用于假肢装置的具有减振和受控旋转的真空泵的制作方法

专利名称：用于假肢装置的具有减振和受控旋转的真空泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实用于诸如假腿或假臂的假肢器官装置的真空泵。具体说，涉及一种包括冲击减振和扭转的真空泵。
背景技术：
被截肢者是已经失去部分诸如腿或臂的四肢或肢体的人，其残余部分通常称为残肢。就残干(stump)而论，残肢有各种尺寸和形状。即最新的截肢在形状上或者是有一点球形的或者是圆柱形的，而可能造成很多萎缩的老式截肢在形状上通常是比较圆锥形的。残肢的特征还在于它们各种各样的特殊的问题，或者包括残肢的体积和形状的外形，以及可能结痂、皮肤移植、骨头突起、不平整的肢体体积、神经瘤、疼痛、水肿或软组织外形。
参考图1，图1示出低于膝盖的残肢50并描述为在膝盖之下切断的终止在残干52的腿51。在这种情况下，残肢50包括软组织以及股骨54、膝关节55、被截的胫骨56和腓骨57。沿着这些被软阻止包围的骨结构是神经束和血管分布，这些神经束和血管分布必需保护免受外部压力，以避免神经瘤、失去知觉、不舒服以及其他各种问题。低于膝盖的残肢50具有其残干52，该残干52的特点是有较多的骨结构，而膝盖之上残肢的特点是包括较多的软组织以及血管分布和神经束。
参考图2，具有失去一部分其终止在残干62的手臂60的截肢者可以称为有血管分布、神经束以及软组织和骨组织。该残肢60包括从肩部61下面延伸到肘部63的肱骨64，从肘部63桡骨65和尺骨66可以枢转地延伸到切断点。沿着肱骨64是仍然分别连接于桡骨65和尺骨66的二头肌67和三头肌68。
在一些方面，具有被截断的臂60的残肢截肢者没有假肢的压力承受方面的顾虑，而是会考虑假肢的关节活动性，希望能够提供全臂的一般功能，如在肘部弯曲和抓握能力。四肢已经瘫痪的人也有同样的考虑，其中他或她希望瘫痪的肢体具有某种程度可活动性以及这样的功能性。
过去，腿截肢者通常所用的假肢大部分是用木材，例如高地柳制造的。该假肢具有用手刻出的用于接纳残肢50的残干52的承窝(socket)。该承窝之下是皮肤部分，其中脚在该皮肤部分下面。这些木质的假肢由用刷过涂料的生牛皮覆盖。由于肢体通常由邻近该残干52的周边组织而不是该残干52的远端支撑在假肢中，大多数木质假肢的承窝是空心的。
在欧洲一些假肢也用空心的金属锻造件制造。也用纤维假肢，该纤维假肢绕模具拉伸，然后烘干并固化。而且，这些纤维假肢也是空心的并且围绕邻近残干52的周边组织相当好地支撑该残干。
所有这些各种各样的假肢都具有截肢者的残干52放入其中的承窝。承窝通常有两类。一种是硬承窝，其中残干52放置在该承窝内并且实际上接触该承窝壁而没有任何类型的衬垫或残干软保护套。另一类承窝是利用衬垫或插入物的承窝。该两类承窝通常是在底部具有空心室的开口端承窝，而没有接触残干52远端的承窝部分。所以当其安装在该承窝的内壁上时该残干52被绕其周边表面而支撑。
这些类型的承窝在残干52上引起许多剪切力，并且具有由于该承窝对残肢的周边压力作用引起的对神经束和液体血管流的压力或应力问题。该压力作用能够引起肿胀进入该承窝两端，在承窝两端截肢者在其残干52的端部可能产生严重的水肿和排液结。
随着时间的进展，人们认识到利用在承窝空心室中的填充物促进在残干52和承窝之间更多的接触，因此可以解决肿胀和水肿问题。但是，诸如骨头突起的有问题的组织外形需要特殊考虑，例如附加的柔软的或柔顺的材料放入该承窝中。
现在，大多数假肢用热塑性材料制造，例如聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚丙烯以及聚乙烯，它们通常是层压在尼龙弹力织物上，该尼龙弹力织物自身可能也是由各种树脂浸渍的。
过去，大多数假肢用与各种线束以及或许皮系紧装置或束紧带一起使用的某种形式的滑轮、皮带或带式悬挂装置悬挂在截肢者的身体上。另一种悬挂假肢的方法是称为楔式悬挂装置，其中，真正的楔形物构造成比较靠近其顶部开口的承窝。承窝中的楔形物覆盖股骨的一部分。另一种形式的悬挂称作梭子系统，或者机械悬挂装置或连接物，其中薄吸收衬里戴在在远端已经有对接装置的残干上，该远端与该承窝室底部的协作部分机械地连接。也使用套筒悬挂装置，其中截肢者可以用乳胶橡胶管，该乳胶橡胶管形成橡胶状套筒，该橡胶状套筒卷裹在假肢顶部和截肢者的大腿上。该套筒悬挂装置已经与其他形式的悬挂技术一起使用。
正压系统和负压系统(或者低气压封闭的室或真空)两者的使用已经用于假肢领域。同时，对于正气压系统，“可充气的内管”被用于安装在承窝中。当前，有气动“袋”，其关键地放置在人们认为应当很好地支撑重量的部位，以增加压力，有助于适应在承窝内的体积变化。
这些正压系统的一些问题是它们在特定的位置用非常特定的压力，很明显在这些高压部位导致产生萎缩和组织的死亡。这些系统没有一个采用分布在残肢和假肢之间的全部接触区域的正压力来适应该承窝内的体积的变化。
一种利用负压力的系统利用具有承窝的封闭室，穿上柔软保护套，将该柔软保护套拉出该承窝，然后用阀密封该开口。这样在底部形成密封并且该残干通过低压密封被保持在该承窝中。
