小腿假肢-触觉振动反馈系统的设计

摘要 目的：为了提高小腿假肢穿戴者的步态协调与对称性,降低长期穿戴假肢造成的腰背痛、膝骨关节炎等并发症,我们设计了一套小腿假肢-触觉振动反馈系统,以达到对小腿假肢穿戴者的步态进行自动识别,并根据设定的参数提供振动反馈,从而帮助提高小腿截肢者的平衡功能与行走能力,以及适应各种变化的外在环境。 方法：通过在健侧和假肢侧的大小腿位置,以及假脚的足背共安装5个陀螺仪传感器来采集肢体运动信息,控制主板进行比对数据处理,然后通过固定在假肢侧大腿前后左右的振动马达来对患者行走状态进行提醒并建立条件反射,进而达到调节小腿假肢穿戴者步态平衡性和对称性的目的。招募了6例小腿截肢者参与实验,对穿戴该系统前后的步态参数进行比对。 结果：6例小腿截肢者使用触觉振动反馈系统4周后,步速、健侧单步时长/假肢侧单步时长、健侧摆动期/假肢侧摆动期差异均有显著性意义（P≤0.05）,穿戴4周后3项指标均高于穿戴前。穿戴前后健侧步长/假肢侧步长差异无显著性意义（P=0.052）。 结论：该小腿假肢-触觉振动反馈系统可帮助提高小腿假肢穿戴者的步态对称性和平衡功能,提高假肢使用的安全性,降低跌倒风险,增加患者对假肢的接受度和依从性,具有实用性和可行性。     

双侧髋关节离断假肢交互步态行走机构的研究

目的设计一种与双侧髋关节离断假肢其他配件连接的交互步态行走机构。方法将截瘫患者用矫形器交互步态行走原理应用于双侧髋关节离断假肢交互步态行走机构中,为1例截肢者安装交互步态行走假肢,并与穿普通加拿大式双髋离断假肢摆过步态的行走速度和能量消耗进行比较。结果患者穿交互步态行走假肢交互步行比穿普通加拿大式双髋离断假肢摆过步行能量消耗少,且减轻上肢负荷,行走外观更接近常人;后者比前者行走速度快,但是能耗高。结论本截肢者交互步态行走假肢比传统假肢步行能量消耗少,行走外观更接近常人。     

膝上截肢患者穿截假肢后的功能评定

２０例膝上不同水平截肢患者穿戴假肢后，利用步态分析、步行能力及假肢的悬吊能力三项指标进行功能评定。结果综合评定优秀率以膝离断假肢为最佳达８９％，依次为大腿中下１／３截肢、大腿中段截肢、大腿中上１／３截肢，髋离断假肢功能评定优秀率最低。提示骨科医题应重视截肢平面的选择。同时步态分析、步行能力及假肢悬吊能力三项评定指标为完善下肢假肢功能的评定提供了有益的参考指标。本组２０例膝上不同水平截肢患者的假肢代     

一种智能膝关节假肢及其步态对称性评价

目的 提出一种评价智能膝关节假肢步态对称性的方法。方法 设计智能膝关节假肢样机AiKneeOne以及可穿戴式步态数据采集系统。以步态周期中第一次双脚支撑时间、单脚支撑时间、第二次双脚支撑时间和摆动相时间作为参数，计算对称指数(SI)和对称指标比率RⅠ、RⅡ评估步态对称性指标。5例健康人模拟穿戴AiKneeOne，以0.5、0.7、1.1 m/s速度在平板上行走，采用可穿戴式下肢步态数据采集系统采集数据，进行实测。结果 不同速度下，第一次双脚支撑和第二次双脚支撑时，SI和RⅡ绝对值较低、RⅠ接近1，对称性较好；单脚支撑和摆动相时，对称性有待提高。结论 智能膝关节假肢AiKneeOne具备重建截肢者步态的潜力，步态对称性指标可用于智能膝关节假肢穿戴性能评估测试。     

膝上截肢患者穿戴假肢后的功能评定

20例膝上不同水平截肢患者穿戴假肢后,利用步态分析、步行能力及假肢的悬吊能力三项指标进行功能评定。结果综合评定优秀率以膝离断假肢为最佳达89％,依次为大腿中下1/3截肢、大腿中段截肢、大腿中上1/3截肢,髋离断假肢功能评定优秀率最低。提示骨科医师应重视截肢平面的选择。同时步态分析、步行能力及假肢悬吊能力三项评定指标为完善下肢假肢功能的评定提供了有益的参考指标。本组20例膝上不同水平截肢患者的假肢代偿功能总优良率达76.6％。     

