CN102946828A - 假肢承窝加热和/或温度控制的设备和方法 - Google Patents

假肢承窝加热和/或温度控制的设备和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于加热和/或控制矫形器具的承窝的温度的设备，该承窝用于容纳截肢残部的末端，所述设备包括加热部件，加热部件设置在所述矫形器具中，以使与截肢残部的末端相接触的承窝的部件被加热和/或保持为预定温度。本发明还涉及改进矫形器具的佩戴舒适性的方法和矫形器具。

Description

假肢承窝加热和/或温度控制的设备和方法
技术领域
本发明涉及装配截肢残部的矫形用具的承窝的加热和/或温度控制的设备和方法。
本发明的技术领域是用于截肢者的矫形用具和假肢的技术领域。
背景技术
截肢患者经常遭受复发性疼痛，这种复发性疼痛也称为幻肢疼痛，这使得截肢患者非常苦恼。
如H.Flor、N.Birbaumer和R.A.Sherman在论文（“Phantom LimbPain”，Pain:Clinical Updates,Volume VIII,No 3,2000年6月）中所描述的，这些疼痛来自于残部的神经末端，该残部是肢体已经被切除的区域，该区域对刺激（例如与假肢中的残部活动有关的刺激和摩擦）和低温比较敏感。
在该论文中，还描述了这些疼痛的情况经常与残部的末端部分的体表血流速率的降低有关，并且与该末端部分的热量控制所产生的影响有关。
实际上，身体对外部温度变化的生理反应通常是控制皮肤温度，以根据皮肤是处于低温中还是处于高温中，通过表层血管的血管舒张或血管收缩来将皮肤温度保持在温度适中区域（大体为30℃-33℃）。
对于截肢区域，当不能进行血管舒张时，将不再正常地控制温度。通过实验已经发现，当处于低温时，该表层温度比健康肢体的对应区域（即处于相同位置）的温度低4-5℃。
因此受损神经末端经受低温，这将增加排出速率和触发因素，或者强烈地增加痛觉。对于许多截肢者，可以通过加热截肢残部的末端区域（例如放入热水中）来缓解疼痛。但是，这种方法需要去除所有器具，因此只能在静止状态下使用该方法。
已知的是使用加热片，其直接应用于皮肤上以局部加热身体区域。这种方法可用于临时止痛，但是仅适用于没有插入矫形器具（例如假肢）的截肢残部，在这种情况下，因为摩擦和支点，患者将无法忍受这种方法。
但是在具有假肢或任何矫形器具的截肢肢体器具的范围内，避免对残部中的神经末端进行刺激是特别重要的。实际上，截肢残部的末端区域和瘢痕组织直接接触承窝的部件。这些部件通常包括柔性硅树脂部分和刚性部分的复合和/或金属材料部分。这些假肢部件经受外部温度，因为假肢部件与残部表层紧密接触，所以外部温度通过热传导传送到残部表层。
本发明的目的在于提供一种适用于现有矫形器具的设备，该设备可以通过避免因低温而对残部的神经末端进行刺激，从而本质上改进该设备的舒适性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加热和/或控制用于容纳截肢残部的末端的矫形器具的承窝的设备，其特征在于，该设备包括设置在矫形器具上的加热部件，以使与截肢残部的末端相接触的承窝的部件加热和/或保持在预定温度处。
通过这种方式，当残部插入矫形器具时，包括神经末端和瘢痕组织的敏感部分保持在使神经刺激最小化的温度，该温度与外部温度无关。
此外，加热和/或控制用于与残部末端接触的承窝部件的温度具有避免使其他元件与残部接触的优点，否则将产生其他的耐受性问题（例如支点、材料、摩擦…）。
