ｅは、制御弁の別の例示的変形例の断面側面図である。図１１Ａは、３ポートスプール弁の断面側面図を図示し、図１１Ｂは、弁の概略図を図示する。図１１Ｃおよび１１Ｄは、電源オン流体流のための弁の概略図を図示する。図１１Ｅは、電源オフ流体流のための弁の概略図を図示する。
【図１１Ｄ】図１１Ａ−１１Ｅは、制御弁の別の例示的変形例の断面側面図である。図１１Ａは、３ポートスプール弁の断面側面図を図示し、図１１Ｂは、弁の概略図を図示する。図１１Ｃおよび１１Ｄは、電源オン流体流のための弁の概略図を図示する。図１１Ｅは、電源オフ流体流のための弁の概略図を図示する。
【図１１Ｅ】図１１Ａ−１１Ｅは、制御弁の別の例示的変形例の断面側面図である。図１１Ａは、３ポートスプール弁の断面側面図を図示し、図１１Ｂは、弁の概略図を図示する。図１１Ｃおよび１１Ｄは、電源オン流体流のための弁の概略図を図示する。図１１Ｅは、電源オフ流体流のための弁の概略図を図示する。
【００３０】
【図１２】図１２は、人工膝の別の変形例の概略側面図である。
【００３１】
【図１３−１】図１３Ａは、制御弁の別の変形例の断面側面図である。
【図１３−２】図１３Ｂ−１３Ｅは、図１３Ａに描写される制御弁の変形例の例証的概略図である。図１３Ｂは、スリーブおよびスプールの断面側面図であり、図１３Ｃ−１３Ｅは、スリーブ、スプール、およびオリフィスの側面図である。
【図１３−３】図１３Ｆ−１３Ｉは、個別の完全開放状態、高抵抗状態、ロックアウト状態、および電源オフ状態時の弁の概略図を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本明細書では、油圧アセンブリ、補綴システム、および油圧アセンブリまたは補綴具を制御するための方法が、説明される。本明細書に説明されるような人工関節は、ユーザの歩行段階に基づいて関節の抵抗を調節するように、マイクロプロセッサを使用して制御されてもよい。人工関節が、油圧シリンダと、ピストンとを含む、油圧システムを含む、変形例では、マイクロプロセッサは、油圧流体制御弁を調節し、歩行周期の異なる段階のために油圧システムを通した油圧流体の抵抗を設定するように構成されてもよい。いくつかの変形例では、油圧システムは、異なる歩行段階のために電力損失中に油圧システムを通した油圧流体の抵抗を設定するための構成要素（例えば、弁、流体チャネル）を含んでもよい。
Ｉ．システム
Ａ．人工膝
【００３３】
本明細書では、切断患者による使用のための人工装具が説明される。いくつかの変形例では、本明細書に示される人工関節は、大腿切断患者による使用のための人工膝として構成されてもよい。人工膝は、油圧ダンパに結合される油圧シリンダを含む、油圧システムを含んでもよい。油圧システムに結合されるコントローラは、歩行段階に従って、膝関節の回転に対する抵抗を設定し、したがって、ユーザがより自然な歩行運動により移動することを可能にするように構成されてもよい。より詳細に説明されるように、人工関節は、他の場所で使用するために構成されてもよい。例えば、人工関節は、下腿切断患者または大腿切断患者用の人工足関節として使用するために構成されてもよい。
【００３４】
図１Ａ−１Ｂは、人工膝（１００）の概略側面図を図示する。人工膝（１００）は、第１関節（１１２）を中心として下側関節部材（１２０）に回転可能に結合される上側関節部材（１１０）を含んでもよい。いくつかの変形例では、上側関節部材（１１０）は、回転子であってもよく、下側関節部材（１２０）は、シャンクであってもよく、第１関節（１１２）は、膝関節であってもよい。上側関節部材（１１０）および下側関節部材（１２０）は、屈曲および伸展において相互に対して移動してもよい。人工関節が人工足関節である、変形例では、上側および下側関節部材は、背屈および足底屈において相互に対して移動してもよい。いくつかの変形例では、上側関節部材（１１０）および下側関節部材（１２０）は、単一の枢動点を中心として、球関節等の異なる関節を横断して、またはマルチバーリンケージまたは他のタイプのリンケージの中等の複数の点を横断して、枢動してもよい。
【００３５】
上側関節部材（１１０）および下側関節部材（１２０）は、下側関節部材（１２０）に対して上側関節部材（１１０）の回転を作動および／または減衰させるように構成される、油圧システム（１６０）に結合されてもよい。例えば、油圧システム（１６０）は、人工膝（１００）の回転抵抗を設定するように構成されてもよい。油圧システム（１６０）は、油圧シリンダ（１５０）に摺動可能に結合されるピストンアセンブリ（１３０）を備えてもよい。ピストンアセンブリ（１３０）は、シリンダ（１５０）内に位置するピストン（図示せず）と、ピストンに結合され、シリンダ（１５０）から外へ延在するピストンシャフトとを含んでもよい。したがって、ピストンアセンブリ（１３０）は、交互にシリンダ（１５０）の中へ圧縮する、またはそこから外へ延在してもよい。図１Ａが、ピストンアセンブリ（１３０）の延在を図示する一方で、図１Ｂは、ピストンアセンブリ（１３０）の圧縮を図示する。上側関節部材（１１０）は、第１関節（１１２）がない場合に下側関節部材（１２０）に対して回転してもよい。ピストンアセンブリ（１３０）が、線形ピストンであってもよい一方で、油圧シリンダ（１５０）のチャンバは、円筒形であり得る。ピストンアセンブリ（１３０）は、第１のシリンダマウント（１１４）において上側関節部材（１１０）に結合されてもよい。シリンダ（１５０）は、第２のシリンダマウント（１２２）において下側関節部材（１２０）に結合されてもよい。
【００３６】
他の実施例では、ピストンアセンブリ（１３０）は、ピストンアセンブリ（１３０）が第１のシリンダマウント（１１４）の軸を中心として上側関節部材（１１０）に対して回転し得るように、シリンダ（１５０）の回転チャンバの中に位置する回転ピストン（図示せず）であってもよい。シリンダ（１５０）は、第２のシリンダマウント（１２２）の軸を中心として下側関節部材（１２０）に対して回転してもよい。
【００３７】
トルクが第１関節（１１２）を中心として印加されるとき、上側関節部材（１１０）は、ピストンアセンブリ（１３０）がシリンダ（１５０）の中へ圧縮するか、またはそこから外へ延在するかのいずれかであるように、第１関節（１１２）を中心として回転（１１６）してもよい。上側関節部材（１１０）および下側関節部材（１２０）が関節（１１２）を中心として回転（１１６）すると、ピストンアセンブリ（１３０）は、上側関節部材（１１０）に対して第１のシリンダマウント（１１４）の軸を中心として回転してもよく、シリンダ（１５０）は、下側関節部材（１２０）に対して第２のシリンダマウント（１２２）の軸を中心として回転してもよい。ピストンアセンブリ（１３０）は、シリンダ（１５０）の内部空洞が２つの可変容積チャンバに分離されるように構成されてもよい。ピストンアセンブリ（１３０）がシリンダ（１５０）内で移動すると、シリンダ（１５０）内の油圧流体は、１つのチャンバから対向するチャンバの中に変位される。２つのチャンバは、本明細書により詳細に説明されるように、１つ以上の油圧流体チャネルと、油圧流体流制御システムとを含み得る、油圧ダンパによって流体的に接続されてもよい。例えば、油圧ダンパは、２つ以上のシリンダポートを通してシリンダ（１５０）と流体的に接続されてもよい。本明細書により詳細に説明されるように、油圧流体流制御システムは、１つ以上の弁と、弁アクチュエータと、流体サンプとを含んでもよい。
【００３８】
第１関節（１１２）を中心とした関節部材の回転に対する抵抗は、油圧回路の制御弁（本明細書により詳細に説明される）を使用して、変動され得る（例えば、係止状態と解放状態との間で設定される）。ピストンアセンブリ（１３０）がシリンダ（１５０）内で移動する（例えば、圧縮または延在する）と、油圧流体は、制御弁に進入する。コントローラ（例えば、メモリを含むマイクロプロセッサ）は、制御弁内の流体開口部の面積を制御するように構成されてもよい。制御弁内の流体開口部の面積の変化は、油圧システム（１６０）内の油圧流体の流動に対する抵抗を変化させ得る。油圧システム（１６０）を通した油圧流体流に対する抵抗は、人工関節の回転、したがって、歩行段階に対する抵抗に対応し得る。いくつかの変形例では、制御弁は、スリーブに摺動可能に結合されるスプールを含んでもよい。
【００３９】
上側関節部材（１１０）は、第１のコネクタ（１４０）に結合されてもよく、下側関節部材（１２０）は、第２のコネクタ（１４２）に結合されてもよい。いくつかの変形例では、第１のコネクタ（１４０）は、近位ピラミッドコネクタであってもよく、第２のコネクタ（１４２）は、遠位ピラミッドコネクタであってもよい。
【００４０】
図２Ａ−２Ｄは、人工膝（２００）の例示的変形例の外部図を図示する。人工膝（２００）は、第１関節（２１２）（例えば、膝関節）を中心として下側関節部材（２２０）（例えば、シャンク）に結合される第１の上側関節部材（２１０）（例えば、回転子）を含んでもよい。上側関節部材（２１０）および下側関節部材（２２０）は、屈曲および伸展において相互に対して移動してもよい。上側関節部材（２１０）は、ピストンおよびピストンシャフトを伴うピストンアセンブリ（２３０）に結合されてもよい。ピストンアセンブリ（２３０）は、シリンダマウント（２１４）において上側関節部材（２１０）に結合されてもよい。ピストンアセンブリ（２３０）は、シリンダマウント（２１４）の軸を中心として上側関節部材（２１０）に対して回転してもよい。上側関節部材（２１０）は、第１のコネクタ（２４０）（例えば、近位ピラミッド）に結合されてもよく、下側関節部材（２２０）は、第２のコネクタ（２４２）（例えば、遠位ピラミッド）に結合されてもよい。いくつかの変形例では、第１のコネクタ（１４０）は、近位ピラミッドコネクタであってもよく、第２のコネクタ（１４２）は、遠位ピラミッドコネクタであってもよい。例えば、第１のコネクタ（２４０）は、ソケット（図示せず）に取り付けられるように構成されてもよく、ソケットは、切断患者の残存肢に取り付けられるように構成されてもよい。第２のコネクタ（２４２）は、義足および／または人工足関節（図示せず）に取り付けられるように構成されてもよい。補綴具（２００）はまた、補綴具（２００）の電力、無線コネクティビティ、バッテリレベルディスプレイ、または他の特徴を作動させるための１つ以上のボタン２４４または他の制御を含んでもよい。
【００４１】
図３Ａ−３Ｃは、図１Ａ−２Ｄに描写される人工膝（１００、２００）で使用され得る、油圧アセンブリ（３００）の例示的変形例を図示する。油圧システム（３００）は、シリンダ（３２０）の中に位置するピストンおよびシリンダ（３２０）から外へ延在するピストンシャフトを伴う、油圧シリンダ（３２０）に摺動可能に結合されるピストンアセンブリ（３１０）を含んでもよい。ピストンアセンブリ（３１０）の端部は、第１のマウント（３１２）と、ピストン（３１１）とを含んでもよい。油圧シリンダ（３２０）の端部は、第２のマウント（３２２）を含んでもよい。いくつかの変形例では、第１のマウント（３１０）は、回転子に回転可能に結合してもよく、第２のマウント（３２２）は、シャンクに回転可能に結合してもよい。本明細書により詳細に説明されるように、油圧ダンパ（３３０）は、シリンダ（３２０）を通した油圧流体流の抵抗を制御するように、油圧シリンダ（３２０）に結合されてもよい。油圧シリンダ（３２０）は、第１の可変容積チャンバと、第２の可変容積チャンバ（図示せず）とを含んでもよい。各チャンバの容積は、ピストンアセンブリ（３１０）が油圧シリンダ（３２０）内で摺動するにつれて変化する。容積はさらに、ピストンアセンブリ（３１０）の直径およびその進行長に依存し得る。いくつかの変形例では油圧シリンダチャンバ（すなわち、第１および第２の可変容積チャンバ）の容積は、約９ｍｌ〜約３０ｍｌであってもよい。例えば、油圧シリンダチャンバの容積は、約１５ｍｌ〜約２０ｍｌであってもよい。
【００４２】
図３Ｃは、ピストンアセンブリ（３１０）と、油圧シリンダ（３２０）と、油圧ダンパ（３３０）とを備える、油圧アセンブリ（３００）の断面側面図である。本明細書でより詳細に議論されるように、流体回路はさらに、弁（３３２）（例えば、可変抵抗３ポート弁）に結合される流体チャネルのセットを備え、流体チャネルのセットを通した流動に対する可変抵抗を設定するように構成されてもよい。流体サンプ（３４０）（例えば、アキュムレータ）は、流体回路と一直線に結合されてもよい（例えば、同一の縦軸に沿って配列される）。油圧ダンパ（３３０）は、油圧シリンダ（３２０）の側面と平行であり、それに取り付けられてもよい（例えば、油圧シリンダ（３２０）の縦軸から側方にオフセットされる）。油圧ダンパ（３３０）は、シリンダ（３２０）の長さに沿って油圧シリンダ（３２０）に取り付けられてもよい。故に、油圧アセンブリ（３００）の長さは、油圧アセンブリ（３００）を使用する補綴具が、より大きい患者集団に適応し得るように、（相互と一直線に配列されるシリンダおよびダンパを有する、油圧アセンブリに対して）短縮され、および／またはよりコンパクトに作製されてもよい。
【００４３】
いくつかの変形例では、ピストンアセンブリ（３１０）は、約２０ｍｍ〜約３０ｍｍの直径と、約８ｍｍ〜約３０ｍｍの長さとを備えてもよい。例えば、直径は、約２２ｍｍ〜約２７ｍｍであってもよく、長さは、約１０ｍｍ〜約２０ｍｍであってもよい。油圧ダンパ（３３０）は、弁（３３２）と、弁スプール（３３４）と、流体サンプ（３４０）とを含む、流体回路を備えてもよい。流体サンプ（３４０）（例えば、アキュムレータ）は、ばね（３４２）と、スリーブ（３４４）と、流体サンプピストン（３４８）と、ピストン（３４８）に結合されるシール（３４６）と、流体リザーバ（図示せず）とを備えてもよい。加えて、または代替として、流体サンプ（３４０）は、流体サンプ（３４０）のリザーバ容積を変化させるための空気圧要素（例えば、窒素ガスを使用する）を備えてもよい。流体サンプ（３４０）は、ピストン（３１０）圧縮および高温の結果として流体を受容するために使用されてもよい。
【００４４】
