一种经皮植入骨整合智能下肢假肢制造技术

本发明专利技术公开了一种经皮植入骨整合智能下肢假肢，包括植入假体、肌电信号采集模块、控制器和执行机构；植入假体，用于与下肢残骨相连，实现下肢残骨的支撑；肌电信号采集模块，用于下肢肌肉肌电信号的采集；控制器，通过ADC采集接口实现下肢肌肉肌电的读取与计算，并下发DAC控制信号；执行机构，接收控制器下发的DAC控制信号，实现智能下肢假肢辅助行走。本发明专利技术能够实现截肢患者短期内运动行走能力的快速恢复、假肢佩戴的舒适性以及智能下肢假肢运动步态识别的精确性。步态识别的精确性。步态识别的精确性。

【技术实现步骤摘要】
一种经皮植入骨整合智能下肢假肢


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及一种经皮植入骨整合智能下肢假肢。

技术介绍

[0002]全球每年因工伤、疾病、交通意外、战争等因素而造成大量人员下肢截肢保全生命，但其运动行走能力残缺，严重影响患者的工作与生活，给其心理、家庭及社会带来极大负担。
[0003]为融入正常的生活、生产中，截肢患者通常需要佩戴假肢实现行走运动功能的重建。现有假肢主要分为被动型和主动型两大类，被动型假肢需依靠患者腿部残端力量，存在易引发疲劳及步态不自然等缺陷；主动型假肢是一种智能仿生假肢，能够给患者提供辅助动力并进行交互，协助其自然、平稳行走。主动型假肢控制的关键技术是对截肢者行走步态模式意图的识别，现有技术中的运动识别信息主要为力学信号和生理电信号的识别，力学信号基于传感器实现力学信息的检测，但识别精度受传感器安装位置影响较大并且不能直观反映患者的下肢运动信息；生理电信号识别(脑电、肌电)是指识别截肢者的肌肉状态及运动信息以及时准确地实现对运动模式的判断。目前在智能假肢中最常用的是基于下肢肌电信号实现人体运动步态的识别，其在采集方式上主要采用体表电极，体表电极是凝胶电极，长期佩戴易脱落、不舒适并且引发过敏，采集的肌电受电极贴片位置影响较大。
[0004]在假肢与患者腿部残端连接方式上，可分为接受腔
‑
壳式与经皮插入式两种，接受腔
‑
壳式假肢因与残端处长期接触、摩擦易致局部皮肤发炎甚至溃烂；经皮插入式假肢指将种植体植入髓腔，与具有活性的骨组织产生持久性的骨性接触(骨整合)，解决了接受腔
‑
壳式假肢连接所带来的弊病。目前常用的经皮插入式假肢的假体材料为钛合金，虽然在力学、生物兼容性方面能满足人体需求，但其在植入后进行骨整合所需时间漫长(6
‑
12个月)，患者残肢功能无法得到快速恢复，给其身心及经济带来较大负担。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供了一种经皮植入骨整合智能下肢假肢，以解决上述问题。
[0006]本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：
[0007]一种经皮植入骨整合智能下肢假肢，包括：植入假体、肌电信号采集模块、控制器和执行机构；其中，
[0008]植入假体，用于与下肢残骨相连，实现下肢残骨的支撑；
[0009]肌电信号采集模块，用于下肢肌肉肌电信号的采集；
[0010]控制器，通过ADC采集接口实现下肢肌肉肌电信号的读取与计算，并下发DAC控制信号；
[0011]执行机构，接收控制器下发的DAC控制信号，实现智能下肢假肢辅助行走。
[0012]优选的，所述植入假体材料为多孔钽金属棒，内部结构为三维立体网状结构，平均孔径为300～800um，孔隙率为70％～90％。
[0013]优选的，所述植入假体植入部位为残肢髓腔，通过灌注骨水泥实现植入假体与残肢髓腔的固定。
[0014]优选的，所述植入假体外周表面开设凹槽，凹槽深度1～2mm；所述植入假体中心开设有通孔，直径为1mm，用于将肌电信号采集模块的电极丝引导至体外的控制器接口；所述植入假体的下段设置有连接口。
[0015]优选的，下肢肌肉肌电信号通过将电极丝植入至下肢肌肉内实现采集，共3根，分别为正极、负极和参考极，正极、负极电极丝植入间距为2～4mm，参考极植入并固定于下肢皮肤表皮处；每根电极丝直径为10～30um，材料包括银、铂或不锈钢，阻值为500～2000Ω。
