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假肢一直是機(jī)器人學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的前沿性研究課題。
不過，由于假肢技術(shù)的進(jìn)步需要微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、新材料技術(shù)，以及人體生物力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程解剖學(xué)等共同推動(dòng)，其迭代進(jìn)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(diǎn)。
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(guān)節(jié)等產(chǎn)品。這些智能仿生膝關(guān)節(jié)利用膝關(guān)節(jié)角度和踝關(guān)節(jié)力矩判斷假肢擺動(dòng)的速度和位置，同時(shí)通過調(diào)節(jié)液壓缸阻尼，或者根據(jù)傳感器計(jì)算的形式進(jìn)一步評(píng)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(shí)，才最終實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)節(jié)參數(shù)，以及站立相和擺動(dòng)相的實(shí)時(shí)控制、調(diào)整。
其中，奧托博克研發(fā)的C-Leg智能仿生膝關(guān)節(jié)被評(píng)為德國影響世界50大發(fā)明的第31位。
如今隨著技術(shù)的進(jìn)步，非智能機(jī)械式膝關(guān)節(jié)假肢亦已能實(shí)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(dòng)輔具（輪椅）等相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。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(guān)節(jié)，將膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性與靈活性結(jié)合在了一起?？祻?fù)技術(shù)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(hào)：CN111225636A、CN112334095A），使假肢用戶可以在全步態(tài)周期內(nèi)得到動(dòng)態(tài)支持，實(shí)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?yàn)榫邆淞诉@種特殊的液壓缸設(shè)計(jì)原理，這款膝關(guān)節(jié)在擺動(dòng)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(shí)發(fā)揮作用，輔助假肢用戶支撐住身體，降低摔倒風(fēng)險(xiǎn)。
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(shí)現(xiàn)假肢的關(guān)鍵功能，同時(shí)解決殘障人士在假肢產(chǎn)品使用過程中的痛點(diǎn)問題。
推出非智能類的假肢膝關(guān)節(jié)產(chǎn)品，以技術(shù)手段降低產(chǎn)品價(jià)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(zāi)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(fù)四肢功能性障礙康復(fù)輔助醫(yī)療設(shè)備價(jià)格昂貴、維修程序復(fù)雜等因素，使得患者需承受昂貴的假肢設(shè)備使用經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
3R85大牛的誕生則從技術(shù)角度進(jìn)一步解決了該問題。
奧托博克3R85大牛膝關(guān)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(qiáng)的一款膝關(guān)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(yùn)動(dòng)模式中切換，同時(shí)該產(chǎn)品還具有防磕絆功能。
奧托博克告訴動(dòng)脈網(wǎng)：“我們希望能夠通過技術(shù)手段，而非材料及供應(yīng)鏈?zhǔn)侄伟旬a(chǎn)品價(jià)格降得更低，讓殘障人士都能用得起假肢膝關(guān)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(dòng)態(tài)支持
假肢研究需要從膝關(guān)節(jié)構(gòu)造、腿運(yùn)動(dòng)的控制方式、踝關(guān)節(jié)和腳的構(gòu)造，以及材料的選用四方面予以突破。其中膝關(guān)節(jié)作為鏈接和控制人們?nèi)粘＿\(yùn)動(dòng)的重要部位，是下肢假肢產(chǎn)品研發(fā)的關(guān)節(jié)。人工膝關(guān)節(jié)產(chǎn)品不僅要模擬原有關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)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(guān)節(jié)可以從氣壓膝關(guān)節(jié)、液壓膝關(guān)節(jié)、智能膝關(guān)節(jié)等控制機(jī)制進(jìn)行分類。
奧托博克自主研發(fā)的3R85 大牛膝關(guān)節(jié)內(nèi)部高強(qiáng)度的回轉(zhuǎn)式液壓缸專利設(shè)計(jì)，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(dòng)態(tài)支持。支撐期強(qiáng)阻尼功能使用戶在站立時(shí)保持穩(wěn)定。液壓控制擺動(dòng)期使用戶在行走時(shí)保持靈活。
多功能融合，使用戶能夠在不同的路面情況下實(shí)現(xiàn)正向及倒退行走，同時(shí)步態(tài)自然美觀。
具體而言，3R85 大牛膝關(guān)節(jié)考慮到用戶實(shí)際生活的需要，采用了新型默認(rèn)支撐性能，結(jié)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(shí)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(shí)的尷尬。
膝關(guān)節(jié)的默認(rèn)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(shè)計(jì)原理使膝關(guān)節(jié)在擺動(dòng)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(guān)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(fēng)險(xiǎn)。
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(guān)節(jié)懸吊性及抗菌性增強(qiáng)。用戶可穿戴該膝關(guān)節(jié)可防海水、淡水、含氯水（游泳池），防水深度可達(dá)水下1米。
除游泳等運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)模式。其內(nèi)置4R57盤腿器，可實(shí)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(jìn)行滑雪、輪滑等操作。而在操作上，用戶只需于關(guān)節(jié)體側(cè)面按鈕輕輕一按即可自主切換運(yùn)動(dòng)模式，操作簡單便捷。
同時(shí)，膝關(guān)節(jié)配有防水型鈦合金腿管，用戶無需單獨(dú)購買腿管產(chǎn)品。腿管連接處獨(dú)特的設(shè)計(jì)使腿管高度可調(diào)整，滿足用戶的個(gè)性化需求。
在腳的設(shè)計(jì)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(dòng)性能強(qiáng)，可以適應(yīng)各種路面情況。據(jù)奧托博克相關(guān)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(shù)加持，以非智能化手段實(shí)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(diǎn)和首要解決的問題所在。
對(duì)于技術(shù)研發(fā)者來說，不僅需要運(yùn)用微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、新材料等手段予以解決，還需要結(jié)合人體生物力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程解剖學(xué)，對(duì)人體下肢的運(yùn)動(dòng)和受力情況進(jìn)行動(dòng)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(shí)現(xiàn)防磕絆等功能？
奧托博克告訴動(dòng)脈網(wǎng)：“3R85 大牛中的液壓控制系統(tǒng)是非常復(fù)雜和精密的。它是通過SRU專利的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)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(jìn)行了非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)，并申請(qǐng)了兩個(gè)專利技術(shù)。其中液壓缸的技術(shù)原理，即在液壓缸內(nèi)有一個(gè)支撐期默認(rèn)阻尼控制系統(tǒng)。針對(duì)防磕絆常出現(xiàn)的擺動(dòng)期，3R85 大牛內(nèi)部的該系統(tǒng)可使之恢復(fù)到默認(rèn)的支撐期，并提供極大的阻尼支撐，進(jìn)而起到防磕絆功能?！?/span>
中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的鄭海榮副院長曾說過這樣一句話：“對(duì)于一個(gè)綜合的現(xiàn)代化工業(yè)制造體系來說，高端醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的屬性不單是一個(gè)醫(yī)療產(chǎn)品。在生產(chǎn)制造過程中，它可以帶動(dòng)我國一批高端產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展?！?/span>
康復(fù)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(shù)的核心壁壘，而其意義早已不僅在于技術(shù)的突破。
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