用于颞下颌关节紊乱康复的软外骨骼可穿戴设备制造技术

本发明专利技术公开一种构造为将髁突推离出颅骨的颞关节结构的外骨骼可穿戴设备，带有两个各带有椭圆形横截面的呈波纹管状的致动器；构造为安装至患者前额并且用作两个呈波纹管状的致动器的基座的上部部件；以及构造为安装至患者下颌部的下部部件，所述下部部件相对于下颌部是基本固定不动的但能相对于上部部件在水平平面和竖直平面中运动。平平面和竖直平面中运动。平平面和竖直平面中运动。

【技术实现步骤摘要】
用于颞下颌关节紊乱康复的软外骨骼可穿戴设备


[0001]本专利技术公开一种用于颞下颌关节紊乱的可穿戴设备和由此所涉及的方法。

技术介绍

[0002]颞下颌关节紊乱(TMD)是一种影响个体包括颞下颌关节(TMJ)以及肌肉进行颚部运动的疾病。颞下颌关节紊乱的症状包括在患者运动颚部时的运动受限和发出噪音并且产生巨大的疼痛。患有颞下颌关节紊乱的患者会有说话困难并伴随咀嚼食物的困难。这种疾病可能是由颞下颌关节的错位或者咀嚼肌引起的。据报道，世界上有近1000万人患有颞下颌关节紊乱这种疾病，而且未曾专利技术出适当的疗法。现已证实，借助于医疗植入物产生的不可逆治疗并非是有效的而且增加引起颚部更严重的疼痛和永久损伤的可能性。
[0003]导致治疗颞下颌关节紊乱困难源于颞下颌关节的复杂性，所述颞下颌关节包括围绕也平移运动的运动学轴线的旋转。当颚部略微张开时，颞下颌关节几乎只旋转，而颚部更大程度的张开则缘于颞下颌关节的平移运动。这种旋转运动和滑移运动的结合难以用机械结构进行再现，尤其是不同个体独特的颚部尺寸更难以用机械结构进行再现。
[0004]鉴于治疗颞下颌关节紊乱的迫切需求，医疗工作者和研究人员已经提出并且制造出各种不同的用于训练的设备。由于患者会有运动颚部来张开口腔和闭合口腔的困难，现有的训练设备更关注通过施加外部力来帮助患者开启受限的口腔。早期的人工训练通常借助于仅具有在竖向平面的运动的基于操纵杆的工具进行。近期则出现更复杂的治疗设备而且对人类颚部运动的模拟进行了研究。单一的具有刚性连杆的开启治疗与真实的颚部运动轨迹并非一致，因此会进一步引发疼痛和伤害。通过模拟在口腔张开过程中医生的手部运动已经开发出一种能够再现与人类颚部同样运动范围及其受力的六自由度的平行机构。为了颞下颌关节的实践性训练这一目的提出了一种四连杆式基于头盔的可穿戴设备，利用电机和驱动带来再现人类颚部的运动。为了保持下颌部或齿部在咀嚼轨迹上保持相同的正确的朝向，又增加了两个连杆以形成六连杆机构，以提出带有规划的咬合角度和速度。提出了用于颞下颌关节紊乱的神经训练的安装在肩部的机器外骨骼的概念设计，其具有移动的电机驱动的关节和用于将力转移到下齿部来驱使口腔张开的口腔内的板。然而，这种方法本身就具有极其巨大的系统，并未考虑患者的最大利益和舒适程度地进行设计，因此产生以下局限：1)整个系统庞大、笨重并且患者穿戴不便，这限制训练和康复的便利。2)刚性机构顺应性不足，其预规划的运动不适合每个不同的个体，这将会导致安全问题和进一步的损伤。
[0005]在大多数已有的颞下颌关节训练设备中，比较满意的方法会尽可能轻便、安全和舒适，并且满足患者的需要。其中，外骨骼机器利用针对训练的模拟提供更多的便捷之处，但传统的电机驱动且基于连杆的机构设计则在颚部运动输出方面具有非常有限的顺应性和可调节性，因此限制了其在对安全和易于定制有需求的颞下颌关节关节训练的应用。

