專利名稱：用于對(duì)人造肢體實(shí)施功能分析的方法
用于對(duì)人造肢體實(shí)施功能分析的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)裝備有人造肢體的人實(shí)施功能分析的方法，其 中，該人造肢體在基本功能方面可調(diào)整并且模塊式地構(gòu)造有至少一個(gè)用于 可實(shí)現(xiàn)附加功能的可拆卸的功能件。
人造肢體以開發(fā)水平非常高的實(shí)施形式使用。對(duì)于從患者安全性角度 考察特別重要的、用于包括人造膝關(guān)節(jié)在內(nèi)的下部肢體的假肢，使用例如 對(duì)于功能"行走"和"站立"精良的技術(shù)，這些技術(shù)一方面可實(shí)現(xiàn)可靠的 站立并且另一方面可實(shí)現(xiàn)在行走時(shí)與自然行走盡可能良好適配的運(yùn)動(dòng)過 程。為此例如需要在考慮患者的通常的觸發(fā)力的情況下例如通過大腿殘肢 的運(yùn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(yùn)動(dòng)的止擋上。顯然在此必要時(shí)使用累進(jìn)的減振裝置，但僅當(dāng)這種減振 裝置在其減振計(jì)量方面對(duì)于相應(yīng)患者調(diào)整正確時(shí)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(fā)行走運(yùn)動(dòng)以及適用從行走過渡到可靠站
已經(jīng)公知，這種假肢的功能通過傳感器來控制，這些傳感器基于所測(cè) 量的力、加速度、力矩或類似量測(cè)定從行走運(yùn)動(dòng)階段到其它階段的過渡或 從行走運(yùn)動(dòng)到站立運(yùn)動(dòng)的過渡以及反過來測(cè)定并且為下一個(gè)功能階段實(shí)施
假肢調(diào)整。這種假肢的一個(gè)例子是以申請(qǐng)人的名稱C-Leg開發(fā)和銷售的腿 假肢。但這種開發(fā)水平高的假肢需要調(diào)整過程來使假肢的功能與相應(yīng)患者 的適配優(yōu)化。這種調(diào)整可在考慮患者在使用假肢時(shí)的主觀感覺的情況下進(jìn) 行。但其缺點(diǎn)在于，患者的主觀感覺是波動(dòng)的并且感覺的量化幾乎不可能。 假肢調(diào)整的優(yōu)化因此必須按照試驗(yàn)-錯(cuò)誤原理來進(jìn)行，以便由此接近最佳調(diào) 整。
已經(jīng)公知了可用客觀形式實(shí)現(xiàn)對(duì)用假肢照料的患者進(jìn)行站立和行走分 析的裝置。為此需要費(fèi)事并且因此昂貴的測(cè)量系統(tǒng)，這種測(cè)量系統(tǒng)僅可在 少數(shù)實(shí)驗(yàn)室中例如在康復(fù)中心提供。對(duì)于通過矯形外科機(jī)械師對(duì)假肢進(jìn)行 標(biāo)準(zhǔn)適配，這種測(cè)量系統(tǒng)是支付不起的，由此，標(biāo)準(zhǔn)適配在無這種測(cè)量系統(tǒng)幫助的情況下即基本上基于患者的主觀感覺來進(jìn)行。
本發(fā)明的任務(wù)在于，在無費(fèi)事的測(cè)量?jī)x器的情況下允許對(duì)人造肢體進(jìn) 行功能分析。
為了解決該任務(wù)，根據(jù)本發(fā)明，開頭所述類型的方法的特征在于取 代可拆卸的功能件安裝一個(gè)傳感器裝置，該傳感器裝置適配于對(duì)于安裝該 功能件重要的尺寸，通過傳感器裝置來測(cè)量在使用人造肢體期間的力、加 速度和/或力矩并且用于優(yōu)化人造肢體的基本功能的調(diào)整，在保持最佳調(diào)整 的情況下傳感器裝置用功能件來替換。
本發(fā)明由此可實(shí)現(xiàn)在完全能工作的假肢上實(shí)施測(cè)量，該假肢為患者的 使用而設(shè)置并且與患者相適配。假肢因此可在任意長(zhǎng)的時(shí)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(duì)測(cè)量值的分析處理來確定是 否假肢的調(diào)整仍可優(yōu)化以及是否例如在假肢使用較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)產(chǎn)生患者行走 行為的變化并且因此符合目的地要另外調(diào)整假肢。
與專門的測(cè)量假肢的重要區(qū)別在于，專門的測(cè)量假肢通常用來獲得用 于患者的首次測(cè)量值以便制造合適的假肢。這種測(cè)量假肢不是與患者個(gè)別 適配并且因此僅可用來獲得用于特殊患者的第一依據(jù)。據(jù)此，根據(jù)本發(fā)明 使用為患者制造并且完全適配的、就假肢基本功能而言完全能工作的假肢。
