IEEE trans:儿童截肢自动站姿的膝关节控制假肢的数学模型与设计

人工腰椎须要为可用者透过反应性，同时促进自然国家主义。反应性可以通过腰椎独立机构的微分本体来发挥作用，也可以通过结合站立支配单元来发挥作用。 近些年来，人工腰椎其设计的研究工作着重已经移转到到处理器支配的人工腰椎（MPKs）的研发上。尽管研究工作表明，MPK比传统的液压腰椎其设计有着系统竞争者，但MPK由于其类似的较大和较重的外貌，仅限于群体。与上会可用处理器或液压姿态支配程序的腰椎完全相同，市场上的学童人工腰椎上会倚赖不够简单、不够轻和不够紧凑的单直线或多中心程序来透过微分反应性。然而，微分平衡的学童腰椎与经股截肢的离地活跃学童的十分困难跌倒有关。这表明需要改善学童的腰椎反应性。两直线（Automatic Stance Phase Lock ）ASPL电子装置是为研发的，目前可运用于化妆（均陡坡腰椎，美国LegWorks母公司）。已经证明它可以大大提高反应性，大大提高来回反应速度，降低能量消耗。然而，都已有为学童截肢者研发的两直线ASPL。

两直线ASPL电子装置的脱臼反应性由两直线（脱臼直线和支配直线）的固定式暂时。然而，由于和学童在身型和体段长度上的不够大歧异 ，目前唯不清楚是否可以采用基于的ASPL直线固定式，以在耳鼻喉科群体中与完全相同岁数就其的相当多身型以外透过适当的神经科学系统。此外，直线固定式须要有助于其设计非常适合学童的紧凑轻量腰椎。本项工作的总体目标是其设计一个两直线ASPL腰椎的学童版本。主要着重是来进行神经科学仿真来研发非常适合耳鼻喉科的ASPL姿态支配电子装置。神经科学仿真已顺利运用于改进人工腰椎组件的其设计，并研究工作了人工腰椎质量对姿势和姿势能量学的阻碍，以及姿态支配系统。腰椎系统的证明是在一个单测试者接合检验中透过的，涉及可用ASPL腰椎的构建蓝本对载客每一次中的视界、国家主义学和动力学姿势匹配透过神经科学研究。

学童化妆蓝本

为了透过适当的神经科学系统（即站立过渡阶段的小腿反应性和平稳成形转动过渡阶段），需要设立两直线ASPL站立支配程序的适当直线固定式，以保障顺利适应环境学童群体。本其设计的目的是反之亦然结合一种新型的转动波形支配电子装置-可变步频支配器，由完全相同的摩擦准确度和一个屈曲来进行弹簧组成。其设计的目标群体是12岁及以下的学童。相反化妆腰椎姿态支配程序上会有着两种正常：1）平衡，透过支撑（即，消除负重时不必要的腰椎翘起）；2）不平衡，而无须肢体弯曲并成形转动过渡阶段。腰椎反应性上会由地面杠杆原理（GRF）作用线相对于主腰椎直线线的位置和方向来定义。腰椎不稳图可运用于可视化和指标ASPL支配程序的反应性特征。将ASPL支配程序纳入学童腰椎（CASPL），直线固定式须要适应环境与完全相同岁数组就其的一系列身型。类似的耳鼻喉科人工腰椎组件适运用于6-12岁的岁数段。由于ASPL技术的新颖性，没有文献或可视化技术概述其设计匹配或最佳直线固定式，不够不用说它对耳鼻喉科群体的适应环境性。

录制了两个腰椎蓝本。其设计分为四个主要研发过渡阶段：1）固定式姿态支配独立机构；2）可用CAD该软件对其设计透过可视化；3）应用有限元法对部件透过本体改进；4）可用本体检验电子装置对蓝本透过检验。这项研究工作透过了一次乳癌。仅限于CASPL腰椎仿真的拟合和系统对。参与者是一名10岁男人，外侧经股截肢，增重27.5公斤。她有四年可用化妆的潜能，姿势研究可用摄像机国家主义猎取系统（英国维康海恩斯维康370）和位于10米柏油路中间的两个一般而言力平台（Bertec 4060，Bertec Corp，US）透过。参与者被建议以自己选择的更佳反应速度载客。每个腰椎至少透过了三次检验，从而发挥作用了洗澡的力板接触。每一次都是在10米长的柏油路上野餐。参与者在每个小腿的两组检验之间休息，以尽量降低松弛的阻碍

该仿真基于支配ASPL独立机构直线固定式的关键性匹配，并可用该仿真确定非常适合完全相同岁数和身型用户的耳鼻喉科ASPL固定式。该仿真设立了一系列的直线固定式，为ASPL独立机构的其设计透过信息，ASPL独立机构并能适应环境早期到中期站立过渡阶段的反应性，而不需要手肘额外的脊柱勇气来启动时后期站立的转动，并诱发来回效能的均面改善。可用反应性可视化技术，归功于双直线构型可合理适应环境6至12岁（男性和男人）耳鼻喉科群体的身型区域。CASPL腰椎的手肘国家主义区域不够大，但是参与者也并能在手肘国家主义区域多方面给予不够好的姿势磁矩。本研究工作中运用于指标ASPL程序系统的另一个指标是手肘屈曲和翘起反向峰值。当分别在负荷反应和转动开始过渡阶段透过比较时，尽管载客反应速度完全相同，但CONV和CASPL腰椎之间的测定结果类似于。由于手肘反向与来回反应速度呈正就其，因此在相同的来回反应速度下，CASPL诱发的反向不太可能比CONV小腿诱发的反向相比之下。这不太可能会导致载客时脊柱勇气增高，并不太可能导致松弛。

本文其设计了一种学童2直线ASPL腰椎化妆蓝本并透过了初步证明研究工作，以透过其设计的神经科学指标，特别是侧重于姿态支配程序的反应性和系统性。数据表明，站立支配程序透过了站立过渡阶段的反应性和从站立过渡阶段到转动过渡阶段的过渡。

C. C. Ngan and J. Andrysek, "Modeling and Design of the Automatic Stance Phase Lock (ASPL) Knee Joint Control Mechanism for Paediatric Users With Transfemoral Amputations," in IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 28, no. 1, pp. 203-210, Jan. 2020, doi: 10.1109/TNSRE.2019.2952004.