いくつかの変形例では、流体サンプ（３４０）は、約８ｍｍ〜約３０ｍｍの直径と、約２ｍｍａ〜約６０ｍｍの長さとを備えてもよい。いくつかの変形例では、ばね（３４２）は、約５ｍｍ〜約１２０ｍｍの非圧縮長を有してもよい。例えば、ばね（３４２）は、約３０ｍｍ〜約５０ｍｍの非圧縮長を有してもよい。いくつかの変形例では、ばね（３４２）は、約０．２Ｎ／ｍｍ〜約１０Ｎ／ｍｍのばね定数を有してもよい。例えば、ばね（３４２）は、約０．３Ｎ／ｍｍ〜約１Ｎ／ｍｍのばね定数を有してもよい。いくつかの変形例では、流体サンプピストン（３４８）は、約８ｍｍ〜約３０ｍｍの直径と、約５ｍｍ〜約４０ｍｍの長さとを備えてもよい。例えば、流体サンプピストン（３４８）は、約１５ｍｍ〜約２５ｍｍの直径と、約１５ｍｍ〜約３０ｍｍの長さとを備えてもよい。いくつかの変形例では、流体リザーバは、約１．０ｍｌ〜約５０．０ｍｌの容積を備えてもよい。例えば、流体リザーバは、約１．０ｍｌ〜約３ｍｌの流体体積を伴う約１．０ｍｌ〜約１０．０ｍｌの容積を備えてもよい。
【００４５】
図３Ｃに示されるように、油圧シリンダ（３２０）は、摺動可能ピストンアセンブリ（３１０）と、ピストンアセンブリ（３１０）に結合される第１のマウント（３１２）と、第１のマウント（３１２）の反対の油圧シリンダ（３２０）の端部に結合される第２のマウント（３２２）と、ピストンスリーブ（３１８）に結合されるピストンシール（３１６）とを備えてもよい。ピストンアセンブリ（３１０）は、バンパ（３２４）と、１つ以上のブッシング（３２６）とを備えてもよい。例えば、第１のブッシング（３２６）は、油圧シリンダ（３２０）の内部容積内でピストンアセンブリ（３１０）に結合されてもよく、第２のブッシング（図示せず）は、油圧シリンダ（３２０）およびピストンアセンブリ（３１０）の外部上に配置されてもよい。ワイパ（３２９）は、油圧シリンダ（３２０）の端部分においてピストンアセンブリ（３１０）に摺動可能に結合されてもよい。
【００４６】
図４は、人工関節（４００）の回転に対する抵抗の制御を自動化するための制御方式を有し、本明細書に説明される人工膝（１００、２００）のうちのいずれかで使用され得る、人工関節（４００）の変形例のブロック図である。人工関節（４００）は、人工関節（４００）の回転に対する抵抗を設定するために使用される油圧システム（４１０）を含んでもよい。油圧システム（４００）は、油圧アクチュエータまたはダンパとして機能し、油圧流体の流動、したがって、人工関節（４００）の回転を制御するように構成されてもよい。油圧システム（４１０）は、ピストン（４１２）と、油圧シリンダ（４１４）と、油圧システム（４１０）内の油圧流体の移動を可能にし、限定し、および／またはそれに抵抗し、したがって、人工関節（４００）の回転を可能にし、限定し、および／またはそれに抵抗するように構成される、油圧ダンパ（４１６）とを含んでもよい。いくつかの変形例では、油圧ダンパ（４１６）は、油圧を生成し、関節（４００）の回転を駆動するモータを有する、油圧アクチュエータを含んでもよい。油圧アクチュエータはまた、ダンパとして動作されてもよい。
【００４７】
いくつかの変形例では、油圧システム（４１０）は、１つ以上のセンサ（４３０）を使用して、コントローラ（４２０）によって制御されてもよい。コントローラ（４２０）は、１つ以上のプロセッサ（４２２）と、メモリ（３４２）とを含んでもよい。プロセッサ（４２２）は、命令またはコードのセットを起動および／または実行するように構成される任意の好適な処理デバイスであってもよく、１つ以上のデータプロセッサ、画像プロセッサ、グラフィックス処理ユニット、物理処理ユニット、デジタル信号プロセッサ、および／または中央処理ユニットを含んでもよい。プロセッサ（４２２）は、例えば、汎用プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および／または同等物であってもよい。プロセッサ（４２２）は、本システムおよび／またはそれと関連付けられるネットワーク（図示せず）と関連付けられるアプリケーションプロセスおよび／または他のモジュール、プロセス、および／または機能を起動および／または実行するように構成されてもよい。基本的なデバイス技術は、種々のコンポーネントタイプ、例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）のような金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）技術、エミッタ結合論理（ＥＣＬ）のようなバイポーラ技術、ポリマー技術（例えば、シリコン共役ポリマーおよび金属共役ポリマー金属構造）、混合アナログおよびデジタル、および／または同等物等において提供されてもよい。
【００４８】
いくつかの変形例では、メモリ（４２４）は、データベース（図示せず）を含んでもよく、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、メモリバッファ、ハードドライブ、消去可能プログラマブル読取専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ等であってもよい。メモリ（４２４）は、プロセッサ（４２２）に、油圧流体制御、歩行決定、つまずき回復、センサ制御、通信、および／またはユーザ設定等のシステム（４００）と関連付けられるモジュール、プロセス、および／または機能を実行させるための命令を記憶してもよい。
【００４９】
人工関節（４００）は、限定ではないが、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）（例えば、離散集積回路）、角度位置センサ、圧力差センサ、トルクセンサ、荷重センサ、および温度センサを含む、１つ以上のセンサ（４３０）を含んでもよい。
【００５０】
ＩＭＵが、提供されてもよく、３つの軸に沿った直線および角加速度を測定するように構成されてもよい。例えば、絶対傾転が、測定され、関節があるべきであるモード（例えば、歩行、サイクリング）を設定するために使用されてもよい。いくつかの変形例では、ＩＭＵは、人工関節の回転子および／またはシャンク上に配置され、および／またはそれに結合されてもよい。ＩＭＵは、加速度計および／またはジャイロスコープを備えてもよい。いくつかの変形例では、ＩＭＵの加速度計は、少なくとも約４．８ｃｍ／ｓ２の分解能と、約±３９ｃｒｍ／ｓ２の正確度と、約±１６ｇの測定範囲とを有してもよい。ＩＭＵのジャイロスコープは、少なくとも約０．０７度／秒の分解能と、約±３度／秒の正確度と、約±２，０００度／秒の測定範囲とを有してもよい。
【００５１】
角度位置センサが、回転子および／またはシャンク上に配置され、および／またはそれに結合されてもよい。角度位置センサは、膝の配向を分類するように構成されてもよい。角度は、膝のトルクを計算するために使用されてもよい。いくつかの変形例では、角度位置センサは、ホールセンサ、光学エンコーダ、または他の角度位置センサであってもよい。いくつかの変形例では、角度センサは、少なくとも約０．０２５度／カウントの分解能と、約１度未満の正確度とを有してもよく、約０度〜約１３５度の屈曲を測定してもよい。
【００５２】
圧力差センサは、油圧システム内の圧力差を測定するように構成されてもよい。いくつかの変形例では、膝のトルクが、圧力差および膝角度を使用して計算されてもよい。いくつかの変形例では、圧力差センサは、ピストンおよび／またはシリンダに結合される歪みゲージであってもよい。いくつかの変形例では、膝トルクは、近位コネクタ、回転子、シャンク上に配置される、または人工関節の遠位端において荷重センサと組み合わせられる、外部トルクセンサを使用して計算されてもよい。
【００５３】
いくつかの変形例では、荷重変換器（例えば、歪みゲージ）が、ピストンシャフトまたはピストンシャフトの接続要素の上または中に配置されてもよい。荷重センサは、人工関節（４００）の荷重を測定するように構成されてもよい。例えば、荷重センサは、柔軟要素の偏向を測定するように構成されてもよい。いくつかの変形例では、荷重センサは、遠位コネクタおよび／または回転子の中に配置される歪みゲージであってもよい。いくつかの変形例では、荷重および／またはトルクセンサは、爪先離れ閾値および膝のユーザ荷重を決定するために使用されてもよい。いくつかの変形例では、荷重センサは、少なくとも約０．３１Ｎ／カウントの分解能と、約４．５Ｎ未満の正確度とを有してもよく、約０Ｎ〜約２，０００Ｎの荷重を測定してもよい。いくつかの変形例では、トルクセンサは、少なくとも約０．０２５Ｎｍ／カウントの分解能と、約０．１２５Ｎｍ未満の正確度とを有してもよく、約０Ｎ〜約１０１Ｎｍのトルクを測定してもよい。
【００５４】
温度センサが、人工関節（４００）の安全な動作を確実にするように、油圧システム（４１０）および／またはシステムの電子構成要素（例えば、コントローラ（４２０）、通信インターフェース（４４０）、電力供給源（４５０））の上に、またはそれに隣接して配置されてもよい。
【００５５】
図１２は、人工膝（１２００）の別の変形例の概略側面図である。人工膝（１２００）は、第１の枢動点（１２１２）を中心として下側関節部材（１２２０）に回転可能に結合される上側関節部材（１２１０）を含んでもよい。油圧システム（１２３０）は、第１のマウント（１２１４）において上側関節部材（１２１０）に枢動可能に結合され、第２のマウント（１２２２）において下側関節部材（１２２０）に結合されてもよい。いくつかの変形例では、上側関節部材（１２１０）は、正反対に分極され、温度補償を提供するように構成され得る、サマリウムコバルト磁石等の磁石を備えてもよい。人工膝（１２００）は、油圧システム（１２３０）の遠位端と平行に、かつそこに位置する、ロードセル（１２５０）を備えてもよい。例えば、ロードセル（１２５０）は、第２のマウント（１２２２）、ピストンシャフト、および／またはシリンダのうちの１つ以上のものの中に位置してもよい。いくつかの変形例では、シリンダの中で内部に位置する、またはそれと流体連通する、１つ以上の圧力計またはセンサが、そのチャンバの間のシリンダ内の絶対圧力または圧力差を測定するために使用されてもよい。圧力差は、シリンダ上の荷重を計算するために使用されてもよい。膝トルクが、シリンダ上の測定された荷重およびシリンダのモーメントアームを使用して、計算されてもよい。シリンダのモーメントアームは、膝角度測定から計算されてもよい。
【００５６】
補綴具が人工足関節である、変形例では、１つ以上のセンサは、力または荷重センサ、トルクセンサ、角度センサ、加速度計、および／またはジャイロスコープを備えてもよい。センサは、人工足関節および／または義足の上に位置してもよい。例えば、力または荷重センサ、トルクセンサ、または両方が、シャンクまたはコネクタの上に位置し、ユーザによって人工足関節および／または義足に印加される力、トルク、または両方を測定するように構成されてもよい。別の実施例として、角度センサが、シャンクと義足との間の相対角度を測定するように、シャンクと義足との間の足関節枢動シャフト上に位置してもよい。別の実施例として、加速度計、ジャイロスコープ、または両方が、義足の足結合器マウント上に位置し、衝撃、配向等を感知または測定するように構成されてもよい。同様に、シャンクと義足との間に角度センサを位置付けることは、パイロン等の他の構造の相対配向を分類する必要なく、かつパイロン上にセンサを位置付ける必要なく、相対配向が分類されることを可能にし得る。いくつかの変形例では、本システムは、２０１１年１月２７日に出願され、「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＡＮＤ  ＲＯＢＵＳＴ  ＬＯＡＤ  ＡＮＤ  ＭＯＭＥＮＴ  ＳＥＮＳＯＲ」と題された、米国特許出願第１３／０１５，４２３号（その内容がその全体として参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明される要素のうちの１つ以上のものを備えてもよい。
【００５７】
図４に戻って参照すると、いくつかの変形例では、人工関節（４００）は、送受信機（図示せず）を含む、通信インターフェース（４４０）を備えてもよい。コントローラ（４２０）は、通信インターフェース（４４０）を使用し、限定ではないが、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、スマートフォン、または同等物を含む、外部コンピューティングデバイスに無線で接続してもよい。メモリ（４２４）からの患者データは、通信インターフェース（４４０）によって受信され、外部デバイスに出力されてもよい。別の実施例として、通信インターフェース（４４０）は、１つ以上のボタン、ノブ、ダイヤル、スイッチ、または同等物を含む、１つ以上の入力デバイスを人工関節（４００）上に備えてもよい。
【００５８】
人工関節（４００）は、電力供給源（例えば、バッテリ）を含んでもよい。油圧ダンパ（４１６）、コントローラ（４２０）、センサ（４３０）、および通信インターフェース（４４０）は、電力を受電するように電力供給源（４５０）に結合されてもよい。いくつかの変形例では、電力供給源（４５０）は、人工関節（４００）の筐体内に配置され、および／または、例えば、電力ケーブルを介して、人工関節（４００）に外部から接続されてもよい。別の実施例として、電力供給源（４５０）は、人工関節（４００）の裏面上に配置され、油圧システム（４１０）に結合されてもよい。
【００５９】
いくつかの変形例では、本システムは、２０１５年５月８日に出願され、「ＰＲＯＳＴＨＥＴＩＣ  ＷＩＴＨ  ＶＯＩＣＥ  ＣＯＩＬ  ＶＡＬＶＥ」と題された米国特許出願第１４／７０７，９５７号、および／または２０１４年８月２２日に出願され、「ＭＩＣＲＯＰＲＯＣＥＳＳＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ  ＰＲＯＳＴＨＥＴＩＣ  ＡＮＫＬＥ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＦＯＯＴＷＥＡＲ  ＡＮＤ  ＴＥＲＲＡＩＮ  ＡＤＡＰＴＡＴＩＯＮ」と題された米国特許出願第１４／４６６，０８１号（それぞれ、その全体として参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明される、１つ以上の要素を備えてもよい。
