小腿假肢接受腔与残肢界面压力分布研究及应用
发布时间：2021-08-26 07:04
小腿假肢是最常见的辅助器具之一,也是小腿截肢患者恢复功能、融入社会的首选。小腿假肢接受腔的有效优化可以显著提高整个假肢的稳定性及与人体的适配性,而接受腔与残肢端交互界面上的力学特征是人机交互过程中产生的最直接、最可信、最稳定的人机交互信息。因此,本论文基于全接触式小腿假肢接受腔和残肢端接触界面的动态压力和步态特征,研究不同运动模式下的残肢端载荷量分布模式以及不同的载荷分布对步态姿态的影响,提出接受腔优化方案,并探究残肢端载荷量分布在小腿运动模式识别和预测方面的应用,最终提出一种新的小腿假肢步态识别预测方法。论文利用自行设计构建的柔性薄膜压力传感器网,实时测量了小腿假肢和残肢端接触界面间标识承载区域在平路行走、上下楼梯和上下坡五种典型运动模式下的动态压力值,同时利用九轴姿态传感器测量了残肢膝关节的姿态变化;针对不同运动模式下的残肢端压力值,分析了界面压力变化的规律,并研究不同承载区域压力值变化对小腿假肢姿态的影响;利用积分思想建立了一种能表征残肢端承载量的表达方法,通过残肢端不同点位的载荷量来表征残肢端的载荷量分布,并分析不同运动模式下残肢端在每个步态中的载荷量分布模式;论文最后利用残肢...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型类别小腿假肢(a)智能电动小腿假肢(b)气动小腿假肢(c)传统小腿假肢小腿假肢接受腔是实现包纳人体残肢端并传递人体和假肢之间的力作用的设备，
西南交通大学硕士研究生学位论文第3页会对残肢的血液循环产生较大的不良影响，不利于残肢端的组织恢复，甚至会导致残肢端软组织坏死。图1.2插入式皮革小腿假肢髌韧带承重小腿假肢是现代工业技术与假肢结合的早期产品，采用树脂复合材料及抽真空成型的技术方法制造而成，该类小腿假肢所采用的接受腔抛弃了金属的膝盖铰链和大腿上靿，在接受腔的前壁设有一个凹槽与髌韧带部位相贴合，因此该类接收器主要以髌韧带为残肢端主要的承重部位，相较于插入式的皮革小腿假肢接受腔，髌韧带小腿假肢接受腔进一步与残肢端部位贴合，承载区域固定，更符合人体解剖要求。根据其接受腔的悬吊方式不同又可分为环带式（PTB）、包膝式(PTES)、楔子式（KBM）三种类型。其中PTB小腿假肢是带有髌韧带上环带的髌韧带承重小腿假肢，适用于小腿中部三分之一以下，踝上100mm之间的截肢患者；PTES式髌韧带承重小腿假肢所采用的接受腔前壁延伸带髌骨上沿，包裹住髌骨，接受腔的两侧延伸到股骨内外踝上沿，具有优异的悬吊性能，适用于残肢端过短的小腿截肢患者；KBM式髌韧带承重小腿假肢和PTES式小腿假肢接受腔均是适用于残肢端过短的截肢患者，但是其悬吊方式与后者不同，KBM式小腿假肢接受腔前壁延伸至髌骨的下沿，两侧呈翼状凸起并延伸至股骨内外踝上沿，同时在接受腔的内上壁设计了一个可以拆卸且三维形貌符合股骨内踝的楔形板，当残肢插入接受腔后再插入该楔形板，从而起到悬吊固定作用。由于KBM有一块楔形板的辅助，使得其外观优于PTES小腿假肢接受腔。
西南交通大学硕士研究生学位论文第4页图1.3髌韧带承重小腿假肢：aPTES型，bPTK型，cPTB型全接触式承重小腿假肢TSB(total-surface-bearing)是当下非常常见且使用量加多的小腿假肢类型，其主要的特点是所采用的小腿假肢接受腔是专门在残肢端承重状态下获取接受腔的三维形貌，因此所制作的接受腔能与残肢全面接触。全接触式小腿假肢接受腔的两侧在设计制作时会根据技师的经验适当向上延伸，靠全接触和该延伸部位紧固悬吊接受腔，具有能分散承载，可不用髌上环带悬吊的特点。最主要是的是能适合各个部位的小腿截肢患者。1.3小腿假肢接受腔发展趋势小腿假肢接受腔分类众多，随着截肢患者的使用反馈和市场的检验，得益于全接触式小腿假肢接受腔的特点，全接触式小腿假肢接受腔逐渐成为了小腿假肢主要采用的接受腔类型。