假肢一直是機器人學和生物醫(yī)學工程領域的前沿性研究課題。
不過，由于假肢技術的進步需要微電子技術、計算機控制技術、機械設計與制造技術、新材料技術，以及人體生物力學、生物醫(yī)學工程解剖學等共同推動，其迭代進程一直較為緩慢。直到90年代初，才出現(xiàn)如智能假肢等產(chǎn)品，解決傳統(tǒng)假肢無法自然跟隨截肢者、速度變化范圍窄、步態(tài)靈活性差、穩(wěn)定性不足等痛點。
1997年，德國公司Ottobock（以下簡稱“奧托博克”），研發(fā)出C-Leg智能仿生腿。2001年冰島公司OSSUR研發(fā)出仿生磁控膝關節(jié)等產(chǎn)品。這些智能仿生膝關節(jié)利用膝關節(jié)角度和踝關節(jié)力矩判斷假肢擺動的速度和位置，同時通過調(diào)節(jié)液壓缸阻尼，或者根據(jù)傳感器計算的形式進一步評估殘障人士步態(tài)，保證其行走過程中的穩(wěn)定和安全。直至彼時，才最終實現(xiàn)對關節(jié)參數(shù)，以及站立相和擺動相的實時控制、調(diào)整。
其中，奧托博克研發(fā)的C-Leg智能仿生膝關節(jié)被評為德國影響世界50大發(fā)明的第31位。
如今隨著技術的進步，非智能機械式膝關節(jié)假肢亦已能實現(xiàn)智能假肢同樣功能。其中奧托博克已有上百年假肢、矯形器和行動輔具（輪椅）等相關產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗。近日，該公司正式發(fā)布了3R85 大牛SRU專利液壓控制系統(tǒng)膝關節(jié)，將膝關節(jié)的穩(wěn)定性與靈活性結合在了一起。康復技術再迎突破。
奧托博克通過內(nèi)置的回轉(zhuǎn)式液壓缸，以及液壓切換系統(tǒng)（專利號：CN111225636A、CN112334095A），使假肢用戶可以在全步態(tài)周期內(nèi)得到動態(tài)支持，實現(xiàn)了從足跟著地到腳尖離地過程中的自然過渡，讓假肢用戶的步態(tài)呈現(xiàn)出自然仿生的效果。也正因為具備了這種特殊的液壓缸設計原理，這款膝關節(jié)在擺動期內(nèi)也具備高度的支撐期屈曲阻尼。這種功能將在用戶行走過程中發(fā)生磕絆時發(fā)揮作用，輔助假肢用戶支撐住身體，降低摔倒風險。
此次，奧托博克推出這款產(chǎn)品的目的，就是期望以非智能化手段，實現(xiàn)假肢的關鍵功能，同時解決殘障人士在假肢產(chǎn)品使用過程中的痛點問題。
推出非智能類的假肢膝關節(jié)產(chǎn)品，以技術手段降低產(chǎn)品價格
據(jù)2006年第二次全國殘疾人調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國各類殘疾人總數(shù)為8296萬人。其中肢體殘疾人數(shù)為2412萬人，截肢人數(shù)為226萬，占肢體殘疾人數(shù)的8%。而這226萬截肢者中，70%為下肢截肢者，約有158萬人。
如今，因各種疾病、交通事故、工傷、自然災害等因素引起的下肢截肢人數(shù)仍在持續(xù)遞增。但假肢等用于恢復四肢功能性障礙康復輔助醫(yī)療設備價格昂貴、維修程序復雜等因素，使得患者需承受昂貴的假肢設備使用經(jīng)濟負擔。
3R85大牛的誕生則從技術角度進一步解決了該問題。
奧托博克3R85大牛膝關節(jié)
據(jù)了解，3R85 大牛是奧托博克非智能產(chǎn)品中目前功能最強的一款膝關節(jié)假肢產(chǎn)品。使用3R85 大牛殘障人士可以交替下樓梯，可以下水，可以在多種運動模式中切換，同時該產(chǎn)品還具有防磕絆功能。
奧托博克告訴動脈網(wǎng)：“我們希望能夠通過技術手段，而非材料及供應鏈手段把產(chǎn)品價格降得更低，讓殘障人士都能用得起假肢膝關節(jié)?！?/span>
回轉(zhuǎn)式液壓缸及SRU液壓控制系統(tǒng)，全步態(tài)周期內(nèi)提供動態(tài)支持
假肢研究需要從膝關節(jié)構造、腿運動的控制方式、踝關節(jié)和腳的構造，以及材料的選用四方面予以突破。其中膝關節(jié)作為鏈接和控制人們?nèi)粘＿\動的重要部位，是下肢假肢產(chǎn)品研發(fā)的關節(jié)。人工膝關節(jié)產(chǎn)品不僅要模擬原有關節(jié)的運動模式，還需在最大程度上保證人行走的安全性及穩(wěn)定性。