Ｂ．油圧回路
【００６０】
いくつかの変形例では、油圧アセンブリまたはシステムは、単一の一方向制御弁を有する流体回路に結合される、単一終端ピストン複動式シリンダ（例えば、両方向に可変抵抗を提供する）とを備えてもよい。単一の一方向制御弁は、屈曲（例えば、シリンダ圧縮）および伸展（例えば、シリンダ延在）の両方における油圧流体流に対する抵抗を設定してもよい。制御弁は、流体回路が圧縮および延在の両方のために制御弁の中へ単一の方向への流体流を確実にするという点で、一方向であり得る。本明細書に説明される油圧アセンブリは、義肢、矯正、補助デバイス、またはロボットリンケージと併用するために提供されてもよい。
【００６１】
図５Ａは、第１のピストン（５１０）と、油圧シリンダ（５２０）と、油圧流体流回路（５３０）とを含む、油圧アセンブリ（５００）を図示する。ピストン（５１０）は、油圧シリンダ（５２０）内で摺動可能であり得る。ピストン（５１０）に結合されるピストンシャフト（５１２）は、シリンダ（５２０）の中および外にピストン（５１０）を圧縮または延在させてもよい。ピストン（５１０）は、シリンダ（５２０）を第１のチャンバ（５２２）および対向する第２のチャンバ（５２４）に構造的に分離してもよい。第１のチャンバ（５２２）は、第１のシリンダポート（５２６）を含んでもよく、第２のチャンバ（５２４）は、第２のシリンダポート（５２８）を含んでもよい。いくつかの変形例では、第１および第２のシリンダポート（５２６、５２８）は、ピストン（５１０）の反対側のシリンダ（５２０）の側壁上に位置してもよい。いくつかの変形例では、第１のシリンダポート（５２６）が、シリンダ（５２０）の第１の端部に位置してもよい一方で、第２のシリンダポート（５２８）は、第１の端部の反対のシリンダ（５２０）の第２の端部に位置してもよい。
【００６２】
流体回路（５３０）は、流体回路（５３０）が油圧アセンブリ（５００）を通した油圧流体の抵抗を制御するように構成され得るように、第１および第２のシリンダポート（５２６、５２８）を通して油圧シリンダ（５２０）に結合されてもよい。流体回路（５３０）は、第１のチャンバ（５２２）、第２のチャンバ（５２４）、および流体サンプ（５５０）の間の油圧流体流を制御するように構成される、複数の油圧流体チャネルを含んでもよい。図５Ａは、複数の油圧流体チャネルを備える、流体回路（５３０）を図示する。第１の油圧流体チャネル（５３１）は、第１のチャネル入口（５８０）（図５Ｂで標識される）と、第１のチャネル出口（５８１）と、第１の流体チャネル（５３１）を通した流動に対する可変抵抗を設定するように構成される第１のチャネル弁（５４０）とを備えてもよい。いくつかの変形例では、第１のチャネル弁（５４０）は、一方向可変抵抗弁であってもよい。第２の流体チャネル（５３２）は、第２のチャネル入口（５８２）（図５Ｃで標識される）と、第２のチャネル出口（５８３）と、第２のチャネル弁（５４２）とを備えてもよい。第３の流体チャネル（５３３）は、第３のチャネル入口（５８４）（図５Ｂで標識される）と、第３のチャネル出口（５８５）と、第３のチャネル弁（５４４）とを備えてもよい。第４の流体チャネル（５３４）は、第４のチャネル入口（５８６）（図５Ｃで標識される）と、第４のチャネル出口（５８７）と、第４のチャネル弁（５４６）とを備えてもよい。第５の流体チャネル（５３５）は、第５のチャネル入口（５８８）（図５Ｂで標識される）と、第５のチャネル出口（５８９）と、第５のチャネル弁（５４８）とを備えてもよい。
【００６３】
いくつかの変形例では、第１の相互接続（５９０）（例えば、交差点）は、第１のチャネル入口（５８０）と、第２のチャネル出口（５８３）と、第５のチャネル出口（５８９）とを備えてもよい。第２の相互接続（５９１）は、第１のシリンダポート（５２６）と、第２のチャネル入口（５８２）と、第３のチャネル出口（５８５）とを備えてもよい。第３の相互接続（５９２）は、サンプポート（５５６）と、第３のチャネル入口（５８４）と、第４のチャネル入口（５８６）とを備えてもよい。第４の相互接続（５９３）は、第２のシリンダポート（５２８）と、第４のチャネル出口（５８７）と、第５のチャネル入口（５８８）とを備えてもよい。これらの変形例のうちのいくつかでは、第２の相互接続（５９１）は、第１の双方向チャネルを備えてもよい。例えば、第１の双方向チャネルは、第１のシリンダポート（５２６）から第２の相互接続（５９１）まで延在してもよい。第３の相互接続（５９２）は、第２の双方向チャネルを備えてもよい。例えば、第２の双方向チャネルは、第３の相互接続（５９２）から第１のサンプポート（５５６）まで延在してもよい。第４の相互接続（５９３）は、第３の双方向チャネルを備えてもよい。例えば、第３の双方向チャネルは、第４の相互接続（５９３）から第２のシリンダポート（５２８）まで延在してもよい。
【００６４】
いくつかの変形例では、第１のチャネル入口（５８０）は、第２のチャネル弁（５４２）と第５のチャネル弁（５４８）との間で接続されてもよい。第１のシリンダポート（５２６）は、第２のチャネル弁（５４２）と第３のチャネル弁（５４４）との間で接続されてもよい。サンプポート（５５６）は、第３のチャネル弁（５４４）と第４のチャネル弁（５４６）との間で接続されてもよい。第２のシリンダポート（５２８）は、第４のチャネル弁（５４６）と第５のチャネル弁（５４８）との間で接続されてもよい。第２のチャネル弁（５４２）および第５のチャネル弁（５４８）は、直列に接続されてもよい。第３のチャネル弁（５４４）および第４のチャネル弁（５４６）は、直列に接続されてもよい。第２のチャネル弁（５４２）および第３のチャネル弁（５４４）は、並列に接続されてもよい。第４のチャネル弁（５４６）および第５のチャネル弁（５４８）は、並列に接続されてもよい。第１の油圧流体チャネル（５３１）の第１のチャネル入口（５８０）は、第２および第５の流体チャネル（５３２、５３５）の間で接続されてもよい。第１の油圧流体チャネル（５３１）の第１のチャネル出口（５８１）は、第３および第４の流体チャネル（５３３、５３４）の間で接続されてもよい。
【００６５】
第１の弁（５４０）は、第１の油圧流体チャネル（５３１）を通した油圧流体の流動に対する抵抗を設定するように構成されてもよい。流体回路（５３０）は、油圧流体がピストン（５１０）の延在および圧縮の両方のために同一の方向に第１の油圧流体チャネル（５３１）に流入するように、構成されてもよい。したがって、第１の弁（５４０）は、双方向弁ではなく一方向制御弁を備えてもよい。第１の弁（５４０）は、比例方向制御弁等の制御弁であってもよい。いくつかの変形例では、第１の弁（５４０）は、ボイスコイル弁、ソレノイド弁、およびＤＣモータのうちの１つ以上のものを備えてもよい。第１の弁（５４０）は、回転または線形幾何学形状を有してもよい。いくつかの変形例では、第１の弁（５４０）の抵抗は、本明細書により詳細に説明されるように、センサのうちの１つ以上のもの（例えば、機械センサ）からの入力に基づいて決定されてもよい。いくつかの変形例では、第２から第５の弁（５４２、５４４、５４６、５４８）は、単一の方向に油圧流体流を可能にするように構成される逆止弁であってもよい。
【００６６】
いくつかの変形例では、アクチュエータ（５３８）は、第１の弁（５４０）に結合されてもよい。アクチュエータ（５３８）は、第１の弁（５４０）を双方向に駆動し、第１の弁（５４０）を相互および選択的に位置付け、アクチュエータ（５３８）に印加される電流の極性に基づいて流体流を制御するように構成されてもよい。したがって、第１の弁（５４０）は、アクチュエータ（５３８）によって双方向に駆動されてもよい。
【００６７】
第１の弁（５４０）は、オリフィスを有するスリーブと、スリーブ内で移動可能なスプールとを含んでもよい。アクチュエータ（５３８）は、スリーブのオリフィスに対してスプールを移動させ、弁（５４０）を通した流体流に対する抵抗を変動させるように、第１の弁（５４０）に結合されてもよい。いくつかの変形例では、アクチュエータ（５３８）は、オリフィスに対してスプールを移動させてもよい。したがって、第１の弁（５４０）は、流体回路（５３０）を通した流体の抵抗を設定するように構成されてもよい。本明細書により詳細に説明されるように、逆止弁は、流体が、ピストン（５１０）の圧縮および延在に応答して、異なる流体チャネルを通して流動することを可能にされる、または抵抗を示すように、構成されてもよい。
【００６８】
流体回路（５３０）は、流体サンプ（５５０）に接続されてもよい。いくつかの変形例では、流体サンプ（５５０）は、第２のピストン（５５２）と、ばね（５５４）とを備えてもよい。流体サンプ（５５０）は、シリンダ（５２０）内のピストン（５１０）の移動によって変位される油圧流体のためのリザーバとしての役割を果たす、空洞を備えてもよい。ばね（５５４）は、空洞の容積が流体体積の増加とともに増加すると、第２のピストン（５５２）に作用するばね力を生成し、それによって、第２のピストン（５５２）の両側に等しく作用する内圧を生成するように構成されてもよい。圧力面積が第２のピストン（５５２）の両側で等しくないため、第２のピストン（５５２）に作用する正味の力は、ゼロではなく、シリンダ（５２０）からピストンシャフト（５１２）を押し出し、線形シリンダばね定数をもたらす傾向があり得る。シリンダばね定数は、膝の伸展を補助し得る、揺動伸展補助に対応し得る。
【００６９】
アクチュエータ（５３８）および第１の弁（５４０）は、本明細書に説明されるコントローラ（４２０）等のコントローラに結合されてもよい。コントローラは、アクチュエータ（５３８）および第１の弁（５４０）を制御し、それによって、油圧アセンブリ（５００）を通した流体流の抵抗、したがって、補綴具の回転に対する抵抗を制御するように構成されてもよい。例えば、第１の弁（５４０）の抵抗は、本明細書により詳細に説明されるように、センサのうちの１つ以上のものからの入力に基づいて決定されてもよい。故に、油圧アセンブリ（５００）の圧縮および延在は、人工膝の歩行サイクル、したがって、歩行中の人工関節の圧縮（屈曲）および伸展の制御中に、修正されてもよい。
【００７０】
図５Ｂは、人工膝の第１の状態（例えば、屈曲状態）に応答した等のピストン（５１０）の圧縮（５６０）に応答した、油圧アセンブリ（５００）を通した油圧流体流を図示する。例えば、ピストン（５１０）がシリンダ（５２０）の第２のチャンバ（５２４）の容積を低減させると、油圧流体は、第２のシリンダポート（５２８）を通して流体回路（５３０）に進入し、第１のシリンダポート（５２６）から外へ退出することを可能にされ得る。図５Ｂに図示されるように、流体回路（５３０）は、第２のシリンダポート（５２８）、第５のチャネル弁（５４８）、第１の弁（５４０）（例えば、可変抵抗弁）、第３のチャネル弁（５４４）を連続的に通した第１のシリンダポート（５２６）の中への第１の流体経路（５７０）に沿った油圧流体流を可能にするように構成されてもよい。いくつかの変形例では、屈曲状態は、第１の弁（５４０）からサンプポート（５５６）の中への第２の流体経路（５７１）に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。このようにして、流体は、第２のピストン（５５２）を変位させるように、流体サンプ（５５０）に流入し、その中で保持されてもよい。これらの変形例のうちのいくつかでは、屈曲状態は、第１および第２の流体経路（５７０、５７１）内で同時に流体流を可能にするように構成されてもよい。
【００７１】
いくつかの変形例では、屈曲状態は、第２のチャネル弁（５４２）および第４のチャネル弁（５４６）を通した流体流に抵抗するように構成されてもよい。例えば、第２および第４のチャネル弁（５４２、５４６）は、それぞれ、第５の逆止弁（５４８）および第２のシリンダポート（５２８）のチャネル出口（５８９）から受容される流動に抵抗するように構成される逆止弁であってもよい。逆に、第５の逆止弁、第１の制御弁、および第３の逆止弁（５４８、５４０、５４４）は、それぞれ、第２のシリンダポート（５２８）、第５の逆止弁（５４８）のチャネル出口（５８９）、および第１の弁（５４０）のチャネル出口（５８１）からの流体流を可能にするように構成されてもよい。したがって、油圧流体流は、第２のチャンバ（５２４）から油圧回路（５３０）および流体サンプ（５５０）を通して第１のチャンバ（５２２）に流入するように構成されてもよい。
【００７２】
図５Ｃは、人工膝の第２の状態（例えば、伸展状態）に応答した等のピストン（５１０）の延在に応答した、油圧アセンブリ（５００）を通した油圧流体流を図示する。例えば、ピストン（５１０）がシリンダ（５２０）の第１のチャンバ（５２２）の容積を低減させると、油圧流体は、第１のシリンダポート（５２６）を通して流体回路（５３０）に進入し、第２のシリンダポート（５２８）から外へ退出してもよい。図５Ｃに図示されるように、流体回路（５３０）は、第１のシリンダポート（５２６）、第２のチャネル弁（５４２）、第１の弁（５４０）（例えば、可変抵抗弁）、第４のチャネル弁（５４６）を連続的に通した第２のシリンダポート（５２８）の中への第３の流体経路（５７２）に沿った油圧流体流を可能にするように構成されてもよい。いくつかの変形例では、伸展状態は、連続的にサンプポート（５５６）から第４のチャネル弁（５４６）までの第４の流体経路（５７３）に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。このようにして、流体は、第２のピストン（５５２）を変位させるように、流体サンプ（５５０）から流出してもよい。これらの変形例のうちのいくつかでは、伸展状態は、第３および第４の流体経路（５７２、５７３）内で同時に流体流を可能にするように構成されてもよい。
