Prothèse de pied Foot prosthesis
Domaine techniqueTechnical area
5 La présente invention concerne une prothèse de pied en matériau composite.The present invention relates to a foot prosthesis made of composite material.
Technique antérieurePrior art
10 II a déjà été proposé diverses prothèses de pied compor¬ tant une ossature en matériau composite à base de fibres de carbone ou de verre, par exemple en Kevlar, imprégnées de résine.10 Various prostheses have already been proposed including a framework made of composite material based on carbon or glass fibers, for example Kevlar, impregnated with resin.
15 Les prothèses en matériau composite permettent d'obtenir une souplesse sans dissipation notable d'énergie, de sorte que la prothèse restitue l'énergie qui a conduit à sa flexion lorsque la sollicitation cesse.15 Prostheses made of composite material make it possible to obtain flexibility without appreciable dissipation of energy, so that the prosthesis restores the energy which led to its bending when the stress ceases.
2O En fait, contrairement aux prothèses en matière thermo¬ plastique, la souplesse des prothèses en matériau composite diminue au fur et à mesure de l'application de la force, ce qui est important notamment lors de la montée d'un escalier. Alors qu'une prothèse thermoplastique continuerait de se2O In fact, unlike prostheses made of thermo-plastic material, the flexibility of prostheses made of composite material decreases as the force is applied, which is important in particular when climbing a staircase. While a thermoplastic prosthesis would continue to
25 plier, la prothèse composite se tend et se bloque, puis la charge se réduit et, lorsque le pied quitte la marche, la prothèse restitue l'énergie qui lui a été fournie, facilitant ainsi la relance du corps pour le pas suivant.25 bend, the composite prosthesis tightens and locks, then the load is reduced and, when the foot leaves the step, the prosthesis restores the energy which was supplied to it, thus facilitating the recovery of the body for the next step.
30 Des prothèses de ce type sont par exemple décrites dans les brevets américains nos 4,645,509 et 4,959,073, dans les demandes de brevets français publiées sous nos 2,612,768 et 2,626,463 et dans les demandes de brevet européen publiées sous nos 0401864 et 0487852.30 Prostheses of this type are for example described in American patents Nos. 4,645,509 and 4,959,073, in French patent applications published under Nos 2,612,768 and 2,626,463 and in European patent applications published under Nos 0401864 and 0487852.
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Toutefois, aucune des prothèses de pied mentionnées ci- dessus ne constitue une prothèse réellement polyvalente, soit adaptée à la fois à la marche normale et à la montée
d'escaliers. La difficulté de réaliser une prothèse polyva¬ lente tient aux réactions différentes qu'elle doit provoquer selon le type de sollicitation dont elle est l'objet. Elle doit réagir dans certains cas comme un amortisseur plus ou moins souple et dans d'autres comme une sorte de tremplin. En particulier, les talons des prothèses proposées jusqu'ici, lorsqu'ils sont de conception simple, sont soit trop souples, soit trop durs. Des talons performants sont en revanche d'une conception relativement complexe. Aucune des prothèses de pied qui ont été proposées jusqu'ici ne permet de tirer pleinement profit des propriétés avantageuses décrites plus haut à propos des matériaux composites modernes.However, none of the foot prostheses mentioned above constitute a truly versatile prosthesis, being suitable for both normal walking and climbing stairs. The difficulty of making a polyva¬ slow prosthesis is due to the different reactions it must provoke depending on the type of stress to which it is subjected. It must react in some cases as a more or less flexible shock absorber and in others as a kind of springboard. In particular, the heels of the prostheses proposed so far, when they are of simple design, are either too flexible or too hard. High-performance heels, on the other hand, have a relatively complex design. None of the foot prostheses which have been proposed so far make it possible to take full advantage of the advantageous properties described above with regard to modern composite materials.
Exposé de l'inventionStatement of the invention
Le but de la présente invention est de proposer une prothèse de pied en matériau composite permettant de remédier aux inconvénients des prothèses énoncés ci-dessus.The object of the present invention is to propose a prosthesis of a composite material which overcomes the drawbacks of the prostheses set out above.