膝上假肢使用者步态对称性分析

在对膝上假肢使用才健侧和残侧的步态进行检测的基础上、对健、则在步态周期内的地面反力、下肢 时相对称性进行了对比和分析，时相对生差异是膝上截肢者步态的主要问题，指同了产生时相不对称的原因并对则对健侧的影响进行了探讨。由于受残侧的影响，健侧的步态与正常步态相差也很大，所得结论对改进假肢性能１假肢装配和患者的训练有重要意义。     

单侧小腿截肢患者穿假肢后的步态运动学参数研究

目的 采用计算机辅助康复环境(CAREN)步态评估系统分析单侧小腿截肢患者穿假肢后的步态运动学参数,并分析其产生差异的原因。 方法 选取单侧小腿中段截肢但均装配假肢的受试者9例设为假肢组,同期选择健全受试者11例设为标准组,通过CAREN步态评估系统对2组受试者的步态运动学参数进行收集、处理、分析,并根据分析报告阐明产生差异原因。 结果 假肢组步态时相性指数为(0.88±0.04),其假肢侧的步长、支撑期百分比、髋关节支撑期最大伸展角度、膝关节支撑期最大屈曲角度、踝关节足跟着地背屈角度、踝关节支撑期最大背屈角度、踝关节支撑期最大跖屈角度与健侧比较,差异均有统计学意义(P<0.05）。假肢组假肢侧的步行速度、步态周期、跨步长、支撑期百分比、髋关节足跟落地屈髋角度、髋关节支撑期最大伸展角度、髋关节支撑期最大屈曲角度、膝关节足跟着地屈膝角度、踝关节足跟着地背屈角度、踝关节支撑期最大跖屈角度、踝关节支撑期最大背屈角度与标准组双侧均值比较,差异均有统计学意义(P<0.05）。 结论 单侧小腿截肢者穿戴假肢后步态时相对称性为（0.88±0.04）,假肢侧踝关节运动学参数显著弱于自身健侧,其时空与运动学参数也显著弱于健全人。     

赛姆假肢制作的矫形技术和对线原则

截肢和赛姆 (Ｓｙｍｅ)截肢是临床上应用较多的截肢手术形式。随着全面康复日益受到重视 ,残疾者要求假肢具有更好的代偿功能 ,因而矫形技术人员越来越关注赛姆假肢装配中的矫形技术问题。1假肢的功能赛姆截肢术后 ,患者失去了踝关节 ,但残肢一般具有残端承重能力。所以 ,即使不装配假肢 ,部分患者也能行走 ,但在步态周期的站立中相至蹬离相内 ,缺乏前足的蹬离运动 ,导致病理步态。同时 ,由于手术截骨 ,理论上截肢侧较健侧短 7ｃｍ左右 ,所以 ,赛姆截肢患者往往希望假肢装配能达到以下目的 :①平衡双侧下肢的高度 ;②假肢能够穿着正常的鞋 ;…     

基于有限状态机的智能下肢假肢控制

背景:传统的下肢假肢行走状态改变时膝关节阻尼不能随之改变,假肢跟随性差,变化范围小。目的:基于有限状态机的智能下肢假肢控制方法,实现假肢侧对健肢侧的实时跟踪和步速跟随。方法:智能下肢假肢采用带固定式气缸阻尼器的四连杆机构,采用有限状态机的控制方法,感知当前的步态事件,触发步态状态的转变,调整对应的步态模式,得到步态规划的输出动作。结果与结论:实验结果表明,智能下肢假肢能够进行步速识别和步态识别,控制器输出不同的控制策略,控制步进电机调整膝关节阻尼的大小,假肢侧能够对健肢侧进行实时跟踪和步速跟随。     

小腿假肢穿戴者步态中的脊柱生物力学分析

目的：通过实验证明小腿假肢穿戴者的腰痛与穿戴假肢后行走产生的脊柱生物力学参数改变有关。方法：对小腿假肢穿戴者步态中的脊柱生物力学进行运动学和动力学分析,利用三维动态捕捉系统和地面反力采集设备采集正常人和穿戴者的步态,对比分析了正常步态与穿戴者产生的下肢不等长步态在时空参数、地面反力、脊柱骨盆关节角度和重心高度数据结果。结果：小腿假肢穿戴者步态中的脊柱骨盆倾斜角度与正常人存在很大差异,且在整个步态周期中明显不同。穿戴者脊柱生物力学参数改变是为了弥补截肢后小腿和足部功能损失引起的不稳定,穿戴者的异常步态引起了脊柱相关肌肉和骨骼状态的改变。同时,假脚的设计可能会对穿戴者脊柱生物力学参数产生影响。结论：行走产生的脊柱生物力学参数改变很可能是小腿假肢穿戴者腰痛的发病原因。不同假脚的设计产生的穿戴者脊柱生物力学参数改变有不同影响。     