加热部件可以是插入矫形器具中的部件。加热部件可以是承窝的一部分，包括加热装置（例如加热迹线）、加热体或电阻器，在该情况下，加热部件包括在矫形器具的一部分中。
加热部件可以为柔性膜的形式，柔性膜包括具有柔性的基本电绝缘材料的支撑件，并且在支撑件的至少一个表面上，具有基本导电材料的迹线能够在流过其中的电流的作用下被加热。这些迹线例如可以包括具有较高电阻率的金属合金，例如因科内尔
Figure BDA00002536106700031
或铜镍合金（包括铜和镍的合金）或者铜。
加热部件可以制成例如柔性印制电路的形式，在加热部件上，根据传统的电子工艺（例如掩模、化学浸蚀或丝网印刷）刻蚀或沉积迹线的网络。该迹线的网络可以包括一条或多条迹线，分布成覆盖加热部件的表面的至少一部分。
在通过迹线的网络的电流的作用下，根据串联和/或并联电路结构分布的迹线的网络可以在欧姆损耗的作用下加热，这样产生期望的热量。迹线在表面上的分布及其局部宽度可以被调整以在加热部件的表面产生特定的温度曲线。但是，对于某些应用，优选的是，迹线基本均匀地分布在加热部件的表面的至少一部分上。
加热部件的支撑件可以包括下列材料的一种：聚酰亚胺、卡普顿铁氟龙（Teflon）、硅橡胶或任何适当的柔性材料。
聚酰亚胺或尤其具有以下优点，其比较薄且具有良好的机械强度。它们用于制造加热部件，该加热部件插入已有的矫形器具的承窝部件之间，或者在设计期间没有提供这种功能的承窝部件之间，而不会干扰矫形器具的运行。
加热部件还可以包括反射金属层，例如镀铝薄片，反射金属层能够反射热辐射。该层可以优选地设置在与截肢残部相对的加热部件表面上。其可以将热量传递给将被改进的残部，同时限制矫形器具本体中的热损耗。
具有基本绝热材料的任何形式的其它层可以被添加，以最大限度地限制热损耗。
加热部件还可以在其（至少）一面上包括，以便能够容易地附着到承窝的部件上。该粘合层例如可以设置在与支撑反射技术层的表面相对的表面上。
加热部件可以包括切口，该切口使加热部件能够粘合在弯曲表面上，同时使厚度和折叠最小化。
尤其是，加热元件具有大体圆形或椭圆形，并且包括呈放射状的切口。因此，加热元件基本呈花形，具有中心部分和多个“瓣部”，使得加热元件特别适于粘合到承窝部件上，承窝部件紧密地安装到截肢残部的末端并且形状通常为大体半球形。
根据本发明的设备还可以包括温度传感器和温度控制装置，温度传感器设置成测量加热部件附近的温度，温度控制装置能够将加热部件保持在温度设定值。
温度传感器可以设置成测量表示与残部接触的承窝壁的温度的温度。温度传感器可以包括下列部件的一个：铂电阻、P T100、热敏电阻、热电偶或任何其他类型的敏感元件。该部件可以设置在加热部件上。尤其是，温度传感器可以包括焊在加热部件上的具有很小厚度的部件，例如表面安装部件（SMC）。
该实施方式可以得到柔性印制电路形式的加热部件，并且该加热部件没有额外厚度的任何其他部件，这样为加热元件提供机械强度和最佳的集成可能性。此外，温度传感器可以相对于残部接近于该部件进行设置，这样提供理想的测量条件。
根据本发明的设备还可以包括至少一个其他温度传感器，例如测量室温或与残部区域不同的区域处的温度。
控制装置可以包括一个自动调温器，当测量温度大于阈值时，该自动调温器触发或关闭加热部件的电源。该控制装置还可以包括微控制器设备，该微控制器设备根据所测量温度和可能的其他参数（例如外部温度、与残部不同的区域处所测量的皮肤温度、供电电池的使用寿命或状态…）来优化加热部件的电源。
根据本发明的设备可以设计成能够将温度设定值保持在30-40℃。尤其是，温度设定值可以基本是30-33℃，其对应于生理控制机构正确运行时皮肤表面的“标准”温度。
