用於對人造肢體實施功能分析的方法
2023-10-07 18:21:59 4
專利名稱：用於對人造肢體實施功能分析的方法
用於對人造肢體實施功能分析的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於對裝備有人造肢體的人實施功能分析的方法，其 中，該人造肢體在基本功能方面可調整並且模塊式地構造有至少一個用於 可實現附加功能的可拆卸的功能件。
人造肢體以開發水平非常高的實施形式使用。對於從患者安全性角度 考察特別重要的、用於包括人造膝關節在內的下部肢體的假肢，使用例如 對於功能"行走"和"站立"精良的技術，這些技術一方面可實現可靠的 站立並且另一方面可實現在行走時與自然行走儘可能良好適配的運動過 程。為此例如需要在考慮患者的通常的觸發力的情況下例如通過大腿殘肢 的運動可實現對小腿的完全牽引，但在此避免小腿件猛烈地止擋在限制伸 展運動的止擋上。顯然在此必要時使用累進的減振裝置，但僅當這種減振 裝置在其減振計量方面對於相應患者調整正確時這種減振裝置才保證期望 的功能。類似的也適用從站立觸發行走運動以及適用從行走過渡到可靠站
已經公知，這種假肢的功能通過傳感器來控制，這些傳感器基於所測 量的力、加速度、力矩或類似量測定從行走運動階段到其它階段的過渡或 從行走運動到站立運動的過渡以及反過來測定並且為下一個功能階段實施
假肢調整。這種假肢的一個例子是以申請人的名稱C-Leg開發和銷售的腿 假肢。但這種開發水平高的假肢需要調整過程來使假肢的功能與相應患者 的適配優化。這種調整可在考慮患者在使用假肢時的主觀感覺的情況下進 行。但其缺點在於，患者的主觀感覺是波動的並且感覺的量化幾乎不可能。 假肢調整的優化因此必須按照試驗-錯誤原理來進行，以便由此接近最佳調 整。
已經公知了可用客觀形式實現對用假肢照料的患者進行站立和行走分 析的裝置。為此需要費事並且因此昂貴的測量系統，這種測量系統僅可在 少數實驗室中例如在康復中心提供。對於通過矯形外科機械師對假肢進行 標準適配，這種測量系統是支付不起的，由此，標準適配在無這種測量系統幫助的情況下即基本上基於患者的主觀感覺來進行。
本發明的任務在於，在無費事的測量儀器的情況下允許對人造肢體進 行功能分析。
為了解決該任務，根據本發明，開頭所述類型的方法的特徵在於取 代可拆卸的功能件安裝一個傳感器裝置，該傳感器裝置適配於對於安裝該 功能件重要的尺寸，通過傳感器裝置來測量在使用人造肢體期間的力、加 速度和/或力矩並且用於優化人造肢體的基本功能的調整，在保持最佳調整 的情況下傳感器裝置用功能件來替換。
本發明由此可實現在完全能工作的假肢上實施測量，該假肢為患者的 使用而設置並且與患者相適配。假肢因此可在任意長的時間上由患者帶有 所安裝的傳感器裝置地使用，以便可通過對測量值的分析處理來確定是 否假肢的調整仍可優化以及是否例如在假肢使用較長時間時產生患者行走 行為的變化並且因此符合目的地要另外調整假肢。
與專門的測量假肢的重要區別在於，專門的測量假肢通常用來獲得用 於患者的首次測量值以便製造合適的假肢。這種測量假肢不是與患者個別 適配並且因此僅可用來獲得用於特殊患者的第一依據。據此，根據本發明 使用為患者製造並且完全適配的、就假肢基本功能而言完全能工作的假肢。
