CN113905690B 用于控制人造膝关节的方法 （奥托·博克保健产品有限公司）

2021.12.01PCT/EP2020/06546520WO2020/245261DE2020.12.10US2017119550A1,2017.05.04本发明涉及一种用于控制人造膝关节(1)的装置(60)耦合并且通过控制装置能够经由致动器调设上部件(10)的后侧(12)与下部件(20)的54)的传感器数据推断出在行走时克服在患者的站立阶段中脚部件(30)与患者的对侧的脚部(33)或脚部件的高度差(ΔH)或与脚部件(30)的21.一种用于控制人造膝关节(1)的方法，所述人造膝关节具有：带有前侧(11)和后侧够经由所述致动器调设所述上部件(10)的后侧(12)与所述下部件(20)的后侧(22)之间的所述患者的对侧的脚(33)或脚部件的高度差(ΔH)或与所述脚部件(30)的紧接在前的站立所述膝部轴线(15)的竖直位移和/或所述脚部件(30)的竖直位移来计算或估计所述高度差4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，通过所述被护理所述上部件(10)在空间中的取向和/或所述上部件在空间中的取向的时间变化曲线来求取5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征轴线(15)的水平运动与所述髋部角度(HA)或与所述上部件(10)在空间中的取向的关系计7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，从8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，展止挡(45)或抵抗膝部伸展的运动阻力的变化来调设所述最大能达到的膝部角度9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在取向用作所述最大能达到的膝部角度(KAma的所述上部件(10)和/或下部件(20)的空和/或所述上部件(10)运动直至达到踝关节角度(AA)和/或达到所述脚部件(30)中的力导3述下部件(20)上的轴向力(FA)和/或踝关节角度(A变化曲线和/或通过所述上部件取向与所述膝部轴线(15)的平移水平运动的关系探测上最大能达到的膝部角度(KAmax)的特征参量，并且所述致动器(40)基于所述特征参量被激4的连接器件或其它用于将上部件固定在患者上的装置以及用于固定下部件(例如小腿管或[0004]为了影响伸展运动和/或屈曲运动，已知的是，在上部件和下部件之间布置致动[0005]DE102013011080A1涉及一种用于控制下阻尼器装置不仅能够在屈曲方向上而且也能够在伸展方向上影响行走期技术装置具有上部件和下部件以及可调设的机械5克服在患者的站立阶段中脚部件与患者的对侧的脚或脚部件的高度差或与脚部件的紧接6谓的迈步前倾(Schrittvorlage)。几乎整个迈步前倾通过腿(即被抬起并且要或应以比站[0018]在终端站立阶段中，能够在低弯曲阻力下允许膝部弯曲和/或尤其是根据允许得7容易的向前运动。能达到的膝部角度与高度差的匹配能够连续地进行和/或以多个离散的膝部角度与高度差和/或步高的匹配实现降低人造膝关节使用者的被护理侧或同侧的负[0020]要克服的高度差作为能达到的膝部角度的特征参量能够通过相应同侧的髋关节、动学模型所需的段长度能够被测量并且存储在计算用于致动器的控制信号所需的控制装平的速度分量为0，所以髋部的轨迹能够替代地或补充地由对侧的一个或多个角度测量和[0022]在站立阶段中的对侧脚与摆动阶段中的同侧脚或脚部件之间的高度差能够通过被护理的同侧腿的髋关节的竖直位移、膝部轴线的竖直位移和/或脚部件的竖直位移来计直位移能够如上所述通过对人造膝关节或布置在其上的部件(例如假肢筒)上的固定点的[0024]髋部和/或躯干的运动也能够直接地通过传感器、例如检测加速度的惯性传感器8理腿的髋部角度或上部件在空间中的方位求取高度差，以及必要时求取其时间变化曲线。