一种基于离子电活性聚合物的柔性假肢接受腔的制作方法

本发明涉及医疗康复设备技术领域，具体为一种基于离子电活性聚合物的柔性假肢接受腔。

背景技术：

接受腔是假肢最重要的组成部分，它直接与残肢接触，容纳残肢，悬吊假肢，支撑人体重量、进行力的传递，控制假肢运动，因此接受腔是整个假肢设计制造的重点和难点，并且直接影响到假肢的穿戴舒适性和使用效果，由于假肢是具有高度个性化的产品，因此需要满足不同截肢者的总体需求，但是传统假肢接受腔的制作很大程度上依赖技师经验和患者的不断试穿反馈来制作接受腔。制作后的接受腔往往只能满足患者当前状态的需求，如果患者的活动方式或者残肢形貌发生了一定变化，则需要重新制作新的接受腔来满足患者，而穿戴假肢行走是一个动态过程，运动过程中腿部肌肉收缩时，腿部肌肉受到硬质接受腔过度压迫，肌肉膨胀但没有活动空间来释放就会产生不舒适感，患者在行走的腿摆动阶段，由于惯性问题，往往会出现残肢末端触碰到接受腔内壁的情况，形成固定的“踢点”，长时间行走会导致残肢末端红肿，擦破等皮肤问题，在行走及其他步态过程中肌肉的收缩舒张会导致残肢形貌的变化，受到设计和制作工艺的限制，现存接受腔几乎均为硬质刚性的，假肢接受腔材料和结构并不能适应这种变化。

患者穿戴假肢时，假肢接受腔与残肢形成接触界面，过高的界面正压力会导致软组织的损伤，皮肤血液循环障碍会随着皮肤所受压力的增加而愈加明显。所以，残肢所受压力不可以过高，界面压力过高会造成残肢血液循环不流畅，甚至导致残肢肿胀和组织坏死。同时由于接受腔为密闭空间，空气无法流通，会使得运动过程中，残肢残生的热量无法排出，出现皮肤发热，汗液附于皮肤表面，在压力和摩擦力的作用下产生水泡、红肿以及溃烂，因为人体有一定的容忍能力，这些往往在患者不自知的情况下发生，现有技术和方法对残肢的舒适度进行测评往往在接收腔内壁安装各种集成传感器，如专利cn202699352u假肢接受腔与人体界面的温湿度测量装置和专利cn202699352u一种假肢接受腔舒适性评估的测量装置，均采用微小型集成传感器，但是驱动电压高，设备复杂，且传感器不易安装和固定，虽能达到监测效果，但由于材料原因会大大影响人体舒适程度。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种透气性好，具有柔性，髁上悬吊压力可调节，能适应残肢软组织形貌变化，极大提高患者的舒适度，且能够实时监测残肢敏感性区域压力的基于离子电活性聚合物的柔性假肢接受腔。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于离子电活性聚合物的柔性假肢接受腔，包括接受腔、连接在接受腔上的悬吊环带和控制系统；所述的接受腔包括外腔和紧贴外腔内壁设置的内衬；所述的内衬设有若干互通的通孔，内表面上还设有柔性凸起，内部设置有若干压力传感单元；所述的外腔上设置有孔隙，且与内衬上对应的通孔连通；

所述的悬吊环带呈圆环状，采用离子电活性聚合物制成；所述的压力传感单元包括单元上下表面的柔性电极和设置在柔性电极之间的离子电活性聚合物单元；

所述的控制系统包括电控装置、数据采集装置和电连接线；所述的电控装置输出端通过电连接线与悬吊环带连接控制悬吊环带的收紧压力；所述的数据采集装置输入端通过电连接线与压力传感单元连接采集各压力传感单元的压力信号。

优选的，所述的悬吊环带包括轴向依次连接的多个离子电活性聚合物环带，每个离子电活性聚合物环带通过柔性电极与电控装置有线连接。

进一步，电控装置通过电压或电流参数变化控制每个离子电活性聚合物环带的收紧力。

优选的，电控装置输入端通过无线连接移动端输出端，移动端的输入端通过无线连接数据采集装置输出端；移动端用于更改电控装置的电压或电流参数控制悬吊环带的收紧力，并接收数据采集装置采集的压力信号。

