用于来自下肢矫形器的通信的人机接口制造技术

一种下肢矫形器经配置以跨越人的至少一个关节耦合以用于步态辅助，且可并入有可以各种组合用于辅助肌肉功能或控制受损的患者进行肌肉功能康复及复原的膝盖辅助矫正装置(261)、大腿辅助矫正装置(301；401)、髋部辅助矫正装置(601；701)及脚踝/脚辅助矫正装置(801；821)。

Human computer interface for communication from lower limb orthosis

At least one joint coupling of a lower limb orthosis configured to span people for gait and auxiliary, can be incorporated into various combinations can be used to assist patients with impaired muscle function or control muscle functional rehabilitation and restoration of knee auxiliary correction device (261), thigh auxiliary correction device (301; 401), hip auxiliary the correction device (601; 701) and ankle / foot auxiliary correction device (801; 821).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉参考本申请案主张2013年11月12日提出申请的标题为“用于步态辅助的矫形器(OrthosesforGaitAssistance)”的序列号为61/903,087的美国临时申请案的权益。
技术介绍
本专利技术涉及辅助具有受损肌肉功能或控制的患者進行肌肉功能的康复及复原的矫形装置。更特定来说，本专利技术涉及适合用于关于具有附器的受损神经肌肉/肌肉功能的患者的治疗用途的矫形装置及这些矫形装置的配置，包含但不限于包含加强附器的经改进功能以用于例如行走的活动的机动化支具系统及相关控制系统的矫形装置。数百万个体患有行走能力的部分或全部丧失，从而导致受折磨个体的大大受损的可动性。此残疾状态可起因于外伤、中风或导致影响肌肉控制的紊乱的其它病况。不管起源，行走受损的开始及继续可导致患病个体的额外消极身体及/或心理结果。为了改进具有行走受损的患者的健康及生活质量，可改进或复原行走功能的装置及方法的开发对于医疗及治疗团体具有重大效用。除行走受损之外，还存在干扰附器的肌肉控制从而导致受影响个体的功能丧失及其它不利状况的一系列病况。改进或复原这些额外功能的装置及方法的开发也受到医疗及治疗团体的极大关注。医学领域中正开发人类外骨骼装置以使具有影响肌肉控制的紊乱的人的适当肌肉功能复原及康复。这些外骨骼装置可表示为可将力施加到穿戴者的附器的机动化支具的系统。在康复设定中，外骨骼由理疗师及/或穿戴外骨骼的患者(其使用多个可能输入中的一者来命令外骨骼控制系统)控制。继而，外骨骼控制系统致动机动化支具的位置，从而引起到外骨骼穿戴者的身体的力施加及通常外骨骼穿戴者的身体的移动。外骨骼控制系统规定且控制外骨骼的关节的轨迹。这些轨迹可规定为基于位置的、基于力的或两种方法的组合，例如在阻抗控制器中看到的那些。基于位置的控制系统可直接通过规定位置的修改来修改外骨骼轨迹。基于力的控制系统可通过规定力分布曲线的修改来修改外骨骼轨迹。外骨骼控制系统通过一系列外骨骼轨迹的使用来命令复杂外骨骼移动(例如行走)，其中越来越复杂的外骨骼移动需要一系列越来越复杂的外骨骼轨迹。这些系列的轨迹可为循环的，例如外骨骼关于每条腿采取一系列步伐，或其可为离散的，例如外骨骼从坐位起身为站位。取决于患者的特定生理或康复阶段，外骨骼在行走所需要的各种运动中必须提供不同程度的辅助。对于一些患者(例如下身麻痹患者)，现代外骨骼的致动器必须提供行走所需要的所有力。然而，在其中患者具有某种功能的一些应用中，仅仅在步态循环中在正确位置处沿正确方向提供推力可为足够的。此种运动辅助可比作推秋千上的小孩：所提供的推力不必为精确的，只要其既不小得使秋千的运动衰减也不大得使秋千的运动变得不稳定。因此，外骨骼可能通过仅仅在步态循环的关键部分处提供某种辅助而促进患者的行走。在对其下肢具有受限制使用的人中，复原膝盖的功能对于站立或行走功能的复原是关键的，因为腿在不具有发挥机能膝盖的情况下无法承受重量。