通過構造緊湊並且測定可靠數據的傳感器裝置，在本發明的範圍內， 假肢的設置用於附加功能的功能件可拆卸並且可用在其安裝尺寸方面適配 的傳感器裝置來替換。不言而喻，在此必須這樣構造傳感器裝置，使得該 傳感器裝置在相對運動對於使用不可察覺的情況下就足以進行測量。因此 優選具有應變片、壓電元件或類似裝置的傳感器裝置的構型，在所述應變 片、壓電元件或類似裝置中，幾分之一毫米範圍內的相對運動或變形足夠 用於產生測量信號。
腿假肢上的可拆卸的功能件的一個例子是轉動適配器，該轉動適配器 直接安裝在膝關節上方，以便尤其是可在坐著時實現小腿相對於大腿轉動， 由此例如使腿交叉著的坐姿輕鬆。為了實施功能分析，患者可舒適地放棄 該附加功能，該附加功能不影響腿假肢的基本功能，即在行走過程期間以 及在站立狀態期間的基本功能。但不言而喻，也可在模塊式地構造的假肢 中使構成小腿件和大腿件的管段縮短精確的尺寸，該尺寸對於安裝傳感器裝置是必需的。在傳感器裝置拆卸的情況下則可在縮短的管段上用法蘭連 接一個相應的加長段或者將縮短的管段用一個較長的管段來替換。
用傳感器裝置替換的功能件也可以是用於承載的模塊件、例如管模塊。 所替換的模塊件對於基本功能不是決定性的，例如這可以是膝關節或人造
腳的確定滾動過程(Abrallvorgang)的件。傳感器裝置由此也可與其餘模 塊件相組合地構造，其中，重量和重量分布應基本上相應於所替換的模塊 件。這種傳感器裝置的一個例子是具有其餘小腿管的測量傳感器，由此替 換一個腿假肢的完整的小腿管。
儘管在上述說明中首先探討了用於下部肢體的假肢，但可毫無問題地 看出，本發明也可有利地用於上部肢體的假肢，即臂假肢、手假肢和肩假 肢。
在所有情況下，可通過該傳感器裝置本身或也通過一些附加地安裝在 假肢中的傳感器獲得附加測量數據，例如轉動速率、角度位置和角度變化等等。
下面要藉助於附圖中所示的實施例和對特別適用於實施本發明的傳感
器裝置的說明來詳細描述本發明。附圖表示
圖1傳感器裝置的第一部分的立體側視圖2從斜下方觀察根據圖1的第一部分的立體視圖3 傳感器裝置的第二部分的立體側視圖4從斜下方觀察根據圖3的第二部分的立體視圖5 由這兩個部分組成的傳感器裝置的立體側視圖6從斜下方觀察根據圖5的傳感器裝置的立體視圖7傳感器裝置對於軸向負荷(z方向)的示意性剖面視圖，其中示
意性地示出了第二法蘭上的線形的壓縮區域；
圖8根據圖7的用於繞水平軸線(x軸線)的轉矩的視圖9根據圖7的用於起作用的側向力的示意性視圖10根據圖7的用於繞垂直軸線(z軸線)的轉矩的示意性視圖11具有轉動適配器的腿假肢的側視圖12根據圖11的側視圖，在該側視圖中，轉動適配器已用根據圖1 至圖10的傳感器裝置替換。圖1至圖6說明了根據本發明的傳感器裝置的一個實施例的結構。該 傳感器裝置包括一個第一部分1，該第一部分由一個帽狀的圓柱形連接器2 和一個連接在該連接器上的正方形的法蘭3構成。正方形的法蘭3在其角 部上具有一些用於(未示出的)固定螺釘的通孔4。
帽狀的連接器2構造有圓柱形的殼壁5, —些螺紋孔6處於該殼壁中， 它們各彼此錯位90。轉角。帽狀的連接器2在其上側上具有一個圓柱形的底 部7並且在其下側上具有一個圓環狀的突緣8，該圓環狀的突緣一體地與矩 形的法蘭3相連接並且加強該矩形的法蘭。
圖2說明，帽狀的連接器2具有一個構造得近似矩形的接收空間9，該 接收空間用於接收一個校準適配器，該校準適配器具有四個傾斜的校準面， 穿過螺紋孔6旋入的校準螺釘壓在這些校準面上。