较老式的系统起初始于德国，它们是开口端承窝，意味着在承窝底部具有空气室。这不能很好地起作用，因为它将引起由于腿的悬挂重量的负牵引形成的进入该室内的残肢肿胀，并且是在受限制的区域内。这将导致明显的水肿，该水肿严重到足以使残干破裂并流液。
后来在美国发现，残肢和承窝之间的完全的接触很重要，以减少不均匀的力分布。一旦实现全部接触，重量均匀地分布，或悬挂装置的重量分布在肢体的整个表面，而不是只在该承窝的开放室部分。
人的身体作为一个整体处于大约在海平面的一个大气压力下。其保持并维持全身正常的液体系统。当截肢者戴上假肢并通过残肢的表面区域开始承受将身体重量传递到骨骼的压力时，在残肢上具有增大的压力，该增大的压力等于一个大气压加由承受的重量形成的附加压力。这种增加的压力使得在残肢内的液体的最终流失到处于较小压力下的身体的大部分。这种液体流失在白天引起残肢体积的减小，因截肢者而异。残肢越“新鲜”越柔软，体积的变动越大。重量越大并且表面积越小，压力越大并且液体的“摆动”越大。过去，截肢者为了补偿这种体积的减少，通过卸下假肢并戴上附加的残干保护套以补偿减少的残肢体积。

发明内容
本发明提供一种用于假肢的具有减振和受控的旋转的真空泵。该真空泵包括可能联结于第一假肢结构的壳体，该壳体包括第一室；能连接于第二假肢结构并构造成被该第一室接纳且在该第一室内往复运动的轴，使得该壳体和轴一起形成泵室；以及流体地连接与该泵室的吸入口和排出口。该泵还包括相对于该泵安装并构造成控制该轴相对于该壳体的旋转的旋转结构，以及包含在该泵内并构造成当该轴运动进入该泵内和相对于该壳体返回到伸长位置时吸收该轴的振动的减振结构。轴沿着第一方向在泵室内的行程导致将气体通过排气阀排出到该室外，该轴沿着相反的第二方向的行程将气体通过进气阀吸进该泵室内，这能够在该进气阀处联结于该泵的外部元件中形成真空。
在另一个实施例中，本发明提供一种用于假肢的真空泵，该假肢包括具有一体式支架(pylon)的假脚。该真空泵包括能连接于假肢结构的壳体，该壳体包括第一室；构造成被该第一室接纳并在该第一室内并往复运动的轴，由该壳体和轴一起构形成泵室，以及与泵室流体地联接的进气口和排气口。该轴适于接纳并固定该假脚的一体式支架的一部分。该轴在该泵室内沿着第一方向的行程导致通过排气阀将气体排出泵室外，而该轴沿着相反的第二方向的形成通过进气阀将气体吸进泵室内，这能够在该进气阀处连接于该泵的外部元件中形成真空。


图1示出残余的下肢。
图2示出残余的上肢。
图3示出与残肢接合并包括承窝、真空泵、支架和脚的假肢。
图4示出根据本发明真空泵的第一实施例，其包括受控的旋转和减振器。
图5示出图4的泵的分解图。
图6示出图4的泵的第一剖视图。
图7是与图6垂直的图4的泵的第二剖视图。
图8是与图4的泵颠倒的透视图。
图9是用于图4的泵中的轴的侧视和局部剖视图。
图10是图9的轴的密封内侧的详细剖视图。
图11是图9的轴的透视图，包括壳体安装环。
图12是图4的泵的壳体底座的底视图，突出显示内径部件的一半。
图13是图12的壳体底座的另一个底视图，突出显示内径部件的另一半。
图14是图4的泵的轴和基座壳体的透视图。
图15是基座壳体顶侧的透视图。
图16是示出在轴上的活塞的该轴和底座壳体的透视图。
图17图4的泵的壳体帽盖的底视透视图。
图18是示出图4的泵的弹簧元件部件的图4的泵的局部分解图。
图19是根据本发明真空泵的第二实施例的透视图。
图20是图19的泵的底视透视图。
图21是用于图19的泵的轴的透视图。
图22示出活塞的图19的泵的轴和底座壳体的透视图。
图23是图22的部件的局部剖视图，突出设置在该壳体内的密封件。
图24是图23的密封件的详图。
图25是图19的泵的壳体帽盖的底视透视图。
图26是图25的帽盖的侧视图。
图27图19的泵的局部分解图，示出连接于气动弹簧的空气阀。
图28示出根据本发明的真空泵的第三实施例。
图29是图28的泵的底视透视图。
图30是图28的泵的壳体帽盖的底视透视图。
图31是图30的帽盖的局部剖视图，突出设置在该壳体内的密封件。
图32是图31的密封件的详图。
图33是根据本发明第四实施例的泵、适配器以及一体式支架型假脚的分解透视图。
图34是包括适配器的图33的泵的透视底视图。
图35是具有设置在轴内的图34和35的适配器的泵轴的剖视图。
图36是根据本发明的泵的第五实施例的侧视剖视图。
图37是根据本发明的泵的第六实施例的侧视剖视图。
图38是根据本发明的泵的第七实施例的侧视剖视图。
图39是根据本发明的泵的第八实施例的侧视剖视图。
具体实施例方式
本发明的一个实施例提供一种与诸如假腿、假臂或其他假肢器官装置一起使用的真空泵和带有受控旋转的压缩减振器。如图3所示，在一个实施例中，假腿100包括经由根据本发明的真空泵120联接于支架104一端的承窝102。假脚106联接于该支架104的另一端。使用者的残肢，或残留物110插入衬里112中并且被接纳于在尺寸和形状上已经构造成接纳残留物110的承窝102中。诸如管子122的流体连接器将真空泵120连接于该承窝102。