全接触式小腿假肢接受腔常用于传统小腿假肢和智能小腿假肢，患者在穿戴时常常会穿搭配一个内衬套，在运动过程中由于残肢端所承受的载荷会因为和接受腔的全面接触而分散分布在残肢端外表面，故而能降低残肢端表面局部的载荷集中，降低了大载荷对残肢端组织的二次伤害，克服了插入式接受腔局部承载的缺点。同时全接触式的承载模式对残肢端组织而言是一个循环动态的小载荷刺激，能刺激残肢软组织的血液循环，对残肢端的康复起到一定的积极作用。因为全接触式小腿假肢的这系列优势，全接触式小腿假肢接受腔被越来越多的小腿截肢患者所选用，逐渐成小腿假肢为行业发展的趋势[8,11]。全接触式小腿假肢包含能与残肢端完全接触的接受腔、柔性内衬套、支撑链接部件、功能部件（脚踝关节，假肢脚板等）和装饰部件（仿真外壳等），如图1.4所示。abc
【参考文献】：
期刊论文
[1]假肢接受腔-人体皮肤界面往复摩擦能量损耗的研究[J]. 纪伟,展茂利,李炜,周仲荣. 摩擦学学报. 2017(04)
[2]康复机器人与智能辅助系统的研究进展[J]. 侯增广,赵新刚,程龙,王启宁,王卫群. 自动化学报. 2016(12)
[3]下肢截肢者穿戴假肢行走能力的评价[J]. 魏艳琴,曹学军,杨平,蔡丽飞. 中国康复理论与实践. 2016(07)
[4]假肢材料与人体下肢皮肤界面的摩擦特性[J]. 徐萍,石磊,庞强,李炜. 机械工程学报. 2015(05)
[5]假肢接受腔硅胶材料的力学性能研究[J]. 徐萍. 机械. 2014(08)
[6]我国假肢技术的研究与进展[J]. 王人成. 中国康复医学杂志. 2012(11)
[7]人体下肢动力学建模与仿真研究现状[J]. 王建辉,徐秀林. 中国康复理论与实践. 2012(08)
[8]国内外假肢的发展历程[J]. 沈凌,喻洪流. 中国组织工程研究. 2012(13)
[9]中国残疾人政策及其发展理念[J]. 王新文,段世江. 前沿. 2012(02)
[10]小腿假肢接受腔计算机三维模型的构建[J]. 张绍岚,李古强,邵长庆. 中国组织工程研究与临床康复. 2010(48)
硕士论文
[1]基于足底压力及足部姿态的人体步态解析方法的研究[D]. 高莉俊.安徽工程大学 2018
[2]下肢运动模式识别及运动姿态预测算法研究[D]. 孙鼐华.长安大学 2015
[3]小腿残肢/接受腔摩擦界面的三维建模及有限元分析[D]. 孔亮.西南交通大学 2014
本文编号：3363786
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型类别小腿假肢(a)智能电动小腿假肢(b)气动小腿假肢(c)传统小腿假肢小腿假肢接受腔是实现包纳人体残肢端并传递人体和假肢之间的力作用的设备，
西南交通大学硕士研究生学位论文第3页会对残肢的血液循环产生较大的不良影响，不利于残肢端的组织恢复，甚至会导致残肢端软组织坏死。图1.2插入式皮革小腿假肢髌韧带承重小腿假肢是现代工业技术与假肢结合的早期产品，采用树脂复合材料及抽真空成型的技术方法制造而成，该类小腿假肢所采用的接受腔抛弃了金属的膝盖铰链和大腿上靿，在接受腔的前壁设有一个凹槽与髌韧带部位相贴合，因此该类接收器主要以髌韧带为残肢端主要的承重部位，相较于插入式的皮革小腿假肢接受腔，髌韧带小腿假肢接受腔进一步与残肢端部位贴合，承载区域固定，更符合人体解剖要求。根据其接受腔的悬吊方式不同又可分为环带式（PTB）、包膝式(PTES)、楔子式（KBM）三种类型。其中PTB小腿假肢是带有髌韧带上环带的髌韧带承重小腿假肢，适用于小腿中部三分之一以下，踝上100mm之间的截肢患者；PTES式髌韧带承重小腿假肢所采用的接受腔前壁延伸带髌骨上沿，包裹住髌骨，接受腔的两侧延伸到股骨内外踝上沿，具有优异的悬吊性能，适用于残肢端过短的小腿截肢患者；KBM式髌韧带承重小腿假肢和PTES式小腿假肢接受腔均是适用于残肢端过短的截肢患者，但是其悬吊方式与后者不同，KBM式小腿假肢接受腔前壁延伸至髌骨的下沿，两侧呈翼状凸起并延伸至股骨内外踝上沿，同时在接受腔的内上壁设计了一个可以拆卸且三维形貌符合股骨内踝的楔形板，当残肢插入接受腔后再插入该楔形板，从而起到悬吊固定作用。由于KBM有一块楔形板的辅助，使得其外观优于PTES小腿假肢接受腔。
