[發明專利]多自由度仿生智能矯形系統和方法

在審

• 申請號: 202110385963.8
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113081428A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 張小雪;潘國棟;張秀峰;禹龍飛;陶靜
• 申請（專利權）人: 國家康復輔具研究中心
• 主分類號: A61F5/01
• 分類號: A61F5/01;A61F7/00;A61B5/107;A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 李強

本發明提供了一種多自由度仿生智能矯形系統和方法，涉及康復輔具領域，該系統包括：信息采集模塊、多自由度仿生矯形機構、大小腿包裹裝置、膝腿連接件和智能調節控制數據平臺；信息采集模塊用于采集人體運動學和關節損傷信息；多自由度仿生矯形機構包括：仿側副韌帶及仿前后交叉韌帶的交叉控制元件、仿膝屈肌控制元件、仿膝伸肌控制元件、復合運動環、位置傳感器和矯治輔助動力裝置；大小腿包裹裝置用于承重及懸吊；智能調節控制數據平臺用于接收和處理采集模塊以及位置傳感器發送的信息，并生成控制信號發送至矯治輔助動力裝置。通過上述系統可以引導關節在正常受力、穩固的條件下，進行無損傷且無痛的運動，進而促進關節修復達到矯治目標。

技術領域

本發明涉及康復輔具領域，尤其是涉及一種多自由度仿生智能矯形系統和方法。

背景技術

退行性骨關節疾病在老年人群中較為常見，其中膝關節骨關節炎患者數量龐大，臨床上表現為不同程度的疼痛、活動受限、畸形、骨擦音和肌肉萎縮。發病原因是軟組織功能障礙和損傷時，造成力學和神經改變，軟組織的正常排列關系、細胞活性及組織含水量改變，應力分布失衡或負載過度引起軟骨磨損，自我修復能力下降，導致關節功能障礙和潛在的退化。

矯形器屬于常見康復輔助器具，其功能一般包括：預防和矯正變形、支撐體重(免荷)、喪失功能的代償或輔助等。目前，用于退行性骨關節疾病的膝矯形器主要功能是側方支撐、限制關節活動度、部分免荷等?，F有膝矯形器關節部件大多為單軸或簡單鉸鏈結構。而膝關節是人體最復雜且承重最大的關節，包括股骨遠端、脛骨近端、關節囊、交叉韌帶以及半月板等組織。因此，現有矯形器不能達到全面穩固關節、引導正常受力，尤其是恢復正常運動功能的目的。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種多自由度仿生智能矯形系統和仿生矯形方法，以緩解現有矯形器無法全面穩固關節、引導正常受力的問題。

為了實現上述目的，本發明實施例采用的技術方案如下：

第一方面，本發明實施例提供了一種多自由度仿生智能矯形系統，包括：信息采集模塊、多自由度仿生矯形機構、大小腿包裹裝置、膝腿連接件和智能調節控制數據平臺；上述信息采集模塊用于采集人體運動學和關節損傷信息；上述多自由度仿生矯形機構包括：仿側副韌帶及仿前后交叉韌帶的交叉控制元件、仿膝屈肌控制元件、仿膝伸肌控制元件和復合運動環；上述多自由度仿生矯形機構還包括位置傳感器和矯治輔助動力裝置；上述位置傳感器用于采集股骨和脛骨的相對位置信息；上述大小腿包裹裝置用于承重及懸吊；上述膝腿連接件用于將上述多自由度仿生矯形機構與上述大小腿包裹裝置結實連接；上述智能調節控制數據平臺用于接收和處理上述采集模塊以及上述位置傳感器發送的信息，并生成控制信號發送至矯治輔助動力裝置。

在一些可能的實施方式中，上述人體運動學和關節損傷信息包括：健康人群及患者在運動過程中的股骨和脛骨相對時空信息、人體尺寸信息以及疾病診斷信息；上述股骨和脛骨的相對時空信息包括以下六個自由度：膝屈或膝伸、膝內收或膝外展、膝內旋或膝外旋、內移或外移、前移或后移、近端位移或遠端位移。

在一些可能的實施方式中，上述多自由度仿生矯形機構包括四個上述仿側副韌帶及仿前后交叉韌帶的交叉控制元件；每個上述交叉控制元件均包括上述位置傳感器和上述矯治輔助動力裝置；上述交叉控制元件用于提供牽拉限位的矯治輔助動力；四個上述交叉控制元件分別位于膝關節內側前上到后下方向，膝關節內側后上到前下方向，膝關節外側前上到后下方向，膝關節外側后上到前下方向；其中，膝關節內側兩個上述交叉控制元件用于仿內側副韌帶，膝關節外側兩個上述交叉控制元件用于仿外側副韌帶，由后上到前下的兩個上述交叉控制元件還用于仿前交叉韌帶，由前上到后下的兩個上述交叉控制元件還用于仿后交叉韌帶。

在一些可能的實施方式中，上述多自由度仿生矯形機構包括兩個上述仿膝屈肌控制元件和兩個上述仿膝伸肌控制元件，每個上述控制元件均包括上述位置傳感器和上述矯治輔助動力裝置，上述控制元件用于提供伸縮驅動的矯治輔助動力；兩個上述仿膝屈肌控制元件位于膝關節的后側，兩個上述仿膝伸肌控制元件位于膝關節的前側。