如上所述，在残肢110和衬垫112放置在承窝102中之后，真空泵120将气体从假肢衬垫112和承窝102之间的空间排出。该承窝102也可以设置成使得气体从衬垫112和残肢110的皮肤之间排出，这将便于汗液的排出。除了帮助将假腿100保持在残肢110上之外，从承窝102和衬垫112之间排出气体也增加承窝配合的亲密性，改善使用者感受振动波通过假肢结构或假腿100并进入残肢110的能力。这样能够产生“触觉”感觉并增加假腿100设置在使用者下面这方面的意识。在以后的使用中，空气是指任何合适类型的气体，包括氧气、氮气或空气。
在一个实施例中，真空泵120构造成在一直线上安装在承窝102和支架104之间。正如下面更详细地描述的，该真空泵120包括在假腿100运动时在泵壳体126内往复运动的轴124。由于使用者迈开步子并将力和/或重量放置在假腿100上，该轴124移动进入该壳体126。当使用者通过用假腿100的摆动节拍移动，并将力和/或重量从假腿100去掉时，该轴124从壳体126延伸，或移出该壳体126。这种往复运动驱动泵120将空气通过管子122抽出该承窝102。
如图4至图18所示，所示的根据本发明第一实施例的真空泵200包括轴210和壳体220。在该泵200的第一端201，该轴210包括一体的联接器212，其形成为接纳诸如假肢锥形(pyramid)支架104或其他合适的结构的假肢结构的接受器。诸如四组螺钉213的多个紧固器设置成将该假肢结构在联接器212处固定或紧固于该轴210上。虽然分开的联接器是可行的，但是提供一体的联接器212比使用分开联接器的其他模式能够更加成本有效并更加牢固。在该泵200的相对端202，壳体220构造成接纳合适的连接器，例如假肢行业中通常所用的锥形连接器，或任何其他合适的连接器。该壳体220具有通常用于假肢部件的四孔螺栓样式205，能够连接各种不同类型的部件。
该壳体220包括底座230和帽盖240，两者均构造成相互配合并固定在一起。在这个实施例中，底座230和帽盖240用螺栓221螺栓连接在一起，但是其他类型的固定或紧固方法、装置和机构也是可能的。该壳体230包括室222，轴210通过该底座230中的开口231插入其内并且轴210在其内往复运动。该壳体220和轴210一起形成泵室或真空室223和减振室224。
第一轴承或轴套214设置在基座230中，而第二轴承或轴套215在真空室223的相对侧上设置在该帽盖240中，以在往复运动时支撑轴210。在这个实施例中，第一轴承214设置并固定在该底座230的室222的内径中。第二轴承215设置成围绕该轴210并固定在该轴210的端部，该轴安放在该帽盖240内。但是，可以理解，固定或紧固轴承的其他位置、方法和装置，以及附加轴承的使用也是可能的，并且在本发明的范围内。本轴承结构在轴承214和215之间提供比以前的类似泵更宽的间隔。这种较宽的间隔考虑到来自较重的使用者的较高的载荷和/或比较费力的活动，或者反过来说，减少在结构部件中的应力和在轴承上的载荷，这样减少轴承磨损。在一个实施例中，轴承214、215由用烧结青铜层层和PTFE或Teflon制成的最终层所覆盖的钢质背衬(backing)形成。合适的承载件可由伊利诺斯州Waukegan市的PEER公司购得。
沿该室222还置诸如O形环203和X形环204的许多密封件，以相对与该轴210密封各室。该X形环密封件204具有较大的截面，用于增强该泵200的各室的密封。
活塞216连接于轴210并设置在真空室223内。在这个实施例中，活塞216螺纹连接于该轴210的螺纹上，但是其他固定或紧固方法或装置也是可能的。轴210的往复运动引起活塞216在真空室223内的往复运动。活塞密封件218设置成相对于活塞216密封该室。此外，缓冲器219是设置在邻近该活塞216的弹性材料环，以应付在行程底端的冲击。
进气阀225安装于壳体220并设置成与真空室223流体连通。在一个实施例中，该进气阀225是包括一体的过滤器的橡胶鸭嘴形类型的单向阀。但是其他类型和形式的阀也是可能的，并且在本发明的范围内，其包括但不限于球阀、挡板阀、伞形阀。这个进气阀225构造成用于与假肢的承窝，例如承窝102流体连接。排气阀226也设置成与真空室223流体连接。该排气阀226可以是与进气阀225同样类型的阀，或者可以是不同类型和形式的阀。当活塞216在该真空室223内向上/向里行程时，真空室223内的空气通过该排气阀226排出。当活塞216向下/向外行程时，空气从连接的承窝并出该承窝，例如承窝102通过该进气阀225抽入该真空室223，因而在承窝中形成真空，即减小压力的环境。
壳体220和轴210可以用许多不同的材料制成。对于较重载荷的真空泵，不锈钢是强度好的合适的材料。对于较轻载荷的真空泵结构，铝是合适的材料。但是也可以用其他材料。当用铝时，涂覆或被保护层是必需的以提高对磨损和腐蚀的抵抗，特别是由于与汗液的接触导致的腐蚀。一种合适的保护层是由General Magnaplate of Vetura CA.提供的称为Magnaplate HCR的类似于硬阳极化的阳极化处理。但是其他类型的材料、涂覆和保护层也可能是适合的。