西南交通大学硕士研究生学位论文第4页图1.3髌韧带承重小腿假肢：aPTES型，bPTK型，cPTB型全接触式承重小腿假肢TSB(total-surface-bearing)是当下非常常见且使用量加多的小腿假肢类型，其主要的特点是所采用的小腿假肢接受腔是专门在残肢端承重状态下获取接受腔的三维形貌，因此所制作的接受腔能与残肢全面接触。全接触式小腿假肢接受腔的两侧在设计制作时会根据技师的经验适当向上延伸，靠全接触和该延伸部位紧固悬吊接受腔，具有能分散承载，可不用髌上环带悬吊的特点。最主要是的是能适合各个部位的小腿截肢患者。1.3小腿假肢接受腔发展趋势小腿假肢接受腔分类众多，随着截肢患者的使用反馈和市场的检验，得益于全接触式小腿假肢接受腔的特点，全接触式小腿假肢接受腔逐渐成为了小腿假肢主要采用的接受腔类型。全接触式小腿假肢接受腔常用于传统小腿假肢和智能小腿假肢，患者在穿戴时常常会穿搭配一个内衬套，在运动过程中由于残肢端所承受的载荷会因为和接受腔的全面接触而分散分布在残肢端外表面，故而能降低残肢端表面局部的载荷集中，降低了大载荷对残肢端组织的二次伤害，克服了插入式接受腔局部承载的缺点。同时全接触式的承载模式对残肢端组织而言是一个循环动态的小载荷刺激，能刺激残肢软组织的血液循环，对残肢端的康复起到一定的积极作用。因为全接触式小腿假肢的这系列优势，全接触式小腿假肢接受腔被越来越多的小腿截肢患者所选用，逐渐成小腿假肢为行业发展的趋势[8,11]。全接触式小腿假肢包含能与残肢端完全接触的接受腔、柔性内衬套、支撑链接部件、功能部件（脚踝关节，假肢脚板等）和装饰部件（仿真外壳等），如图1.4所示。abc
【参考文献】：
期刊论文
[1]假肢接受腔-人体皮肤界面往复摩擦能量损耗的研究[J]. 纪伟,展茂利,李炜,周仲荣. 摩擦学学报. 2017(04)
[2]康复机器人与智能辅助系统的研究进展[J]. 侯增广,赵新刚,程龙,王启宁,王卫群. 自动化学报. 2016(12)
[3]下肢截肢者穿戴假肢行走能力的评价[J]. 魏艳琴,曹学军,杨平,蔡丽飞. 中国康复理论与实践. 2016(07)
[4]假肢材料与人体下肢皮肤界面的摩擦特性[J]. 徐萍,石磊,庞强,李炜. 机械工程学报. 2015(05)
[5]假肢接受腔硅胶材料的力学性能研究[J]. 徐萍. 机械. 2014(08)
[6]我国假肢技术的研究与进展[J]. 王人成. 中国康复医学杂志. 2012(11)
[7]人体下肢动力学建模与仿真研究现状[J]. 王建辉,徐秀林. 中国康复理论与实践. 2012(08)
[8]国内外假肢的发展历程[J]. 沈凌,喻洪流. 中国组织工程研究. 2012(13)
[9]中国残疾人政策及其发展理念[J]. 王新文,段世江. 前沿. 2012(02)
[10]小腿假肢接受腔计算机三维模型的构建[J]. 张绍岚,李古强,邵长庆. 中国组织工程研究与临床康复. 2010(48)
硕士论文
[1]基于足底压力及足部姿态的人体步态解析方法的研究[D]. 高莉俊.安徽工程大学 2018
[2]下肢运动模式识别及运动姿态预测算法研究[D]. 孙鼐华.长安大学 2015
[3]小腿残肢/接受腔摩擦界面的三维建模及有限元分析[D]. 孔亮.西南交通大学 2014
本文编号：3363786
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