下肢假体和控制其致动机构的方法及设备技术

本方法用于控制在患者（１０）下体一侧上提供的假体（１４）的致动机构（１６），该患者（１０）在另一侧具有健康的腿（１２）。因此，本方法包括：提供多个人工本体感受器（２０），至少一个人工本体感受器（２０）位于健康腿（１２）的一侧，且至少一个人工本体感受器（２０）位于配备了假体（１４）的一侧；在人工本体感受器（２０）处实时地产生数据信号；和响应该数据信号，实时地产生控制信号用于控制致动机构（１６）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及与用于控制动力假体的控制系统和/或方法一起使用的下肢人工本体感受器的定位。特别地，本专利技术良好地适用于控制用于膝上截肢患者的动力假腿。如控制工程师所公知的，复杂机械系统的自动化不是易于实现的。在该系统中，众所周知，传统的动力假肢具有控制的问题。这些传统的假体配备有基础控制器，其在不与截肢患者进行交互的情况下人为地使关节运动，并且这些传统的假体仅能产生基本的运动。该基础控制器不考虑工作环境的动力学条件，忽略了这一事实，即需要假体在实际应用中产生适当的控制。它们通常缺乏所需用于预知假肢响应的预见性控制策略，而且缺乏能够针对假体运动调整控制参数的自适应调节。由于人类肢体的运动是一个复杂的过程，包括同时的随意事件、反射事件和随机事件，因此传统的肌电假体不具有同时与人类躯体和外部环境进行交互以具有最小的适当的机能的能力。考虑到该背景，显而易见的是，需要为用于控制动力假体的控制系统和/或方法提供同时与人类躯体和外部环境进行交互的能力，以便于满足截肢患者的需要，特别是膝上截肢的患者。根据本专利技术的一个方面，提供了控制在患者下体一侧上提供的假体的致动机构的方法，该患者在另一侧具有健康的腿，该方法的特征在于其包括提供多个人工本体感受器，至少一个人工本体感受器位于健康腿的一侧，且至少一个人工本体感受器位于配备了假体的一侧；在人工本体感受器处实时地产生数据信号；和响应该数据信号，实时地产生控制信号用于控制致动机构。根据本专利技术的另一个方面，提供了用于控制在患者下体一侧上提供的假体的致动机构的设备，该患者在另一侧具有健康的腿，该设备的特征在于其包括多个人工本体感受器，至少一个人工本体感受器位于健康腿的一侧，且至少一个人工本体感受器位于配备了假体的一侧；用于在人工本体感受器处实时地产生数据信号的装置；和用于响应该数据信号，实时地产生控制信号用于控制致动机构的装置。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种下肢假体，其提供在患者下体的一侧，该患者在另一侧具有健康的腿，该假体的特征在于其包括多个人工本体感受器，至少一个人工本体感受器位于健康腿的一侧，且至少一个人工本体感受器位于配备了假体的一侧；用于在人工本体感受器处实时地产生数据信号的装置；至少一个致动机构；和用于响应该数据信号，实时地产生控制信号用于控制致动机构的装置。结合附图，从以下说明中可以清楚地看到本专利技术的这些和其它方面。附图说明图1示出了在一侧配备有假体而在另一侧具有健康腿的患者的下体。图2是示出了用于具有致动机构的假体的控制系统的框图。图3是配备有足底压力传感器的鞋垫的示意性顶视图。图4是图3所示传感器的剖面图。图5a～5d典型的平地行走过程中使用足底压力传感器的四个数据信号的示例。图6a～6d给出了获得自跟骨区域的足底压力传感器的数据信号及其前三阶导数的示例。图7a～7d给出了获得自跖趾(MP)区域的足底压力传感器的数据信号及其前三阶导数的示例。图8a～8d给出了关于跟骨区域条件下的典型的局部足底压力信号及其前三阶导数的过零点的示例。图9a～9c给出了关于跖趾(MP)区域条件下的典型的局部足底压力信号及其前三阶导数的过零点的示例。附图示出了根据本专利技术的优选实施例的下肢的人工本体感受器(20)的定位，其与用于控制具有致动机构(16)的假体(14)的控制系统(100)和方法一起使用。应当理解，本专利技术不限于所说明的实现方案，在不偏离附属权利要求的范围的前提下，可以进行不同的修改和变化。图1示出了提供在患者(10)下体一侧的假体(14)，该患者(10)在另一侧具有健康腿(12)。在健康腿(12)和假体(14)上均提供人工本体感受器(20)。假体(14)包括致动机构(16)，其可以是无源的或者有源的。