过去，分开的减振器、泵和旋转部件必需在承窝和诸如脚的附件之间连接在一起，以便提供使用者所希望的功能性。所需要的多个部件增加结构长度，由于其假肢的高度和/或长度的限制妨碍某些使用者能够利用这些功能。此外，多个部件增加结构重量，这是大多数使用者不太希望的。使用者能够得到的一种这样的结构是型号为4R120和4R121＝30的Otto BockDelta TwistTM减振器。
本发明的真空泵还提供有受控的旋转和减振，以便减少假肢结构内的部件数目。如图12和13所示，该旋转结构包括一对设置在该底座230的内径中的滑块231。每个滑块231包括一对安装狭槽232，其允许该滑块231有限范围的滑动运动。邻近该对滑块231以可拆卸方式安装的是用具有所希望的硬度或刚性的有弹性的弹性体材料形成的两个弹性体板233。这些弹性体板233可以具有相同或不同的硬度。此外，弹性体板233可以根据使用者的愿望换成不同硬度的板。设置在两个弹性体板233之间的是固定于该底座230的内径的底座触头(stud)234。
该旋转结构还包括固定于轴210的轴触头217，当该轴210插入该底座230中时，该轴触头217设置成被插入该对滑块231之间的间隙235中。在运行中，当轴210旋转时，该轴触头217推该滑块231，该滑块231反过来又朝向并接合该弹性体板233之一。该弹性体板233由于滑块231和底座触头234之间的压缩然后变形。轴触头217在该轴210伸长和返回期间在该对滑块231之间是自由滑动的。或者，不用压缩变形的弹性体板，可以设置由诸如拉伸或弯曲的其他方式变形的其他的弹性部件。
真空泵200的减振结构包括弹簧元件250和气动弹簧260。当弹簧元件250被压缩时优选该弹簧元件250具有一般的线性增加的阻力。在一个实施例中，该弹簧元件250包括弹性体材料。该弹性体材料是阻尼比较大的，因此限制轴的伸长率，因而当释放弹簧250、260上的压力时限制轴210的反弹。在这个实施例中，弹簧元件250包括可以根据使用者的需要以不同硬度设置的弹性体杆251。该杆251也可以根据使用者的需要用不同硬度的杆替换。
该杆251的第一端252设置在弹性体杯形端轴承254中。该杆251的第二端253设置在该帽盖240的内上表面241上。该弹性体杯形端轴承254螺纹拧入该轴210的内径中，直到该杆251适当地压缩该帽盖表面241。该杯形端轴承254拧入该轴210中越多，该杆251上的预载荷越大。可以设置用于对杆251施加预载荷的其他装置。
气动弹簧260在轴210的内端运行并且包括气动弹簧室或减振室224。当气动弹簧被压缩时其具通常有指数刚度增加。它为使用者提供用于运动体育活动的比较容易达到的暂时增加泵200的压缩刚度的方法，并且还提供由于非线性刚度特征的饱和(bottoming)阻力。气动弹簧260的压力可以通过将空气通过空气阀262泵入减振室224而增加。在这个实施例中，空气阀262是类似于设置在自行车轮胎上的阀的Schrader型阀。但是也可以使用其他类型的空气阀，这将在下面更详细地描述。
为真空泵200提供两种不同类型的弹簧结构也考虑到减少减振系统内的冗余度。由于能够仅仅用弹簧250、260其中之一运行在其他类型弹簧中将会发生故障的该泵200，这通常增加真空泵200的可靠性。
如图19至29所示，根据本发明第二实施例的真空泵300包括轴310和壳体320。该壳体320包括底座330和帽盖340。在该泵300的第一端301，该轴310包括形成管状夹的一体的联接器312。在一个实施例中，该管状夹的尺寸做成适用于30mm的管子，即通常的假肢行业的部件。除了联接器312的管状夹和和联接器212的接受器之外，可以提供假肢行业中现在已知的或较后应用的与轴一体形成的或附加于轴的其他类型的连接结构，并且也在本发明的范围内。
在泵300的相对端302，在帽盖340该壳体320包括一体地形成的假肢锥形连接器305。包括与泵壳体320一体式连接器305节省高度和重量。此外，可以提供成本节约，由于专业销售、配给或供给该泵300不需要购买并连接分开的连接部件。
泵300的内部部件与上述第一实施例真空泵200的内部部件基本上是同样的。因此，所有的相应部件将不再描述。但是下面将着重说明不同的部件。
正如第一实施例的情况一样，真空泵300包括用于真空和减振的内部室。进气阀325和排气阀326流体地连接于真空室，以便于在承窝或该真空泵300连接的其他腔室中形成真空。活塞316连接于轴310并且安放在该壳体320的真空室内。正如前面的实施例的情况一样，设置多个X形环304和O形环303用于密封该泵300的各室。但是，在这个实施例中，每个X形环304设置在邻近备用环306，如图23、24和26所示。设置备用环以稳定X形环并限制将密封件挤压进移动部件的间隙中。