【００７３】
いくつかの変形例では、伸展状態は、第３のチャネル弁（５４４）および第５のチャネル弁（５４８）を通した流体流に抵抗するように構成されてもよい。第３および第５のチャネル弁（５４４、５４８）は、それぞれ、第１のシリンダポート（５２６）および第２の逆止弁（５４２）のチャネル出口（５８３）から受容される流動に抵抗するように構成される逆止弁であってもよい。逆に、第２の逆止弁、第１の制御弁、および第４の逆止弁（５４２、５４０、５４６）は、それぞれ、第１のシリンダポート（５２６）、第２の逆止弁（５４２）のチャネル出口（５８３）、および第１の弁（５４０）の出口からの流体流を可能にするように構成されてもよい。したがって、油圧流体流は、第１のチャンバ（５２２）から油圧回路（５３０）および流体サンプ（５５０）を通して第２のチャンバ（５２４）に流入するように構成されてもよい。
Ｃ．制御弁
【００７４】
本明細書に説明される油圧システムは、それを通して流体が流動する開口部の面積を可変的に設定することによって、流体回路または油圧アセンブリを通した流体流率を設定するように構成される、制御弁を含んでもよい。いくつかの変形例では、弁は、それを通して流体が流動し得る、１つ以上のオリフィスを有するスリーブと、スリーブ内で摺動可能に移動し、オリフィスを通した流体流の面積をさらに設定する、スプールとを備えてもよい。本明細書に説明される制御弁は、油圧アセンブリ、義肢、矯正、補助デバイス、またはロボットリンケージと併用するために提供されてもよい。図６Ａは、スリーブ（６１０）と、スプール（６２０）とを備える、弁（６００）の断面側面図である。本明細書に開示される弁は、弁アクチュエータによって駆動されてもよい。スプール（６２０）は、スリーブ（６１０）の第１の管腔（６１２）内で摺動可能であり得、ボイスコイルアクチュエータ、ソレノイドアクチュエータ、または他のアクチュエータ（例えば、ＤＣブラシレスモータ）等のアクチュエータ（図示せず）によって駆動されてもよい。スリーブ（６１０）は、内径Ｄを有してもよい。スプール（６２０）は、第２の管腔（６２２）を画定してもよい。スリーブ（６１０）の側壁は、長さＬを有するオリフィス（６１４）を画定してもよい。スプール（６２０）がスリーブ（６１０）を通して摺動すると、スプール（６２０）の部分は、オリフィス（６１４）の開放長がＬ０として画定され得るように、オリフィス（６１４）の部分に重複してもよい。図６Ｂは、幅Ｗを有するものとして図６Ａに描写されるオリフィス（６１４）を図示する、スリーブ（６１０）の側面図である。オリフィス（６１４）は、図６Ｂに示されるように、縦長形状（例えば、長円形）を有してもよい。しかしながら、オリフィス（６１４）の形状は、特に限定されない。いくつかの変形例では、オリフィス（６１４）は、約０．５ｍｍ〜約１０．０ｍｍの長さＬおよびＬ０と、約２ｍｍ〜約１０ｍｍの内径Ｄと、約０．０２５ｍｍ〜約０．５ｍｍの幅Ｗとを有してもよい。例えば、長さＬおよびＬ０は、約２ｍｍ〜約５ｍｍであってもよく、内径Ｄは、約２ｍｍ〜約５ｍｍであってもよく、幅Ｗは、約０．０５ｍｍ〜約０．２ｍｍであってもよい。
【００７５】
図６Ｆに示されるように、種々の形状およびサイズの複数のオリフィス（６１４、６１６）（例えば、スリット、孔）が、スリーブ（６１０）の円周を中心として半径方向に配置されてもよい。いくつかの変形例では、オリフィスの数は、１〜１２であってもよい。例えば、スリーブ（６１０）は、４つのオリフィスを備えてもよい。第２のオリフィス（６１６）は、約０．５ｍｍ〜約６ｍｍの直径Ｄｈを備えてもよい。例えば、直径Ｄｈは、約１．０ｍｍ〜約３ｍｍであってもよい。いくつかの変形例では、オリフィスの面積は、約５ｍｍ２〜約２０ｍｍ２であってもよい。例えば、オリフィスの面積は、約１０ｍｍ２〜約１５ｍｍ２であってもよい。
【００７６】
図６Ａに描写される弁（６００）は、スリーブ（６１０）内でスプール（６２０）を直線的に摺動させるように構成されてもよい。弁（６００）のオリフィス面積は、弁アクチュエータによって制御されるようなスプール（６２０）の線形位置の関数であってもよい。他の変形例では、スプール（６２０）は、回転様式でスリーブ（６１０）内で移動してもよい。これらの変形例では、弁（６００）のオリフィス面積は、弁アクチュエータによって制御されるようなオリフィス（６１４）に対するスプール（６２０）の角回転の関数であってもよい。異なる作動機構が、応答率、電力消費量、サイズ、費用、複雑性、および同等物等を含む、種々の性能特性を呈する。いくつかの変形例では、ボイスコイルアクチュエータは、直接、または１つ以上の可撓性要素を通してのいずれかで、線形スプール弁に結合されてもよい。ボイスコイルアクチュエータへの電力は、具体的弁位置を維持するように要求され得る。ボイスコイルアクチュエータを使用する、いくつかの変形例では、弁は、アクチュエータが電源オフ状態であるときに電源オフ弁位置を設定するためのばねを備えてもよい。
【００７７】
いくつかの変形例では、ボイスコイルアクチュエータは、永久磁石と、相互に対して移動可能なコイルとを含んでもよい。永久磁石は、電流がコイルに印加されるときにコイルが移動する、磁場を生成してもよい。他の変形例では、コイルは、電流がコイルに印加されるときに磁石が移動するにつれて、固定されたままであってもよい。印加される電流の量は、磁石に対するコイルの位置に対応し得る。電流の極性は、磁石に対するコイルの進行方向に対応し得る。ボイスコイルアクチュエータに関して、生成される力は、コイルの速度が印加される電圧に比例し得るように、印加される電流に比例し、かつ略線形であり得る。したがって、ボイスコイルアクチュエータは、略線形時間および力応答を有してもよい。コイルの移動方向は、電流の極性に対応し得る。いくつかの変形例では、ボイスコイルアクチュエータ、したがって、ボイスコイル制御弁は、速い応答率（すなわち、１秒あたり１００サイクルを上回る）と、低い電力消費量（すなわち、１．８ワット未満または１２Ｖにおいて１５０ミリアンペア）とを有してもよい。そのようなアクチュエータおよび／または弁は、本明細書ではボイスコイルまたはボイスコイル弁と称され得る。
【００７８】
いくつかの変形例では、ソレノイド弁は、コイルを伴う固定鉄心と、可動鉄電機子とを備えてもよい。電機子は、電流がコイルに印加されるときに移動するように構成されてもよい。ソレノイドアクチュエータはさらに、電流がコイルから除去されるときに帰還動作のために構成される、ばねを備えてもよい。ソレノイドアクチュエータは、一方向に帰還ばねに対して動作してもよい。ばね帰還に起因して、帰還方向への弁の応答時間は、ばね定数に比例し得る。したがって、剛性ばねが、速い応答時間を達成するように提供されてもよい。電機子力は、本ばね力を克服し、任意の所与の弁位置に留まらなければならない。したがって、弁位置を保持するために要求される電力の量は、弁の減少する応答時間に比例して増加し得る。ソレノイド弁は、したがって、オン／オフ動作を提供してもよく、非線形であり得る（例えば、電流の二乗に比例する力を生成する）。
【００７９】
いくつかの変形例では、弁アクチュエータは、ブラシレスＤＣモータを備えてもよい。モータは、直接または間接的のいずれかで伝送システムを通して、ねじまたは回転弁を使用して、線形弁に結合されてもよい。本明細書に開示される油圧アセンブリは、任意の好適な弁アクチュエータを使用してもよい。弁（６００）を通した流体流は、図６Ｃ−６Ｅに描写される断面側面図に関して説明されるであろう。図６Ｃでは、スプール（６２０）は、スリーブ（６１０）内の第１のスプール位置（６５０）にある。第１のスプール位置（６５０）では、流体は、より高い第１の圧力Ｐ１を有する面積から、第１の管腔（６１２）を通して、より低い第２の圧力Ｐ２を有する面積まで第１の容積流率Ｑ１において流動する。スプール（６２０）は、切断患者が、関節回転に対する対応する低レベルの抵抗を受け得るように、流体流に対する比較的に低レベルの抵抗が存在するように、オリフィス（６１４）のわずかな部分のみに重複する。
【００８０】
図６Ｄでは、スプール（６２０）は、スリーブ（６１０）内の第２のスプール位置（６５０）にある。第２のスプール位置（６５２）では、流体は、第より高い第１の圧力Ｐ１を有する面積から、１の管腔（６１２）を通して、より低い第２の圧力Ｐ２を有する面積まで第２の容積流率Ｑ１において流動する。第２の容積流率Ｑ２は、第１の容積流率Ｑ１未満である。スプール（６２０）は、切断患者が、関節回転に対して対応する中間および／または高レベルの抵抗を受け得るように、流体流に対する比較的に中間および／または高レベルの抵抗が存在するように、オリフィス（６１４）の有意な部分に重複する。いくつかの変形例では、第１の流率Ｑ１は、最大約４０ｍｌ／秒であってもよく、第２の流率Ｑ２は、最大約４０ｍｌ秒であってもよい。
【００８１】
図６Ｅでは、スプール（６２０）は、スリーブ（６１０）内の第３のスプール位置（６５４）にある。第３のスプール位置（６５４）では、流体は、弁（６００）を通して流動しない。オリフィス（６１４）は、スプール（６２０）によって完全に遮断される。本条件は、ロックアウトと称され得、人工関節が特定の角度で固定され得る、流体流に対する最大抵抗に対応する。いくつかの変形例では、第１の圧力Ｐ１は、最大約４，０００ｐｓｉであってもよく、第２の圧力Ｐ２は、最大約４，０００ｐｓｉであってもよい。
Ｄ．電源オフ抵抗
【００８２】
安全上の理由により、人工膝等の補綴具が電源オフ状態であるとき、人工膝は、自由または低抵抗伸展を可能にしながら、屈曲において高い抵抗（例えば、剛性）を有するように構成されてもよい。いくつかの変形例では、電源オフ屈曲抵抗は、異なるユーザ選好および体重に適応するように構成可能であり得る。本明細書により詳細に説明されるように、人工膝の電源オフ抵抗は、電源オフスプール弁（例えば、オン／オフスプール弁）または３ポート弁（例えば、付加的ポートを有する比例弁）を使用して実装されてもよい。
１．スプール弁
【００８３】
いくつかの変形例では、説明されるような油圧回路は、一次制御弁（例えば、ボイスコイル弁）と、バイアスばねおよびユーザ調節可能可変流抵抗器を含む、二次ＯＮ／ＯＦＦスプール弁とを備えてもよい。油圧アセンブリが給電されるとき（例えば、弁アクチュエータが給電されるとき）、二次電源オフ弁は、流体流が二次電源オフ弁を迂回するように、閉鎖し、二次弁ポートのうちのいずれかを通した流動を制限するように構成されてもよい。一次制御弁は、ばね付勢され、電源オフ状態下でオリフィスを完全に閉鎖するように構成されてもよい一方で、二次弁は、ばね付勢され、二次弁のポートのそれぞれを完全に開放し、それによって、ポートのそれぞれを通した流体流を可能にするように構成されてもよい。ピストンがシリンダの中へ圧縮される、電源オフ屈曲状態では、流体は、ユーザ調節可能可変流抵抗器を通して流動するように構成されてもよい。ピストンがシリンダから延在される、電源オフ伸展状態では、可変流抵抗器は、迂回されてもよく、二次弁は、完全に開放し、無制限の流体流を可能にするように構成されてもよい。本明細書に説明されるスプール弁は、油圧アセンブリ、義肢、矯正、補助デバイス、またはロボットリンケージと併用するために提供されてもよい。
【００８４】
図７Ａは、第１のピストン（７１０）と、油圧シリンダ（７２０）とを含む、油圧アセンブリ（７００）を図示する。ピストン（７１０）は、油圧シリンダ（７２０）内で摺動可能であり得る。ピストン（７１０）に結合されるピストンシャフト（７１２）は、シリンダ（７２０）の中へピストン（７１０）を圧縮または延在させてもよい。ピストン（７１０）は、シリンダ（７２０）を第１のチャンバ（７２２）および対向する第２のチャンバ（７２４）に構造的に分離してもよい。第１のチャンバ（７２２）は、第１のシリンダポート（７２６）を含んでもよく、第２のチャンバ（７２４）は、第２のシリンダポート（７２８）を含んでもよい。いくつかの変形例では、第１および第２のシリンダポート（７２６、７２８）は、ピストン（７１０）の反対側のシリンダ（７２０）の側壁上に位置してもよい。いくつかの変形例では、第１のシリンダポート（７２６）が、シリンダ（７２０）の第１の端部に位置してもよい一方で、第２のシリンダポート（７２８）は、第１の端部の反対のシリンダ（７２０）の第２の端部に位置してもよい。
【００８５】
流体回路（７３０）は、流体回路（７３０）が油圧アセンブリ（７００）を通した油圧流体の抵抗を制御するように構成され得るように、第１および第２のシリンダポート（７２６、７２８）を通して油圧シリンダ（７２０）に結合されてもよい。流体回路（７３０）は、第１のチャンバ（７２２）、第２のチャンバ（７２４）、および流体サンプ（７５５）の間の油圧流体流を制御するように構成される、複数の油圧流体チャネルを含んでもよい。第１の油圧流体チャネル（７３１）は、第１のチャネル入口（７８０）（図７Ｂで標識される）と、第１のチャネル出口（７８１）と、第１の流体チャネル（７３１）を通した流動に対する可変抵抗を設定するように構成される第１のチャネル弁（７４１）とを備えてもよい。いくつかの変形例では、第１のチャネル弁（７４１）は、一方向可変抵抗弁であってもよい。第２の流体チャネル（７３２）は、第２のチャネル入口（７８２）（図７Ｃで標識される）と、第２のチャネル出口（７８３）と、第２のチャネル弁（７４２）とを備えてもよい。第３の流体チャネル（７３３）は、第３のチャネル入口（７８４）（図７Ｂで標識される）と、第３のチャネル出口（７８５）と、第３のチャネル弁（７４３）とを備えてもよい。第４の流体チャネル（７３４）は、第４のチャネル入口（７８６）（図７Ｃで標識される）と、第４のチャネル出口（７８７）と、第４のチャネル弁（７４４）とを備えてもよい。第５の流体チャネル（７３５）は、第５のチャネル入口（７８８）（図７Ｂで標識される）と、第５のチャネル出口（７８９）と、第５のチャネル弁（７４５）とを備えてもよい。第６の流体チャネル（７３６）は、第６のチャネル入口（７５２）と、第６のチャネル出口（７５３）と、第１のユーザ調節可能可変流抵抗器（７４８）とを備えてもよい。