优选的，所述的悬吊环带在周向包括连接成环的内髁、外髁、腿前侧和腿后侧四个部分，分别通过至少一个硬质束带与外腔固定连接，悬吊环带的轴向宽度为50-100mm。

优选的，所述的通孔的孔径为3-5mm；所述的柔性凸起为半球形，其高度为0.2-1mm，直径为5-20mm。

优选的，所述的压力传感单元对应设置在柔性凸起下方。

优选的，所述的孔隙大小为5-15mm，呈散点分布，位于外腔同一高度上的孔隙不超过10个。

优选的，所述的外腔采用3d打印制成；腿部肌肉位置对应外腔厚度不大于3mm，接受腔底部位置外腔厚度不小于5mm，其余部分的外腔厚度为3-5mm；胫骨远端前侧对应的外腔位置采用柔性材料；腿部肌肉位置对应外腔材料的弹性模量小于接受腔底部位置对应外腔材料的弹性模量。

优选的，所述的压力传感单元采用离子电活性聚合物ipmc制成，悬吊环带采用离子电活性聚合物pvdf制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过采用在残肢接受腔内衬表面设置若干柔性凸起，且从内衬到外腔设置有若干通孔的方式，使得整个接受腔并非密闭结构，空气可以进入到接受腔内部，有利于汗液的挥发，热量的释放，同时能促进残肢肌肉血液循环，达到按摩效果；采用的悬吊环带也由离子电活性聚合物制成，具有柔性，极大提高患者的舒适度；同时，通过将移动端与电控装置和数据采集装置连接，能够根据患者自身情况灵活的调节悬吊环带的悬吊压力，且能够配合压力传感单元实现对不同位置收紧力的方便控制，提高其可操作性和可控性，满足不同情况的多种需求，而且这种控制方式一方面保证了悬吊功能，提高了使用的舒适性，另一方面电源模块所需电压小，具有安全性。

本发明采用的悬吊环带包括多个通过柔性电极与电控装置有线连接离子电活性聚合物环带，能分别控制其收紧力，有效改善现存硬质悬吊过度压迫肌肉，不能提供个性化悬吊压力所带来的不舒适感。

本发明通过将电控装置与移动端连接，移动端又与数据采集装置连接；能有效更改电控装置的电压或电流参数，从而控制悬吊环带的收紧力，并接收数据采集装置采集的压力信号，使得悬吊压力可自由调节，方便可靠性强。

本发明采用的悬吊环带在周向包括连接成环的内髁侧、外髁侧、腿前侧和腿后侧四个部分，使其与残肢更加匹配，并配合硬质束带进行固定穿戴，有效提高稳固可靠性；同时，通过将压力传感单元对应设置在柔性凸起下方，在力的作用下能自身将力学信息转变为电信号，无需外部提供电源，反应灵敏迅速，通过对电信号的处理使得患者能在移动端清晰的观测到自身残肢受力情况。

本发明通过采用散点分布方式的设置大小为5-15mm孔隙，形成具有空隙结构的内衬，从而使内衬变形能力增强，弹性模量可控，能有效的缓冲减震，避免过高的冲击应力和应力集中等问题。

本发明采用的外腔采用3d打印制成，且多材料变厚度的接受腔外腔能够使其在满足强度的情况下具有柔性，能适应因肌肉收缩和舒张等情况导致的残肢形貌变化，接受腔对应胫骨侧远端处做成柔性区域能有效解决由于惯性在残肢摆动阶段导致的残肢末端红肿，擦破等问题，能最大程度满足患者不同运动状态的需求。

附图说明

图1为本发明实施例中的结构示意图。

图2为本发明中内衬的局部放大示意图。

图3为本发明中外腔的剖面示意图。

图4为本发明中悬吊环带的结构示意图

图中：残肢1、内衬2、外腔3、数据采集装置4、电控装置5、悬吊环带6、电连接线7、柔性凸起8、压力传感单元9、孔隙10、硬质束带11、移动端12、通孔13、离子电活性聚合物环带14、小腿内侧15、小腿外侧16、腘窝17、胫骨18。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