這種校準適配器10構造在傳感器裝置的第二部分11上。第二部分11 具有一個正方形的第二法蘭12，該第二法蘭的尺寸相應於第一法蘭3的尺 寸。這兩個法蘭3、 12通過一些一體地成形在第二部分上的接片13彼此相 連接，這些接片在第二法蘭12的角部上向下延伸，由此，這些接片在帽狀 的連接器2的徑向外部靠置在第一法蘭3上。接片13從它們的下側起各設 置有一個螺紋盲孔，這些螺紋盲孔可與第一法蘭3的通孔4對準。
圖3和圖4還允許看到，接片12具有矩形橫截面並且朝它們的自由端 部即向下通過朝兩個接片13之間的中間空間15指向的斜坡16而變細。
校準適配器10位於第二法蘭12的背離接片13的上側17上。該校準 適配器以公知方式構造成倒稜錐臺的形式並且由此具有四個傾斜延伸的平 的校準面18，這些校準面為了校準目的可與校準螺釘共同作用。校準適配 器IO過渡到具有增大的直徑的底座19，該底座以拱曲的面形成到正方形的 第二法蘭12的過渡。
校準適配器IO形成傳感器裝置的第二連接器。由此在正方形的第二法 蘭12的對角方向上，在該第二連接器10與設置在第二法蘭12的角部中的 接片13之間，各存在一個通孔形式的槽口 20，應力或拉伸區域的下面詳細 描述的構型可受所述槽口的影響。
圖5和圖6示出了處於裝配好的狀態(但沒有固定螺釘)中的由這兩 個部分1、 11組成的傳感器裝置。可以看到，在第一連接器2的接收空間9與形成第二連接器的校準適配器10之間僅需要2至3cm的小結構高度。
圖7至圖10各示意性地示出了根據圖1至圖6的傳感器裝置的垂直剖 面，但示意性地示出了作為傳感器元件的、粘接在法蘭12的兩個表面上的 應變片21。
在圖7至圖10中各位於下面的俯視圖說明了這樣定位應變片21,使得 這些應變片由於線形的壓縮區域22或拉伸區域23而在它們的長度方面變 化，由此產生變化了的電阻。
圖7說明了在z方向上、即在用於小腿的管骨架假肢的軸向方向上的 力作用的情況。處於第二法蘭12的上側17上的應變片21在此處於壓縮區 域22中，這些壓縮區域線形地從通孔20平行於第二法蘭12的稜邊分別朝 相鄰的稜邊延伸。據此取向的應變片21由此在壓縮方向上改變它們的電阻 值。
根據圖8,校準適配器10被加載以繞相對於繪圖平面(x方向)垂直 的軸線的轉矩。該轉矩對於位於上側17上的應變片21在轉矩所指向(參 見圖8中所繪入的箭頭Mx)的側上導致壓縮，而它在位於對面的側上導致 拉伸區域23的形成。
圖9示出了在繪圖平面(y方向)中作用在校準適配器10上的側向力， 通過該側向力僅形成相對於作用力垂直的拉伸區域23和壓縮區域22，而其 餘的應變片21無測量信號地保持在第二法蘭12的上側17上。
在圖10中所示的在z方向上作用的轉矩Mz下在每個槽口 20處產生 壓縮區域23和拉伸區域22，其中，在轉矩Mz的方向上觀察，壓縮區域 23總是在拉伸區域22前面90°。
藉助於所示的例子可看到，通過作為傳感器元件的應變片21可確定地 探測所產生的不同的力或力矩。
第二法蘭12的下側上的應變片21各產生與第二法蘭12的上側17上 的應變片21的信號互補的信號，由此，這些信號在適當相加的情況下可有 助於測量信號的放大。
圖11示出了一個公知的腿假肢30，該腿假肢具有一個用於大腿殘肢的 接收喇叭筒31。在接收喇叭筒中裝入適宜皮膚的襯裡32,該襯裡建立與大 腿殘肢的無疼痛接觸。一個轉動適配器通過通常的校準稜錐體連接在接收喇叭筒31的下端部 上。轉動適配器33與小腿件34的連接也通過一個校準稜錐體來進行。