A cet effet, l'invention concerne une prothèse de pied en matériau composite, comportant d'une part un talon en forme de "C", destiné à servir d'appui arrière de la prothèse sur le sol, l'ouverture du "C" étant dirigée vers l'arrière de la prothèse, et d'autre part une spatule comportant une partie avant et une partie arrière, la partie avant de la spatule étant destinée à servir d'appui avant de la prothèse contre le sol, le talon étant disposé en-dessous de la partie arrière de la spatule.To this end, the invention relates to a prosthetic foot made of composite material, comprising on the one hand a "C" shaped heel, intended to serve as a rear support for the prosthesis on the ground, the opening of the "C "being directed towards the rear of the prosthesis, and on the other hand a spatula comprising a front part and a rear part, the front part of the spatula being intended to serve as a front support of the prosthesis against the ground, the heel being arranged below the rear part of the spatula.
Selon un mode d'exécution, le talon peut comporter un bras supérieur et un bras inférieur, tous deux de formes sensiblement planes et parallèles. Le bras inférieur du talon peut être plus long que son bras supérieur.According to one embodiment, the heel may include an upper arm and a lower arm, both of substantially planar and parallel shapes. The lower arm of the heel may be longer than the upper arm.
La spatule peut avoir la forme d'un "S" étiré, compor¬ tant une partie avant, une partie arrière et une partie intermédiaire présentant une zone d'inflexion de la courbure, la partie avant de la spatule pouvant comporter une surface
inférieure sensiblement plane.The spatula may have the shape of a stretched "S", comprising a front part, a rear part and an intermediate part having a zone of inflection of the curvature, the front part of the spatula being able to comprise a surface substantially flat lower.
La spatule et/ou le talon peuvent comporter une plurali¬ té de couches de fibres de carbone, de verre ou d'aramide.The tip and / or the heel may include a plurality of layers of carbon fibers, glass or aramid.
Une partie au moins des couches de fibres de la spatule peuvent être tronquées à l'avant, de façon à constituer un dégradé de l'épaisseur de la spatule.At least part of the layers of fibers of the spatula can be truncated at the front, so as to constitute a gradation of the thickness of the spatula.
L'ensemble des couches de fibres de la spatule et/ou l'ensemble des couches de fibres du talon peuvent être respectivement recouvert(s) d'au moins une couche en matériau tissé puis être imprégné(s) et mis en forme.All of the fiber layers of the tip and / or all of the fiber layers of the heel can be respectively covered with at least one layer of woven material and then be impregnated and shaped.
La prothèse peut être agencée de façon que sa fixation sur le tibia s'effectue à l'aide d'un élément de fixation traversant le bras supérieur du talon et la partie arrière de la spatule et fixé dans un dispositif de liaison monté sur un tibia.The prosthesis can be arranged so that its attachment to the tibia is effected by means of a fastening element passing through the upper arm of the heel and the rear part of the spatula and fixed in a connection device mounted on a tibia. .
La prothèse peut comporter un élément disposé à la surface supérieure de la partie arrière de la spatule et destiné à servir de base de fixation de la prothèse sur l'élément de liaison monté sur le tibia.The prosthesis may include an element placed on the upper surface of the rear part of the spatula and intended to serve as a base for fixing the prosthesis on the connecting element mounted on the tibia.
Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings
La description qui suit, donnée à titre d'exemple, se réfère au dessin sur lequel:The description which follows, given by way of example, refers to the drawing in which:
- la figure 1 est une vue en perspective de trois quarts avant d'un exemple schématique de prothèse de pied selon l'invention;- Figure 1 is a perspective view of three quarters before a schematic example of a prosthetic foot according to the invention;
- la figure 2 est une vue de profil de la prothèse de la figure 1 recouverte d'un revêtement cosmétique;- Figure 2 is a side view of the prosthesis of Figure 1 covered with a cosmetic coating;
- la figure 3 est une vue en perspective illustrant la
conception de la spatule de la prothèse de la figure 1 en cours de réalisation;- Figure 3 is a perspective view illustrating the design of the spatula of the prosthesis of Figure 1 in progress;
- la figure 4 est une vue de profil d'un exemple schématique de prothèse selon l'invention comportant un dispositif amortisseur d'un premier type;- Figure 4 is a side view of a schematic example of prosthesis according to the invention comprising a shock absorber device of a first type;
- la figure 5 est une vue de profil d'un exemple schématique de prothèse selon l'invention comportant un dispositif amortisseur d'un deuxième type; et- Figure 5 is a side view of a schematic example of prosthesis according to the invention comprising a cushioning device of a second type; and
- la figure 6 est une vue de profil d'un exemple schématique de prothèse selon l'invention comportant un dispositif amortisseur d'un troisième type.- Figure 6 is a side view of a schematic example of prosthesis according to the invention comprising a shock absorber device of a third type.