【００８６】
いくつかの変形例では、第１の相互接続（７９０）（例えば、交差点）は、第１のチャネル入口（７８０）と、第２のチャネル出口（７８３）と、第５のチャネル出口（７８９）とを備えてもよい。第２の相互接続（７９１）は、第１のシリンダポート（７２６）と、第２のチャネル入口（７８２）と、第３のチャネル出口（７８５）とを備えてもよい。第３の相互接続は、サンプポート（７５６）と、第３のチャネル入口（７８４）と、第４のチャネル入口（７８６）とを備えてもよい。第４の相互接続は、第２のシリンダポート（７２８）と、第４のチャネル出口（７８７）と、第５のチャネル入口（７８８）とを備えてもよい。
【００８７】
いくつかの変形例では、第１のチャネル入口（７８０）は、第２のチャネル弁（７４２）と第５のチャネル弁（７４５）との間で接続されてもよい。第１のシリンダポート（７２６）は、第２のチャネル弁（７４２）と第３のチャネル弁（７４３）との間で接続されてもよい。サンプポート（７５６）は、第３のチャネル弁（７４３）と第４のチャネル弁（７４４）との間で接続されてもよい。第２のシリンダポート（７２８）は、第４のチャネル弁（７４４）と第５のチャネル弁（７４５）との間で接続されてもよい。第２のチャネル弁（７４３）および第５のチャネル弁（７４５）は、直列に接続されてもよい。第３のチャネル弁（７４３）および第４のチャネル弁（７４４）は、直列に接続されてもよい。第２のチャネル弁（７４２）および第３のチャネル弁（７４３）は、並列に接続されてもよい。第４のチャネル弁（７４４）および第５のチャネル弁（７４５）は、並列に接続されてもよい。第１の油圧流体チャネル（７３１）の第１のチャネル入口（７８０）は、第２および第５の流体チャネル（７３２、７３５）の間で接続されてもよい。第１の油圧流体チャネル（７３１）の第１のチャネル出口（７８１）は、第３および第４の流体チャネル（７３３、７３４）の間で接続されてもよい。
【００８８】
いくつかの変形例では、第１の可変流抵抗器（７４８）は、第６の流体チャネル（７３６）に沿って第３の弁ポート（７５１）と第４の相互接続（７９３）との間に位置してもよい。第６の流体チャネル（７３６）は、第４の相互接続（７９３）における第６のチャネル入口（７５２）と、第３の弁ポート（７５１）に接続される第６のチャネル出口（７５３）とを備えてもよい。いくつかの変形例では、第１の可変流抵抗器（７４８）は、第４の相互接続（７９３）から第３の弁ポート（７５１）までの流動を可能にするように構成される、一方向可変抵抗器を備えてもよい。第１の可変流抵抗器（７４８）は、第６の弁（７４６）が開放または閉鎖されているかどうかにかかわらず、第３の弁ポート（７５１）から第４の相互接続（７９３）までの流体流を遮断するように構成されてもよい。
【００８９】
第１の弁（７４１）は、第１の油圧流体チャネル（７３１）を通した油圧流体の流動に対する抵抗を設定するように構成されてもよい。流体回路（５３０）は、油圧流体がピストン（７１０）の延在および圧縮の両方のために同一の方向に第１の油圧流体チャネル（７３１）に流入するように、構成されてもよい。したがって、第１の弁（７４１）は、一方向制御弁を備えてもよい。第１の弁（７４１）は、比例方向制御弁等の制御弁であってもよい。いくつかの変形例では、第１の弁（７４１）は、ボイスコイル弁、ソレノイド弁、およびＤＣモータのうちの１つ以上のものを備えてもよい。第１の弁（７４１）は、回転または線形幾何学形状を有してもよい。いくつかの変形例では、第２から第５の弁（７４２、７４３、７４４、７４５）は、単一の方向に油圧流体流を可能にするように構成される逆止弁であってもよい。
【００９０】
いくつかの変形例では、アクチュエータ（７５４）は、第１の弁（７４１）に結合されてもよい。アクチュエータ（７５４）は、アクチュエータ（７５４）に印加される電流の極性に基づいて、第１の弁（７４１）を双方向に駆動し、第１の弁（７４１）を相互および選択的に位置付けるように構成されてもよい。したがって、第１の弁（７４１）は、アクチュエータ（７５４）によって双方向に駆動されてもよい。
【００９１】
第１の弁（７４１）は、オリフィスを有するスリーブと、スリーブ内で移動可能なスプールとを含んでもよい。アクチュエータ（７５４）は、スリーブのオリフィスに対してスプールを移動させ、第１の弁（７４１）を通した流体流に対する抵抗を変動させるように、第１の弁（７４１）に結合されてもよい。いくつかの変形例では、アクチュエータ（７５４）は、オリフィスに対してスプールを移動させてもよい。したがって、第１の弁（７４１）は、流体回路（７３０）を通した流体の抵抗を設定するように構成されてもよい。本明細書により詳細に説明されるように、逆止弁は、流体がピストン（７１０）の圧縮および延在下で異なる流体チャネルを通して流動するように、構成されてもよい。
【００９２】
流体回路（７３０）は、流体サンプ（７５５）に接続されてもよい。いくつかの変形例では、流体サンプ（７５５）は、第２のピストン（７５８）と、ばね（７５９）とを備えてもよい。流体サンプ（７５５）は、シリンダ（７２０）内のピストン（７１０）の移動によって変位される油圧流体のためのリザーバとしての役割を果たす、空洞を備えてもよい。流体サンプ（７５５）は、第１のサンプポート（７５６）と、第２のサンプポート（７５７）とを備えてもよい。第２のばね（７５９）は、空洞の容積が流体体積の増加とともに増加すると、第２のピストン（７５８）に作用するばね力を生成し、それによって、第２のピストン（７５８）の両側に等しく作用する内圧を生成するように構成されてもよい。圧力面積が第２のピストン（７５８）の両側で等しくないため、第２のピストン（７５８）に作用する正味の力は、ゼロではなく、シリンダ（７２０）からピストンシャフト（７１２）を押し出し、線形シリンダばね定数をもたらす傾向があり得る。シリンダばね定数は、膝の伸展を補助し得る、揺動伸展補助に対応し得る。
【００９３】
いくつかの変形例では、油圧回路（７３０）は、常開である三方向または３ポート弁であり得る、第６の弁（７４６）（例えば、電源オフスプール弁）を備えてもよい。いくつかの変形例では、第６の弁（７４６）は、第１のばね（７４７）と、第１の弁ポート（７４９）と、第２の弁ポート（７５０）と、第３の弁ポート（７５１）とを備えてもよい。第６の弁（７４６）は、開放しているときに、第１、第２、および第３の弁ポート（７４９、７５０、７５１）の間の流体通過を可能にし、閉鎖されているときに、第１、第２、および第３の弁ポート（７４９、７５０、７５１）の間の流体通過を遮断するように構成されてもよい。第１の弁ポート（７４９）は、第２のサンプポート（７５７）において流体サンプ（７５５）に接続されてもよい。第２の弁ポート（７５０）は、第２の相互接続（７９１）に接続されてもよく、第３の弁ポート（７５１）は、第４の相互接続（７９３）に接続されてもよい。
【００９４】
アクチュエータ（７５４）および第１の弁（７４１）は、本明細書に説明されるコントローラ（４２０）等のコントローラに結合されてもよい。コントローラは、アクチュエータ（７５４）および第１の弁（７４１）を制御し、それによって、油圧アセンブリ（７００）を通した流体流の抵抗、したがって、補綴具の回転に対する抵抗を制御するように構成されてもよい。故に、油圧アセンブリ（７００）の圧縮および延在は、人工膝の歩行サイクル、したがって、歩行中の人工関節の圧縮および伸展の制御中に、修正されてもよい。
【００９５】
図７Ｂは、人工膝の電源オン屈曲状態に応答した等のピストン（７１０）の圧縮（７６０）に応答した、油圧アセンブリ（７００）を通した油圧流体流を図示する。例えば、ピストン（７１０）がシリンダ（７２０）の第２のチャンバ（７２４）の容積を低減させると、油圧流体は、第２のシリンダポート（７２８）を通して流体回路（７３０）に進入し、第１のシリンダポート（７２６）から外へ退出してもよい。図７Ｂに図示されるように、流体回路（７３０）は、第２のシリンダポート（７２８）、第５のチャネル弁（７４５）、第１の弁（７４１）（例えば、可変抵抗弁）、第３のチャネル弁（７４３）を連続的に通した第１のシリンダポート（７２６）の中への第１の流体経路（７７０）に沿った油圧流体流を可能にするように構成されてもよい。いくつかの変形例では、屈曲状態は、第２のシリンダポート（７２８）、第５のチャネル弁（７４５）、第１の弁（７４１）を連続的に通したサンプポート（７５６）の中への第２の経路（７７１）に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。これらの変形例のうちのいくつかでは、屈曲状態は、第１および第２の流体経路（７７０、７７１）内で同時に流体流を可能にするように構成されてもよい。
【００９６】
いくつかの変形例では、屈曲状態は、第２のチャネル弁（７４２）および第４のチャネル弁（７４４）を通した流体流に抵抗するように構成されてもよい。第２および第４のチャネル弁（７４２、７４４）は、それぞれ、第５の逆止弁（７４５）の出口および第２のシリンダポート（７２８）から受容される流動に抵抗するように構成される逆止弁であってもよい。逆に、第５の逆止弁、第１の制御弁、および第３の逆止弁（７４５、７４１、７４３）は、それぞれ、第２のシリンダポート（７２８）、第５の逆止弁（７４５）のチャネル出口（７８９）、および第１の弁（７４１）のチャネル出口（７８１）からの流体流を可能にするように構成されてもよい。したがって、油圧流体流は、第２のチャンバ（７２４）から油圧回路（７３０）および流体サンプ（７５５）を通した第１のチャンバ（７２２）の中への流動を可能にするように構成されてもよい。
【００９７】
図７Ｃは、人工膝の電源オン伸展に起因する等のピストン（７１０）の延在に応答した、油圧アセンブリ（７００）を通した油圧流体流を図示する。例えば、ピストン（７１０）がシリンダ（７２０）の第１のチャンバ（７２６）の容積を低減させると、油圧流体は、第１のシリンダポート（７２６）を通して流体回路（７３０）に進入し、第２のシリンダポート（７２８）から外へ退出してもよい。図７Ｃに図示されるように、流体回路（７３０）は、第１のシリンダポート（７２６）、第２のチャネル弁（７４２）、第１の弁（７４１）（例えば、可変抵抗弁）、第４のチャネル弁（７４４）を連続的に通した第２のシリンダポート（７２８）の中への第３の流体経路（７７２）に沿った油圧流体流を可能にするように構成されてもよい。いくつかの変形例では、伸展状態は、連続的にサンプポート（７５６）から第４のチャネル弁（７４４）までの第４の流体経路（７７３）に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。これらの変形例のうちのいくつかでは、伸展状態は、第３および第４の流体経路（７７２、７７３）内で同時に流体流を可能にするように構成されてもよい。
【００９８】
いくつかの変形例では、伸展状態は、第３のチャネル弁（７４３）および第５のチャネル弁（７４５）を通した流体流に抵抗するように構成されてもよい。例えば、第３および第５のチャネル弁（７４３、７４５）は、それぞれ、第１のシリンダポート（７２６）および第２の逆止弁（７４２）のチャネル出口（７８３）から受容される流動に抵抗するように構成される逆止弁であってもよい。逆に、第２の逆止弁、第１の制御弁、および第４の逆止弁（７４２、７４０、７４４）は、それぞれ、第１のシリンダポート（７２６）、第２の逆止弁（７４２）のチャネル出口（７８３）、および第１の弁（７４１）のチャネル出口（７８１）からの流体流を可能にするように構成されてもよい。したがって、油圧流体流は、第１のチャンバ（７２２）から油圧回路（７３０）および流体サンプ（７５５）を通した第２のチャンバ（７２４）の中への流動を可能にするように構成されてもよい。
【００９９】
図７Ｄは、人工膝の電源オフ屈曲状態に応答した、油圧アセンブリ（７００）を通した油圧流体流を図示する。例えば、ピストン（７１０）がシリンダ（７２０）の第２のチャンバ（７２４）の容積を低減させると、油圧流体は、第２のシリンダポート（７２８）を通して流体回路（７３０）に進入し、第１のシリンダポート（７２６）から外へ退出してもよい。図７Ｄに図示されるように、流体回路（７３０）は、第２のシリンダポート（７２８）、第１の可変流抵抗器（７４８）、第３の弁ポート（７５１）、第２の弁ポート（７５０）を連続的に通した第１のシリンダポート（７２６）の中への第５の流体経路（７７４）に沿った油圧流体流を可能にするように構成されてもよい。油圧回路（７３０）はさらに、第１の弁ポート（７４９）から流体サンプ（７５５）までの第６の流体経路（７７５）に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。
【０１００】
図７Ｅは、人工膝の電源オフ伸展状態に起因する等のピストン（７１０）の伸展に応答した、油圧アセンブリ（７００）を通した油圧流体流を図示する。例えば、ピストン（７１０）がシリンダ（７２０）の第１のチャンバ（７２２）の容積を低減させると、油圧流体は、第１のシリンダポート（７２６）を通して流体回路（７３０）に進入し、第２のシリンダポート（７２８）から外へ退出してもよい。図７Ｅに図示されるように、流体回路（７３０）は、第１のシリンダポート（５２６）、第２の弁ポート（７５０）、第１の弁ポート（７４９）、第２のサンプポート（７５７）、第１のサンプポート（７５６）、第４の流体チャネル（７３４）を連続的に通した第２のシリンダポート（５２８）の中への第７の流体経路（７７６）に沿った油圧流体流を可能にするように構成されてもよい。
【０１０１】
