用于减少作用在脊柱上的力的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于减小特别是作用于人的脊椎上的力的系统（100），所述系统包括多个相互可对齐的外骨骼元件（103）；其中相互可对齐的外骨骼元件（103）中的至少两个被设计成在系统（100）使用时被连接到人体，且相互可对齐的外骨骼元件（103）中的第一外骨骼元件（103）包括引导件（109），其包括被设计成沿着弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件（103）引导相互可对齐的外骨骼元件（103）中的第二外骨骼元件（103）的引导件。

Systems and methods for reducing forces acting on the spine

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少作用在脊柱上的力的系统和方法
本专利技术涉及一种可穿戴的、模块化的（外骨骼）系统，该系统例如可以承载在平行于脊柱的人的背部上，以在不符合人体工程学的活动例如负荷处理过程期间减轻对脊柱/脊柱肌肉组织的压力，或支撑肌肉骨骼疾病患者的运动，或将肌肉骨骼疾病患者的运动限制到特定范围。特别地，该系统能够重定向力以缓解脊柱/脊柱肌肉组织。
技术介绍
本领域中已知许多技术系统支撑人的运动，以便例如改善人工工作步骤的质量、工作场所的人体工程学或肌肉骨骼疾病患者的活动性。该系统针对整个身体或身体的个体部分，例如下肢、上肢或背部。致动（主动）系统的示例是混合辅助肢体（HAL）、ReWalk、波士顿动力学外骨骼或Lucy支撑系统，其可用于支撑头顶工作（overheadwork）。所有这些系统的共同之处在于它们支撑下肢和/或上肢的运动。非致动（被动）系统的示例是矫形器，例如用于在椎骨损伤的情况下稳定脊柱的脊柱矫形器。矫形器通常基于刚性或半刚性背部结构，其特别限制运动自由度。因此，虽然已知主动和被动系统用于各种使用情况，但是在能够实现尽可能自然的运动方面仍存在改进的空间。
技术实现思路
本专利技术的目的是改进本领域已知的系统。该目的通过根据本专利技术的系统实现。根据本专利技术的系统包括多个可连接的外骨骼元件，其中，至少两个可连接的外骨骼元件适于在系统的使用期间被紧固到人体，并且可连接的外骨骼元件中的第一外骨骼元件包括引导件，该引导件被配置为沿着弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件引导可连接的外骨骼元件中的第二外骨骼元件，并且在沿着弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件引导第二外骨骼元件时在第一外骨骼元件与第二外骨骼元件之间执行叠加的平移和旋转相对运动。因此，这些可连接的外骨骼元件可相对于彼此移位，其中，这些外骨骼元件相对于彼此的距离和取向在位移期间会变化（在预定限度内），即，不同的距离与不同的取向相关。例如，在第一距离时第一取向，在第二距离时第二取向，被执行或至少被启用，而在第一距离时禁用第二取向，并且在第二距离时禁用第一取向。在该上下文中，在整个说明书和权利要求中使用的术语“可连接”特别是指能够实现（可拆卸的）串行连接或链的配置。此外，在整个说明书和权利要求中使用的术语“外骨骼元件”特别是指在使用该系统时有助于实现相对于人体的支撑、保持或力传递功能的部件。此外，在整个说明书和权利要求中使用的术语“紧固”特别是指这样的接触，其中作用在脊椎上的力可以被改变方向，例如，系统搁置或（部分地）封闭或包围肩部/胸部区域和臀部/耻骨区域。另外，在整个说明书和权利要求中使用的术语“轨迹”特别是指连续路径。优选地，该系统还包括致动器单元，其中，致动器单元构造成使第二外骨骼元件相对于第一外骨骼元件可控制地移位。优选地，当沿着弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件引导第二外骨骼元件时，第二外骨骼元件的瞬心轨迹（centrode）不与第一和第二外骨骼元件相交。优选地，当沿着弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件引导第二外骨骼元件时，第二外骨骼元件的瞬心轨迹相对于第一和第二外骨骼元件朝向脊柱偏移。优选地，当沿着弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件引导第二外骨骼元件时，第二外骨骼元件的瞬心轨迹与脊柱的椎骨或一组椎骨的瞬心轨迹匹配或重合。