Manières de réaliser l'inventionWays to realize the invention
L'ossature représentée à la figure 1 comprend une spatu¬ le 1, un talon 2 et une plaque 3 servant de base de fixation de la prothèse à un tibia artificiel. La spatule 1 et le talon 2 sont fabriqués séparément en matériau composite, puis sont assemblés à l'aide d'une vis 4 lors de la fixation de la prothèse au tibia artificiel, la vis 4 traversant le bras supérieur 7 du talon, la partie arrière 11 de la spatule, puis la plaque de base 3 et étant vissée dans un dispositif de liaison, connu en soi, fixé sur le tibia.The frame shown in Figure 1 includes a spatu¬ 1, a heel 2 and a plate 3 serving as a base for fixing the prosthesis to an artificial tibia. The spatula 1 and the heel 2 are made separately from composite material, then are assembled using a screw 4 when the prosthesis is fixed to the artificial tibia, the screw 4 passing through the upper arm 7 of the heel, the part rear 11 of the spatula, then the base plate 3 and being screwed into a connecting device, known per se, fixed on the tibia.
Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, le profil de la spatule rappelle la forme d'un "S" étiré, comportant une partie d'appui avant 10, constituant la spatule propre¬ ment dite, et une partie arrière 11, sensiblement plane, de plus petites dimensions que celles de la partie avant, la partie intermédiaire 13 reliant les parties avant et arrière présentant une zone d'inflexion de la courbure de la spatule. La partie d'appui avant 10 de la spatule présente une surface inférieure 12 sensiblement plane.As can be seen in FIGS. 1 and 2, the profile of the spatula recalls the shape of a stretched "S", comprising a front support part 10, constituting the spatula proper, and a rear part 11 , substantially planar, of smaller dimensions than those of the front part, the intermediate part 13 connecting the front and rear parts having a zone of inflection of the curvature of the spatula. The front support part 10 of the spatula has a substantially planar lower surface 12.
La spatule 1 comporte une pluralité de couches de fibres
de carbone, de fibres de verre ou de fibres d'aramide disposées dans le sens de la longueur et/ou dans le sens de la largeur suivant le degré de souplesse souhaité. Chaque couche, d'une épaisseur de l'ordre de 0.5 millimètres, est découpée à la forme du pied. La partie avant des couches supérieures est tronquée en dégradé vers le haut, de façon à diminuer graduellement l'épaisseur de la spatule entre son extrémité avant et son extrémité arrière, comme représenté sur la figure 3. L'ensemble est ensuite recouvert d'une ou plusieurs couches de matériaux tissés, par exemple des tres¬ ses en fibres de carbone ou en toute autre fibre adéquate, telle que des fibres de verre ou d'aramide. Le pourcentage de chaque sorte de fibres ainsi que le sens de ces fibres déterminent les différents modèles de prothèses selon le poids et le degré d'activité du patient. Ainsi par exemple, on augmentera le poucentage de fibres de verre pour augmenter la souplesse de la prothèse ou, au contraire, on augmentera le pourcentage de fibres de carbone pour diminuer ladite souplesse. L'ensemble obtenu est ensuite traité par le procédé de moulage RTM (Resin Transfer Moulding) , procédé en soi connu, de façon à imprégner l'ensemble avec de la résine époxy par injection dans un moule fermé, tout en lui donnant la forme voulue. L'ensemble est ensuite découpé à ses extrémités selon la pointure et la forme souhaitées.Spatula 1 has a plurality of layers of fibers carbon, glass fibers or aramid fibers arranged lengthwise and / or widthwise depending on the degree of flexibility desired. Each layer, with a thickness of about 0.5 millimeters, is cut to the shape of the foot. The front part of the upper layers is truncated in an upward gradient, so as to gradually decrease the thickness of the spatula between its front end and its rear end, as shown in Figure 3. The assembly is then covered with a or several layers of woven materials, for example tres¬ its carbon fibers or any other suitable fiber, such as glass or aramid fibers. The percentage of each kind of fibers and the direction of these fibers determine the different models of prostheses according to the weight and the level of activity of the patient. Thus, for example, the percentage of glass fibers will be increased to increase the flexibility of the prosthesis or, on the contrary, the percentage of carbon fibers will be increased to reduce said flexibility. The assembly obtained is then treated by the RTM (Resin Transfer Molding) molding process, a process known per se, so as to impregnate the assembly with epoxy resin by injection into a closed mold, while giving it the desired shape. . The assembly is then cut at its ends according to the desired size and shape.
