專利名稱：由襯套和肌電電極單元組成的系統(tǒng)的制作方法
由襯套和肌電電極單元組成的系統(tǒng)
本發(fā)明涉及一種由安置在截肢殘段與假肢筒之間的襯套和肌電的 電極單元組成的系統(tǒng)，該電極單元用于檢測用于控制截肢殘段上的假 肢的肌電信號。
肌電極用于檢測和分析計(jì)算表面肌動圖，在該肌動圖的基礎(chǔ)上控 制假肢的電機(jī)驅(qū)動的元件。在此，這種假肢、尤其是假臂的整個功能 性直接取決于肌電極的質(zhì)量。從現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公知有源肌電極，這 些肌電極由用于導(dǎo)出肌電圖的放電電極以及由信號放大和信號處理的 元件組成。
迄今在閉合的塑料殼體中制成的肌電極由一個對準(zhǔn)截肢殘段的輸 入接口和一個對準(zhǔn)假肢的輸出接口組成。輸入接口由設(shè)置在殼體表面 上的金屬的放電電極構(gòu)成。輸出接口提供放大和整理過的模擬形式或 數(shù)字形式的肌電圖信號以供假肢使用。
在近幾年中，在假肢的供給技術(shù)中可看到朝向所謂的襯套一筒技 術(shù)發(fā)展。在此與在傳統(tǒng)假肢筒中不同的是，由病人首先將一個軟的、 長筒襪式的件套到截肢殘段上，該件被稱為襯套。病人接著將假肢穿 戴到套上去的襯套上。襯套在截肢殘段與假肢之間構(gòu)成一個連接，該 連接一方面改善假肢筒與截肢殘段的配合，另一方面提高假肢的佩戴 舒適性。襯套用如硅樹脂或聚氨酯那樣的材料制造并且具有在截肢殘 段上極佳的附著性能，這些附著性能附加地通過襯套在截肢殘段上的 氣密連接大大地得到改善。
現(xiàn)在公知的電纜連接的肌電極不可與襯套技術(shù)一起使用。因?yàn)檫@ 些肌電極彈性地懸掛在筒中，必須在襯套中切一個窗口以便建立放電 電極與截肢殘段上的皮膚之間的觸點(diǎn)接觸。這會導(dǎo)致襯套與截肢殘段 之間的附著性能降低。此外，必須將襯套極其精確地放置在截肢殘段 上，以便襯套中的窗口被構(gòu)造得精確地朝著假肢筒中肌電極的位置。
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)避免現(xiàn)有技術(shù)中 公知的缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，這通過具有權(quán)利要求1的特征的系統(tǒng)來解 決，在該系統(tǒng)中設(shè)置有一個安裝在襯套的朝向截肢殘段的一側(cè)上的測 量單元和一個安裝在襯套的背離截肢殘段的一側(cè)上的接收單元，其中， 測量單元具有一個用于肌電信號到接收單元的無線信號傳遞的發(fā)送 器。由此一方面可以利用襯套技術(shù)在佩戴舒適性和附著性能方面的優(yōu) 點(diǎn)，另一方面可以使用具有肌電控制的假肢。即存在一種由兩個單元 組成的遙測肌電極，其中的一個單元朝向截肢殘段的皮膚安裝在襯套 內(nèi)部，該單元的接收單元安裝在襯套與假肢筒之間，優(yōu)選安裝在假肢 筒上。
本發(fā)明也提出，在測量單元中安置一個用于放大肌電信號的放大 器、 一個用于將所述信號數(shù)字化的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及一個用于將所 述信號編碼的編碼單元，以便將放大的、數(shù)字化的和編碼的信號通過 發(fā)送單元無線地傳遞給安置在襯套外部的接收單元。接收單元將接收 到的肌電圖信號繼續(xù)傳遞給假肢內(nèi)部的繼續(xù)處理裝置。為了可以無問 題地戴上襯套，測量單元可固定安裝例如粘結(jié)或焊接到襯套的內(nèi)側(cè)面 上。優(yōu)選測量單元作為防水的罩以扁平結(jié)構(gòu)形式直接集成在襯套中。 由此該遙測肌電方法允許在假肢筒內(nèi)部使用封閉的襯套，該襯套將假 肢的機(jī)電元件與截肢殘段隔開。
為了無磨損和免維護(hù)地構(gòu)造測量單元，在測量單元中安置一個感 應(yīng)線圈或一個用于變換交變電磁場的裝置，以致可以放棄自身的能量 源例如蓄電池。能量傳遞則通過在接收單元中產(chǎn)生的交變電磁場來進(jìn) 行，以致實(shí)施遙測的能量傳遞。
除了通過電磁波傳遞肌電信號還提出，發(fā)送器光學(xué)地構(gòu)造并且接 收單元中的接收器是一個光學(xué)傳感器，以便能夠光學(xué)地傳遞信號。在 測量單元中可安裝一個效率高的發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管通過發(fā)光 強(qiáng)度的通/斷調(diào)制將放電電極的數(shù)字化的二進(jìn)制信號發(fā)送給安裝在襯套 那側(cè)的接收單元。