无源的致动机构通常可被定义为仅吸收机械能以便于修改假体的机械关节的动力学特征的机电部件，而有源的致动机构通常可被定义为吸收并提供机械能以便于修改假体的机械关节的动力学特征的机电部件。在2001年1月22日提交的题为“ELECTRONICALLYCONTROLLED PROSTHETIC KNEE”的美国专利申请No.09/767,367中，描述了无源致动机构的一个示例。在Stéphane Bédard等人于2003年6月17日提交的题为“ACTUATED PROSTHESIS FOR ABOVE-KNEE AMPUTEES”的美国专利申请No.＿＿＿＿中描述了有源致动机构的示例。图2示出了同人工本体感受器(20)和具有致动机构(16)的假体(14)(诸如图1所示的)相结合的控制系统(100)。控制系统(100)的目的在于，提供允许控制致动机构(16)的所需信号。为此，控制系统(100)使用人工本体感受器(20)连接到截肢患者(10)，用以确保截肢患者(10)和假体(14)的运动之间的正确的协调。人工本体感受器(20)的集合实时地捕获关于截肢患者运动的动力学信息，并且将该信息提供给控制系统(100)。然后，在无源致动机构的情况中，控制系统(100)用于确定施加给关节的阻力，或者在有源致动机构的情况中，控制系统(100)用于确定关节的轨迹以及必须由关节施加的所需的力或者扭矩，以便于提供协调的运动。应当注意，本专利技术不限于与图1中说明的机械设置一起使用。控制系统(100)可以与具有不止一个关节的假腿一起使用。例如，其可以与这样的假体一起使用，其除了膝关节以外，还具有踝关节、跖趾关节或者髋关节。而且，与传统的空腔不同，还可以使用骨结合设备，保证了假体的机械部件和截肢患者骨骼之间的直接联接。也可以使用其他类型的假体。图2中示出的控制系统(100)包括接口(30)，通过其接收来自人工本体感受器(20)的数据。可以通过适当的线路或者通过无线传输接收它们。来自提供在健康腿(12)上的人工本体感受器(20)的数据信号有利地通过使用适当的射频(RF)模块的无线传输进行发送。当然，也可以使用诸如有线、无线、光等的通信链路技术的多种组合。驻留在控制器(40)上的软件包含，所有上文提及的使控制系统(100)能够提供允许控制致动机构(16)的所需信号的算法。位于健康腿(12)和假体(14)上的人工本体感受器(20)可以包括肌电传感器、神经传感器、运动学传感器、动力学传感器或足底压力传感器。肌电传感器是用于测量骨骼肌的内部或外部肌电活动的电极。神经传感器是用于测量一个或者多个末梢神经的工作电位的总和的电极。运动学传感器用于测量连接关节的位置、下肢的运动速度或者加速度。动力学传感器用于测量连接关节处的旋转力或者下肢的作用力。足底压力传感器用于测量特定的足下区域的垂直足底压力。当然，还可以使用其他类型的提供关于人类运动的不同的动力学特征的信息的传感器。对于给定的应用，人工本体感受器(20)的使用不限于特定类型的传感器，可以使用多种组合的多个类型的传感器。控制器(40)确保，基于由人工本体感受器(20)提供的信息，实时地对患者(10)的运动进行分解。根据本专利技术，发现接收自位于患者(10)健康腿(12)和位于患者(10)的假体(14)的独立的人工本体感受器(20)的数据信号可以提供用于控制动力假体(14)的致动机构(16)的足够的信息。例如，在足底压力传感器的情况中，基于实验已经注意到，接收自足底压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制在患者（１０）下体一侧上提供的假体（１４）的致动机构（１６）的方法，该患者（１０）在另一侧具有健康的腿（１２），该方法的特征在于其包括：提供多个人工本体感受器（２０），至少一个人工本体感受器（２０）位于健康腿（１２）的一侧， 且至少一个人工本体感受器（２０）位于配备了假体（１４）的一侧；在人工本体感受器（２０）处实时地产生数据信号；和响应该数据信号，实时地产生控制信号用于控制致动机构（１６）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡贝达尔，
申请(专利权)人：维克多姆人体机械公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]