根据本发明的设备还包括盒，该盒能够由用户佩戴并且通过连接线缆连接到加热部件上，该盒包括供电电池和通过用户调整温度设定值的装置。
供电电池例如可以具有锂离子或锂聚合物类型。
盒可以包括诸如佩戴到腰带上的夹子的紧固装置，或者可以包括将盒放入背包或将盒固定在矫形器具上的装置。
连接电缆可以包括容易地与该盒分开的连接装置，例如，在用户更换假肢（在该情况下加热部件设置于假肢中）或更换加热部件的情况下。
根据一个实施方式，加热部件可以插入肢体假肢的柔性承窝和刚性承窝之间，并且粘合到柔性承窝上。
根据本发明的另一方面，提供一种矫形器具，包括用于容纳截肢残部的末端的承窝，其特征在于，该矫形器具包括设置成使得与截肢残部的末端相接触的承窝的部件加热和/或保持在预定温度。
矫形器具可以是下列类型的一种：适合胫骨截肢残部的下肢假肢、适合股骨截肢残部的下肢假肢、上肢假肢。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于改进矫形器具的佩戴舒适感的方法，该矫形器具包括用于容纳截肢残部的末端的承窝，其特征在于，该方法包括通过设置在矫形器具中的加热部件，将与截肢残部的末端接触的承窝部件加热和/或保持在预定温度处。
预定温度基本等于截肢残部的位置基本相当的人体结构位置的健康区域的皮肤表面的温度，其中，用于控制温度的生理机制正常的运行。
附图简要说明
通过阅读非限制性的实现方式的具体实施方式以及附图，本发明的进一步优点和特征将是显而易见的，在附图中：
图1示出根据本发明的设备的一个实施方式；
图2示出了加热部件的俯视图；
图3示出了加热部件的截面图。
具体实施方式
参照图1，将描述用于装配股骨假肢的设备的实施方式。
这些假肢安装至在膝盖和臀部之间截断的截肢残部6。截肢残部6包括末端7，该末端7对应于截肢部位。因截肢而产生的瘢痕组织和受损神经末端的区域位于末端7中。
截肢残部的末端7通常由硅树脂套筒5覆盖，硅树脂套筒5覆盖和保护该末端7。
根据通用于大多数肢体假肢的实施方式，大腿假肢包括柔性承窝4，柔性承窝4扣合或通过任何其他装置安装到假肢8的刚性承窝9中。套筒5基本密封地安装到柔性承窝4中。当柔性承窝4放在套筒5上时，阀门10使空气从柔性承窝4中排出。然后，关闭该阀门10，并且通过低压使假肢8保持在适当位置。为了移除假肢，只要通过阀门10放入空气即可。
根据本发明的设备的加热部件1被制成柔性膜，该柔性膜粘合在柔性承窝4的底部周围。这样基本均匀地加热装配柔性承窝4的底部的部分，该底部直接面对截肢残部6的末端7。通过这种方式，可以在包括截肢残部6的敏感瘢痕部分的全部末端区域7上非常均匀地保持确定的温度。
加热部件1在承窝中的位置还可以被选择，以免干扰承窝部件（例如套筒5和柔性承窝4）的运行，这些承窝部件与截肢残部6接触或者紧邻截肢残部6并且决定了舒适度和假肢8将被容许的方式。
参照图2和3，基于柔性印制电路技术来制造加热部件1。加热部件1包括聚酰亚胺或的支撑件30，其中刻蚀由金属合金（例如
Figure BDA00002536106700062
或铜镍合金）制成的迹线20。基于支撑件30的柔性和机械强度质量来选择支撑件30的材料。根据传统的电子工艺（例如蚀刻）来获得该迹线。
通过基本均匀分布的迹线20的网络来覆盖加热部件1的有效区域。为了易于辨识，在图1中仅示出了该网络的一部分。迹线通过连接点22电连接到供电装置。
计算迹线的网络，以在连接点22之间具有约30-50欧姆的电阻值。因此，当通过电压（U=11.1伏）对迹线的网络进行供电时，当加热时，加热部件消耗的功率为P=U^2/R，约为3.5瓦。