在这个实施例中，气动弹簧室或减振器室的进口是类似于设置在诸如足球和篮球的体育运动球类上的阀的齐面运动阀。弹性的阀部件367夹在该帽盖340内的螺母366和安装件368之间。小孔369将泵300的外部流体地连接于减振器室。通常用于为球类或其他物体打气的泵针可以通过该小孔369插入，当需要时以上述方式向该室增加空气。不用从泵伸出的阀，打气阀的设置通常减少由于外部物体的撞击损坏阀的可能性。此外，较少可能抓住衣服、导管或其他假肢或个人物件。
第二实施例的泵300甚至比第一实施例的泵更小更轻。优选用涂覆的或保护的铝形成以减少重量。当这样构成时，其主要适合较轻重量的用途，但是可以用强度更好和更重的部件构成，用于较重载荷的情况。
如图28至图32所示，根据本发明第三实施例的真空泵400包括轴410和壳体420。该壳体420包括类似于前述实施例的底座430和帽盖440。在这个实施例中，该帽盖440用类似于第一实施例中所示形式205的标准的四孔螺栓形式405构造。这样能够连接于现有技术中已知的各种假肢连接器。可选地，也可以采用其他类型连接装置和/或方法。
在泵400的相对端，轴410包括一体的联接器412，其形成为用于接纳假肢锥形连接器或其他合适的连接器的接受器。但是可以用其他类型的连接器，一体地形成的和分开连接的。
这个实施例的真空泵400包括与用于第一实施例和/或第二实施例的上述部件相同的或相似的一体的部件，因此其细节将不再重复。在这个实施例中，所示的泵400包括体育运动打气阀465，由于上述理由其对于使用者是有益的。泵400还包括与备用环406一起用作密封件的X形环404，用于提高耐磨性和功能性。
真空泵400优选用不锈钢部件形成，用于较重的载荷用途。但是一些部件可以用涂覆的或保护的铝，或其他合适的材料形成，需要时提供所希望的强度、耐用性和重量。
参考图33至图35，这些图示出根据本发明的第四实施例的真空泵，其适于连接于一体式支架型假脚。在图33中，假脚550包括大体上竖直取向的一体式支架552，其具有外部形状554。该外部形状554示为具有弯曲的端部555和细长的直的侧面556的大体长方形。但是其他形状也是可能的，包括卵形、椭圆形、矩形和其他合适形状。“通过一体式支架”是指支架型结构与脚和/或踝骨结构部分一起形成。
这个实施例的真空泵500示为类似于第二实施例的真空泵300，并包括用于任何实施例的与上述部件相同或相似的内部和外部部件，使得这些部件需要时可以混合并配合。但是在这个实施例中，轴510包括形成为管状夹的一体的联接器512。此外，真空泵500包括支架适配器520，其尺寸和形状做做成被接纳在该轴510内并且被管状夹512固定或紧固于该管状夹512。
该支架适配器520包括构造成大体上对应于该轴510的内部结构的外部结构。在这个实施例中，支架适配器520包括大体圆柱形的安装环521，其连接于具有比该环521小的直径的大体圆柱形部件522。该管状夹512围绕安装环521将该适配器520固定或紧固在轴510内。但是，可以提供用于将该适配器520固定或紧固于该轴510内的其他装置。
孔525形成在环521和圆柱形部件522上，其中孔525的形状做成对应于一体式支架外形554。在这个实施例中，孔525形成具有弯曲的端部526和大致直线的细长侧面527。空气通道孔524设置成通过该部件521的端部523进入孔525中。该圆柱形部件522还包括一对长方形开口528，其形成通过该圆柱形部件522进入该孔525。一对螺钉529在环521的相对两侧延伸通过该孔525。但是可以提供固定或紧固该支架552的其他装置。
在工作中，该适配器放置在脚550的支架552上，其中孔525以比较紧的但是可滑动配合的方式接纳该支架552。由于支架552在适配器520内滑动，该空气通道524和长方形开口528允许排出孔525内的空气。该组螺钉529然后用于将该适配器固定或紧固于该支架552。该支架/适配器的组合然后插入轴510内并用管状夹512或其他合适的联接器固定或紧固于该轴510。可选地，在将支架552插入该适配器520之前，该适配器520可以插入并固定或紧固于该轴510。
可供选择的是，适配器520可以作为该轴510的一体的部分形成在轴510内。在这种情况下，可以提供不同的轴510，其具有对应于不同支架形状554的孔525，使得真空泵500为特殊用途定做。可选地，具有所希望的孔525的合适的适配器520可以永久地安装在现有的轴510内。
本实施例的适配器520能够有效地将真空泵安装于一体式支架型假脚550上，而不是像过去那样需要多个联接器和部件。结果，真空泵和脚的组合有助于更加紧凑，并且因此能够用于高度成为问题的地方。这通常也比多配合和/或多部件形式廉价。可拆卸适配器的构造还有助于减轻需要备有多个轴510或定制泵500以适合特殊使用者的需求。而是，可以提供合适的适配器520并固定在标准的真空泵500内，因此当使用者希望并需要改变时，为灵活性和可改变性创造了条件。
在一些情况下，由于截肢者的性能需求，用于假肢的一体式支架型假脚是优选的。但是假肢的脚和承窝之间的距离是有限的。在这种情况下，真空泵和减振器与承窝和支架成一直线的应用由于高度的限制而非常困难。本实施例的适配器和泵结构的应用提供了与一体式支架型脚一起使用的更紧凑的泵结构，因此能够使更多的使用者利用上述增强的承窝系统的真空泵。