図８Ａ−８Ｄは、制御弁の例示的変形例の断面側面図である。図８Ａは、常開比例スプール弁（８００）の断面側面図を図示し、図８Ｂは、電源オフ弁（８０２）の断面側面図を図示し、図８Ｃは、弁（８００）の概略図を図示する。制御弁（８００）は、第１の端部（８１２）と、第２の端部（８１４）と、１つ以上の側方開口部（８１６）とを有する、筐体（８１０）を備えてもよい。制御弁（８００）は、スリーブ（８３０）と、１つ以上の開口（８４２）を画定するスプール（８４０）と、バイアスばね（８６０）とを備える、油圧弁（８２０）を備えてもよい。制御弁（８００）はさらに、油圧弁（８２０）を駆動するように構成されるアクチュエータ（８５０）を備えてもよい。アクチュエータ（８５０）は、磁石（８５２）と、コイルボビン（８５４）と、コイル（８４６）とを備えてもよい。いくつかの変形例では、磁石（８５２）は、約２ｍｍ〜約６０ｍｍの内径と、約２．５ｍｍ〜約７０ｍｍの外径と、約１．５ｍｍ〜約５０ｍｍの長さとを備えてもよい。例えば、磁石は、約１５ｍｍ〜約２５ｍｍの内径と、約２０ｍｍ〜約３０ｍｍの外径と、約１５ｍｍ〜約２０ｍｍの長さとを備えてもよい。いくつかの変形例では、磁石（８５２）は、ネオジムから成ってもよいが、任意の好適な磁気組成物が、使用されてもよい。図８Ｃはさらに、第１の弁ポート（８７０）、第２の弁ポート（８７２）、および第３の弁ポート（８７４）を図示する。図８Ｄは、電源オフ屈曲のための弁の概略図を図示する。スプール（８４０）は、流体流が第１、第２、および第３の弁ポート（８７０、８７２、８７４）毎に遮断されるように、スリーブ（８３０）に対して位置付けられてもよい。図８Ｅは、電源オフ伸展のための弁の概略図を図示する。スプール（８４０）は、流体が第１の弁ポート（８７０）から第２および第３の弁ポート（８７２、８７４）に流入し得るように、スリーブ（８３０）のオリフィス（８３２）と整合されてもよい。第１、第２、および第３の弁ポート（８７０、８７２、８７４）はそれぞれ、約０．５ｍｍ２〜約３０ｍｍ２の面積を備え、約０．２５ｍｍ〜約３０ｍｍだけ隣接するポートから分離されてもよい。いくつかの変形例では、側方開口部（８１６）の数は、約１〜約１５であってもよい。例えば、制御弁（８００）は、約４つの側方開口部（８１６）を備えてもよい。いくつかの変形例では、側方開口部（８１６）は、約１ｍｍ〜約６ｍｍの直径を有してもよい。例えば、側方開口部（８１６）の直径は、約２ｍｍ〜約４ｍｍであってもよい。
２．３ポート弁
【０１０２】
３ポート設計は、付加的ポートを主要比例スプール弁に追加する。電源がオンであるとき、スプールは、所望の抵抗に応じて、オリフィス面積を継続的に変動させるように作用してもよい。故に、流体流に対する抵抗は、スプール弁を使用して制御されてもよく、オリフィス面積を変動させることによって、完全係止位置と完全開放位置との間で変動されてもよい。電源がオフであるとき、スプールは、弁内の第３のポートが開放され、それによって、油圧回路の異なる区分への流動を可能にするように、ばね付勢されてもよい。いくつかの変形例では、３ポート弁は、位置フィードバックのために磁気センサを用いて作動およびサーボ制御される、ボイスコイルであってもよい。本明細書に説明される３ポート弁は、油圧アセンブリ、義肢、矯正、補助デバイス、またはロボットリンケージと併用するために提供されてもよい。
【０１０３】
いくつかの変形例では、油圧アセンブリまたはシステムは、一方向３ポート弁を有する流体回路に結合される、単一終端シリンダを備えてもよい。本一方向制御弁は、屈曲（例えば、シリンダ圧縮）および伸展（例えば、シリンダ延在）の両方における油圧流体流に対する抵抗を設定してもよい。制御弁は、流体回路が圧縮および延在の両方のために制御弁の中へ単一の方向への流体流を確実にするという点で、一方向であり得る。電源オフ状態では、弁は、流体がユーザ調節可能可変流抵抗器を通して流動し、電源オフ屈曲抵抗を制御し得る、電源オフ位置まで移動してもよい。例えば、電源オフ位置における伸展抵抗は、本明細書により詳細に説明されるように、弁内の流体流通過の開放面積に対応し得る。
【０１０４】
図９Ａは、第１のピストン（９１０）と、油圧シリンダ（９２０）と、油圧流体流回路（９３０）とを含む、油圧アセンブリ（９００）を図示する。ピストン（９１０）は、油圧シリンダ（９２０）内で摺動可能であり得る。ピストン（９１０）に結合されるピストンシャフト（９１２）は、シリンダ（９２０）の中へピストン（９１０）を圧縮または延在させてもよい。ピストン（９１０）は、シリンダ（９２０）を第１のチャンバ（９２２）および対向する第２のチャンバ（９２４）に構造的に分離してもよい。第１のチャンバ（９２２）は、第１のシリンダポート（９２６）を含んでもよく、第２のチャンバ（９２４）は、第２のシリンダポート（９２８）を含んでもよい。いくつかの変形例では、第１および第２のシリンダポート（９２６、９２８）は、ピストン（９１０）の反対側のシリンダ（９２０）の側壁上に位置してもよい。いくつかの変形例では、第１のシリンダポート（９２６）が、シリンダ（９２０）の第１の端部に位置してもよい一方で、第２のシリンダポート（９２８）は、第１の端部の反対のシリンダ（９２０）の第２の端部に位置してもよい。
【０１０５】
流体回路（９３０）は、流体回路（９３０）が油圧アセンブリ（９００）を通した油圧流体の抵抗を制御するように構成され得るように、第１および第２のシリンダポート（９２６、９２８）を通して油圧シリンダ（９２０）に結合されてもよい。流体回路（９３０）は、第１のチャンバ（９２２）、第２のチャンバ（９２４）、および流体サンプ（９５０）の間の油圧流体流を制御するように構成される、複数の油圧流体チャネルを含んでもよい。第１の油圧流体チャネル（９３１）は、第１のチャネル入口（９８０）（図９Ｂで標識される）と、第１のチャネル出口（９８１）と、第１の流体チャネル（９３１）を通した流動に対する可変抵抗を設定するように構成される第１のチャネル弁（９４０）とを備えてもよい。いくつかの変形例では、第１のチャネル弁（９４０）は、三方向スプール弁と、二次チャネル入口（９４１）とを備えてもよい。いくつかの変形例では、第１のチャネル弁（９４０）は、ばねを備えてもよく、第１のチャネル弁（９４０）が非給電三方向スプール弁であるときに、通常、二次チャネル入口（９４１）と第１のチャネル出口（９８１）との間の流体連通を可能にするように構成されてもよい。第２の流体チャネル（９３２）は、第２のチャネル入口（９８２）（図９Ｃで標識される）と、第２のチャネル出口（９８３）と、第２のチャネル弁（９４２）とを備えてもよい。第３の流体チャネル（９３３）は、第３のチャネル入口（９８４）（図９Ｂで標識される）と、第３のチャネル出口（９８５）と、第３のチャネル弁（９４３）とを備えてもよい。第４の流体チャネル（９３４）は、第４のチャネル入口（９８６）（図９Ｅで標識される）と、第４のチャネル出口（９８７）と、第４のチャネル弁（９４４）とを備えてもよい。第５の流体チャネル（９３５）は、第５のチャネル入口（９８８）（図９Ｂで標識される）と、第５のチャネル出口（９８９）と、第５のチャネル弁（９４５）とを備えてもよい。第７の流体チャネル（９３７）は、第７のチャネル入口（９６１）（図９Ｅで標識される）と、第７のチャネル出口（９６２）と、第７のチャネル弁（９４７）とを備えてもよい。第７のチャネル入口（９６１）は、第１のシリンダポート（９２６）または第２の相互接続（９９１）（例えば、交差点）に接続されてもよい。いくつかの変形例では、第７のチャネル弁（９４７）は、逆止弁を備えてもよい。第８の流体チャネル（９３８）は、第８のチャネル入口（９６３）（図９Ｅで標識される）と、第８のチャネル出口（９６４）と、第２の可変流抵抗器（９４８）とを備えてもよい。
【０１０６】
いくつかの変形例では、第１の相互接続（９９０）（例えば、交差点）は、第１のチャネル入口（９８０）と、第２のチャネル出口（９８３）と、第５のチャネル出口（９８９）とを備えてもよい。いくつかの変形例では、第１の相互接続（９９０）はさらに、第８のチャネル入口（９６３）（図９Ｅで標識される）を備えてもよい。第２の相互接続（９９１）は、第１のシリンダポート（９２６）と、第２のチャネル入口（９８２）と、第３のチャネル出口（９８５）とを備えてもよい。第３の相互接続（９９２）は、サンプポート（９５６）と、第３のチャネル入口（９８４）と、第４のチャネル入口（９８６）とを備えてもよい。第４の相互接続（９９３）は、第２のシリンダポート（９２８）と、第４のチャネル出口（９８７）と、第５のチャネル入口（９８８）とを備えてもよい。第５の相互接続（９９４）は、第７の流体チャネル出口（９６２）と、第８のチャネル入口（９６３）と、第８のチャネル出口（９６４）と、第１の弁（９４０）の二次チャネル入口（９４１）とを備えてもよい。
【０１０７】
いくつかの変形例では、第１のチャネル入口（９８０）は、第２のチャネル弁（９４２）と第５のチャネル弁（９４５）との間で接続されてもよい。第１のシリンダポート（９２６）は、第２のチャネル弁（９４２）と第３のチャネル弁（９４３）との間で接続されてもよい。サンプポート（９５６）は、第３のチャネル弁（９４３）と第４のチャネル弁（９４４）との間で接続されてもよい。第２のシリンダポート（９２８）は、第４のチャネル弁（９４４）と第５のチャネル弁（９４５）との間で接続されてもよい。第２のチャネル弁（９４２）および第５のチャネル弁（９４５）は、直列に接続されてもよい。第３のチャネル弁（９４３）および第４のチャネル弁（９４４）は、直列に接続されてもよい。第２のチャネル弁（９４２）および第３のチャネル弁（９４３）は、並列に接続されてもよい。第４のチャネル弁（９４４）および第５のチャネル弁（９４５）は、並列に接続されてもよい。第１の油圧流体チャネル（９３１）の第１のチャネル入口（９８０）は、第２および第５の流体チャネル（９３２、９３５）の間で接続されてもよい。第１の油圧流体チャネル（９３１）の第１のチャネル出口（９８１）は、第３および第４の流体チャネル（９３３、９３４）の間で接続されてもよい。
【０１０８】
第１の弁（９４０）は、第１の油圧流体チャネル（９３１）を通した油圧流体の流動に対する抵抗を設定するように構成されてもよい。流体回路（９３０）は、油圧流体がピストン（９１０）の延在および圧縮の両方のために同一の方向に第１の油圧流体チャネル（９３１）に流入するように、構成されてもよい。したがって、第１の弁（９４０）は、双方向弁ではなく一方向制御弁を備えてもよい。第１の弁（９４０）は、比例方向制御弁等の制御弁であってもよい。いくつかの変形例では、第１の弁（９４０）は、ボイスコイル弁、ソレノイド弁、およびＤＣモータのうちの１つ以上のものを備えてもよい。第１の弁（９４０）は、回転または線形幾何学形状を有してもよい。いくつかの変形例では、第２から第５の弁（９４２、９４３、９４４、９４５）は、単一の方向に油圧流体流を可能にするように構成される逆止弁であってもよい。
【０１０９】
いくつかの変形例では、アクチュエータ（９３９）は、第１の弁（９４０）に結合されてもよい。アクチュエータ（９３９）は、第１の弁（９４０）を双方向に駆動し、アクチュエータ（９３９）に印加される電流の極性に基づいて、第１の弁（９４０）を相互および選択的に位置付けるように構成されてもよい。したがって、第１の弁（９４０）は、アクチュエータ（９３９）によって双方向に駆動されてもよい。
【０１１０】
第１の弁（９４０）は、オリフィスを有するスリーブと、スリーブ内で移動可能なスプールとを含んでもよい。アクチュエータ（９３８）は、オリフィスに対してスプールを移動させ、弁（９４０）を通した流体流に対する抵抗を変動させるように、第１の弁（９４０）に結合されてもよい。いくつかの変形例では、アクチュエータ（９３９）は、オリフィスに対してスプールを移動させてもよい。したがって、第１の弁（９４０）は、流体回路（９３０）を通した流体の抵抗を設定するように構成されてもよい。本明細書により詳細に説明されるように、逆止弁は、流体がピストン（９１０）の圧縮および延在下で異なる流体チャネルを通して流動するように、構成されてもよい。
【０１１１】
流体回路（９３０）は、流体サンプ（９５０）に接続されてもよい。いくつかの変形例では、流体サンプ（９５０）は、ばね付勢された第２のピストン（９５１）と、ばね（９５２）とを備えてもよい。流体サンプ（９５０）は、シリンダ（９２０）内のピストン（９１０）の移動によって変位される油圧流体のためのリザーバとしての役割を果たす、空洞を備えてもよい。ばね（９５２）は、空洞の容積が流体体積の増加とともに増加すると、第２のピストン（９５１）に作用するばね力を生成し、それによって、第２のピストン（９５１）の両側に等しく作用する内圧を生成するように構成されてもよい。圧力面積が第２のピストン（９５１）の両側で等しくないため、第２のピストン（９５１）に作用する正味の力は、ゼロではなく、シリンダ（９２０）からピストンシャフト（９１２）を押し出し、線形シリンダばね定数をもたらす傾向があり得る。シリンダばね定数は、膝の伸展を補助し得る、揺動伸展補助に対応し得る。
【０１１２】
アクチュエータ（９３９）および第１の弁（９４０）は、本明細書に説明されるコントローラ（４２０）等のコントローラに結合されてもよい。コントローラは、アクチュエータ（９３９）および第１の弁（９４０）を制御し、それによって、油圧アセンブリ（９００）を通した流体流の抵抗、したがって、補綴具の回転に対する抵抗を制御するように構成されてもよい。故に、油圧アセンブリ（９００）の圧縮および延在は、人工膝の歩行サイクル、したがって、歩行中の人工関節の圧縮および伸展の制御中に、修正されてもよい。
【０１１３】
図９Ｂは、人工膝の電源オン屈曲状態に応答した等のピストン（９１０）の圧縮（９６８）に応答した、油圧アセンブリ（９００）を通した油圧流体流を図示する。例えば、ピストン（９１０）がシリンダ（９２０）の第２のチャンバ（９２４）の容積を低減させると、油圧流体は、第２のシリンダポート（９２８）を通して流体回路（９３０）に進入し、第１のシリンダポート（９２６）から外へ退出することを可能にされてもよい。図９Ｂに図示されるように、流体回路（９３０）は、第２のシリンダポート（９２８）、第５のチャネル弁（９４５）、第８の流体チャネル（９８０）、第１の弁（９４０）（例えば、可変抵抗３ポート弁）、第３のチャネル弁（９４３）を連続的に通した第１のシリンダポート（９２６）の中への第１の流体経路（９７０）に沿った油圧流体流を可能にするように構成されてもよい。いくつかの変形例では、屈曲状態は、第１の弁（９４０）からサンプポート（９５６）の中への第２の経路（９７１）に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。これらの変形例のうちのいくつかでは、屈曲状態は、第１および第２の流体経路（９７０、９７１）内で同時に流体流を可能にするように構成されてもよい。
