[发明专利]辅助行走系统

说明书

本发明涉及一种辅助行走系统，用于保留了髋关节屈曲能力的脊髓损伤患者中，包括一对KAFO型矫形器，该矫形器具有：(a)位于每个膝关节中的角度执行器(5)；(b)位于每条腿上的方向和加速度传感器(6)；(c)与所有传感器和执行器连接的动力源和控制系统(7)；(d)控制算法，其使用来自传感器的信息、根据行走周期来决定何时屈曲或者伸展膝关节。

技术领域

本发明涉及一种步态辅助装置，用于保留了髋关节屈曲能力的脊髓损伤患者。特别地，本发明涉及一种用于步态辅助的主动矫形器，通过驱动膝关节和惯性感测的方式，用于保留了髋关节屈曲能力的脊髓损伤患者。此外，本发明的步态辅助装置还可用于帮助患有中风、外伤性脑损伤、多发性硬化、脑瘫和影响下肢的脊髓灰质炎的、保留了髋关节屈曲能力的人。

背景技术

相当多的脊髓损伤患者对髋关节保持有一定的控制，但是不能控制膝关节或踝关节。这些患者可以使用拐杖和被动矫形器(膝盖-脚踝-脚矫形器，或简称KAFO)来行走，被动矫形器阻止膝关节的旋转并限制踝关节的跖屈。这种类型的步态的问题在于，由于膝关节总是完全伸展，因此需要以不自然的方式抬起髋关节来迈步，这带来非常高的能量损耗，导致患者在日常生活中使用轮椅。

在自然步态中，膝关节的屈曲允许在摆动阶段期间降低髋关节，这减小了质心的振荡，从而提高步态的能量效率。使用能够使膝关节的屈曲变得更容易的装置将引导具脊髓损伤患者倾向于更多地行走而不是使用轮椅，这将为他们的康复和健康带来好处。

市面上有一些主动装置，例如Otto Bock公司的C-Brace(见美国专利文献US 8,876,912 B2和US 2010/0125229 A1)，它根据测量腿的方向的惯性传感器的读数以及测量脚与地面接触时的反作用力的力传感器的读数，来调节膝关节刚度。控制系统在支撑阶段锁止膝关节并在摆动阶段释放膝关节。然而，该装置不适合脊髓损伤患者使用，而是适合无需帮助即具有一定行走能力、通常伴有单侧病变的患者使用。美国专利文献US7,985,193B2涉及类似的刚度控制装置，但未具体提到足底传感器。

还有另一关于假体的更通用的专利文献(WO 2010/120403 A2)，该假体通过基于来自传感器的读数控制的执行器来控制关节，但是其仅涉及假体装置。

对于脊髓损伤患者而言，即使是那些无法控制髋关节的患者，也有用于步态辅助的外骨骼，诸如ReWalk(ReWalk Robotics Ltd，以色列),Ekso GT(Ekso Bionics,美国),HAL(Cyberdyne Inc,日本),Exo-H2(Technaid SL,西班牙)，等等。它们是大型且非常昂贵的装置，通过电动机或者功能性电刺激的方式作用于踝关节、膝关节和/或髋关节。

发明内容

本发明涉及一种步态辅助系统，用于保留了髋关节屈曲能力的脊髓损伤患者，以解决现有技术状态的问题和限制。此外，本发明的步态辅助装置还可以用于帮助患有中风、外伤性脑损伤、多发性硬化、脑瘫和影响下肢的脊髓灰质炎的、保留了髋关节屈曲能力的人。

本发明的步态辅助装置可用于帮助患有前面所述疾病的患者行走，而不需要针对个体疾病做特别适应。

更特别地，本发明涉及一种辅助行走系统，包括用于用户腿的至少第一矫形器，其中，该矫形器具有：用于脚部的支撑件，用于小腿的下部结构，用于大腿的上部结构，在下部结构和用于脚部的支撑件之间的下部关节。它还具有在下部结构和上部结构之间的上部关节。该系统还包括传感器阵列，该传感器阵列用于测量至少以下变量：

下部结构与垂直线之间的倾斜角度(θ)，

下部结构和上部结构之间的屈曲角度(α_r)，以及

下部结构的点的垂直加速度(a_z)。