[發明專利]串聯式五自由度足踝步態模擬的實驗裝置

有效

• 申請號: 201210039427.3
• 申請日: 2012-02-21
• 公開（公告）號: CN102579060A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 王成燾;王冬梅;王尚城;馮洋;王旭;馬昕;姜建元;克利斯托夫·杰姆斯·奈斯特;劉安民;戴衛·霍華德
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;復旦大學附屬華山醫院
• 主分類號: A61B5/22
• 分類號: A61B5/22;A61B19/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及的是一種機電系統技術領域的裝置，具體是一種模擬人體足踝步態及測量裝置。?

背景技術

足踝復合體參與人體運動，是人體的最終負重部位。站立時，體重的50-60％分布在足跟，40-50％分布于跖骨頭；正常行走時，足部負重是體重的1.2倍；奔跑時增為2倍；像跨欄、籃球和排球等運動項目，落地時承受3.5～7?倍于自身體重的沖擊力，與下肢的運動損傷關系密切。?

關節損傷中，以足踝部最常見，高達64.6%；踝關節內、外側韌帶損傷約占全身韌帶損傷的80%，位于首位；高齡人口中80％有足踝疾病（如脛后肌腱炎、跟腱滑囊炎及跟腱斷裂、踝關節外側韌帶損傷、跖筋膜炎、距骨軟骨缺損、糖尿病足、踝關節炎等）的困擾。?

由于足踝部解剖結構和生物力學特性的復雜性及人類對足的存在和作用習以為常，在醫學及其相關的科學研究中，有關足踝的研究在過去很長一段時間未能得到應有重視，使其遠不如髖、膝關節那樣被深入了解，對足踝步態中的生物力學特性（特別是各骨塊之間相對運動關系、骨內部應力分布、韌帶和肌腱力學行為、關節接觸應力變化等）更缺乏系統的認識和研究，人類尚未徹底清楚了解并掌握這一系統。臨床上對一些常見足踝疾病形成和治療的生物力學機理還尚不清楚，治療方案優化和選擇多依據經驗、靜態或準靜態模型應力分析及簡化模型的運動學和動力學研究成果，還缺乏足夠的科學依據；涉及足踝學科的運動醫學、現代矯形學及機器人行走系統等均對天然人體足踝系統地運動學和動力學探究提出更高的要求。因此，探討人體足踝各組成部分之間的力學作用關系，包括相對運動和相互作用力關系以及使足踝完成正常步態時肌肉力的時間歷程變化規律成為亟待和急需研究的課題。而完成這些研究，需要研制人體足踝步態的運動學和動力學模擬及測量裝置，實現活體測量無法進行的試驗，同時獲得活體試驗無法得到的力學和運動學參數。本裝置是基于以上背景被提出來，通過機械與電子控制技術驅動尸體足踝動力學模型實現足踝步態的運動學和動力學模擬，并在此過程中運用光學和力學測量系統測量并采集步態中足踝各骨塊之間的相對運動、關節力、肌肉力的大小等運動和力學參數，為基于多剛體模型的足踝步態運動學和動力學計算分析提供寶貴的原始試驗數據。同時，為現代矯形支具的優化設計和功能評價及足踝系統相關新興學科生物力學問題研究提供試驗測量和分析平臺。?