[发明专利]用于来自下肢矫形器的通信的人机接口

说明书

一种下肢矫形器经配置以跨越人的至少一个关节耦合以用于步态辅助，且可并入有可以各种组合用于辅助肌肉功能或控制受损的患者进行肌肉功能康复及复原的膝盖辅助矫正装置(261)、大腿辅助矫正装置(301；401)、髋部辅助矫正装置(601；701)及脚踝/脚辅助矫正装置(801；821)。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2013年11月12日提出申请的标题为“用于步态辅助的矫形器(Orthoses for Gait Assistance)”的序列号为61/903,087的美国临时申请案的权益。

背景技术

本发明涉及辅助具有受损肌肉功能或控制的患者進行肌肉功能的康复及复原的矫形装置。更特定来说，本发明涉及适合用于关于具有附器的受损神经肌肉/肌肉功能的患者的治疗用途的矫形装置及这些矫形装置的配置，包含但不限于包含加强附器的经改进功能以用于例如行走的活动的机动化支具系统及相关控制系统的矫形装置。

数百万个体患有行走能力的部分或全部丧失，从而导致受折磨个体的大大受损的可动性。此残疾状态可起因于外伤、中风或导致影响肌肉控制的紊乱的其它病况。不管起源，行走受损的开始及继续可导致患病个体的额外消极身体及/或心理结果。为了改进具有行走受损的患者的健康及生活质量，可改进或复原行走功能的装置及方法的开发对于医疗及治疗团体具有重大效用。除行走受损之外，还存在干扰附器的肌肉控制从而导致受影响个体的功能丧失及其它不利状况的一系列病况。改进或复原这些额外功能的装置及方法的开发也受到医疗及治疗团体的极大关注。

医学领域中正开发人类外骨骼装置以使具有影响肌肉控制的紊乱的人的适当肌肉功能复原及康复。这些外骨骼装置可表示为可将力施加到穿戴者的附器的机动化支具的系统。在康复设定中，外骨骼由理疗师及/或穿戴外骨骼的患者(其使用多个可能输入中的一者来命令外骨骼控制系统)控制。继而，外骨骼控制系统致动机动化支具的位置，从而引起到外骨骼穿戴者的身体的力施加及通常外骨骼穿戴者的身体的移动。

外骨骼控制系统规定且控制外骨骼的关节的轨迹。这些轨迹可规定为基于位置的、基于力的或两种方法的组合，例如在阻抗控制器中看到的那些。基于位置的控制系统可直接通过规定位置的修改来修改外骨骼轨迹。基于力的控制系统可通过规定力分布曲线的修改来修改外骨骼轨迹。外骨骼控制系统通过一系列外骨骼轨迹的使用来命令复杂外骨骼移动(例如行走)，其中越来越复杂的外骨骼移动需要一系列越来越复杂的外骨骼轨迹。这些系列的轨迹可为循环的，例如外骨骼关于每条腿采取一系列步伐，或其可为离散的，例如外骨骼从坐位起身为站位。

取决于患者的特定生理或康复阶段，外骨骼在行走所需要的各种运动中必须提供不同程度的辅助。对于一些患者(例如下身麻痹患者)，现代外骨骼的致动器必须提供行走所需要的所有力。然而，在其中患者具有某种功能的一些应用中，仅仅在步态循环中在正确位置处沿正确方向提供推力可为足够的。此种运动辅助可比作推秋千上的小孩：所提供的推力不必为精确的，只要其既不小得使秋千的运动衰减也不大得使秋千的运动变得不稳定。因此，外骨骼可能通过仅仅在步态循环的关键部分处提供某种辅助而促进患者的行走。

在对其下肢具有受限制使用的人中，复原膝盖的功能对于站立或行走功能的复原是关键的，因为腿在不具有发挥机能膝盖的情况下无法承受重量。此在假肢领域内是清晰的，其中最大努力及设计复杂度致力于膝盖假肢的设计。在历史上，膝盖假肢首先并入有微处理器且稍后还并入有动力致动器。在矫形器领域中，常规机械装置包含在膝盖打直时锁定且在稍后站立中解锁使得人可在摆动期间弯曲其膝盖的支具；这些装置已可用达数十年，但最近进展已使其更小且更可靠。较新矫形器(如假肢)已开始包含对于可变状况允许较大稳健性的微处理器。举例来说，在传统纯机械矫形器中，通过在末期摆动中达到完全膝盖伸展而触发锁定膝盖以用于站立。然而，通过使用其它标志器(例如使用加速度计寻找与支撑表面的撞击)而使膝盖在末期摆动中锁定可为合意的，即使膝盖伸展并非完全的。机械地设计此些行为是极其困难的，但用微处理器实施此些行为可为平凡的。存在此项技术已知的此些装置的许多实例，此些装置中的一些装置可用于出售。