[发明专利]用于关节运动模拟的系统和方法

权利要求书

1.一种用于驱动假体元件的模拟器，其特征在于，其包括：

假体驱动机构，其驱动所述假体元件；

传感器，其测量施加到所述假体元件的力；以及

控制系统，其响应于所述传感器和模拟输入而驱动所述假体驱动机构，所述控制系统包含并入有韧带的表示的计算模型。

2.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，其中所述表示包含所述韧带的三维几何结构。

3.根据权利要求2所述的模拟器，其特征在于，其中所述韧带的所述几何结构由所述韧带的相对末端处的插入部位来界定。

4.根据权利要求1、2或3所述的模拟器，其特征在于，其中所述表示包含所述韧带的机械特性。

5.根据权利要求4所述的模拟器，其特征在于，其中所述韧带的所述机械特性包含所述韧带的弹性或黏弹性特性中的至少一者。

6.根据任何前述权利要求所述的模拟器，其特征在于，其中所述表示包含所述韧带的不同纤维的特性。

7.根据权利要求6所述的模拟器，其特征在于，其中每一纤维包含不同插入部位。

8.根据任何前述权利要求所述的模拟器，其特征在于，其进一步包括测量所述假体元件的位移的位移传感器。

9.根据权利要求8所述的模拟器，其特征在于，其中所述位移传感器包含位置与角位移传感器。

10.根据权利要求7或8所述的模拟器，其特征在于，其中所述模型响应于所述位移传感器而确定减轻所述控制系统的作用的韧带的约束力或扭矩。

11.根据任何前述权利要求所述的模拟器，其特征在于，其中所述控制系统包括嵌套回路设计。

12.一种用于驱动假体元件的控制系统，其特征在于，所述控制系统包含并入有韧带的表示的计算模型。

13.根据权利要求12所述的控制系统，其特征在于，其中韧带的所述表示包含所述韧带的三维插入部位和机械特性。

14.一种用于驱动假体元件的模拟器，其特征在于，其包括：

假体驱动机构，其经配置以在所述假体元件的加速磨损测试期间驱动所述假体元件；

传感器机构，其测量施加到所述假体元件的力；

位置与角位移传感器，其测量所述假体元件的位移；

模拟输入，其表示所述模拟器的动作；以及

闭合回路反馈控制系统，其响应于所述传感器而确定用于所述驱动机构的驱动信号，所述控制系统包含并入有韧带纤维的机械表示的计算模型，所述机械表示包含韧带纤维的插入部位的三维几何结构和机械特性，所述模型响应于所述位置与角位移传感器而确定韧带的约束力，所述控制系统将所述所确定的约束力和测得的力与所述模拟输入组合。

15.一种在模拟器中驱动假体元件的方法，其特征在于，其包括：

将驱动所述假体元件的模拟输入施加到控制系统；

感测施加到所述假体元件的力；

感测所述假体元件的位移；

在并入有韧带的表示的计算模型中，响应于所述感测到的位移而确定所述韧带的约束力；

在驱动所述假体元件的过程中将所述模拟输入与所述所确定的约束力和所述测得的力组合。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，其中所述表示包含所述韧带的三维几何结构。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其进一步包含通过所述韧带的适当末端处的插入部位来界定所述韧带的所述几何结构。

18.根据权利要求15、16或17所述的方法，其特征在于，其中所述表示包含所述韧带的机械特性。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，其中所述韧带的所述机械特性包含所述韧带的弹性或黏弹性特性中的至少一者。

20.根据权利要求15到19中任一权利要求所述的方法，其特征在于，其中所述表示包含所述韧带的不同纤维的特性。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，其中每一纤维包含不同插入部位。

22.根据权利要求15到21中任一权利要求所述的方法，其特征在于，其中感测位移包含感测位置与角位移。