通過構(gòu)造緊湊并且測(cè)定可靠數(shù)據(jù)的傳感器裝置，在本發(fā)明的范圍內(nèi)， 假肢的設(shè)置用于附加功能的功能件可拆卸并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(gòu)造傳感器裝置，使得該 傳感器裝置在相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)于使用不可察覺的情況下就足以進(jìn)行測(cè)量。因此 優(yōu)選具有應(yīng)變片、壓電元件或類似裝置的傳感器裝置的構(gòu)型，在所述應(yīng)變 片、壓電元件或類似裝置中，幾分之一毫米范圍內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或變形足夠 用于產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)。
腿假肢上的可拆卸的功能件的一個(gè)例子是轉(zhuǎn)動(dòng)適配器，該轉(zhuǎn)動(dòng)適配器 直接安裝在膝關(guān)節(jié)上方，以便尤其是可在坐著時(shí)實(shí)現(xiàn)小腿相對(duì)于大腿轉(zhuǎn)動(dòng)， 由此例如使腿交叉著的坐姿輕松。為了實(shí)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(tài)期間的基本功能。但不言而喻，也可在模塊式地構(gòu)造的假肢 中使構(gòu)成小腿件和大腿件的管段縮短精確的尺寸，該尺寸對(duì)于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(gè)相應(yīng)的加長(zhǎng)段或者將縮短的管段用一個(gè)較長(zhǎng)的管段來替換。
用傳感器裝置替換的功能件也可以是用于承載的模塊件、例如管模塊。 所替換的模塊件對(duì)于基本功能不是決定性的，例如這可以是膝關(guān)節(jié)或人造
腳的確定滾動(dòng)過程(Abrallvorgang)的件。傳感器裝置由此也可與其余模 塊件相組合地構(gòu)造，其中，重量和重量分布應(yīng)基本上相應(yīng)于所替換的模塊 件。這種傳感器裝置的一個(gè)例子是具有其余小腿管的測(cè)量傳感器，由此替 換一個(gè)腿假肢的完整的小腿管。
盡管在上述說明中首先探討了用于下部肢體的假肢，但可毫無問題地 看出，本發(fā)明也可有利地用于上部肢體的假肢，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(cè)量數(shù)據(jù)，例如轉(zhuǎn)動(dòng)速率、角度位置和角度變化等等。
下面要借助于附圖中所示的實(shí)施例和對(duì)特別適用于實(shí)施本發(fā)明的傳感
器裝置的說明來詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖表示


圖1傳感器裝置的第一部分的立體側(cè)視圖2從斜下方觀察根據(jù)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(cè)視圖4從斜下方觀察根據(jù)圖3的第二部分的立體視圖5 由這兩個(gè)部分組成的傳感器裝置的立體側(cè)視圖6從斜下方觀察根據(jù)圖5的傳感器裝置的立體視圖7傳感器裝置對(duì)于軸向負(fù)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(qū)域；
圖8根據(jù)圖7的用于繞水平軸線(x軸線)的轉(zhuǎn)矩的視圖9根據(jù)圖7的用于起作用的側(cè)向力的示意性視圖10根據(jù)圖7的用于繞垂直軸線(z軸線)的轉(zhuǎn)矩的示意性視圖11具有轉(zhuǎn)動(dòng)適配器的腿假肢的側(cè)視圖12根據(jù)圖11的側(cè)視圖，在該側(cè)視圖中，轉(zhuǎn)動(dòng)適配器已用根據(jù)圖1 至圖10的傳感器裝置替換。圖1至圖6說明了根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。該 傳感器裝置包括一個(gè)第一部分1，該第一部分由一個(gè)帽狀的圓柱形連接器2 和一個(gè)連接在該連接器上的正方形的法蘭3構(gòu)成。正方形的法蘭3在其角 部上具有一些用于(未示出的)固定螺釘?shù)耐?。
帽狀的連接器2構(gòu)造有圓柱形的殼壁5, —些螺紋孔6處于該殼壁中， 它們各彼此錯(cuò)位90。轉(zhuǎn)角。帽狀的連接器2在其上側(cè)上具有一個(gè)圓柱形的底 部7并且在其下側(cè)上具有一個(gè)圓環(huán)狀的突緣8，該圓環(huán)狀的突緣一體地與矩 形的法蘭3相連接并且加強(qiáng)該矩形的法蘭。