技术实现思路

[0006]下文呈现本专利技术的简要概述以提供对本专利技术的某些方面的基本理解。该概述并非是本专利技术的高度概括。其目的并不是区别本专利技术的主要或关键部件，也并非界定本专利技术的范围。然而，该概述的目的在于以简化的形式呈现本专利技术的某些构思，以作为后文所呈现的更详细描述的前序部分。
[0007]如本文所述，新颖的外骨骼可穿戴设备至少包括以下之一：1)利用软机器人方法实现真实的人类颚部运动，减少整个可穿戴机器的重量并且增加安全和舒适程度；2)保持颚部在水平平面中的顺应性的同时引导其在竖向平面的滑行运动；3)考虑用于潜在颞下颌关节紊乱治疗的特定的颞下颌关节特征。在图1中示出了所提出的外骨骼软体可穿戴设备。所提出的机构可以利用适当的设计来实现很多特征，其广泛用于基于顺应性的软致动器的机器手和仿生工程。在这些工作中，通过视觉跟踪既在工作台又在颅骨处执行并且验证双致动器软关节的系统性分析和研究。实验结果表明所提出的软外骨骼可穿戴设备的运动性能并且详细讨论了这些研究。
[0008]本文所公开的外骨骼可穿戴设备被设置为用于将髁突推离出颅骨的颞关节结构的外骨骼可穿戴设备，包括两个各带有椭圆形横截面的呈波纹管状的致动器；构造为安装在患者前额并且用作两个呈波纹管状的致动器的基座的上部部件；以及构造为安装至患者下颌部的下部部件并且所述下部部件相对于下颌部是基本固定不动的但相对于上部部件在水平平面和竖直平面中运动。
[0009]本专利技术还公开了一种用于治疗颞下颌关节紊乱的方法，包括将外骨骼可穿戴设备附接至患者的颅骨；并且使用所述的外骨骼可穿戴设备来促进患者颚部的张开或闭合运动中的至少一者。
[0010]为实现上述的和相关的技术问题，本专利技术包括下文充分描述的技术特征并且尤其在权利要求中指出了这些技术特征。以下描述和附图详细地描述了本专利技术所示的各个方面和实施方式。然而，这只是说明了本专利技术的原理可以采用的多种实施方式的一部分。通过以下结合附图的本专利技术的详细描述来呈现本专利技术所要解决的其他的技术问题、技术优势和新颖性特征。
附图说明
[0011]图1示出根据一个实施例的穿戴至颅骨模型的外骨骼软体装置的侧视图(左)和正视图(右)。
[0012]图2示出人类咀嚼系统的解剖结构。右上示出闭合的颚部，其中髁突与颞关节结构吻合。右下示出张开的颚部，其中髁突滑出颞关节结构。
[0013]图3示出颞下颌关节软机器人关节和分析模型的主要参数。
[0014]图4示出软机器人关节的控制方案的一个实施例。
[0015]图5示出气动控制平台的一个实施例。
[0016]图6示出所述实验平台的一个实施例。左图示出桌面软机器人关节单元测试平台，该测试平台带有两个用于采集运动的实际轨迹和运动学表征的标记。右图示出在颅骨上测试平台，该测试平台带有驱动颚部张开的主运动的气缸。
[0017]图7示出横向顺应性实验。在所示方向上施加力以测试位移。在致动器致动时没有
明显的区别。
[0018]表1记载了根据一个实施例的软机器人关节的结构和材料参数。
[0019]图8示出了仅致动上部致动器的测试结果。实际轨迹与所计算的轨迹进行比较。图8a示出真实的轨迹角度与所计算的轨迹角度很好吻合，具有小于1毫米的偏差。图8b示出运动学表征，包括速度、加速度、角速度和角加速度。急剧变化的斜率示出一旦致动致动器时运动的快速响应。
[0020]图9示出了仅致动下部致动器时的实验结果。图9a示出轨迹比较和角度变化。图9b示出运动学表征。
[0021]图10示出致动两个致动器时的实验结果。图10a示出轨迹比较和角度变化。所述角度在致动过程中几乎没有改变。图10b示出运动学表征。角速度和角加速度通过计算在非常小的范围内振荡，这是因为角度变化值近似为零。
[0022]图11示出轨迹模拟的测试结果。图11a示出通过位移函数逆向求解出的压力。实际压力很好地沿袭了利用气动平台所计算的压力。图11b示出轨迹比较和角度变化。实际轨迹的倾角很好地与所设计的倾角相符合。图11c示出运动学表征。
[0023]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于将髁突推离出颅骨的颞关节结构的外骨骼可穿戴设备，包括：两个各带有椭圆形横截面的呈波纹管状的致动器；构造为安装至患者前额并且用作两个呈波纹管状的致动器的基座的上部部件；以及构造为安装在患者下颌部的下部部件且其相对于下颌部是基本固定不动的但能相对于上部部件在水平平面和竖直平面中运动。2.根据权利要求1所述的外骨骼可穿戴设备，其中两个所述呈波纹管状的致动器是气动致动器。3.根据权利要求1所述的外骨骼可穿戴设备，其条件是两个所述呈波纹管状的致动器不带有圆形横截面。4.根据权利要求1所述的外骨骼可穿戴设备，其中所述上部部件呈环状并且设置为在下颌部运动期间是基本固定不动的。5.根据权利要求1所述的外骨...

【专利技术属性】
技术研发人员：张润智，林参，王峥，
申请(专利权)人：香港大学，
类型：发明
国别省市：