小腿件34構造成如以奧託 博克保健有限公司的名稱"C-Leg"公知 的計算機控制的假肢件。小腿件34包括一個多中心的膝關節35，該膝關節 構造成公知形式的四連杆機構。在小腿件34上向下連接著一個模塊管36， 該模塊管建立與無關節的人造腳37的連接，該人造腳的可能結構也已公知， 在此不必詳細描述。不僅人造腳37而且腿假肢都設置有裝飾性覆層38、39。
假肢30的主功能在於對於假肢30的各個不同的使用者可實現儘可能 自然的行走行為和可靠的站立以及舒適的坐下。轉動適配器33在假肢30 的主功能期間被鎖止並且當在小腿件34上施加小負荷時可被解鎖。通過轉 動適配器33可使假肢30的小腿相對於大腿扭轉，尤其是當假肢30的使用 者坐著時。
為了適配假肢30以及必要時在以後的階段中為了檢驗假肢30，轉動適 配器33可用在此用33'標記的如在圖1至圖10中已經描述的傳感器裝置來 替換。通過用傳感器裝置33'替換轉動適配器33，如果傳感器裝置33'的安 裝尺寸相應於轉動適配器33的安裝尺寸，則假肢30的基本功能保持不變。 僅取消了小腿相對於大腿扭轉的附加功能，但由此假肢30的主功能即行走、 站立和坐下時的行為不受影響。因此藉助於傳感器裝置33'可求得為患者個 別適配並且完全功能卓越的假肢30上的、對假肢33的功能進行分析處理 所需的數據。傳感器裝置33'在此也可用於假肢的首次適配，即短時間使用， 如同用於長時間支持帶有專門為其適配和調整的假肢30的患者的運動一 樣。
權利要求
1.用於對裝備有人造肢體(30)的人實施功能分析的方法，其中，該人造肢體(30)在基本功能方面可調整並且模塊式地構造有至少一個尤其是用於可實現附加功能的可拆卸的功能件(33)，其特徵在於取代該可拆卸的功能件(33)安裝一個傳感器裝置(33′)，該傳感器裝置適配於對於安裝該功能件重要的尺寸；通過該傳感器裝置(33′)來測量在使用該人造肢體(30)期間的力、加速度和/或力矩並且用於優化該人造肢體的基本功能的調整；在保持最佳調整的情況下該傳感器裝置(33′)用該功能件(33)來替換。
2. 根據權利要求1的方法，其特徵在於作為人造肢體(30)使用腿假肢。
3. 根據權利要求2的方法，其特徵在於使該傳感器裝置(33')與設 置在人造膝關節上方的轉動適配器(33)的尺寸相適配。
全文摘要
本發明涉及一種用於對裝備有人造肢體(30)的人實施功能分析的方法，其中，該人造肢體(30)在基本功能方面可調整並且模塊式地構造有至少一個尤其是用於可實現附加功能的可拆卸的功能件(33)，在無費事的外部儀器和測量裝置的情況下，所述功能分析的實施這樣實現取代該可拆卸的功能件(33)安裝一個傳感器裝置(33′)，該傳感器裝置適配於對於安裝該功能件重要的尺寸；通過該傳感器裝置(33′)來測量在使用該人造肢體(30)期間的力、加速度和/或力矩並且用於優化該人造肢體的基本功能的調整；在保持最佳調整的情況下該傳感器裝置(33′)用該功能件(33)來替換。
文檔編號A61F2/76GK101296673SQ200680040004
公開日2008年10月29日 申請日期2006年10月10日 優先權日2005年10月26日
發明者M·普施 申請人:奧託·博克保健Ip兩合公司