上述实施例的另一种可选方案，或第五实施例是用第二真空泵结构代替气动轴承。在图36中，所示的类似于图4至图18的泵200的泵600具有壳体620和轴610。在这个实施例中，真空室或泵室623形成在该轴610和壳体620之间，并且安装于该轴610的活塞616在该真空室623内往复运动。正如泵200的情况一样，进气阀625安装于壳体620并且通过真空室623底部或支架侧629上的连通通道627设置成与真空室623流体连通。该进气阀625构造成用于流体地连接于假肢的承窝，例如承窝102。排气阀623在通道627也设置成与真空室623流体连通。
在这个实施例中，第二进气阀675安装于壳体620并且通过连通通道677设置成与真空室623流体连通。这个第二连通通道677设置在该真空室623顶部或承窝侧628。第二排气阀676在通道677处也设置成与真空室623流体连通。
当活塞616在真空室623内向上/向内行进时，真空室623顶侧628中的空气通过排气阀626排出。此外，空气从连接的承窝，例如承窝102通过第二进气阀675和承窝的出口被吸入真空室623的底侧629，因而在承窝形成真空。当活塞616的向下/向外行程时，空气从真空室623底侧629通过第二排气阀676排出，同时空气从连接的承窝通过进气阀625被吸入真空室623的顶侧628。
在轴610的伸长和压缩行程，或向内和向外行程的过程中，这种结构从承窝泵送空气，因而将空气从承窝移动的速率增加一倍。这种结构包括在承窝上或活塞616的近侧628安装第二套单向阀675、676。此外，弹簧元件650相对于上述的弹簧元件250需要改变，以应付由于取消该气动弹簧所产生的附加载荷。
另一个可选实施例，或第六实施例包括将近侧轴承，或承窝侧轴承直接设置在活塞上。在图37中，所示的泵700具有轴710和包括底座730和帽盖740的壳体720。在壳体720和轴710之间，形成真空室723。在这个实施例中，活塞716在轴710的顶端或承窝端728安装于该轴710。承窝测轴承715安装在活塞716上以便与壳体帽盖740相互作用，与上述实施例相反，在上述实施例中该轴承安装于轴的顶端而不是活塞安装在轴的顶端。类似于上述实施例，密封件704在该活塞716和帽盖740之间也设置在活塞716上。O形环706设置在活塞716和轴710之间。
在这种结构中，活塞716设置在轴710的顶部并且该轴710不延伸超过该活塞716。这样导致泵700的高度减小，使得壳体帽盖740的高度与前述实施例相比通常也减小。弹簧元件750可以仍然设置在泵700内。但是这种结构也减小轴承之间的间隔并且在磨损表面上将需要密封件。此外，在这个实施例中不设置气动弹簧。
参考图38，第七实施例所示的泵800包括轴810和具有底座830和帽盖840的壳体820。如上所述，设置诸如轴接纳器或锥形联接器的假肢连接器，以将泵800联接于假肢部件，例如在该承窝和假脚之间。如图所示，轴810包括接纳器812，而壳体820包括接纳器805。
在这个实施例中，泵800不包括活塞，而是真空室或泵室823形成在该轴810和壳体820之间，并且在轴810内。多个密封件804设置在该泵800内，需要时密封该泵室823。在该轴810和泵室823内，设置弹簧元件850。在这个实施例中，弹簧元件850是诸如上述的弹性体杆的弹性件。该弹簧元件850通过预载荷调节器854或其他装置放置成压缩状态。
一对轴承814、815靠近该轴810设置在壳体820内，以便于轴810在该壳体820内往复运动。当轴810向内运动时，该弹簧元件850被进一步压缩，横向膨胀到基本充满该泵室823。该弹簧元件被压缩越多，通常越硬，因此防止该轴810到达底部接触该壳体820。当向内的力释放时，该轴810相对于该壳体820返回到其初始伸长位置，并且弹簧元件850除压。以与用于其他实施例的上述方式相同或相似的方式，轴810的往复运动分别导致空气流入和流出该泵800。
在壳体820内并且在轴承814、815之间，如上所述，设置用于受控的旋转的部件，具体说，如图38所示，旋转滑块831，轴触头817以及壳体触头834。当轴810相对于壳体820旋转时，该旋转结构控制相关的旋转。
无活塞泵800的优点之一是减小泵的尺寸、成本和重量。较低成本、较轻重量和较短的真空泵对于进一步研制实用的、有竞争性的、廉价的假肢是非常需要的。
上述实施例的内部旋转控制结构的一种可选方案示于图39。无活塞泵900包括轴910和壳体920，其中真空室923形成在其之间。弹簧元件950设置在该轴910和泵室923内，并且能够用预载荷调节器954预先加载。设置假肢装置连接器，例如在壳体920上接纳器905，在轴910上的管状夹912。在这个实施例中，可以使用单个轴承914，以便于轴910的往复运动，代替图38所示的被内部旋转控制结构分开的一对轴承814、815。该轴承914环绕该轴910设置在壳体920内。