够假定或借助IMU测量躯干在空间中的取向，并且能够与上部件或大腿的取向一起确定髋部角度。尤其能够考虑髋部角度的变化曲线和/或上部件相对于竖直的中立位态的取向的对称性(例如作为比例关系或差)、被扫过的角度范围和/或高的屈曲速度，作为用于探测和/或求取要克服的高度差的指征。如果上部件被引导至强烈的屈曲、大角度范围被扫过被护理腿的髋关节的或膝部轴线的平移水平运动与髋部角度或上部件在空间中的取向的髋部的平移运动或髋关节的水平运动能够评价该运动并且获得对行走行为和行走状况的上部件相对于髋部水平运动特别强烈或快速地弯曲，则能够推断出克服逆着重力的高度[0028]本发明的一种改进方案设置：由所求取的膝部角度(例如通过由膝部角度传感器的直接测量)和/或由上部件和/或下部件或大腿和/或小腿的空间取向的关系来求取或估假定取向和通过IMU所求取的上部件或大腿部分在空间中的取向计算或估计，或者通过上度差能够由时间变化曲线、膝部角度与上部件或下部件的取向的关系和/或上部件和下部别快速的、显著的或持续的弯曲或起振给出关于使用者的意图和要克服的高度差的结论。9其用于在摆动阶段结束时达到所期望的膝部弯曲上楼时或在克服障碍物或高度差时在摆动阶段结束时和/或在初始接触时达到下部件的限的膝部角度和通过布置在人造膝关节上的空间方位传感器所测量的上部件或下部件的空反作用力矢量的方位，脚部件上的限定的加速度，和/或在预定的时间段上保持该膝部角生了足够的负载和滚过运动，从而能够增大能达到的膝部角度并且允许膝关节进一步伸求取或估计运动的进展和由此相应占据的阶段。通过在脚部件和/或下部件上的加速度传[0036]本发明的一种改进方案设置：在跟随摆动阶段的站立阶段中允许膝部伸展运动。与在脚跟着地时相比有利地提供了较高的伸展阻力。在脚着地时行走速度较高和/或膝部下部件上的轴向力和/或踝关节角的变化。初始接触例如能够在脚在地面上着地或碰撞到髋部到脚或脚部件的连接线(腿弦线)在空间中的取向(尤其保持恒定)，直至探测到脚着[0039]本发明的一种改进方案设置：通过上部件的取向的时间变化曲线和/或上部件的与膝部轴线的运动之间的变化曲线和/或关系来调整能达到的膝部角度。能够根据已知的上部件或大腿长度和上部件的取向在时间上的变化曲线与髋部轴线的水平运动一起计算[0041]有利地，在识别到上坡或上楼或类似情况时，摆动阶段膝部在打算克服高度差时允许在低弯曲阻力下的膝部弯曲和/或引入膝部弯曲。在站立阶段中治疗医生或终端使用者)能够进行控制参数的调设。使用者例如能够手动地通过输入相应的值或进行相应的调设来调设应增大和/或减小能达到的膝部角度。使用者的调设在此能够使使用者实现暂时完全停用减小的能达到的膝和/或借助超声波测量来测量。由对地面的多个点的测量可推断出地面形廓并且由此推断在脚下降时和/或在初始接触时能够提高弯曲阻力，尤其是提高到比在平面中行走时更高配为使得通过弯曲阻力的增加控制弯曲率和/或限制最大弯曲角度。膝部弯曲能够直接通斜达到或不超过限定的值。阻力水平和允许的膝部弯曲程度也能够取决于要克服的高度过髋关节的垂线与上部件10的纵向延伸以及在髋关节和膝关节轴线15之间的连接线之间完全平放在地面上，下部件10的纵向延伸在此通常在穿过踝关节轴线35延伸的竖直线后因此在站立阶段期间从脚跟移至前脚并且在图1便照样实施或控制腿运动并且关于意图识别以及为了导出额定值变化曲线和目标参量来形技术装置(其接收人造膝关节)中的传感器检测被护理的、同侧的矫形技术装置的状态，对角度和相对角度跟踪直至髋部的运动学链。