信號傳遞也可通過頻率調(diào)制的負(fù)載調(diào)制來進(jìn)行，其中電流供給的 傳遞與肌電圖信號的傳遞相耦合。其中測量單元使用于傳遞供給能量 的諧振電路失調(diào)。該失調(diào)用二進(jìn)制的信號電流調(diào)制。該失調(diào)在接收單 元中被檢波和解調(diào)。
信號傳遞也可通過幅值調(diào)制的負(fù)載調(diào)制來進(jìn)行，其中電流供給的 傳遞與肌電圖信號的傳遞相耦合。其中測量單元衰減用于傳遞供給能 量的諧振電路。該衰減用二進(jìn)制信號電流調(diào)制。該衰減在接收單元中 被檢波和解調(diào)。
還提出，信號傳遞通過幅值調(diào)制的載波來實(shí)施。其中，在發(fā)送器 中產(chǎn)生的載波利用二進(jìn)制數(shù)據(jù)流來調(diào)制。該載波通過自身的、與能量 供給無關(guān)的電磁耦合被發(fā)送給接收單元并在那里被解調(diào)。
下面借助附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的一個實(shí)施例。


圖1示出截肢殘段、襯套和假肢的配置；
圖2示意示出電極單元在截肢殘段上的布置和襯套，以及
圖3詳細(xì)描述電極單元的功能單元。
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圖1中示出假肢3在截肢殘段1上的基本布置，在該布置中在截 肢殘段1與假肢筒3之間布置一個襯套2。由硅樹脂、聚氨酯或其它優(yōu) 選保護(hù)性附著在截肢殘段上的材料制成的襯套2個別地適配截肢殘段 1并在戴上假肢筒3之前被套在截肢殘段1上。襯套2相對柔軟并構(gòu)成 截肢殘段1的皮膚與假肢筒3內(nèi)襯之間的連接層。
為了能夠控制假肢筒3的例如手指區(qū)域中的運(yùn)動部件，通過未示 出的肌電極接受肌肉活動的信號。所謂的表面肌動圖被記錄并在這些 信號被處理之后用于控制機(jī)電部件。
圖2中以橫剖面示出由一個測量單元4和一個接收單元5構(gòu)建的 電極單元的示意性布置。測量單元4在截肢殘段1的表面與襯套2之 間安置在截肢殘段1的皮膚表面上。放電電極41和接地電極42直接 放置在截肢殘段1的皮膚表面上并檢測肌電信號。這些信號在測量單 元4中被整理并無線地通過一個發(fā)送單元穿過襯套2傳遞給安裝在襯 套2的那側(cè)的接收單元5。信號傳遞6無線地通過光學(xué)信號或替換地通
過電磁信號的幅值調(diào)制來進(jìn)行。
為了給測量單元4供給能量，交變電磁場7指向測量單元4，在該 交變電磁場例如通過一個感應(yīng)線圈感應(yīng)出電流。
信號傳遞6也可通過頻率調(diào)制的或幅值調(diào)制的負(fù)載調(diào)制來進(jìn)行。 其中電流供給的傳遞7與肌電圖信號的傳遞6相耦合。其中測量單元4 使諧振電路失調(diào)，該諧振電路用于給測量單元4的供給能量的傳遞7。 該失調(diào)用二進(jìn)制信號電流調(diào)制并可被接收單元5檢波和解調(diào)。也可選 擇，信號傳遞6通過幅值調(diào)制的負(fù)載調(diào)制裝置來進(jìn)行。
接收單元5中設(shè)置有信號處理裝置和接收器，這些信號處理裝置 和接收器整理接收到的信號并優(yōu)選通過電纜8繼續(xù)傳遞給假肢3的機(jī) 械電子部件。接收單元5優(yōu)選安置在假肢筒3的內(nèi)側(cè)面上。
圖3中以詳細(xì)方式示出測量單元4和接收單元5的構(gòu)造。放電電 極41和接地電極42直接配置給截肢殘段1。信號從放電電極41通過 運(yùn)算放大器43供給濾波器44，然后信號又從該濾波器通過模擬-數(shù)字 轉(zhuǎn)換器45傳遞給編碼、調(diào)制和發(fā)送單元46。該編碼、調(diào)制和發(fā)送單元 46遙測地將信號電流6穿過襯套2向接收模塊51傳遞，在該接收模塊 中該信號被解調(diào)和解碼。解調(diào)和解碼的信號為了進(jìn)一步的信號處理從 接收模塊51輸送給相應(yīng)的信號處理單元52。信號從該信號處理單元中 出來通過一個未示出的電纜傳遞給假肢筒3內(nèi)部的元件。
接收單元5固定在假肢筒3的內(nèi)側(cè)面上，而測量單元4固定在襯 套2的內(nèi)側(cè)面上。優(yōu)選這樣布置測量單元4和接收單元5，使得它們彼 此對準(zhǔn)并相互對置。由此保障良好的遙測信號傳遞。信號傳遞6既可 以光學(xué)地也可以電磁地進(jìn)行。