圖2說明，帽狀的連接器2具有一個(gè)構(gòu)造得近似矩形的接收空間9，該 接收空間用于接收一個(gè)校準(zhǔn)適配器，該校準(zhǔn)適配器具有四個(gè)傾斜的校準(zhǔn)面， 穿過螺紋孔6旋入的校準(zhǔn)螺釘壓在這些校準(zhǔn)面上。
這種校準(zhǔn)適配器10構(gòu)造在傳感器裝置的第二部分11上。第二部分11 具有一個(gè)正方形的第二法蘭12，該第二法蘭的尺寸相應(yīng)于第一法蘭3的尺 寸。這兩個(gè)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(cè)起各設(shè) 置有一個(gè)螺紋盲孔，這些螺紋盲孔可與第一法蘭3的通孔4對(duì)準(zhǔn)。
圖3和圖4還允許看到，接片12具有矩形橫截面并且朝它們的自由端 部即向下通過朝兩個(gè)接片13之間的中間空間15指向的斜坡16而變細(xì)。
校準(zhǔn)適配器10位于第二法蘭12的背離接片13的上側(cè)17上。該校準(zhǔn) 適配器以公知方式構(gòu)造成倒棱錐臺(tái)的形式并且由此具有四個(gè)傾斜延伸的平 的校準(zhǔn)面18，這些校準(zhǔn)面為了校準(zhǔn)目的可與校準(zhǔn)螺釘共同作用。校準(zhǔn)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(zhǔn)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(duì)角方向上，在該第二連接器10與設(shè)置在第二法蘭12的角部中的 接片13之間，各存在一個(gè)通孔形式的槽口 20，應(yīng)力或拉伸區(qū)域的下面詳細(xì) 描述的構(gòu)型可受所述槽口的影響。
圖5和圖6示出了處于裝配好的狀態(tài)(但沒有固定螺釘)中的由這兩 個(gè)部分1、 11組成的傳感器裝置?？梢钥吹剑诘谝贿B接器2的接收空間9與形成第二連接器的校準(zhǔn)適配器10之間僅需要2至3cm的小結(jié)構(gòu)高度。
圖7至圖10各示意性地示出了根據(jù)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(gè)表面上的 應(yīng)變片21。
在圖7至圖10中各位于下面的俯視圖說明了這樣定位應(yīng)變片21,使得 這些應(yīng)變片由于線形的壓縮區(qū)域22或拉伸區(qū)域23而在它們的長(zhǎng)度方面變 化，由此產(chǎn)生變化了的電阻。
圖7說明了在z方向上、即在用于小腿的管骨架假肢的軸向方向上的 力作用的情況。處于第二法蘭12的上側(cè)17上的應(yīng)變片21在此處于壓縮區(qū) 域22中，這些壓縮區(qū)域線形地從通孔20平行于第二法蘭12的棱邊分別朝 相鄰的棱邊延伸。據(jù)此取向的應(yīng)變片21由此在壓縮方向上改變它們的電阻 值。
根據(jù)圖8,校準(zhǔn)適配器10被加載以繞相對(duì)于繪圖平面(x方向)垂直 的軸線的轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩對(duì)于位于上側(cè)17上的應(yīng)變片21在轉(zhuǎn)矩所指向(參 見圖8中所繪入的箭頭Mx)的側(cè)上導(dǎo)致壓縮，而它在位于對(duì)面的側(cè)上導(dǎo)致 拉伸區(qū)域23的形成。
圖9示出了在繪圖平面(y方向)中作用在校準(zhǔn)適配器10上的側(cè)向力， 通過該側(cè)向力僅形成相對(duì)于作用力垂直的拉伸區(qū)域23和壓縮區(qū)域22，而其 余的應(yīng)變片21無測(cè)量信號(hào)地保持在第二法蘭12的上側(cè)17上。
在圖10中所示的在z方向上作用的轉(zhuǎn)矩Mz下在每個(gè)槽口 20處產(chǎn)生 壓縮區(qū)域23和拉伸區(qū)域22，其中，在轉(zhuǎn)矩Mz的方向上觀察，壓縮區(qū)域 23總是在拉伸區(qū)域22前面90°。
借助于所示的例子可看到，通過作為傳感器元件的應(yīng)變片21可確定地 探測(cè)所產(chǎn)生的不同的力或力矩。
第二法蘭12的下側(cè)上的應(yīng)變片21各產(chǎn)生與第二法蘭12的上側(cè)17上 的應(yīng)變片21的信號(hào)互補(bǔ)的信號(hào)，由此，這些信號(hào)在適當(dāng)相加的情況下可有 助于測(cè)量信號(hào)的放大。
圖11示出了一個(gè)公知的腿假肢30，該腿假肢具有一個(gè)用于大腿殘肢的 接收喇叭筒31。在接收喇叭筒中裝入適宜皮膚的襯里32,該襯里建立與大 腿殘肢的無疼痛接觸。一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)適配器通過通常的校準(zhǔn)棱錐體連接在接收喇叭筒31的下端部 上。轉(zhuǎn)動(dòng)適配器33與小腿件34的連接也通過一個(gè)校準(zhǔn)棱錐體來進(jìn)行。