在这个实施例中，不用内部弹性部件控制该轴的旋转，泵900具有外部弹性部件或套筒933。该旋转套筒933例如通过螺栓935或其他装置以适当的方式联接于该壳体920。该旋转套筒933例如通过螺栓935或其他装置以适当的方式还联接于该轴910。其他类型的连接装置或联接方法也是可能的并且属于本发明的范围内。当轴910旋转时，该旋转套筒933变形，产生相对于该壳体920的旋转。也有用于假肢装置的其他类型的减振和旋转控制结构，并且能够适合用于本发明的真空泵。
虽然已经参考示例性的实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应当认识到，可以对形式和细节进行变化而不脱离本发明的精神实质和范围。此外，所描述的各种实施例包括许多部件，其可以以各种组合方式提供以实现类似的功能。所有这种组合属于本发明范围内。而且，各种部件可以从一个或多个实施例中取消以实现与上述同样的功能。
虽然示出关于低于膝盖的残肢，但是，应当明白，本发明的真空泵可以用于高于膝盖的腿结构和/或假肢的上末端结构。
权利要求
1.一种与假肢一起使用的真空泵，该真空泵包括可联结于第一假肢结构的壳体，该壳体包括第一室；可联结于第二假肢结构并构造成由该第一室接纳并在该第一室内往复运动的轴，从而该壳体和轴一起形成泵室；与该泵室流体连通的吸入口和排出口；相对于该泵安装并构造成控制该轴相对于该壳体的旋转的旋转结构；以及包含在该泵内并构造成当该轴运动进入该泵中和相对于该壳体返回到伸长位置时吸收该轴的振动的减振结构，从而，该轴沿着第一方向在泵内的行程导致将气体通过排气阀排出到该泵室外，该轴沿着第二方向的行程将气体通过进气阀吸进泵室内，这能够在该进气阀处联结于该泵的外部元件中形成真空。
2.如权利要求1所述的真空泵，其中该旋转结构包括设置成沿两个旋转方向限制该轴的旋转运动的运动限制部件。
3.如权利要求2所述的真空泵，其中该运动限制部件内部地安装在该壳体内，并且其中该旋转结构还包括设置成接触该运动限制部件的弹性件，从而该轴沿第一方向的旋转运动引起该运动限制部件之一运动，并且该轴沿这个方向的继续的旋转运动引起该弹性件的变形。
4.如权利要求3所述的真空泵，其中该运动限制部件包括滑块，并且其中该轴包括在该滑块之间设置在该轴上的触头，使得该轴的旋转运动引起该触头与该滑块之一接触，以便将该滑块朝着该弹性件之一移动并与该弹性件之一接触。
5.如权利要求3所述的真空泵，其中，该弹性件包括可拆卸的弹性板，从而通过选择该弹性板能够调节该真空泵的旋转弹性。
6.如权利要求2所述的真空泵，其中该运动限制部件是外部地安装于该壳体的弹性件。
7.如权利要求1所述的真空泵，其中该减振结构包括安装在该轴内的弹簧元件。
8.如权利要求7所述的真空泵，其中该弹簧元件根据使用者的要求预先加载到预定水平。
9.如权利要求7所述的真空泵，其中该弹簧元件包括弹性杆。
10.如权利要求7所述的真空泵，其中该减振结构还包括在该壳体内的气动弹簧，该气动弹簧包括位于该轴和该壳体之间并用气体填充到所希望水平的气动弹簧室。
11.如权利要求1所述的真空泵，其中该减振结构包括在该壳体内的气动弹簧。
12.如权利要求11所述的真空泵，其中该气动弹簧包括位于该轴和该壳体之间的气动弹簧室，并且该气动弹簧室用气体填充到所希望的水平。
13.如权利要求12所述的真空泵，其中该气动弹簧还包括联结于该气动弹簧室的阀，以便当希望时使用者能够将气体经由该阀输入该气动弹簧室中。
14.如权利要求13所述的真空泵，其中该阀包括自行车类型的阀和齐面安装的运动阀其中之一。
15.如权利要求11所述的真空泵，其中该减振结构还包括在该轴内的机械弹簧元件。
16.如权利要求1所述的真空泵，其中该轴构造成接纳并固定一体式支架型假脚的支架。
17.如权利要求16所述的真空泵，其中该轴还包括适配器，其构造成被接纳并被固定在该轴内，并构造成接纳并固定一个一体式的支架型假脚。
18.如权利要求1所述的真空泵，其中该壳体还包括构造成联结于假肢结构的一体式连接器。
19.如权利要求1所述的真空泵，还包括联结于该轴并设置在该壳体内的活塞，其中该泵室相对于该活塞、轴和该壳体形成，以便该轴的往复运动引起该活塞的往复运动。
20.一种与假肢一起使用的真空泵，该假肢包括具有一体式支架的假脚，该真空泵包括可联结于假肢结构的壳体，该壳体包括第一室；构造成被该第一室接纳并在该第一室内往复运动的轴，其中该壳体和轴一起形成泵室，该轴适于接纳并固定该假脚的一体式支架的一部分；和与泵室流体连通的吸入口和排出口；从而，该轴沿着第一方向在泵室内的行程导致将气体通过排气阀排出到该泵室外，该轴沿着第二方向的行程将气体通过进气阀吸进泵室内，这能够在该进气阀处联结于该泵的外部元件中形成真空。
21.如权利要求20所述的真空泵，其中该轴还包括适配器，该适配器构造成被接纳并被固定在该轴内，该适配器包括尺寸和形状做成用于接纳该一体式支架的开口。
22.如权利要求21所述的真空泵，其中该适配器还包括构造成将该一体式支架紧固在该适配器内的紧固结构。
23.如权利要求20所述的真空泵，其中该轴包括尺寸和形状做成用于接纳该一体式支架的开口。
24.如权利要求20所述的真空泵，还包括相对于该泵安装并构造成相对于该壳体提供该轴的受控旋转的旋转结构。