三维步态分析在截肢患者康复中的应用

采用Vicon三维步态分析系统对健康人和穿戴假肢的下肢截肢患者进行步态分析,表明该系统可提供运动学参数和生物力学参数的变化,由此分析假肢穿戴者与健康人各关节运动的差异。将三维步态分析应用于截肢患者康复方面是切实可行的。     

髋关节离断智能型假肢的装配

目的 尝试为髋关节离断患者装配智能型假肢的装配技术。方法 髋关节离断智能型假肢的装配分为5个阶段进行，即装配前的准备；临时假肢的装配及训练；C-LEG假肢的配置；C-LEG假肢接受腔的制作及组装；C-LEG假肢调试。结果 患者能熟练运用C-LEG假肢在室内、外行走，能连续步行300m以上，步伐平稳，步幅、步频接近同龄正常人，在拐杖的辅助下，能正向或侧向上、下楼梯，复杂路面行走时未出现安全问题。结论 C-LEG假肢与其它下肢假肢比较，其优势是：减少身体耗能，步态完全个性化，安全性明显加强。     

基于概率神经网络的假肢穿戴者跌倒模式预识别

<正>由于机体功能的缺失,下肢截肢患者在运动中的平衡能力明显减弱,更容易发生跌倒。假肢穿戴者一旦发生跌倒,会造成截肢患者身体和心理的双重负担。因此,对于下肢假肢跌倒方面的研究具有重要意义。动力型假肢不仅能够跟随健肢运动,从而使健肢和假肢侧腿相互协调运动,还能够     

基于模糊控制的智能下肢假肢的步速调整

背景:传统下肢假肢只允许以一种速度行走,不能随步行状态的改变而改变,使得步速也固定单一,不能适应不同步速的变化,适应性较差。目的:采用模糊控制方法实现假肢的步速跟随。方法:通过脚底压力传感器采集步态周期信息,根据不同开度下周期的不同变化采用模糊控制的方法来调整针阀开度的大小,通过永磁式直线步进电机作为执行器驱动针阀来控制缓冲气缸腔室间气道有效截面积来调整假肢摆动速度。结果与结论:在步行速度变化时,假肢膝关节角度有所变化,但是角度变化不大。最大值不超过80°。假肢步态变化小于11°,截肢者能够适应不同的步行速度,假肢与健肢的步态变化基本一致,对称性指数在90%以上。实验结果表明,步态周期可以通过控制针阀达到调整步速的目的,步速调整的模糊控制方法是可行的。     

脑卒中患者下肢关节运动对步行能力影响的三维运动学研究

目的:通过对脑卒中患者下肢运动的三维运动学分析,比较分析偏瘫步态下肢关节运动变化与其步行能力(步速)之间的关系,探讨偏瘫患者下肢异常运动影响其步行能力恢复的量化指标。方法:选择中山大学附属第一医院神经内科和康复医学科住院的首次脑卒中后可以安全独立步行10m以上的单侧偏瘫患者39例,排除其他影响步行能力的神经肌肉和骨关节疾病等因素;采用远红外线三维步态分析系统进行步态检测与分析,对偏瘫步态的下肢关节运动学参数与其步行能力(步速)进行相关分析,分别观测在P<0.05水平和P<0.01水平是否显著相关。结果:脑卒中患者的步行能力与患侧髋、膝关节活动度之间的相关均有统计学意义(R=0.524,P=0.003;R=0.518,P=0.004),尤其与患侧髋关节伸展和膝关节最大屈曲角度之间的相关有显著统计学意义(R=0.745,P=0.000;R=0.643,P=0.000);其步行能力与髋关节伸展角度患侧与健侧运动比率(R=0.541)及膝关节活动度患侧与健侧运动比率(R=0.432)的相关也均有统计学意义(P<0.05)。结论:脑卒中患者下肢伸髋、屈膝异常及其患侧与健侧运动比率不对称是影响正常步态恢复的主要原因,提示下肢髋、膝关节控制性训练应是改善脑卒中偏瘫患者步行能力的重要方法之一。     

假肢步态实验平台设计

背景：目前对于假肢的评价还停留在主观感受,缺乏一套客观的评价系统,建立模拟人体运动的在线假肢参数检测系统对于假肢性能的评价、假肢研究设计具有重要意义。目的：实现假肢的多种步态运动,并通过运动学、动力学数据的比对,评价其仿真程度。方法：根据仿生学原理,将下肢假肢简化成四杆四轴的力学模型,利用采集得到的多种步态模式,驱动下肢假肢运动,并搭建动态力学测试平台,实时测量假肢运动的地面垂直反力和前后剪力。结果与结论：假肢步态运动,髋膝关节的变化曲线与正常步态数据相一致,而其地面垂直反力与前后剪力也与正常人体相接近。提示假肢步态实验平台模拟了下肢假肢步态运动,并实时采集假肢运动的多项运动学、动力学参数,具备较高的仿真程度。     