此在假肢领域内是清晰的，其中最大努力及设计复杂度致力于膝盖假肢的设计。在历史上，膝盖假肢首先并入有微处理器且稍后还并入有动力致动器。在矫形器领域中，常规机械装置包含在膝盖打直时锁定且在稍后站立中解锁使得人可在摆动期间弯曲其膝盖的支具；这些装置已可用达数十年，但最近进展已使其更小且更可靠。较新矫形器(如假肢)已开始包含对于可变状况允许较大稳健性的微处理器。举例来说，在传统纯机械矫形器中，通过在末期摆动中达到完全膝盖伸展而触发锁定膝盖以用于站立。然而，通过使用其它标志器(例如使用加速度计寻找与支撑表面的撞击)而使膝盖在末期摆动中锁定可为合意的，即使膝盖伸展并非完全的。机械地设计此些行为是极其困难的，但用微处理器实施此些行为可为平凡的。存在此项技术已知的此些装置的许多实例，此些装置中的一些装置可用于出售。现有膝盖矫形器装置具有许多缺点。首先，站立控制膝盖支具无法提供主动辅助以帮助人从坐着变为站立。一些装置具有给人的步态提供动力的能力。就是说，除具有可将膝盖锁定在固定位置处的微处理器之外，装置还具有足够大以将机械动力转变成人的步态的致动器。所需要的额外复杂度是非平凡的：为实际的仅有致动系统是使用大(通常为大约1:100)传动比的电动马达，所述电动马达将马达的高速低扭矩运动转换成人类运动所需的高扭矩低速运动。在一些装置中，此传动装置是滚珠螺杆装置；在其它装置中是谐波驱动器；且在其它装置中是液压泵及汽缸。在所有情形中，存在除致动以外的常见困难，所述困难在于装置必须耦合到人。表面上，此可不表现为限制性因素，因为已设计如此多的无动力站立控制膝盖支具，但实际上存在重要差异。站立控制的膝盖支具仅经设计以在膝盖几乎打直时支撑身体重量；在此情况中，由装置抵抗的扭矩是小的。动力膝盖支具可甚至在膝盖角度很大时提供扭矩，且经设计以产生通常类似于由人体产生的那些扭矩的极大扭矩。在这些情形中，尝试耦合到人并非平凡问题，因为必须通过在大腿及小腿两者处的人-装置连接分解由装置在膝盖处产生的大扭矩。此连接通常是软的，以便不伤害人，且因此施加高扭矩导致不合意人-装置运动。出于这种考虑，存在提供如下装置的未满足需求：动力膝盖支具可通过所述装置对耦合到膝盖支具的人的膝盖施加足够大的力以便影响耦合到膝盖支具的人行走，然而同时减小人与膝盖支具装置之间的相对运动。此装置还必须在不对耦合到所述装置的患者产生过度不适或尴尬的情况下如此操作。单独具有动力膝盖支具的矫形装置可既不辅助腿的摆动，也不在站立期间辅助身体的推进。生物力学上，髋部在两个功能方面发挥作用：在站立期间帮助推进人；及在摆动期间将腿抛向前。虽然已提议用来在行走期间辅助人的髋部运动的装置，但这些装置是麻烦的，因为其需要对人的高动力致动及/或紧密拟人化耦合。人类髋部是三个自由度关节，从而允许在所有三个旋转轴上的运动；且当仅在失状平面中需要用于行走的高动力时，通常必须在其它轴上提供无动力自由度以便允许正常行走。一些装置用复杂机制来粗略估计这些自由度，且其它装置仅仅锁定这些自由度，从而约束人。因此，还存在提供如下矫形髋部装置的未满足需求：所述装置允许辅助在摆动中的腿移动且在站立中的身体的推进，但不限制围绕髋部的自由度或不需要极度复杂、庞大、沉重机构。对于患有下肢衰弱(通常为但不总是中风后)的一些人，阻止脚下垂是重要的，因为否则人可在地面上拖拉其脚趾、绊倒及跌倒。因此，进一步存在提供如下装置的未满足需求：所述装置能够在摆动期间可靠地抬起人的脚趾。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可配置以跨越人的至少一个关节耦合以用于步态辅助的下肢矫形器，所述下肢矫形器以组合形式包括以下各项中的两者或两者以上：a)膝盖矫形器，其包含：经配置以耦合到所述人的腰部连杆；经配置以耦合到所述人、膝关节的大腿连杆、小腿连杆；及扭矩产生器，其中所述大腿连杆在髋关节及所述膝关节两者处可旋转地连接到所述腰部连杆，所述小腿连杆可旋转地连接在所述膝关节处，且所述扭矩产生器经配置以围绕所述膝关节施加扭矩以引起穿戴所述下肢矫形器的人的腿的弯曲或伸展，其中使由所述扭矩产生器产生的力在所述腰部连杆及所述小腿连杆处受到反作用；b)大腿矫形器，其包含经配置以耦合到所述人的左及右互连大腿结构以及经配置以相等地且沿相反方向驱动所述左及右大腿结构的单个致动器；c)髋部矫形器，其包含大腿连杆、腰部连杆及致动器，其中所述大腿连杆及所述腰部连杆经配置以耦合到所述人，所述大腿连杆在髋关节处可旋转地连接到所述腰部连杆，且所述致动器经定位以在站立后期及摆动早期期间在所述大腿连杆上提供力；及d)脚踝矫形器，其包含经配置以耦合到所述人的小腿的小腿结构及经配置以耦合到所述人的脚的脚结构，所述小腿结构及所述脚结构互连，借此所述脚踝矫形器经配置以在步态循环的摆动阶段期间帮助阻止所述脚的脚下垂。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.12 US 61/903,0871.一种可配置以跨越人的至少一个关节耦合以用于步态辅助的下肢矫形器，所述
