采用足压感应技术的辅助假下肢对线及步态分析系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及临床中假下肢装配及评估的设备领域，尤其涉及一种利用截肢者足压 信号来协助假肢矫型师装配假下肢和帮助截肢者改善步态的辅助系统。
【背景技术】
[0002] 根据全国残疾人口普查的推算，肢体残疾占总残疾人数约三成，是残疾人口中比 例最高的一群。当中约有200多万人需要截肢。另一方面，随着糖尿病越趋普遍，估计因"糖 尿足"而要接受截肢的人数将与日俱升。在不断提高生活水平以及广泛开展康复工作的大 前提下，不单残疾人士自身，社会和科研各领域均会对假下肢素质的要求越来越高。
[0003] 在假下肢的装配过程中，假下肢对线是非常重要的一环，其成效直接影响截肢者 的步态的舒适性和稳定性。传统的假下肢对线调整方法主要通过假肢矫型师的个人观察和 截肢者的感觉反馈来进行反复调整。此过程不但费时耗力，效果亦取决于每位假肢矫型师 的主观经验。再者，对线的结果不单不具重复性，且在没有统一的标准下，各假肢矫型师之 间的表现亦存在着巨大的差异。截肢者因而较难获得最佳的假下肢对线效果。由此可见， 客观的对线评估指标极为重要。
[0004] 一般而言，在假下肢安装完毕后，截肢者均会在住院其间接受步态训练，以重新适 应因失去下肢关节造成的代偿性步态，并由假肢矫型师评估。同样地，此评估需依赖假肢 矫型师的主观观察，亦没有统一的评估准则。评估的偏差轻则可导致截肢者在出院后慢慢 养成不良的步态习惯，渐渐减低其步行的舒适性及稳定性，影响日常生活；重则造成余肢损 伤，增加再次截肢的风险。
[0005] 本发明的目的在于提供一种客观的假下肢装配辅助系统，并同时评估调整前后的 对线结果及截肢者训练后的步态，以解决现有技术中的缺点和存在问题。
【发明内容】
[0006] 为了克服现时安配假下肢的主观、费时耗力以及不容易获得最佳假下肢对线效果 的问题，本发明的总目的是提供一种假下肢对线及对线后的步态分析辅助系统，以帮助假 肢矫型师调整假下肢对线、评估对线后截肢者的步态和帮助截肢者进行步态训练。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：使用足底压力感应技术。其特征在 于通过量度足底压力来量化假下肢对线对截肢者步态的影响，其后客观评估截肢者在装配 后的步态及其训练成效。
[0008] 本发明辅助系统主要包括：压力传感器、连接压力传感器的主电路箱、无线信号传 输装置、用户界面及其用户界面程序。压力传感器会安放于假下肢的足底部分，通过综合电 线与主体电路箱内的微控制器连接。在微控制器完成信号处理后，通过无线传送把数据输 入到用户界面。
[0009] 本发明利用用户界面及用户界面程序来显示标准依据范围，并把此标准依据与测 量中的足压轨迹比较。系统会根据比较结果向假肢矫型师和截肢者提供调整对线的相关建 议。
[0010] 本发明的有益效果甚多：能为假肢矫型师和截肢者提供客观的对线评估、站立及 步态的信息，以辅助假肢矫型师调整对线和帮助截肢者改善步态。从商业生产方面考虑，此 系统成本低，零件轻细亦可从假下肢中拆除，均能配合各种假下肢的设计，可塑性高。至于 设计方面，此系统采用无线传送技术，一来确保截肢者在步态测试其间不会受电线阻挡，酿 成意外；二来不局限于某一指定用户界面--均通用于一般电脑、平板电脑、智能电话或其 他智能装置。电源方面，此辅助系统只需用一颗可充电电池来驱动，配合耗电速率底的微控 制器和无线收发器，可长久运作，同时合乎环保原则。另外，会物理消耗的传感部分以配件 形式设计，跟一体式设计相比，能减少造成的电子废物，同时也能为生产者提供持续利润， 造成双赢局面。
【附图说明】
[0011] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0012] 图1是本辅助系统的总示意图。
[0013] 图2是本辅助系统的立体示意图--右假下肢。
[0014] 图3是本辅助系统的操作逻辑图。
[0015] 图4是本辅助系统的主体电路箱外部展示图。
[0016] 图5是本辅助系统的主体电路箱内部元件示意图。
[0017] 图6是本辅助系统的压力传感器整配件各元件示意图。
