下肢截肢會(huì)給患者行動(dòng)造成障礙,尤其是膝關(guān)節(jié)以上部位截肢會(huì)嚴(yán)重影響其行動(dòng)能力,給其家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。佩戴性能優(yōu)異的假肢能極大地提高截肢患者的行動(dòng)能力,提高患者的社會(huì)活動(dòng)參與度。當(dāng)前,由于被動(dòng)假肢成本低,被動(dòng)假肢是目前使用最廣泛的假肢。但是佩戴被動(dòng)假肢的患者使用時(shí)往往步態(tài)不自然、行走能量消耗大,且難以實(shí)現(xiàn)在不同地形下順暢行走。智能下肢假肢通過(guò)檢測(cè)外部行走環(huán)境和識(shí)別人的運(yùn)動(dòng)意圖,能夠自動(dòng)適應(yīng)外部行走環(huán)境,使佩戴者步態(tài)更加自然,行走更加省力,從而能更好地代償缺失的行動(dòng)能力。目前,動(dòng)力（主動(dòng)）下肢假肢是智能下肢假肢中的研究熱點(diǎn),由于它具備動(dòng)力輸出,能更好地代償下肢截肢者缺失的功能。但現(xiàn)有的動(dòng)力型下肢假肢系統(tǒng)通常需要截肢者通過(guò)減速、停下、按壓電子開(kāi)關(guān)或者做出與行走不相關(guān)的肢體動(dòng)作（如夸張的臀部伸展或向前/向后搖擺假肢等）來(lái)檢測(cè)截肢者的行走模式意圖,實(shí)現(xiàn)不同步態(tài)控制策略的轉(zhuǎn)換。這種非直覺(jué)的控制方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)假肢在不同地形之間的穩(wěn)定、順暢和自然地行走。為了彌補(bǔ)這一不足,下肢假肢需要在感知外部環(huán)境的同時(shí)理解人的運(yùn)動(dòng)意圖,控制假肢本體以合適的步態(tài)行走。這就需要解決運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別這一關(guān)鍵問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)假肢與... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)廣東省

【文章頁(yè)數(shù)】：155 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

殘疾人口統(tǒng)計(jì)圖:(A)我國(guó)殘疾人口分布（2010年統(tǒng)計(jì)）；(B)我國(guó)下肢截肢人

緒論7第一階段：原始萌芽階段。這一階段主要表現(xiàn)為使用最原始的材料制作假肢，如木頭，動(dòng)物皮革，動(dòng)物的角、筋等。國(guó)外可考的最早的假肢可追溯到約3000年前，古埃及人使用木頭和皮革制作了一個(gè)大腳趾，這是最早的功能性假肢[30]。國(guó)內(nèi)可考的最早的假肢，可追溯到2000多年前，考古學(xué)家在新疆吐魯番金盛店發(fā)現(xiàn)了使用楊木、牛角、馬蹄、牛皮等制成的假腳[31]。對(duì)于實(shí)現(xiàn)難度較大的膝上假肢，則出現(xiàn)在古羅馬時(shí)代。由于技術(shù)條件限制，這一階段的假肢功能十分原始，難以為佩戴者提供穩(wěn)定的支撐。第二階段：文藝復(fù)興時(shí)期，外觀和機(jī)械結(jié)構(gòu)快速發(fā)展階段。文藝復(fù)興時(shí)期的科技和藝術(shù)使得假肢在機(jī)構(gòu)和外觀上和真實(shí)的肢體具有很高的相似度。由于將鉸鏈應(yīng)用于關(guān)節(jié)上，關(guān)節(jié)功能上有了很大的進(jìn)步。如在被稱為“現(xiàn)代外科學(xué)之父”的AmbroiseParé的手稿中就有外觀和結(jié)構(gòu)都十分精巧的假肢結(jié)構(gòu)圖（圖1.2），這和現(xiàn)代假肢幾乎沒(méi)有太大差別。但這一階段，由于材料只限于金屬（銅、鐵）、木質(zhì)、皮革等，在假肢接受腔以及假肢固定上存在問(wèn)題，假肢質(zhì)量沉重，與殘肢接觸部分不夠柔軟，容易引起殘肢損傷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間舒適佩戴。圖1.2AmbroiseParé書(shū)籍中關(guān)于下肢假肢的插圖Fig.1.2IllustrationsoflowerlimbprosthesesinAmbroiseparé"sbook第三階段：二次世界大戰(zhàn)后，新型材料的使用和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)階段。這使得佩戴的舒適性和步態(tài)得到改善。主要表現(xiàn)：一是材料上碳纖維和生物材料（如硅膠）的使用。鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高但太重，鋁合金重量輕但強(qiáng)度差。相比之下，碳纖維不但質(zhì)量輕而且具有較好的強(qiáng)度和韌性，因此能制作質(zhì)量小具有彈性且堅(jiān)

緒論91.2.1下肢假肢關(guān)節(jié)及系統(tǒng)方面國(guó)外：以德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)和冰島幾個(gè)國(guó)家為首，代表了當(dāng)前世界最先進(jìn)的商業(yè)化假肢（圖1.3）。德國(guó)Ottobock公司典型的產(chǎn)品C-Leg和Genium是當(dāng)前使用最多的半主動(dòng)下肢假肢，是世界上智能仿生假肢的里程碑產(chǎn)品。這兩款假肢通過(guò)內(nèi)置的各種傳感器對(duì)膝關(guān)節(jié)的角度、負(fù)荷等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行采樣，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的步態(tài)周期和行走狀態(tài)，既保證了擺動(dòng)期靈活自然，有使得在支撐期安全可靠。C-Leg單軸液壓阻尼通過(guò)電機(jī)控制流量控制閥的開(kāi)度，來(lái)改變膝關(guān)節(jié)彎曲和伸展的阻尼，通過(guò)有限狀態(tài)機(jī)控制方法實(shí)現(xiàn)了膝關(guān)節(jié)的彎曲和伸展，行走速度能隨著患者步行速度的變化而變化[35]。而冰島Ossur公司的PowerKnee下肢假肢則是當(dāng)前世界上唯一商業(yè)化的動(dòng)力型假肢，作為一種高度智能的主動(dòng)膝關(guān)節(jié)假肢，它通過(guò)監(jiān)測(cè)健康腿關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息和足底壓力，使得POWERKNEE能夠跟隨患者健側(cè)肢體的行走步態(tài)，并根據(jù)健側(cè)的行走速度、步幅、步頻以及不同地形自動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整[35]，使得患者佩戴后能夠自然行走，大大改善了其行走步態(tài)。圖1.3典型假肢：（A）Ottobock公司的C-Leg假肢；（B）Ossur公司的PowerKnee假肢；（C）Elite公司的Linx假肢Fig.1.3Typicalprostheses.（A）C-LegofOttobock;（B）PowerKneeofOssur;（C）LinxofElite國(guó)內(nèi)：我國(guó)在智能假肢的研究開(kāi)始于20世紀(jì)80年代初，起步相對(duì)較晚，但發(fā)展十分迅速。例如，清華大學(xué)的王人成、金德聞等人設(shè)計(jì)并嘗試了利用肌

【參考文獻(xiàn)】：
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