下肢矫形器以组合形式包括以下各项中的两者或两者以上：
a)膝盖矫形器，其包含：经配置以耦合到所述人的腰部连杆；经配置以耦合到所述
人、膝关节的大腿连杆、小腿连杆；及扭矩产生器，其中所述大腿连杆在髋关节及所述
膝关节两者处可旋转地连接到所述腰部连杆，所述小腿连杆可旋转地连接在所述膝关节
处，且所述扭矩产生器经配置以围绕所述膝关节施加扭矩以引起穿戴所述下肢矫形器的
人的腿的弯曲或伸展，其中使由所述扭矩产生器产生的力在所述腰部连杆及所述小腿连
杆处受到反作用；
b)大腿矫形器，其包含经配置以耦合到所述人的左及右互连大腿结构以及经配置以
相等地且沿相反方向驱动所述左及右大腿结构的单个致动器；
c)髋部矫形器，其包含大腿连杆、腰部连杆及致动器，其中所述大腿连杆及所述腰
部连杆经配置以耦合到所述人，所述大腿连杆在髋关节处可旋转地连接到所述腰部连
杆，且所述致动器经定位以在站立后期及摆动早期期间在所述大腿连杆上提供力；及
d)脚踝矫形器，其包含经配置以耦合到所述人的小腿的小腿结构及经配置以耦合到
所述人的脚的脚结构，所述小腿结构及所述脚结构互连，借此所述脚踝矫形器经配置以
在步态循环的摆动阶段期间帮助阻止所述脚的脚下垂。
2.根据权利要求1所述的下肢矫形器，其中所述下肢矫形器包含所述膝盖矫形器，
所述膝盖矫形器进一步包含在踝关节处可旋转地连接到所述小腿连杆的脚连杆，且其中
还使由所述扭矩产生器产生的所述力在所述脚连杆处受到反作用。
3.根据权利要求1所述的下肢矫形器，其中所述下肢矫形器包含所述膝盖矫形器
且所述扭矩产生器直接在所述大腿连杆与膝关节之间延伸。
4.根据权利要求1所述的下肢矫形器，其中所述下肢矫形器包含所述膝盖矫形器，
所述膝盖矫形器包括经配置以耦合到所述人的脚的脚结构，其中所述脚连杆在所述踝关
节处耦合到所述脚结构且其中所述下肢矫形器稳固所述髋关节、所述膝关节及所述踝关
节。
5.根据权利要求1所述的下肢矫形器，其中所述下肢矫形器包含所述大腿矫形器
且所述单个致动器由驱动使所述左及右大腿结构互连的花键连接的马达构成。
6.根据权利要求5所述的下肢矫形器，其进一步包括提供于所述互连大腿结构之
间的至少一个万向接头。
7.根据权利要求1所述的下肢矫形器，其中所述下肢矫形器包含所述大腿矫形器，
所述大腿矫形器包括将大腿位置信息提供到控制器以用于调节所述单个致动器的至少
一个惯性传感器。
8.根据权利要求1所述的下肢矫形器，其中所述下肢矫形器包含所述大腿矫形器，
所述大腿矫形器包括跨越所述人的身体延伸以使所述左及右大腿结构互连的连杆。
9.根据权利要求8所述的下肢矫形器，其中所述单个致动器与髋部枢轴同心地旋
转。
10.根据权利要求1所述的下肢矫形器，其中所述下肢矫形器包含所述髋部矫形器
且所述致动器包括作用于所述腰部连杆与所述大腿连杆之间的弹簧弹性元件。
11.根据权利要求10所述的下肢矫形器，其中所述弹簧弹性元件构成叶片弹簧。
12.根据权利要求10所述的下肢矫形器，其中所述致动器进一步包括挡块，所述
挡块在小髋部弯曲角度下由所述弹簧弹性元件邻接且在较大角度下脱离所述挡块。
13.根据权利要求1所述的下肢矫形器，其中所述下肢矫形器包含所述髋部矫形器，
所述髋部矫形器包括使所述大腿连杆与耦合到所述人的另一大腿连杆互连的运动逆转
机构。
14.根据权利要求13所述的下肢矫形器，其中所述运动逆转机构包含摇臂及作用
于所述摇臂上的致动器。
15.根据权利要求1所述的下肢矫形器，其中所述下肢矫形器包含所述脚踝矫形器，

\t所述脚踝矫形器包括限制所述脚结构相对于所述小腿结构的枢转移动的制动装置。
16.根据权利要求15所述的下肢矫形器，其进一步包括地面传感器，其中所述制
动装置基于检测到所述脚结构啮合支撑地面时而阻止所述脚与小腿结构之间的相对枢
转移动。
17.根据权利要求15所述的下肢矫形器，其中所述制动装置构成电磁制动器。
18.根据权利要求15所述的下肢矫形器，其进一步包括在所述小腿结构与所述脚
结构之间延伸的缆索，所述缆索连接到经配置以维持所述缆索中的张力的回缩弹性元
件，其中所述制动装置经配置以在步态循环的摆动...

【专利技术属性】
技术研发人员：库尔特·阿蒙森，纳森·哈汀，拉斯顿·安戈尔德，亚当·佐斯，
申请(专利权)人：埃克苏仿生公司，
类型：发明
国别省市：美国;US