本发明一种基于离子电活性聚合物的柔性假肢接受腔，如图1、图2、图3和图4所示，包括利用3d打印机打印变厚度多材料的接受腔的外腔3，外腔3的孔隙10，接受腔的内衬2由柔性材料和有源传感材料制成；本优选实例中，将制备ipmc的nafion溶液与dmac的混合溶液，以及制备柔性主体结构的柔性材料溶液在设计好的模具中通过铸膜工艺成型，分别形成设置在内衬2内部的离子电活性聚合物ipmc单元，以及形成内衬2主体的柔性主体结构，从而得到基于离子电活性聚合物柔性接受腔的内衬2；内衬2设有互通的通孔13，内衬2表面有柔性凸起8与残肢1表面多点接触，内部设基于离子电活性聚合物作为压力传感单元9，且单元上下表面有柔性电极，该压力传感单元9通过电连接线7和数据采集装置4连接，数据采集装置4固定在接受腔的外腔3外表面并通过无线连接移动端12；悬吊环带6采用基于离子电活性聚合物制成离子电活性聚合物环带14与接受腔的外腔3连接，本优选实例采用pvdf制成；悬吊环带6为内髁侧、外髁侧、腿前侧、腿后侧四个部分，即如图3所示的小腿内侧、小腿外侧、胫骨侧和腘窝侧四个部分，由硬质束带11与接受腔的外腔3连接，通过柔性电极与电控装置5有线连接，电控装置5固定在接受腔的外腔3外表面与移动端12无线连接，通过移动端12更改电控装置5的参数能够控制悬吊环带6的收紧力。

如图1所示，包括基于离子电活性聚合物柔性内衬2以及可调节压力的悬吊环带6、具有适应性的变厚度多材料外腔3、数据采集装置4、电控装置5；接受腔和悬吊环带6由硬质束带11连接，内衬2通过电连接线7传输到数据采集装置4，数据采集装置4通过无线连接方式与移动端12连接，电控装置5通过电连接线7控制悬吊环带6的收紧压力，适应性好，透气性与舒适性佳。

如图2所示，柔性内衬2设有互通的通孔13，内衬2表面有柔性凸起8与残肢1表面多点接触，内部设基于离子电活性聚合物单元作为压力传感单元9，该压力传感单元9通过电连接线7和数据采集装置4连接，数据采集装置4固定在外腔3外表面并通过无线连接方式与移动端12连接，且单元上下表面有柔性电极。内衬2互通的通孔13为高度为1-3mm，孔径为3-5mm；内衬2表面柔性凸起8为半球形，高度为0.2-1mm，直径为5-20mm。

如图1和图3所示，通过3d打印的外腔3有孔隙10，呈散点分布，且外腔的孔隙10与内衬2的通孔13对应，外腔3同一高度上孔不超过10个，孔隙大小为5-15mm。外腔3为变厚度，多材料形式，腿部肌肉位置对应的外腔3厚度变小或采用弹性模量小的材料，接受腔的底部等所受应力大的位置外腔3厚度变大或采用弹性模量大的材料，同时在胫骨侧远端前侧位置对应的外腔3采用柔性材料。

如图2和图4所示，压力传感单元9的两个柔性电极分别与内衬的内表面和外表面连接；离子电活性聚合物环带14的两个柔性电极分别与悬吊环带6的内表面和外表面连接。

如图1和图4所示，悬吊环带6采用基于离子电活性聚合物制成离子电活性聚合物环带14与外腔3连接，悬吊环带6为内髁侧、外髁侧、腿前侧和腿后侧，即如图3所示的小腿内侧、小腿外侧、胫骨侧和腘窝侧四个部分，通过硬质束带11与外腔3连接，沿腿方向宽度为50-100mm，能分别控制其收紧力，收紧压力位于髌骨上端大腿肌肉群处。且通过柔性电极与电控装置5有线连接，电控装置5固定在外腔3外表面与移动端12无线连接，通过移动端12更改电控装置5的参数能够控制悬吊环带6的收紧力，这样能够有效改善现存硬质悬吊过度压迫肌肉，不能提供个性化悬吊压力所带来的不舒适感。

在实际使用中，可以通过获取截肢者残肢数据建立接受腔模型，从而根据需要制作和佩戴适合患者的柔性假肢接受腔，以便穿戴使用。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以上结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。