Le talon 2 a la forme d'un "C" dont l'ouverture 5 est dirigée vers l'arrière de la prothèse. Il est disposé en- dessous de la partie arrière 11 de la spatule. Selon une forme d'exécution préférentielle, les deux bras du C sont de forme plane et parallèle, le bras inférieur 6 étant sensible¬ ment plus long que le bras supérieur 7. Le talon peut être fabriqué selon le même procédé que la spatule, à la seule différence que les couches de fibres ont toutes la même surface, c'est-à-dire qu'il n'est pas nécessairement prévu un dégradé de l'épaisseur. Un trou circulaire 8 destiné à la manipulation de la vis 4 est prévu dans le bras inférieur 6 du talon. Ce trou est diposé de façon que son centre coïncide avec l'axe 9 de la vis 4.
La base de fixation 3 peut par exemple être usinée dans une plaque en fibres de verre/époxy d'une épaisseur de l'ordre de quatre millimètres ou moulée en verre-carbone/ époxy. Elle peut être fixée à l'extrémité arrière supérieure de la spatule par collage, par exemple à l'aide d'une résine époxy.The heel 2 has the shape of a "C" whose opening 5 is directed towards the rear of the prosthesis. It is arranged below the rear part 11 of the spatula. According to a preferred embodiment, the two arms of the C are of planar and parallel shape, the lower arm 6 being substantially longer than the upper arm 7. The heel can be produced according to the same process as the spatula, the only difference is that the fiber layers all have the same surface, that is to say that a thickness gradient is not necessarily provided. A circular hole 8 for handling the screw 4 is provided in the lower arm 6 of the heel. This hole is arranged so that its center coincides with the axis 9 of the screw 4. The fixing base 3 can for example be machined in a glass fiber / epoxy plate with a thickness of the order of four millimeters or molded in glass-carbon / epoxy. It can be attached to the upper rear end of the spatula by gluing, for example using an epoxy resin.
L'association de la forme en "C" du talon et de la forme en "S" de la spatule permettent réellement des performances polyvalentes de la prothèse de pied selon l'invention. Il faut insister ici sur le fait que les propriétés polyvalentes découlent des caractéristiques structurelles de la prothèse, tout en ne mettant en oeuvre que des éléments simples, c'est- à-dire sans recourir à des dispositifs complexes. En effet, le talon en forme de "C", avec son ouverture dirigée vers l'arrière, permet un amortissement adéquat lors de la marche normale. Cet amortissement bénéficie pleinement et directe¬ ment de la nature et des propriétés des matériaux employés, de sorte que la réponse à la sollicitation est directement fonction de la sollicitation elle-même et lui est par consé¬ quent pleinement adaptée, sans blocage brusque, ni butée fixe. D'autre part, la forme en "S" de la spatule, avec une partie avant présentant une surface inférieure plane, est particulièrement bien adaptée pour la pose du pied sur une marche d'escalier. La forme en "S", présente une courbe et une contre-courbe permettant une restitution optimale de l'énergie fournie à la prothèse lorsque le pied est appuyé sur la marche. Cette restitution s'effectue en quelque sorte en deux endroits grâce à la double courbe. D'autre part, la diminution de l'épaisseur de la spatule vers l'avant de celle-ci permet une bonne souplesse de l'avant du pied lors de la flexion du pied. La mise en oeuvre de plusieurs courbes préformées présente l'avantage d'imprimer à la fois une flexion en accentuation de la courbe et une flexion luttant contre la courbe. Selon la nature de la sollicitation, la répartition entre les deux types de flexions sera différente, mais dans tous les cas il en résultera une réaction harmo¬ nieuse offrant à l'utilisateur un confort nouveau. De plus,