25.如权利要求24所述的真空泵，其中该旋转结构包括安装在该壳体内的一对滑块、邻近该对滑块安装在该壳体内的一对弹性板以及安装在该轴上并位于该对滑块之间的触头，从而，该轴沿第一方向的的旋转引起该触头对着该对滑块之一运动，所述该对滑块的其中之一沿该旋转方向滑动直到它接触该对弹性板之一，当该轴进一步旋转时则该弹性板变形。
26.如权利要求24所述的真空泵，其中该旋转结构包外部地安装于该壳体和该轴的弹性件。
27.如权利要求20所述的真空泵，还包括减振结构，该减振结构包括在该泵内并构造成当该轴运动进入该泵和该轴相对于该壳体返回到伸长位置时吸收该轴的振动。
28.如权利要求27所述的真空泵，其中该减振结构包括安装在该轴内的弹簧元件。
29.如权利要求27所述的真空泵，其中该减振结构包括在该壳体内的气动弹簧。
30.如权利要求29所述的真空泵，其中该气动弹簧包括用所希望水平的气体填充的气动弹簧室，和联结于该气动弹簧室的阀，通过该阀，使用者可以增加或减少该气动弹簧室内的气体水平。
31.如权利要求27所述的真空泵，其中该减振结构同时包括在该轴内的机械弹簧元件和在该壳体内的气动弹簧。
32.如权利要求20所述的真空泵，其中该壳体还包括构造成联结于假肢结构的一体式连接器。
33.如权利要求20所述的真空泵，还包括联结于该轴并设置在该泵室内的活塞，从而该轴的往复运动引起该活塞在该泵室内的往复运动。
34.一种与假肢一起使用的具有双重减振的真空泵，该真空泵包括可联结于第一假肢结构的壳体，该壳体包括第一室；可联结于第二假肢结构并构造成被接纳在该第一室内并在该第一室内往复运动的轴，从而该壳体和轴一起形成泵室；联结于该轴并设置在该泵室内的活塞，从而该轴的往复运动引起该活塞在该泵室内的往复运动；与该泵室流体连通的吸入口和排出口；在该轴内的机械弹簧元件，和在该泵内并包括气动弹簧室的气动弹簧，其中该机械弹簧元件和该气动弹簧构造成当该轴运动进入该泵中和该轴返回到伸长位置时吸收该轴的振动，从而，该轴沿着第一方向在泵室内的行程导致将气体通过排气阀排出到该泵室外，该轴沿着第二方向的行程将气体通过进气阀吸进该泵室内，这能够在该进气阀处联结于该泵的外部元件中形成真空。
35.如权利要求34所述的真空泵，其中该机械弹簧元件预先加载到需要的水平。
36.如权利要求35所述的真空泵，其中在该机械弹簧元件上的预载荷可调节到需要的水平。
37.如权利要求34所述的真空泵，其中该机械弹簧元件包括弹性杆。
38.如权利要求34所述的真空泵，其中该气动弹簧还包括联结于该气动弹簧室的阀，从而当希望时使用者能够经由该阀输入气体到该气动弹簧室中。
39.如权利要求38所述的真空泵，其中该阀包括自行车阀和齐面运动阀其中之一。
40.如权利要求34所述的真空泵，还包括适配器，该适配器构造成被接纳并被紧固在该轴内，并构造成接纳并紧固一个一体式支架型假脚。
41.如权利要求34所述的真空泵，其中该壳体还包括构造成联结于假肢结构的一体式连接器。
42.如权利要求34所述的真空泵，还包括相对于该泵安装并构造成相对于该壳体提供该轴的受控旋转的旋转结构。
43.如权利要求42所述的真空泵，其中该旋转结构包括安装在该壳体内的一对滑块、邻近该对滑块安装在该壳体内的一对弹性板、以及安装在该轴上并位于该对滑块之间的触头，从而该轴沿第一方向的旋转引起该触头对着该对滑块之一运动，所述该对滑块的其中之一沿该旋转方向滑动，直到它接触到该对弹性板之一，当该轴进一步旋转时则该弹性板变形。
44.如权利要求42所述的真空泵，其中该旋转结构包括外部地安装于该壳体和该轴的弹性套筒。
45.如权利要求34所述的真空泵，还包括分别流体地联结于进气口和排气口的进气阀和排气阀。
46.如权利要求45所述的真空泵，其中该进气阀和排气阀包括单向止回阀。
47.一种在假肢内形成真空的方法，该方法包括如下步骤提供包括减振器、受控的旋转结构的真空泵，该泵具有泵室和与该泵室流体连通的口；将该假肢的假肢部件流体地连接于该泵的所述口；运行该泵以通过该泵的口将气体从假肢部件的基本上密封的室中抽出，从而减小该假肢部件内的压力。
全文摘要
一种用于假肢具有减振和受控的旋转的真空泵(120)，该泵包括具有第一室的壳体(220)和构造成被该第一室接纳并在该第一室内往复运动的轴(210)，该壳体和轴一起形成泵室(223)。可以联结于该轴并设置在该泵室内的活塞(216)，以及与泵室流体联结的吸入口(225)和排出口(226)。该旋转结构(230－234)相对于该泵安装以相对于该壳体提供该轴的受控旋转，并且减振结构包含在该泵内以对该轴提供减振。可以提供用于该减振结构的气动弹簧(260)和机械弹簧元件(250)。选择的适配器(212)将该轴联结于一体的假脚的支架。
文档编号A61F2/78GK1946358SQ200580012811
公开日2007年4月11日 申请日期2005年4月22日 优先权日2004年4月22日
发明者道格拉斯·E·拉什, 鲁德尔·莫斯勒, 马丁·希尔曼, 理查德·斯凯拉, 内森·亚伦·威廉斯, 罗伯特·爱德华·芬琳森 申请人:奥托伯克卫生保健公司