优选地，第二外骨骼元件的第一引导构件可滑动地安装到引导件，其中，当沿着引导件滑动第一引导构件时，沿着弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件引导第二外骨骼元件。通过适当地成形轨迹，人体脊柱的椎骨的瞬时旋转中心的运动与相应的外骨骼元件的瞬时旋转中心的运动之间的偏差可以（基本上）减小到零，并且因此，当弯曲或伸展脊柱时，在系统和人体的连接点与人体之间不会发生或只有可忽略的相对运动发生。优选地，第二外骨骼元件具有基部构件，并且第二外骨骼元件的第一引导构件相对于基部构件可旋转地被支撑，其中，第二外骨骼元件的第一引导构件相对于基部构件的旋转使得能够沿第二弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件引导第二外骨骼元件。除了弯曲和伸展脊柱之外，这允许更复杂的运动，例如，围绕垂直轴线横向弯曲或扭转脊柱。优选地，第二外骨骼元件的第二引导构件可滑动地安装到引导件，其中第一引导构件和第二引导构件沿直线彼此间隔开。这可以增加运动的稳定性并减少系统的磨损。优选地，在系统的使用期间，直线位于由弯曲轨迹的一部分限定的平面中。通过利用沿着不同引导路径或一个引导路径的不同部段引导的两个单独的引导元件来引导该引导构件，还可以实现距离和对准之间的任意复杂的相关性，除了例如圆形轨迹。优选地，第一引导构件与第二引导构件之间的距离或第二外骨骼元件的重心是连续可调或逐步可调的，其中，不同的距离导致不同的弯曲轨迹。由于轨迹曲率的可调节性，人体脊柱的椎骨的瞬时旋转中心的运动与相应的外骨骼元件的瞬时旋转中心的运动之间的偏差可以（基本上）减少到零，没有定制的外骨骼元件。优选地，引导件是连续可调或逐步可调的，其中不同的调节导致不同的弯曲轨迹。如已经陈述的，轨迹曲率的可调节性允许将人体脊柱的椎骨的瞬时旋转中心的运动与相应的外骨骼元件的瞬时旋转中心的运动之间的偏差减小到（基本上）为零，而不需要定制的外骨骼元件。优选地，第一外骨骼元件和第二外骨骼元件设置有第一容座，其中，第一容座适于接收第一致动器单元，用于沿着弯曲轨迹使第二外骨骼元件相对于第一外骨骼元件可控地移位。这允许主动支撑人的运动，例如，脊柱或上身的弯曲和伸展。优选地，第一外骨骼元件和第二外骨骼元件设置有第二容座，第二容座适于接收第二致动器单元，用于沿着弯曲轨迹使第二外骨骼元件相对于第一外骨骼元件可控制地移位，其中，第一容座和第二容座偏离由弯曲轨迹限定的平面。由此，可以产生围绕垂直于引导方向的轴线的扭矩，其可以被用于主动地支撑围绕垂直轴线的横向弯曲或扭转脊柱。优选地，第一外骨骼元件和/或第二外骨骼元件设置有传感器单元，用于确定第一外骨骼元件和第二外骨骼元件之间的距离或角度。这允许更精确地控制运动支撑。优选地，一种用于减小在运动期间作用于人体脊柱的力的方法包括：连接系统的外骨骼元件，将系统紧固到人体，确定人体脊柱的有意伸展或弯曲脊柱，响应于该确定，使第二外骨骼元件沿着弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件移位。这允许支撑人体脊柱的有意伸展或弯曲并减少脊柱或脊柱肌肉组织的负荷，因为，例如，以其他方式作用在脊柱上部的力被系统吸收和改变方向。优选地，人体脊柱的有意伸展或弯曲的确定包括利用传感器单元的人体安装传感器。这允许更快速和准确地检测脊柱的有意伸展或弯曲。优选地，该方法还包括在伸展或弯曲脊柱时将弯曲轨迹调整为人的运动模式。由于该调节，外骨骼元件的运动甚至可以更精确地适应于脊柱的运动。优选地，所述调节包括减小人体脊柱的椎骨的瞬时旋转中心的运动与相应的外骨骼元件的瞬时旋转中心的运动之间的偏差。结果，可以实现脊柱和脊柱肌肉组织的支撑，其大部分遵循自然的运动过程。附图说明将在基于示例性实施例的详细描述中更详细地解释本专利技术，其中参考附图，其中：-图1以示意性主体侧视图示出了根据本专利技术的系统在人体上的布置的示例。-图2以示意性主体侧视图示出了根据本专利技术的系统的外骨骼元件（外椎骨）相对于人体脊柱的布置的示例。-图3以斜视图示出了外椎骨的实施例的示例。-图4以斜视图示出了根据图3的两个连接的外椎骨的示例。