小腿件34構(gòu)造成如以?shī)W托 博克保健有限公司的名稱"C-Leg"公知 的計(jì)算機(jī)控制的假肢件。小腿件34包括一個(gè)多中心的膝關(guān)節(jié)35，該膝關(guān)節(jié) 構(gòu)造成公知形式的四連桿機(jī)構(gòu)。在小腿件34上向下連接著一個(gè)模塊管36， 該模塊管建立與無關(guān)節(jié)的人造腳37的連接，該人造腳的可能結(jié)構(gòu)也已公知， 在此不必詳細(xì)描述。不僅人造腳37而且腿假肢都設(shè)置有裝飾性覆層38、39。
假肢30的主功能在于對(duì)于假肢30的各個(gè)不同的使用者可實(shí)現(xiàn)盡可能 自然的行走行為和可靠的站立以及舒適的坐下。轉(zhuǎn)動(dòng)適配器33在假肢30 的主功能期間被鎖止并且當(dāng)在小腿件34上施加小負(fù)荷時(shí)可被解鎖。通過轉(zhuǎn) 動(dòng)適配器33可使假肢30的小腿相對(duì)于大腿扭轉(zhuǎn)，尤其是當(dāng)假肢30的使用 者坐著時(shí)。
為了適配假肢30以及必要時(shí)在以后的階段中為了檢驗(yàn)假肢30，轉(zhuǎn)動(dòng)適 配器33可用在此用33'標(biāo)記的如在圖1至圖10中已經(jīng)描述的傳感器裝置來 替換。通過用傳感器裝置33'替換轉(zhuǎn)動(dòng)適配器33，如果傳感器裝置33'的安 裝尺寸相應(yīng)于轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)于大腿扭轉(zhuǎn)的附加功能，但由此假肢30的主功能即行走、 站立和坐下時(shí)的行為不受影響。因此借助于傳感器裝置33'可求得為患者個(gè) 別適配并且完全功能卓越的假肢30上的、對(duì)假肢33的功能進(jìn)行分析處理 所需的數(shù)據(jù)。傳感器裝置33'在此也可用于假肢的首次適配，即短時(shí)間使用， 如同用于長(zhǎng)時(shí)間支持帶有專門為其適配和調(diào)整的假肢30的患者的運(yùn)動(dòng)一 樣。
權(quán)利要求
1.用于對(duì)裝備有人造肢體(30)的人實(shí)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(diào)整并且模塊式地構(gòu)造有至少一個(gè)尤其是用于可實(shí)現(xiàn)附加功能的可拆卸的功能件(33)，其特征在于取代該可拆卸的功能件(33)安裝一個(gè)傳感器裝置(33′)，該傳感器裝置適配于對(duì)于安裝該功能件重要的尺寸；通過該傳感器裝置(33′)來測(cè)量在使用該人造肢體(30)期間的力、加速度和/或力矩并且用于優(yōu)化該人造肢體的基本功能的調(diào)整；在保持最佳調(diào)整的情況下該傳感器裝置(33′)用該功能件(33)來替換。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于作為人造肢體(30)使用腿假肢。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于使該傳感器裝置(33')與設(shè) 置在人造膝關(guān)節(jié)上方的轉(zhuǎn)動(dòng)適配器(33)的尺寸相適配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)裝備有人造肢體(30)的人實(shí)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(diào)整并且模塊式地構(gòu)造有至少一個(gè)尤其是用于可實(shí)現(xiàn)附加功能的可拆卸的功能件(33)，在無費(fèi)事的外部?jī)x器和測(cè)量裝置的情況下，所述功能分析的實(shí)施這樣實(shí)現(xiàn)取代該可拆卸的功能件(33)安裝一個(gè)傳感器裝置(33′)，該傳感器裝置適配于對(duì)于安裝該功能件重要的尺寸；通過該傳感器裝置(33′)來測(cè)量在使用該人造肢體(30)期間的力、加速度和/或力矩并且用于優(yōu)化該人造肢體的基本功能的調(diào)整；在保持最佳調(diào)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(hào)A61F2/76GK101296673SQ200680040004
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2006年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
發(fā)明者M·普施 申請(qǐng)人:奧托·博克保健Ip兩合公司