目前市面上的膝關節(jié)可以從氣壓膝關節(jié)、液壓膝關節(jié)、智能膝關節(jié)等控制機制進行分類。
奧托博克自主研發(fā)的3R85 大牛膝關節(jié)內(nèi)部高強度的回轉(zhuǎn)式液壓缸專利設計，以及SRU 液壓控制系統(tǒng)使之能夠在全步態(tài)周期內(nèi)為用戶提供動態(tài)支持。支撐期強阻尼功能使用戶在站立時保持穩(wěn)定。液壓控制擺動期使用戶在行走時保持靈活。
多功能融合，使用戶能夠在不同的路面情況下實現(xiàn)正向及倒退行走，同時步態(tài)自然美觀。
具體而言，3R85 大牛膝關節(jié)考慮到用戶實際生活的需要，采用了新型默認支撐性能，結合其持續(xù)穩(wěn)定的支撐期屈曲阻尼，可支持用戶在斜坡上實現(xiàn)雙腿自然交替地正向下斜坡。在一定程度上緩解了假肢用戶在戶外行走時的尷尬。
膝關節(jié)的默認支撐性能以及持續(xù)穩(wěn)定的支撐期屈曲阻尼使用戶可以自然地雙腿交替下斜坡及下樓梯，無需側(cè)身行走，最大屈曲角度為145度。
特殊的液壓缸設計原理使膝關節(jié)在擺動期內(nèi)也具備支撐期屈曲阻尼，因此用戶在行走過程中一旦磕碰到地面障礙物如門檻、石子等，膝關節(jié)的支撐期屈曲阻尼可以快速發(fā)揮功能，輔助用戶支撐住身體，降低摔倒風險。
除此以外，它高度的防水性能可以使用戶穿戴假肢去海邊暢游、泳池戲水、居家洗澡等。據(jù)了解，奧托博克通過6Y110舒沃銀離子帶密封圈硅膠內(nèi)襯套等手段，使該膝關節(jié)懸吊性及抗菌性增強。用戶可穿戴該膝關節(jié)可防海水、淡水、含氯水（游泳池），防水深度可達水下1米。
除游泳等運動外，該產(chǎn)品還支撐騎自行車練瑜伽、翹腿坐、系鞋帶等多種運動模式。其內(nèi)置4R57盤腿器，可實現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)假肢。而支撐期的鎖定模式則可支持使用者進行滑雪、輪滑等操作。而在操作上，用戶只需于關節(jié)體側(cè)面按鈕輕輕一按即可自主切換運動模式，操作簡單便捷。
同時，膝關節(jié)配有防水型鈦合金腿管，用戶無需單獨購買腿管產(chǎn)品。腿管連接處獨特的設計使腿管高度可調(diào)整，滿足用戶的個性化需求。
在腳的設計上（建議搭配元件），奧托博克則采用1C50 Taleo踏躍防水碳纖腳板。其滾動性能強，可以適應各種路面情況。據(jù)奧托博克相關用戶數(shù)據(jù)顯示，使用該產(chǎn)品用戶克輕松行走一整天。
兩大專利技術加持，以非智能化手段實現(xiàn)智能化功能
保持用戶在假肢使用過程中的安全性及穩(wěn)定性，并防止磕絆一直是下肢假肢研發(fā)的難點和首要解決的問題所在。
對于技術研發(fā)者來說，不僅需要運用微電子技術、計算機控制技術、機械設計與制造技術、新材料等手段予以解決，還需要結合人體生物力學、生物醫(yī)學工程解剖學，對人體下肢的運動和受力情況進行動態(tài)的數(shù)量化分析，即步態(tài)分析。其研究主要方法則包括步態(tài)的影像測量、身體平衡測量、肌電測量、支撐反力測量及壓力分布測量等。
為什么奧托博克所研發(fā)的3R85 大牛非智能產(chǎn)品卻能實現(xiàn)防磕絆等功能？
奧托博克告訴動脈網(wǎng)：“3R85 大牛中的液壓控制系統(tǒng)是非常復雜和精密的。它是通過SRU專利的機械結構實現(xiàn)的，而非智能算法。
我們圍繞回轉(zhuǎn)式液壓缸，以及液壓切換系統(tǒng)進行了非常復雜的設計，并申請了兩個專利技術。其中液壓缸的技術原理，即在液壓缸內(nèi)有一個支撐期默認阻尼控制系統(tǒng)。針對防磕絆常出現(xiàn)的擺動期，3R85 大牛內(nèi)部的該系統(tǒng)可使之恢復到默認的支撐期，并提供極大的阻尼支撐，進而起到防磕絆功能。”
中國科學院深圳先進技術研究院的鄭海榮副院長曾說過這樣一句話：“對于一個綜合的現(xiàn)代化工業(yè)制造體系來說，高端醫(yī)學影像設備的屬性不單是一個醫(yī)療產(chǎn)品。在生產(chǎn)制造過程中，它可以帶動我國一批高端產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。”
康復輔具的發(fā)展亦遵循同樣的邏輯。
奧托博克這家百年企業(yè)突破了下肢假肢技術的核心壁壘，而其意義早已不僅在于技術的突破。
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