【０１１４】
いくつかの変形例では、屈曲状態は、第２のチャネル弁（９４２）および第４のチャネル弁（９４４）を通した流体流に抵抗するように構成されてもよい。第２および第４のチャネル弁（９４２、９４４）は、それぞれ、第５の逆止弁（９４５）の出口および第２のシリンダポート（９２８）から受容される流動に抵抗するように構成される逆止弁であってもよい。逆に、第５の逆止弁、第１の制御弁、および第３の逆止弁（９４５、９４０、９４３）は、それぞれ、第２のシリンダポート（９２８）、第５の逆止弁の出口（９４８）、第８のチャネル入口（９６３）、および二次チャネル入口（９４１）からの流体流を可能にするように構成されてもよい。したがって、油圧流体流は、第２のチャンバ（９２４）から油圧回路（９３０）および流体サンプ（９５０）を通した第１のチャンバ（９２２）の中へ流動するように構成されてもよい。
【０１１５】
図９Ｃは、人工膝の電源オン伸展に起因する等のピストン（９１０）の延在（９６９）に応答した、油圧アセンブリ（９００）を通した油圧流体流を図示する。例えば、ピストン（９１０）がシリンダ（９２０）の第１のチャンバ（９２６）の容積を低減させると、油圧流体は、第１のシリンダポート（９２２）を通して流体回路（９３０）に進入し、第２のシリンダポート（９２８）から外へ退出してもよい。図９Ｃに図示されるように、流体回路（９３０）は、第１のシリンダポート（９２６）、第２のチャネル弁（９４２）、第７の流体チャネル（９３７）、二次チャネル入口（９４１）、第１の弁（９４０）（例えば、三方向弁）、第４のチャネル弁（９４４）を連続的に通した第２のシリンダポート（９２８）の中への第３の流体経路（９７２）に沿った油圧流体流を可能にするように構成されてもよい。いくつかの変形例では、伸展状態は、連続的にサンプポート（９５６）から第４のチャネル弁（９４４）までの第４の流体経路（９７３）に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。これらの変形例のうちのいくつかでは、伸展状態は、第３および第４の流体経路（９７２、９７３）内で同時に流体流を可能にするように構成されてもよい。
【０１１６】
いくつかの変形例では、伸展状態は、第３のチャネル弁（９４３）および第５のチャネル弁（９４５）を通した流体流に抵抗するように構成されてもよい。第３および第５のチャネル弁（９４３、９４５）は、それぞれ、第１のシリンダポート（９２６）および第２の逆止弁（９４２）のチャネル出口（９８３）から受容される流動に抵抗するように構成される逆止弁であってもよい。逆に、第２の逆止弁、第１の制御弁、および第４の逆止弁（９４２、９４０、９４４）は、それぞれ、第１のシリンダポート（９２６）、第２の逆止弁（９４２）のチャネル出口（９８３）、および第１の弁（９４０）のチャネル出口（９８１）からの流体流を可能にするように構成されてもよい。したがって、油圧流体流は、第１のチャンバ（９２２）から油圧回路（９３０）および流体サンプ（９５０）を通した第２のチャンバ（９２４）の中へ流動するように構成されてもよい。
【０１１７】
図９Ｄは、人工膝の電源オフ屈曲状態に応答した等のピストン（９１０）の圧縮（９６８）に応答した、油圧アセンブリ（９００）を通した油圧流体流を図示する。例えば、ピストン（９１０）がシリンダ（９２０）の第２のチャンバ（９２４）の容積を低減させると、油圧流体は、第２のシリンダポート（９２８）を通して流体回路（９３０）に進入し、第１のシリンダポート（９２６）から外へ退出することを可能にされてもよい。図９Ｄに図示されるように、流体回路（９３０）は、第２のシリンダポート（９２８）、第５の流体チャネル（９３５）、第８の流体チャネル（９３８）、第１の弁（９４０）の二次チャネル入口（９４１）、第３の流体チャネル（９３３）を連続的に通した第１のシリンダポート（９２６）の中への第８の流体経路（９７８）に沿った油圧流体流を可能にするように構成されてもよい。いくつかの変形例では、屈曲状態は、第１の弁（９４０）からサンプポート（９５６）の中への第２の流体経路（９７１）に沿った流体流を可能にするように構成されてもよい。これらの変形例のうちのいくつかでは、屈曲状態は、第１および第２の流体経路（９７０、９７１）内で同時に流体流を可能にするように構成されてもよい。これらの変形例のうちのいくつかでは、流体は、第１のチャネル出口（９８１）から流体サンプ（９５０）まで流動してもよい。
【０１１８】
図９Ｅは、人工膝の電源オフ伸展状態に起因する等のピストン（９１０）の伸展に応答した、油圧アセンブリ（９００）を通した油圧流体流を図示する。例えば、ピストン（９１０）がシリンダ（９２０）の第１のチャンバ（９２２）の容積を低減させると、油圧流体は、第１のシリンダポート（９２６）を通して流体回路（９３０）に進入し、第２のシリンダポート（９２８）から外へ退出してもよい。図９Ｅに図示されるように、流体回路（９３０）は、第１のシリンダポート（９２６）、第７の流体チャネル（９３７）、二次チャネル入口（９４１）、第４の流体チャネル（９３４）を連続的に通した第２のシリンダポート（９２８）の中への第９の流体経路（９７９）に沿った油圧流体流を可能にするように構成されてもよい。これらの変形例のうちのいくつかでは、流体流は、流体サンプ（９５０）から第４の流体チャネル（９３４）まで提供されてもよい。
【０１１９】
弁（１０００）を通した流体流は、図１０Ａ−１０Ｄに描写される断面側面図に関して説明されるであろう。図１０Ａでは、スプール（１０２０）は、スリーブ（１０１０）内の第１のスプール位置（１０５０）にある。第１のスプール位置（１０５０）では、流体は、より高い第１の圧力Ｐ１を有する面積から、第１の管腔（１０１２）を通して、より低い第２の圧力Ｐ２を有する面積まで第１の容積流率Ｑ１において流動する。スプール（１０２０）は、切断患者が、関節回転範囲に対する低レベルの抵抗を受け得るように、流体流に対する比較的に低レベルの抵抗が存在するように、第１のオリフィス（１０１４）のわずかな部分のみに重複する。第２のオリフィス（１０１６）は、スプール（１０２０）によって完全に遮断される。
【０１２０】
図１０Ｂでは、スプール（１０２０）は、スリーブ（１０１０）内の第２のスプール位置（１０５２）にある。第２のスプール位置（１０５２）では、流体は、より高い第１の圧力Ｐ１を有する面積から、第１の管腔（１０１２）を通して、より低い第２の圧力Ｐ２を有する面積まで第２の容積流率Ｑ１において流動する。第２の容積流率Ｑ２は、第１の容積流率Ｑ１未満である。スプール（１０２０）は、切断患者が、関節回転に対して中間および／または高レベルの抵抗を受け得るように、流体流に対する比較的に中間および／または高レベルの抵抗が存在するように、第１のオリフィス（１０１４）の有意な部分に重複する。第２のオリフィス（１０１６）は、スプール（１０２０）によって完全に遮断される。
【０１２１】
図１０Ｃでは、スプール（１０２０）は、スリーブ（１０１０）内の第３のスプール位置（１０５４）にある。第３のスプール位置（１０５４）では、流体は、弁（１０００）を通して流動しない（例えば、ロックアウト）。第１のオリフィス（１０１４）および第２のオリフィス（１０１６）は、スプール（１０２０）によって完全に遮断される。本構成では、弁（１０００）は、人工関節が特定の角度で固定され得るように、流体流に対する最大抵抗を提供する。
【０１２２】
図１０Ｄでは、スプール（１０２０）は、スリーブ（１０１０）内の第４のスプール位置（１０５６）にある。第４のスプール位置（１０５６）では、第１のオリフィス（１０１４）は、スプール（１０２０）によって完全に遮断される。しかしながら、第２のオリフィス（１０１６）は、流体が、より高い第３の圧力Ｐ３を有する面積から、第２の管腔（１０２２）を通して、より低い第２の圧力Ｐ２を有する面積まで流動し得るように、遮断されなくなる。いくつかの変形例では、第１の圧力Ｐ１は、最大約４，０００ｐｓｉであってもよく、第２の圧力Ｐ２は、最大約４，０００ｐｓｉであってもよく、第３の圧力Ｐ３は、最大約４，０００ｐｓｉであってもよい。
【０１２３】
図１１Ａ−１１Ｅは、制御弁の例示的変形例の断面側面図である。図１１Ａは、通常閉比例３ポートスプール弁（１１００）の断面側面図を図示する。図１１Ｂおよび１１Ｄは、弁（１１００）の概略図を図示する。制御弁（１１００）は、第１の端部（１１１２）と、第２の端部（１１１４）と、１つ以上の側方開口部（１１１６）とを有する、筐体（１１１０）を備えてもよい。制御弁（１１００）は、オリフィス（１１３２）を画定するスリーブ（１１３０）と、１つ以上の開口（１１４２）を画定するスプール（１１４０）と、バイアスばね（１１６０）とを備える、油圧弁（１１２０）を備えてもよい。制御弁（１１００）はさらに、油圧弁（１１２０）を駆動するように構成されるアクチュエータ（１１５０）を備えてもよい。アクチュエータ（１１５０）は、磁石（１１５２）（例えば、ボイスコイル磁石）と、コイルボビン（１１５４）と、コイル（１１４６）（例えば、ボイスコイル）とを備えてもよい。図１１Ｂおよび１１Ｄはさらに、第１の弁ポート（１１７０）、第２の弁ポート（１１７２）、および第３の弁ポート（１１７４）を図示する。図１１Ｄは、電源オフ屈曲のための弁の概略図を図示する。スプール（１１４０）は、流体流が第３の弁ポート（１１７４）に関して遮断され、流体が第２の弁ポート（１１７２）から第１の弁ポート（１１７０）に流入するために可能にされるように、スリーブ（１１３０）に対して位置付けられてもよい。図１１Ｅは、電源オフ伸展のための弁の概略図を図示する。スプール（１１４０）は、流体が第１の弁ポート（１１７０）の中へ第３の弁ポート（１１７４）に進入し得るように、スリーブ（１１３０）のオリフィス（１１３２）と整合されてもよい。
【０１２４】
膝トルク計算が、本明細書に説明されるシステムおよびデバイスを制御するために使用されてもよい。いくつかの変形例では、トルク推定が、油圧シリンダと一直線にロードセルを設置することによって達成されてもよい。膝の角度を把握することによって、シリンダのモーメントアームが、計算されてもよい。モーメントアームをシリンダ上の荷重と組み合わせることは、膝関節を中心としたトルクの計算を可能にする。ロードセルは、遠位シリンダマウント、ピストンシャフト、またはシリンダの中に設置されてもよい。いくつかの変形例では、シリンダの内部の圧力計が、圧力差を測定するために使用されてもよく、また、シリンダ上の荷重を計算するために使用されてもよい。
【０１２５】
図１３Ａは、制御弁（１３００）の別の例示的変形例の断面側面図である。制御弁（１３００）は、第１の端部（１３１２）と、第２の端部（１３１４）と、１つ以上の側方開口部（１３１６）とを有する、筐体（１３１０）を備えてもよい。制御弁（１３００）は、スリーブ（１３１０）と、１つ以上の開口（１３４２）を画定するスプール（１３２０）と、ばね（１３６０）とを備える、油圧弁（１３２０）を備えてもよい。制御弁（１３００）はさらに、油圧弁（１３２０）を駆動するように構成されるアクチュエータ（１３５０）を備えてもよい。アクチュエータ（１３５０）は、磁石（１３５２）と、コイル（１３４６）とを備えてもよい。いくつかの変形例では、磁石（１３５２）は、約２ｍｍ〜約６０ｍｍの内径と、約２．５ｍｍ〜約７０ｍｍの外径と、約１．５ｍｍ〜約５０ｍｍの長さとを備えてもよい。例えば、磁石（１３５２）は、約１５ｍｍ〜約２５ｍｍの内径と、約２０ｍｍ〜約３０ｍｍの外径と、約１５ｍｍ〜約２０ｍｍの長さとを備えてもよい。いくつかの変形例では、磁石（１３５２）は、ネオジムから成ってもよいが、任意の好適な磁気組成物が、使用されてもよい。
【０１２６】
図１３Ｂ−１３Ｅは、制御弁の変形例の例証的概略図である。図１３Ｂは、スリーブおよびスプールの断面側面図であり、図１３Ｃ−１３Ｅは、異なる抵抗状態時のスリーブ、スプール、およびオリフィスの側面図である。図１３Ｂは、スリーブ（１３１０）と、スプール（１３２０）とを備える、弁（１３００）の断面側面図である。スプール（１３２０）は、スリーブ（１３１０）の第１の管腔（１３１２）内で摺動可能であり得、ボイスコイルアクチュエータ、ソレノイドアクチュエータ、または他のアクチュエータ（例えば、ＤＣブラシレスモータ）等のアクチュエータ（図示せず）によって駆動されてもよい。スリーブ（１３１０）の側壁は、１つ以上のオリフィス（１３１４）を画定してもよい。スプール（１３２０）がスリーブ（１３１０）を通して摺動すると、スプール（１３２０）の部分は、オリフィス（１３１４）の部分に重複してもよい。図１３Ｃは、孔（１３１８ａ）およびスリット（１３１８ｂ）を有するものとして図１３Ｂに描写されるオリフィス（１３１４）を図示する、スリーブ（１３１０）の側面図である。図１３Ｃ−１３Ｆに示されるように、オリフィス（１３１４）は、鍵穴様の形状を有してもよい。しかしながら、オリフィス（１３１４）の形状は、特に限定されない。図１３Ｄは、孔（１３１８ａ）およびスリット（１３１８ｂ）の大部分がスプール（１３２０）によって遮断され、それによって、流体流を限定する、高抵抗状態時の弁（１３００）を図示する。図１３Ｅは、スプール（１３２０）が、存在する場合、オリフィス（１３１４）のわずかな部を遮断する、開放状態時の弁（１３００）を図示する。
【０１２７】