為了給濾波器44、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器45、編碼單元和發(fā)送器46以 及運(yùn)算放大器43供給能量，構(gòu)造有一個具有整流器的電流供給單元 57，在該電流供給單元中對從逆變單元53中發(fā)送出來的交變電磁場進(jìn) 行變換。在此在測量單元4和接收單元5之間建立用于供給能量的傳 遞7的電磁耦合。
權(quán)利要求
1.由安置在截肢殘段(1)與假肢筒(3)之間的襯套(2)和用于檢測肌電信號的肌電的電極單元(4，5)組成的系統(tǒng)，其中電極單元(4，5)具有安置在襯套(2)的朝向截肢殘段(1)的一側(cè)上的測量單元(4)和安置在襯套(2)的背離截肢殘段(1)的一側(cè)上的接收單元(5)，測量單元(4)具有用于所述肌電信號到接收單元(5)中的接收器(51)的無線信號傳遞的發(fā)送器(46)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于在測量單元(4)中安 置用于放大所述肌電信號的放大器(43)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其特征在于在測量單元(4) 中安置用于所述肌電信號的數(shù)字化的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(45)。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其特征在于在測量單元(4) 中設(shè)置一個用于給待發(fā)送的信號編碼的編碼器(46)。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其特征在于在測量單元(4) 中安置感應(yīng)線圈和整流單元(47)用于測量單元(4)的能量供給。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其特征在于測量單元(4) 固定在襯套(2)上。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其特征在于測量單元(4) 被防水地包罩。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其特征在于接收單元(5)設(shè)置有一個用于產(chǎn)生交變電磁場的裝置(53)和一個用于能量傳遞的 感應(yīng)線圈。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其特征在于接收單元(5)固定在假肢筒(3)上。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其特征在于發(fā)送器(46) 構(gòu)造成光學(xué)的發(fā)送器并且在接收單元(5)中設(shè)置一個光學(xué)的傳感器(51)作為接收器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至9之一的系統(tǒng)，其特征在于測量單元(4) 和接收單元(5)構(gòu)成一個振蕩回路，信號傳遞(6)通過頻率調(diào)制的 或幅值調(diào)制的負(fù)載調(diào)制進(jìn)行。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至9之一的系統(tǒng)，其特征在于信號傳遞(6) 通過在發(fā)送器(46)中產(chǎn)生的載波信號的幅值調(diào)制進(jìn)行，接收器(51) 相應(yīng)地對該載波信號解調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由安置在截肢殘段(1)與假肢筒(3)之間的襯套(2)和用于檢測肌電信號的肌電的電極單元(4，5)組成的系統(tǒng)，其中電極單元(4，5)具有安置在襯套(2)的朝向截肢殘段(1)的一側(cè)上的測量單元(4)和安置在襯套(2)的背離截肢殘段(1)的一側(cè)上的接收單元(5)，測量單元(4)具有用于所述肌電信號到接收單元(5)中的接收器(51)的無線信號傳遞的發(fā)送器(46)。
文檔編號A61F2/72GK101180014SQ200680015253
公開日2008年5月14日 申請日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月4日
發(fā)明者H·維爾布格爾, H·迪特爾 申請人:奧托·博克保健產(chǎn)品有限公司