[0016]优选的，所述肌电信号采集模块包括差分放大电路、工频陷波电路和带通滤波电路，所述差分放大电路依次与所述工频陷波电路、所述带通滤波电路电连接。
[0017]优选的，所述带通滤波器通过高阻滤波器与低阻滤波器串联得到。
[0018]优选的，所述肌电信号采集模块还包括电源模块，所述电源模块为所述肌电信号采集模块提供电能。
[0019]有益效果：
[0020]本专利技术针对现有智能下肢假肢假体植入患者恢复时间长、基于体表肌肉肌电信号采集不适、精度低等问题，构建一种经皮植入骨整合智能下肢假肢，通过植入假体实现下肢残骨的支撑，通过肌电信号采集模块实现下肢肌肉肌电信号的采集，通过控制器实现下肢肌肉肌电信号的读取与计算，通过执行机构实现智能下肢假肢辅助行走；设计多孔钽金属棒植入残肢髓腔，将电极丝植入下肢肌肉采集肌电信号，实现截肢患者短期内运动行走能力的快速恢复、假肢佩戴的舒适性以及智能下肢假肢运动步态识别的精确性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的结构示意图。
[0022]图2为本专利技术植入假体的结构示意图。
[0023]图3为本专利技术差分放大电路的原理图。
[0024]图4为本专利技术工频陷波电路的原理图。
[0025]图5为本专利技术高阻滤波器的电路图。
[0026]图6为本专利技术低阻滤波器的电路图。
[0027]图7为本专利技术固定样本熵峰
‑
谷阈值算法运动步态的识别方法流程图。
[0028]其中，图中：
[0029]1‑
植入假体；2
‑
下肢残骨；3
‑
下肢皮肤；4
‑
残肢髓腔；5
‑
电极丝；6
‑
通孔；7
‑
凹槽；8
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外螺纹；9
‑
肌电信号采集模；10
‑
控制器；11
‑
执行机构。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]参考附图1
‑
2，本专利技术公开了一种经皮植入骨整合智能下肢假肢，包括：植入假体
1、肌电信号采集模9、控制器10和执行机构11；其中，
[0032]植入假体1，用于与下肢残骨2相连，实现下肢残骨2的支撑；
[0033]肌电信号采集模块9，用于下肢肌肉肌电信号的采集；
[0034]控制器10，通过ADC采集接口实现下肢肌肉肌电信号的读取与计算，并下发DAC控制信号；
[0035]执行机构11，接收控制器下发的DAC控制信号，实现智能下肢假肢辅助行走。
[0036]控制器是智能假肢的计算处理中心，通过ADC采集接口实现下肢肌肉肌电信号的读取与计算，控制器下发DAC控制信号给由电机、减速机、丝杠齿轮等组成的执行机构。
[0037]所述植入假体材料为多孔钽金属棒，内部结构为三维立体网状结构，平均孔径为300～800um，孔隙率为70％～90％，加工工艺为3D打印技术；其植入部位为残肢髓腔4，通过灌注骨水泥实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种经皮植入骨整合智能下肢假肢，其特征在于，包括：植入假体、肌电信号采集模块、控制器和执行机构；其中，植入假体，用于与下肢残骨相连，实现下肢残骨的支撑；肌电信号采集模块，用于下肢肌肉肌电信号的采集；控制器，通过ADC采集接口实现下肢肌肉肌电信号的读取与计算，并下发DAC控制信号；执行机构，接收控制器下发的DAC控制信号，实现智能下肢假肢辅助行走。2.根据权利要求1所述的一种经皮植入骨整合智能下肢假肢，其特征在于，所述植入假体材料为多孔钽金属棒，内部结构为三维立体网状结构，平均孔径为300～800um，孔隙率为70％～90％。3.根据权利要求1所述的一种经皮植入骨整合智能下肢假肢，其特征在于，所述植入假体植入部位为残肢髓腔，通过灌注骨水泥实现植入假体与残肢髓腔的固定。4.根据权利要求2所述的一种经皮植入骨整合智能下肢假肢，其特征在于，所述植入假体外周表面开设凹槽，凹槽深度1～2mm；所述植入假体中心开设有通孔，直径为1mm，用于将肌电信号采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：许猛，郭子轩，毛志昊，赵雪林，赵子仪，
申请(专利权)人：中国人民解放军总医院第四医学中心，
类型：发明
国别省市：