図１３Ａ−１３Ｅに描写される弁（１３００）は、スリーブ（１３１０）内でスプール（１３２０）を直線的に摺動させるように構成されてもよい。弁（１３００）のオリフィス面積は、弁アクチュエータによって制御されるようなスプール（１３２０）の線形位置の関数であってもよい。他の変形例では、スプール（１３２０）は、回転様式でスリーブ（１３１０）内で移動してもよい。これらの変形例では、弁（１３００）のオリフィス面積は、弁アクチュエータによって制御されるようなオリフィス（１３１４）に対するスプール（１３２０）の角回転の関数であってもよい。異なる作動機構が、応答率、電力消費量、サイズ、費用、複雑性、および同等物等を含む、種々の性能特性を呈する。いくつかの変形例では、ボイスコイルアクチュエータは、直接、または１つ以上の可撓性要素を通してのいずれかで、線形スプール弁に結合されてもよい。ボイスコイルアクチュエータへの電力は、具体的弁位置を維持するように要求され得る。ボイスコイルアクチュエータを使用する、いくつかの変形例では、弁は、アクチュエータが電源オフ状態であるときに電源オフ弁位置を設定するためのばねを備えてもよい。
【０１２８】
いくつかの変形例では、ボイスコイルアクチュエータは、永久磁石と、相互に対して移動可能なコイルとを含んでもよい。永久磁石は、電流がコイルに印加されるときにコイルが移動する、磁場を生成してもよい。他の変形例では、コイルは、電流が印加されるときに磁石が移動するにつれて、固定されたままであってもよい。印加される電流の量は、磁石に対するコイルの位置に対応し得る。電流の極性は、磁石に対するコイルの進行方向に対応し得る。ボイスコイルアクチュエータに関して、生成される力は、コイルの速度が印加される電圧に比例し得るように、印加される電流に比例し、かつ略線形であり得る。したがって、ボイスコイルアクチュエータは、略線形時間および力応答を有してもよい。コイルの移動方向は、電流の極性に対応し得る。いくつかの変形例では、ボイスコイルアクチュエータ、したがって、ボイスコイル制御弁は、速い応答率（すなわち、１秒あたり１００サイクルを上回る）と、低い電力消費量（すなわち、１．８ワット未満または１２Ｖにおいて１５０ミリアンペア）とを有してもよい。そのようなアクチュエータおよび／または弁は、本明細書ではボイスコイルまたはボイスコイル弁と称され得る。
【０１２９】
いくつかの変形例では、ソレノイド弁は、コイルを伴う固定鉄心と、可動鉄電機子とを備えてもよい。電機子は、電流がコイルに印加されるときに移動するように構成されてもよい。ソレノイドアクチュエータはさらに、電流がコイルから除去されるときに帰還動作のために構成される、ばねを備えてもよい。ソレノイドアクチュエータは、一方向に帰還ばねに対して動作してもよい。ばね帰還に起因して、帰還方向への弁の応答時間は、ばね定数に比例し得る。したがって、剛性ばねが、速い応答時間を達成するように提供されてもよい。電機子力は、本ばね力を克服し、任意の所与の弁位置に留まらなければならない。したがって、弁位置を保持するために要求される電力の量は、弁の減少する応答時間に比例して増加し得る。ソレノイド弁は、したがって、オン／オフ動作を提供してもよく、非線形であり得る（例えば、電流の二乗に比例する力を生成する）。いくつかの変形例では、弁アクチュエータは、ブラシレスＤＣモータを備えてもよい。モータは、直接または間接的のいずれかで伝送システムを通して、ねじまたは回転弁を使用して、線形弁に結合されてもよい。本明細書に開示される油圧アセンブリは、任意の好適な弁アクチュエータを使用してもよい。
【０１３０】
図１３Ｆ−１３Ｉは、弁（１３００）を通した流体流を描写し、特に、完全開放状態（図１３Ｆ）、高抵抗状態（図１３Ｇ）、ロックアウト状態（図１３Ｈ）、および電源オフ状態（図１３Ｉ）時の弁の概略図を図示する。明確にするために、図１３Ｆの中の同一の要素は、図１３Ｇ−１３Ｉでは標識されていない。
【０１３１】
図１３Ｆでは、スプール（１３２０）は、スリーブ（１３１０）内の第１のスプール位置（６５０）にある。第１のスプール位置では、流体は、第２のポート（１３７２）から第１のポート（１３７０）を通して流動し、流動は、第３のポート（１３７４）から遮断される。第１のスプール位置では、切断患者が、関節回転に対する対応する低レベルの抵抗を受け得るように、流体流に対する比較的に低レベルの抵抗が存在する。
【０１３２】
図１３Ｇでは、スプール（１３２０）は、スリーブ（１３１０）内の第２のスプール位置にある。第２のスプール位置では、第２のポート（１３７２）および第１のポート（１３７０）を通した流体流は、第１のスプール位置におけるよりも比較的に低い。例えば、スプール（１３２０）は、切断患者が、関節回転に対して対応する中間および／または高レベルの抵抗を受け得るように、流体流に対する比較的に中間および／または高レベルの抵抗が存在するように、オリフィス（１３１４）の有意な部分に重複する。
【０１３３】
図１３Ηでは、スプール（１３２０）は、スリーブ（１３１０）内の第３のスプール位置にある。第３のスプール位置では、流体は、弁（１３００）を通して流動しない。オリフィス（１３１４）の全ては、スプール（１３２０）によって完全に遮断される。本条件は、ロックアウトと称され得、人工関節が特定の角度で固定され得る、流体流に対する最大抵抗に対応する。
【０１３４】
図１３Ｉに示されるように、電源がオフにされたとき、ばね（１３６０）は、コイルボビン（１３５４）をハードストップ位置まで付勢してもよく、それによって、第３のポート（１３７４）と第１のポート（１３７０）との間の流体流を可能にする。図１３Ｉのスプール（１３２０）は、スリーブ（１３１０）内の第４のスプール位置にある。第４のスプール位置では、流体は、第３のポート（１３７４）および第１のポート（１３７０）を通して流動し、流体流は、第２のポート（１３７２）に対して遮断される。
ＩＩ．方法
【０１３５】
また、本明細書では、本明細書に説明されるシステムおよびデバイスを使用して、補綴具の回転抵抗を制御するための方法も説明される。いくつかの変形例では、本プロセスは、補綴具屈曲中および補綴具可変抵抗弁が給電されるときの屈曲状態中に、本明細書に説明されるような流体回路内で油圧流体を伝送することによって開始してもよい。油圧流体は、補綴具伸展中および補綴具可変抵抗弁が給電されるときの伸展状態中に、本明細書に説明されるような流体回路内で伝送されてもよい。
【０１３６】
いくつかの変形例では、本プロセスは、補綴具屈曲中および補綴具可変抵抗弁が給電されるときの屈曲状態中に、本明細書に説明されるような流体回路内で油圧流体を伝送することによって開始してもよい。油圧流体は、補綴具伸展中および補綴具可変抵抗弁が給電されるときの伸展状態中に、本明細書に説明されるような流体回路内で伝送されてもよい。油圧流体は、補綴具屈曲中および補綴具可変抵抗弁が給電されていないときの電源オフ屈曲状態中に、示されるような流体回路内で伝送されてもよい。
【０１３７】
いくつかの変形例では、本プロセスは、補綴具屈曲中および補綴具可変抵抗弁が給電されるときの屈曲状態中に、本明細書に説明されるような流体回路内で油圧流体を伝送することによって開始してもよい。油圧流体は、補綴具伸展中および補綴具可変抵抗弁が給電されるときの伸展状態中に、本明細書に説明されるような流体回路内で伝送されてもよい。油圧流体は、補綴具屈曲中および補綴具可変抵抗弁が給電されていないときの電源オフ屈曲状態中に、本明細書に説明されるような流体回路内で伝送されてもよい。油圧流体は、補綴具伸展中および補綴具可変抵抗弁が給電されていないときの電源オフ伸展状態中に、本明細書に説明されるような流体回路内で伝送されてもよい。
【０１３８】
本明細書に説明されるいくつかの変形例は、種々のコンピュータ実装動作を実施するための命令またはコンピュータコードをその上に有する、非一過性コンピュータ可読媒体（非一過性プロセッサ可読媒体とも称され得る）を伴うコンピュータ記憶製品に関する。コンピュータ可読媒体（またはプロセッサ可読媒体）は、これが、それ自体が一過性伝搬信号（例えば、空間またはケーブル等の伝送媒体上で情報を搬送する伝搬電磁波）を含まないという意味において非一過性である。媒体およびコンピュータコード（コードまたはアルゴリズムとも称され得る）は、１つまたは複数の具体的目的のために設計および構築されるものであってもよい。非一過性コンピュータ可読媒体の実施例は、限定ではないが、ハードディスク、フロッピディスク、および磁気テープ等の磁気記憶媒体、コンパクトディスク／デジタルビデオディスク（ＣＤ／ＤＶＤ）等の光学記憶媒体、コンパクトディスク読取専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、およびホログラフィックデバイス、光学ディスク等の光磁気記憶媒体、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）およびソリッドステートハイブリッドドライブ（ＳＳＨＤ）等のソリッドステート記憶デバイス、搬送波信号処理モジュール、および特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイス等のプログラムコードを記憶および実行するように特別に構成されるハードウェアデバイスを含む。本明細書に説明される他の変形例は、例えば、本明細書に開示される命令および／またはコンピュータコードを含み得る、コンピュータプログラム製品に関する。
【０１３９】
本明細書に説明されるシステム、デバイス、および／または方法は、ソフトウェア（ハードウェア上で実行される）、ハードウェア、またはそれらの組み合わせによって実施されてもよい。ハードウェアモジュールは、例えば、汎用プロセッサ（またはマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、および／または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含んでもよい。ソフトウェアモジュール（ハードウェア上で実行される）は、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｒｕｂｙ、Ｖｉｓｕａｌ  Ｂａｓｉｃ（登録商標）、および／または他のオブジェクト指向、手続型、または他のプログラミング言語および開発ツールを含む、種々のソフトウェア言語（例えば、コンピュータコード）において表されてもよい。コンピュータコードの実施例は、限定ではないが、マイクロコードまたはマイクロ命令、コンパイラによって生成されるもの等の機械命令、ウェブサービスを生成するために使用されるコード、およびインタープリタを使用してコンピュータによって実行されるより高レベルの命令を含有するファイルを含む。コンピュータコードの付加的実施例は、限定ではないが、制御信号、暗号化されたコード、および圧縮されたコードを含む。
【０１４０】
いくつかの変形例では、本システムおよび方法は、例えば、それぞれが任意のタイプのネットワーク（例えば、有線ネットワーク、無線ネットワーク）であり得る、１つ以上のネットワークを介して、他のコンピューティングデバイス（図示せず）と通信してもよい。無線ネットワークは、いかなる種類のケーブルによっても接続されない、任意のタイプのデジタルネットワークを指し得る。無線ネットワーク内の無線通信の実施例は、限定ではないが、セルラー、無線、衛星、およびマイクロ波通信を含む。しかしながら、無線ネットワークは、インターネット、他のキャリア音声およびデータネットワーク、ビジネスネットワーク、およびパーソナルネットワークとインターフェースをとるために、有線ネットワークに接続してもよい。有線ネットワークは、典型的には、銅ツイストペア、同軸ケーブル、および／または光ファイバケーブルを経由して搬送される。広域ネットワーク（ＷＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネットエリアネットワーク（ＩＡＮ）、構内エリアネットワーク（ＣＡＮ）、無線パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）低エネルギー）、インターネットのようなグローバリエリアネットワーク（ＧＡＮ）、および仮想私設ネットワーク（ＶＰＮ）を含む、多くの異なるタイプの有線ネットワークが存在する。本明細書の以降では、ネットワークは、統一ネットワーキングおよび情報アクセスシステムを提供するように、典型的には、インターネットを通して相互接続される、無線、有線、公衆、および私設データネットワークの任意の組み合わせを指す。
【０１４１】
セルラー通信は、ＧＳＭ（登録商標）、ＰＣＳ、ＣＤＭＡまたはＧＰＲＳ、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＥＤＧＥまたはＣＤＭＡ２０００、ＬＩＥ、ＷｉＭＡＸ、および５Ｇネットワーキング規格等の技術を包含し得る。いくつかの無線ネットワーク展開は、複数のセルラーネットワークからのネットワークを組み合わせる、またはセルラー、Ｗｉ−Ｆｉ、および衛星通信の混合を使用する。いくつかの変形例では、本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法は、１つ以上のデバイスおよび／またはネットワークと通信するための高周波受信機、伝送機、および／または光学（例えば、赤外線）受信機および伝送機を含んでもよい。
【０１４２】
本明細書の具体的実施例および説明は、本質的に例示的であり、変形例は、添付された請求項のみによって限定される、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書で教示される資料に基づいて当業者によって開発され得る。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２】
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【図１３−１】
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【図１３−２】
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【図１３−３】
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【国際調査報告】
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