[0018] 图7是本辅助系统的压力传感器分布示意图--右假下肢。
[0019] 图8是本辅助系统的电路结构展示图。
[0020] 图9是本辅助系统的用户界面程序内容展示图--行走动态分析选项。
[0021] 图10是本辅助系统的用户界面程序内容展示图--双脚站立静态分析选项。
【具体实施方式】
[0022] 本发明能被应用于左假下肢和右假下肢。
[0023] 本发明主要分成三部分：包含主体电路箱101、压力传感器整配件124和应用于用 户界面125内的用户界面程序130。
[0024] 在图2中，压力传感器103-108设于假下肢足底102的多个部分，并经综合电线 113连接到主体电路箱101。
[0025] 参考图2、图4,主体电路箱101可利用尼龙搭扣（维可牢）109系在假下肢的支持 干100上或放在空心的假下肢足腔102内。此外，主体电路箱101设有一开关活门126,以 方便更换电池118。
[0026] 图5说明主体电路箱101内包含以下各个元件：微控制器114、无线收发器115、电 路板116、串联电阻117、压力传感器应接插座111、电池118和开开钮110。
[0027] 电池118为可充电电池。使用者可由开关活门126从中取出电池118,以进行外置 充电。
[0028] 图6显示压力传感器配件的各个组件，包括：薄片式压力传感器103-108、综合电 线113和压力传感器应接插头112。
[0029] 考虑到压力传感器会随使用时间而消耗，参考图2、图6,本辅助系统里负责传感 这一部分的元件会采用可更换式的配件设计--压力传感器应接插头112会使用"可插可 拔式"与主体电路箱101的压力传感器应接插座111连接，以便随意更换。
[0030] 图3说明主体电路箱101各元件与压力传感器整配件124的运作关系。先把压力 传感器得到的相关力压数据传送到微控制器114,经分析后通过一组无线收发器115作无 线信号传送。当用户界面125收到相关信号后会（1)做出对应显示和（2)把回馈信号经无 线收发器115传回微控制器114,以触发微控制器再次输出受力数据。
[0031] 各压力传感器建议安放的位置如图7所示：对应大拇指的假足部分103,对应第一 和第五跖骨的头部位置104, 105,中足左右各一 106, 107和假足后跟一个108。
[0032] 本系统和权利要求并不限制压力传感器的数量和安放位置。但所有压力传感器的 位置连成的内部面积应包含假下肢足低的中心部分。
[0033] 考虑成本低、耐用能力高、重量轻、体积细小等多个要素，本系统压力传感器 103-108建议采用薄片式力压电阻传感器。当薄片式力压电阻传感器受压时，其内电阻会以 非线性关系减少。
[0034] 分压式电路配置如图8所示，每片压力传感器103-108均与一颗电阻117串联，然 后接地，而各个压力传感器103-108和串联电阻117的中间点会与微控制器114连接。
[0035] 微控制器114 一边供电，同时通过量度压力传感器103-108和串联电阻117之间 的分压，经模拟数字转换器从而求出每片压力传感器对应的相对受压力值。
[0036] 微控制器114可利用内建程序以改善薄片式力压电阻传感器103-108的非线性改 变特性：以图8的电路配置下，在一合理力值范围内，量度出多个绝对受压力下所对应的相 对受压读数作为校准基础。微控制器114的内建程序具配对功能，能把每次量度出的已校 准相对受压力值转换成对应的绝对受压力值；对于没有校准的相对受压力值，内建程序则 利用数学上的插值方法，在最接近该值的两个已校准相对受压力值，以线性关系求出最近 似的对应绝对受压力值。
[0037] 此外，微控制器114具有解决信号偏移问题的功能，方法如下：以每0. 02秒之内采 取5个瞬时读数。每个瞬时读数会以前一个瞬时读数相减，利用得出的差来决定受压压力。 当这5个信号差之和超出既定的阈值便会更新输出信号。
[0038] 本系统可通过使用不同规格的压力传感器103-108,以应用于不同的灵敏度、解析 度、压力范围等要求。
[0039] 另一方面，本系统亦可通过更换串联电阻117以做出有关调校：串联电阻117的电 阻越大，对应的灵敏度、解析度越高，而可量度的压力范围则会收窄。
[0040] 用户界面125需配合用户界