[发明专利]一种无动力髋关节储能助行外骨骼

说明书

本发明公开了一种无动力髋关节储能助行外骨骼，包括小腿托、小支腿、膝关节、大支腿、支腿组件、骨盆支架组件和背板组件，小支腿固定在小腿托上，小支腿通过膝关节与大支腿连接，大支腿上端与支腿组件连接，支腿组件上端与骨盆托组件铰接，骨盆托组件与背板组件固定连接，支腿组件上设置储能元件。本发明在连接骨盆托和大支腿的髋关节端盖中设置储能元件，通过调节储能元件预紧力储存具有不同损伤情况的患者的骨盆和髋关节伸展产生的能量，在屈曲运动时释放，降低患者重心前移的能量消耗。

技术领域

本发明涉及一种人工骨骼，尤其涉及一种无动力髋关节储能助行外骨骼。

背景技术

助行外骨骼起源于军事领域，用于增强士兵行走和负重能力，后来逐渐转为民用，目的在于辅助截瘫患者重建行走功能、为下肢运动功能减弱的老年人提供行走助力。截瘫患者丧失了站立及行走功能，出现肌肉萎缩、痉挛、骨质疏松等并发症，而行走功能是维持肌肉、骨骼与心肺功能的基本条件。因此，通过外骨骼帮助患者重新实现站立和行走对其身心康复和预防并发症均有重要意义。

目前，临床上被广泛使用的无动力式外骨骼主要包括膝-踝-足矫形器(Kneeankle foot orthosis，KAFO)、内侧连接式矫形器(Medial linkage orthosis，MLO)和往复式步行矫形器(Reciprocating gait orthosis，RGO)及其改良形式。

KAFO由小腿托、小腿支条、大腿托、大腿支条和膝关节锁组成。膝关节锁连接大腿和小腿支条，行走时处于锁定状态，防止因膝关节屈曲而导致患者摔倒等意外的发生。KAFO的设计理念非常简单，即行走时增加人体下肢关节刚度，为其提供外部支撑。由于左右两侧结构独立，且无骨盆和髋关节支撑结构的约束，因此行走时患者先将重心侧向转移到起支撑作用一侧的下肢上，通过拐杖或助行架保持身体平衡，然后利用躯干肌群(和残存的屈髋肌群)“甩”出对侧处于摆动前期的下肢。

MLO是在KAFO基础上采用不同形式的铰链(如：人字铰链、带有滚动轴承的弧形滑动铰链、齿轮铰链等)将左右侧在大腿内侧根部连接起来，形成Walkabout、Moorong MLO和Araz MLO等具有交互形式的无动力外骨骼，目的在于将行走过程中支撑一侧下肢蹬地时髋关节产生的力矩传递到对侧髋关节，帮助对侧髋关节完成屈曲运动。然而，临床研究表明：相比KAFO，通过铰链传递髋关节力矩的方式并没有帮助患者降低行走时的能量消耗。

20世纪60年代，Motloch提出利用躯干伸展驱动下肢移动的概念。基于此概念，先后形成了LSU-RGO、改良式往复式截瘫矫形器(Advanced reciprocating gait orthosis，ARGO)和等中心复式截瘫矫形器(Isocentric reciprocating gait orthosis，IRGO)，利用钢索或摇杆连接左右侧髋关节。行走时患者首先将身体重心转移至支撑一侧的下肢上，然后伸展躯干使同侧髋关节做过伸运动，通过钢索或摇杆带动对侧髋关节做屈曲运动，实现了利用躯干在矢状面的伸展形成交互行走的目的。上述三种往复式无动力外骨骼将患者的行走运动限制在矢状面。相比KAFO，这三种无动力外骨骼仅提高了使用患者的损伤平面，并未降低具有相似损伤情况的患者行走时的能量消耗。

此后，仿生储能式的截瘫助行外骨骼问世，该外骨骼利用储能元件模拟人体髂腰肌储存截瘫患者行走过程中髋关节伸展产生的能量，在屈曲运动中释放，帮助患者完成摆腿动作。相比KAFO和RGO，仿生储能式的截瘫助行外骨骼在一定程度上降低了患者行走能量消耗，但该外骨骼仅回收了患者矢状面的能量，忽视了冠状面人体重心转移过程中能量再利用问题。