积分的初始条件能够通过运动学模型来确定，其中，积分的开始有利地处于后期的站立阶段。脚部件的滚动点，也称为旋转中心这些段长度。替代地，段长度能够借助标尺由特征长度(例如膝部-地面尺寸)或截肢特征[0083]如果人造膝关节1在上坡时在摆动阶段结束时停止在屈曲位态中，这种向前屈曲展阻力，使得在站立阶段中的对侧腿角度与摆动阶段中的同侧腿角度之间调设和谐的关果下部件20在克服高度差ΔH时相对于在平面中行走不改变地以最大程度伸展，从而能达在伸展运动结束时处于凸台或台阶上方或者在运动结束时处于所求取或所估计的高度差而由于在举步时可变的膝部角度调设和向前屈曲而缩短有效的腿弦线长度并且需要较小[0085]要克服的高度差ΔH越大(这例如可根据在对侧上的减小的前倾或所检测的上部动器40内部的液压或气动控制装置中的阀的适当的打开在空间中的取向结合能够通过膝部角度传感器25求取的相对角度或膝部角度KA来计算或估计。膝部角度传感器25使得能够确定所求取的膝部角度KAD并且在存在关于髋部角度的传感器数据的情况下结合段长度用于计算高度差ΔH。能达到的膝部角度KAmax在同侧腿的踝关节角度AA的情况下关于能达到的膝部角度KAmax的调设可保持直至达到预定的踝关节如果随后上部件10围绕髋关节向下摆动并且上部件10的纵向延伸接近重力方向G，则达到[0088]在图3中示出空间中的相应的角度和取向以及用于说明相应的相互关系的相应参上的膝部K的轨迹以及作为在髋关节的区域中的大腿骨的突出点的转子Tr的轨迹。在分别这相应于被护理腿的脚趾离地与初始接触之间的[0095]在图10中示出了膝部角度KA与高度差ΔH或步高的关系。步高或要克服的高度差行走周期上的相应份额，绘出了从第一初始接触或脚跟撞击IC至第二初始接触IC2或脚跟为了识别攀登，能够从大腿取向or的变化曲线中基于在T1至T3的髋部弯曲增加的时间段(这表示为较大的)中的较大的运动范围或较大的摆动，从T2至T3之间(形式为Apn)[0098]图14示出了对于不同高度差ΔH的大腿取短或髋部的水平位移缩短的情况下大腿取向逐渐地增大。由这种关系能够推导出是否其它运动阶段中储存动能并在其它运动阶段中又输出。不必直接又输出所储存的全部动[0102]图17示出关于小腿角度ps的站立阶段伸展的不同控制变化曲线。膝部伸展能够控制为使得在根据A的变化曲线中小腿或下部件10在膝部伸展运动期间保持近似恒定的取pS又在一个行走周期的从初始接触IC到脚趾离地TO时的摆动阶段开始的阶段上绘出。[0103]图18示出了同样在行走周期的阶段上的两个不同的膝部角这里在初始接触IC之后的阶段以20度的相对刚性的向前屈曲进行。通过根据实线曲线A的[0104]图19示出根据三个曲线图的在被动控制中和在抑制站立阶段弯曲时可能的阻力的曲线图示出了在从脚趾离地1至脚趾离地2的一个行走周期上的伸展阻力Rext，其中，在1.0时是初始接触IC或脚跟撞击。所有三条曲线都在无量纲的时间上通过行走周期的份额加最大屈曲阻力。A阶段中的提高发生在摆动阶段伸展期间，膝关节在初始接触IC时被锁提高伸展阻力Rext，例如通过调节到膝关节的额定伸展率或者根据小腿角度p[0106]图21以虚线示出高度差ΔH等于0在平面中行走时小腿角度ps相对于大腿角度尤其是由在百分之80的行走周期之后、即在脚趾离地TO之后的两条线条之后或在0.8时的[0107]图22以虚线示出高度差ΔH等于0在平面中行走时膝部角度KA相对于大腿角度pr的关系并且以实线示出高度差ΔH大于0在攀爬障碍物或上坡时膝部角度KA相对于大腿角度pr的关系。在一个步伐周期中的0.6在脚趾离地时得出曲线走势的显著差别，然后通过所述差别根据比较算法来估计高度差ΔH并且能够利对于重力方向G分别绘出同侧腿弦线的相应取向和对侧腿弦线的相应取向puko