compte tenu de sa conception, la zone de connexion entre le talon 1 et la spatule 2 ne se déforme pas et il n'y a par conséquent aucun mouvement relatif entre le talon et la spatule dans cette zone, donc pas de frottement, ce qui évite tout grincement lors de la marche.The combination of the "C" shape of the heel and the "S" shape of the tip really allow versatile performance of the prosthetic foot according to the invention. It should be emphasized here that the versatile properties derive from the structural characteristics of the prosthesis, while using only simple elements, that is to say without resorting to complex devices. Indeed, the heel in the shape of "C", with its opening directed towards the back, allows an adequate cushioning during normal walking. This amortization fully and directly benefits from the nature and properties of the materials used, so that the response to the stress is directly a function of the stress itself and is therefore fully adapted to it, without sudden blockage or fixed stop. On the other hand, the "S" shape of the spatula, with a front part having a flat bottom surface, is particularly well suited for placing the foot on a stair step. The "S" shape presents a curve and a counter-curve allowing an optimal restitution of the energy supplied to the prosthesis when the foot is pressed on the step. This restitution is done in a way in two places thanks to the double curve. On the other hand, the reduction in the thickness of the spatula towards the front of the latter allows good flexibility of the forefoot when the foot is flexed. The implementation of several preformed curves has the advantage of printing both a bending in accentuation of the curve and a bending fighting against the curve. Depending on the nature of the stress, the distribution between the two types of flexion will be different, but in all cases this will result in a harmonious reaction offering the user new comfort. Moreover, given its design, the connection zone between the heel 1 and the tip 2 does not deform and there is consequently no relative movement between the heel and the tip in this area, therefore no friction, which prevents squeaking while walking.
Il faut encore mettre l'accent sur le dégradé d'épais¬ seur qui marque l'avant de la spatule. En effet, ce dégradé permet de déclencher un effet de relance ayant une importante composante horizontale. En fait, cette partie recrée la petite impulsion que donnent normalement les orteils lors de la marche. Cette impulsion permet une relance du membre, par opposition à la relance du corps entier qui résulte de la partie médiane de la spatule.We must also emphasize the gradation of thickness which marks the front of the spatula. Indeed, this gradient makes it possible to trigger a stimulus effect having a large horizontal component. In fact, this part recreates the little impulse normally given by the toes when walking. This impulse allows a revival of the limb, as opposed to the revival of the whole body which results from the middle part of the spatula.
Le nombre très restreint des éléments constituant la prothèse présente deux avantages immédiatement perceptibles. En premier lieu, il faut relever une simplicité de fabrica¬ tion, de montage et de maintenance, et en second lieu, l'extrême fiabilité de l'ensemble. La technique de fabrica¬ tion utilisée, de même que la simplicité des formes des éléments permettent une production industrielle et par consé¬ quent une réduction substantielle des coûts de fabrication. Finalement, et c'est sans doute là le plus important, en ne mettant en oeuvre qu'un nombre limité de pièces de formes simples et en ne recourant qu'à une technologie de fabrica¬ tion relativement simple, la prothèse selon l'invention offre des caractéristiques d'utilisation réellement polyvalentes, s'exprimant en parfaite harmonie les unes avec les autres, grâce précisément à la combinaison de lignes simples et intimement complémentaires mettant pleinement en valeur les performances propres des matériaux utilisés.The very limited number of elements making up the prosthesis has two immediately perceptible advantages. Firstly, there is a simplicity of manufacture, assembly and maintenance, and secondly, the extreme reliability of the assembly. The manufacturing technique used, as well as the simplicity of the shapes of the elements, allow industrial production and consequently a substantial reduction in manufacturing costs. Finally, and this is undoubtedly the most important, by using only a limited number of parts of simple shapes and by using only a relatively simple manufacturing technology, the prosthesis according to the invention offers truly versatile characteristics of use, expressed in perfect harmony with each other, thanks precisely to the combination of simple and intimately complementary lines that fully enhance the inherent performance of the materials used.