-图5示出了根据另一实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于减小作用在人体脊柱上的力的系统（100），该系统（100）包括多个可连接的外骨骼元件（103）；其中至少两个所述可连接的外骨骼元件（103）构造成在所述系统（100）的使用期间被紧固到人体；并且所述可连接的外骨骼元件（103）中的第一外骨骼元件（103）包括引导件（109），该引导件构造成沿着弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件（103）引导所述可连接的外骨骼元件（103）中的第二外骨骼元件（103），并且在沿着所述弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件（103）引导第二外骨骼元件（103）时在第一外骨骼元件（103）与第二外骨骼元件（103）之间执行叠加的平移和旋转相对运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.18 DE 102016122282.81.一种用于减小作用在人体脊柱上的力的系统（100），该系统（100）包括多个可连接的外骨骼元件（103）；其中至少两个所述可连接的外骨骼元件（103）构造成在所述系统（100）的使用期间被紧固到人体；并且所述可连接的外骨骼元件（103）中的第一外骨骼元件（103）包括引导件（109），该引导件构造成沿着弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件（103）引导所述可连接的外骨骼元件（103）中的第二外骨骼元件（103），并且在沿着所述弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件（103）引导第二外骨骼元件（103）时在第一外骨骼元件（103）与第二外骨骼元件（103）之间执行叠加的平移和旋转相对运动。2.根据权利要求1所述的系统（100），还包括致动器单元（105），其中，该致动器单元（105）构造成使第二外骨骼元件（103）相对于第一外骨骼元件（103）可控地移位。3.根据权利要求1或2所述的系统（100），其中，当沿着所述弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件（103）引导第二外骨骼元件（103）时，第二外骨骼元件（103）的瞬心轨迹不与第一和第二外骨骼元件（103）相交。4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统（100），其中，当沿着弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件（103）引导第二外骨骼元件（103）时，第二外骨骼元件（103）的瞬心轨迹相对于第一和第二外骨骼元件（103）朝向所述脊柱偏移。5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统（100），其中，当沿着所述弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件（103）引导第二外骨骼元件（103）时，第二外骨骼元件（103）的瞬心轨迹与所述脊柱的椎骨或一组椎骨的瞬心轨迹匹配或重合。6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统（100），其中，第二外骨骼元件（103）的第一引导构件（104）可滑动地安装到引导件（109），其中，当沿着所述引导件（109）滑动第一引导构件（104）时，沿着所述弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件（103）引导第二外骨骼元件（103）。7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统（100），其中，第二外骨骼元件（103）具有基部构件（108），并且第二外骨骼元件（103）的第一引导构件（104）相对于所述基部构件（108）可旋转地被支撑，其中，第二外骨骼元件（103）的第一引导构件（104）相对于所述基部构件（108）的旋转使得能够沿第二弯曲轨迹相对于第一外骨骼元件（103）引导第二外骨骼元件（...

【专利技术属性】
技术研发人员：R魏德纳，T迈尔，JP武尔夫斯贝格尔，
申请(专利权)人：伊索奇有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE