通过近年来的发展,我国在智能膝关节假肢相关技术方面已开展了大量研究,初步形成了智能膝关节研发技术体系,在膝关节仿生机构设计、假肢生物力学、智能假肢多信息融合控制技术、基于生物信号的运动识别技术等方面,掌握了一批自主知识产权技术。但是,与国际领先水平奥索膝关节假肢相比,我国智能假肢技术的发展仍存在很大差距,云南国产膝关节假肢尤其在产品化方面落后较多,主要问题表现在以下方面:
假肢生物力学基础研究不够,假肢机构设计缺乏与人体生物力学结合的基础研究以及与临床结合的应用研究。如:研究正常人体和截肢患者的运动生物力学规律、截肢者运动过程中对假肢膝关节的功能要求、截肢者的个体差异性对假肢需求的影响、不同装配技术对假肢应用性能的影响等等。不从根本上找到这些假肢设计的理论依据,设计出的产品就很难真正从各方面满足使用者的实际需求。
假肢仿生机构设计的刨新不足,缺少重大突破性的新机构和新方法。目前昆明国产膝关节假肢产品的机构设计大部分都还是模仿国外产品的设计思路,连杆机构设计大多只是通过修改设计参数达到稳定性和灵活性的不同要求,缺乏一些通过机构设计实现特定功能的创新想法。比如:是否可以抛开现有的连杆机构和阻尼缸的形式,通过模拟人体关节、肌肉作用方式的新型机构设计实现功能。另一方面,气(液)压缸的缸体、通路、阀门等参数设计普遍缺乏设计标准和理论依据,从而难以形成突破性的创新。如何基于正常人体下肢的运动生物力学研究,找出假肢与人体运动参数的对应关系,设计出运动阻尼变化符合人体膝关节运动规律的阻尼缸,是需要我们尽快突破的关键问题。
智能假肢多信息融合控制技术研究不够深入,产品功能设计及性能的稳定性需要进一步突破。目前国内在膝关节的智能控制方面研究主要是基于各种传感器信息的步态识别,虽然理论研究得到了较好的识别效果,但是由于对下肢运动过程中各种复杂情况下的最优控制策略研究不够深入,因此智能膝关节的控制和信息识别往往是简单的对应关系,在突发情况和复杂动作时难以达到最理想的控制效果,患者使用过程中的安全性也难以得到充分的保障。
假肢零部件加工、组装工艺水平低,所需的液压缸等关键零部件生产能力不足。目前国内膝关节产品受气(液)压缸密封技术、热处理工艺、轴承等关键零部件的质量控制等方面限制,产品质量和使用性能一直难以大幅提高,并且基本结构和部件的性能直接影响到智能控制的效果。因此,这些问题成为目前制约假肢膝关节技术发展的瓶颈问题,亟需突破。
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