La prothèse qui a été décrite ci-dessus peut être utilisée telle quelle, sans revêtement, comme représenté à la figure 1, ou pourvue d'un revêtement cosmétique 15, comme représenté à la figure 2. Grâce à la simplicité des formes de ses éléments, la prothèse de l'invention peut être très
facilement habillée et permet une quasi parfaite reconstruc¬ tion d'un pied, notamment grâce à l'étroitesse de la prothèse au niveau de la cheville. Une mousse de remplissage 16 peut être disposée dans le volume limité d'une part par la partie intermédiaire 13 de la spatule et d'autre part par la partie coudée du talon 2. Une mousse de remplissage peut également être prévue dans le volume intérieur du talon délimité par ses deux bras 6 et 7.The prosthesis which has been described above can be used as it is, without coating, as shown in Figure 1, or provided with a cosmetic coating 15, as shown in Figure 2. Thanks to the simplicity of the shapes of its elements , the prosthesis of the invention can be very easily dressed and allows an almost perfect reconstruction of a foot, in particular thanks to the narrowness of the prosthesis at the ankle. A filling foam 16 can be arranged in the volume limited on the one hand by the intermediate part 13 of the spatula and on the other hand by the bent part of the heel 2. A filling foam can also be provided in the interior volume of the heel defined by its two arms 6 and 7.
Afin d'améliorer encore le confort lors de l'attaque du sol avec le talon, un dispositif amortisseur, réglable ou non, peut être inséré dans le talon de la prothèse de façon à permettre une progressivité de l'attaque du talon. Ce dispositif amortisseur peut par exemple comporter une plaque d'appui de base indépendante reliée au talon par un élément amortisseur.In order to further improve comfort when attacking the ground with the heel, a shock absorbing device, adjustable or not, can be inserted into the heel of the prosthesis so as to allow progressive attack on the heel. This shock absorbing device can for example comprise an independent base support plate connected to the heel by a shock absorbing element.
Selon un premier mode d'exécution, représenté à la figure 4, le dispositif amortisseur comporte une plaque d'appui de base 41 disposée en-dessous du bras inférieur 6 du talon et solidaire d'un cylindre amortisseur 42, par exemple en polyuréthane, monté sous le bras supérieur 7 du talon.According to a first embodiment, represented in FIG. 4, the shock absorbing device comprises a base support plate 41 disposed below the lower arm 6 of the heel and integral with a shock absorbing cylinder 42, for example made of polyurethane, mounted under the upper arm 7 of the heel.
Selon un deuxième mode d'exécution, représenté à la figure 5, le dispositif amortisseur comporte une plaque d'appui de base 51 semblable à la plaque 41 et disposée de façon analogue. La plaque 51 est soliodaire d'un élément amortisseur 52 solidaire du bras supérieur 7 du talon et comportant un ressort 53.According to a second embodiment, shown in Figure 5, the damping device comprises a base support plate 51 similar to the plate 41 and arranged in a similar manner. The plate 51 is connected to a damping element 52 secured to the upper arm 7 of the heel and comprising a spring 53.
Selon un troisième mode d'exécution, représenté à la figure 6, le dispositif amortisseur comporte une plaque d'appui de base 61 disposée en-dessous du bras inférieur 6 du talon et montée en articulation 62 à la partie avant dudit bras inférieur 6. La plaque 61 agit à l'encontre d'un amortisseur hydraulique 64 solidaire du bras inférieur 6 du talon. Cet amortisseur peut être réglable par l'intermédiaire
d'un dispositif de réglage 65.According to a third embodiment, represented in FIG. 6, the damping device comprises a base support plate 61 disposed below the lower arm 6 of the heel and mounted in articulation 62 at the front part of said lower arm 6. The plate 61 acts against a hydraulic shock absorber 64 secured to the lower arm 6 of the heel. This damper can be adjustable via an adjustment device 65.
Dans les trois cas qui viennent d'être décrits, une mousse de compensation peut être diposée sous la plaque d'appui de base 41, 51, 61 pour compenser les irrégularités du revêtement cosmétique.
In the three cases which have just been described, a compensation foam can be placed under the base support plate 41, 51, 61 to compensate for the irregularities of the cosmetic coating.