假肢步态实验平台设计

背景:目前对于假肢的评价还停留在主观感受,缺乏一套客观的评价系统,建立模拟人体运动的在线假肢参数检测系统对于假肢性能的评价、假肢研究设计具有重要意义。目的:实现假肢的多种步态运动,并通过运动学、动力学数据的比对,评价其仿真程度。方法:根据仿生学原理,将下肢假肢简化成四杆四轴的力学模型,利用采集得到的多种步态模式,驱动下肢假肢运动,并搭建动态力学测试平台,实时测量假肢运动的地面垂直反力和前后剪力。结果与结论:假肢步态运动,髋膝关节的变化曲线与正常步态数据相一致,而其地面垂直反力与前后剪力也与正常人体相接近。提示假肢步态实验平台模拟了下肢假肢步态运动,并实时采集假肢运动的多项运动学、动力学参数,具备较高的仿真程度。     

基于有限状态机控制的智能假肢踝关节

背景：目前智能假肢只是考虑了膝关节的作用,假肢踝关节只是作为假肢膝关节的辅助工具,无法根据外部环境和步态的变化实现假肢自然的行走。目的：研制出可靠的智能假肢踝关节,有效改善截肢者的步态。方法：在阻尼可变式踝足假肢的基础上,提出了有限状态机的控制方法,对踝足步态进行了详细的划分,在每个步态内制定了相关的控制策略。结果与结论：实验结果表明,基于有限状态机控制的智能假肢踝关节能够有效的跟随健肢侧运动,能够适应不同的步速,为以后膝踝协调运动奠定了一定的实验基础。     

脑卒中患者下肢关节运动对步行能力影响的三维运动学研究

目的：通过对脑卒中患者下肢运动的三维运动学分析，比较分析偏瘫步态下肢关节运动变化与其步行能力(步速)之间的关系，探讨偏瘫患者下肢异常运动影响其步行能力恢复的量化指标。方法：选择中山大学附属第一医院神经内科和康复医学科住院的首次脑卒中后可以安全独立步行10m以上的单侧偏瘫患者39例，排除其他影响步行能力的神经肌肉和骨关节疾病等因素；采用远红外线三维步态分析系统进行步态检测与分析，对偏瘫步态的下肢关节运动学参数与其步行能力(步速)进行相关分析，分别观测在P&;lt;0．05水平和P&;lt;0．01水平是否显著相关。结果：脑卒中患者的步行能力与患侧髋、膝关节活动度之间的相关均有统计学意义(R=0．524，P=0．003；R=0．518，P=0．004)，尤其与患侧髋关节伸展和膝关节最大屈曲角度之间的相关有显著统计学意义(R=0．745．P=0．000；R=0．643，P=0．000)；其步行能力与髋关节伸展角度患侧与健侧运动比率(R=0．541)及膝关节活动度患侧与健侧运动比率(R=0．432)的相关也均有统计学意义(P&;lt;0．05)。结论：脑卒中患者下肢伸髋、屈膝异常及其患侧与健侧运动比率不对称是影响正常步态恢复的主要原因，提示下肢髋、膝关节控制性训练应是改善脑卒中偏瘫患者步行能力的重要方法之一。     

基于人体步态的假肢膝关节运动控制方法研究

目的 提出一种针对所研发假肢膝关节的平地行走下的控制方法,使其能辅助膝关节截肢的患者以趋向于健康人的步态行走。 方法 在假肢膝关节上放置九轴惯性姿态传感器获取小腿倾斜角度,假肢连接管处放置压力传感器获取压力,组合两种信号判别步态相位。采用双直线电机分别控制相应针阀与单向阀配合的油路结构实现膝关节弯曲和伸展阻尼力矩的独立控制。通过直线电机推动针阀改变油路的通流面积,实现不同速度下膝关节阻尼力矩的控制。测试患者在跑步机上以2.0、3.6和4.2 km/h的步速行走,通过RealGait（三维步态与运动分析系统）记录数据。为降低绊倒风险,以摆动期最大膝关节屈曲角度65°为控制目标,允许误差为±5°。绝对对称性指标(ASI)＜10%为步态良好的评定指标。 结论 患者在不同步速的测试中,患者假肢膝关节屈曲最大角度均在62°左右, ASI分别为3%、6%、8.5%,均＜10%,步态对称性良好。大腿截肢患者表示身体负担有明显减轻。 结论 基于人体步态对液压假肢膝关节的阻尼进行实时控制的方法能够有效改善截肢患者的行走步态。