加热部件1还包括面向其中心的温度传感器21，温度传感器21位于测量温度能够明确地表示截肢残部6的末端7处的温度的位置处。温度传感器21通过连接点23连接到控制装置。温度传感器21为铂电阻器类型（PT100）并且具有表面安装部件（SMC）的形式，该表面安装部件的形式具有较小的尺寸，尤其是具有小于0.5mm的较小高度。
就将加热部件1插入假肢的承窝部件之间而不干扰假肢的运行同时还承受可能的强机构应力而言，非常重要的是，加热部件1应当制成薄的且耐用的膜，从而不会使部件明显突出。
加热部件1包括切口24。这些切口24的形状可被任意地优化，以适于每个应用。图2的实施方式适于插入图1的大腿假肢中。切口限定瓣部，瓣部可以向后折叠并且粘合到大体半球形的表层上，从而不会过度地折叠加热部件1。
加热部件1还包括用作阀门通道的开口10，其确保密封安装到柔性承窝4中的套筒5。
图3示出了加热部件1的截面图。图3纯粹是示意性的并且所画出的层的相对厚度不用于表示实际的尺寸。加热部件的总有效厚度可以基本小于1mm，或者设置小于0.5mm。
加热部件1在其表面上包括胶粘合层32。因此，加热部件1可以通过粘合在柔性承窝4上而容易地放置，并且根据需要进行替换。
加热部件1还包括反射层31，例如薄的铝膜，该发射层31粘合在指向刚性承窝9的表面上。反射层31的功能是通过朝向残部6反射由迹线20基本全向产生的热辐射来改进热效率。
加热部件1通过连接线缆3和连接器连接到控制盒2，控制盒2例如可以通过夹子连接到用户的腰带上。控制盒2包括锂离子或锂聚合物类型的供电电池、以及例如基于微控制器进行控制和控制温度的电子设备。控制盒2还可以包括通过用户调节加热部件1的温度的调节装置11。
加热部件的功率被计算，以至少在假肢的环境中使截肢的远端部分7的温度上升4℃，因此将远端部分7保持在温度适中区域中，即约30-33℃。在这些条件下，电池容量可以提供6小时以上的运行。
温度调节可以使用户至少在短时内将温度设定值增加到40℃，这样使用户减轻和缓解突然的疼痛，或者使用户简单地选择不同的舒适温度。
根据实施方式：
-迹线或加热体20可以通过各种工艺制造，例如，丝网印刷；
-加热部件1可以包括根据特定形状模制的支撑件30，例如，以在最好的情况下适合特定表层的形状；
-加热部件1基于使用其的假肢，可以具有任何形状，并且可以包括任何类型的切口；
-加热部件1可以在其制造期间集成到假肢的部件中，例如柔性承窝4或刚性承窝9或者主体8中，尤其是通过将加热部件合并到该部件中的方式。
当然，本发明不限于这些示例，在不背离本发明的范围的情况下，可以对这些示例进行各种变化。

Claims (16)

1.一种用于加热和/或控制矫形器具（8）的承窝的温度的设备，所述承窝用于容纳截肢残部（6）的末端（7），其特征在于，所述设备包括加热部件（1），所述加热部件（1）设置在所述矫形器具（8）中，以使与所述截肢残部（6）的所述末端（7）相接触的、所述承窝的部件（4、5）被加热和/或保持为预定温度。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，加热部件（1）为柔性膜的形式，所述柔性膜包括具有柔性的基本电绝缘的材料的支撑件（30），并且在所述支撑件（30）的至少一个表面上具有基本导电材料的迹线（20），所述迹线（20）能够在流过其中的电流的作用下被加热。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述支撑件（30）包括以下材料的至少一种：聚酰亚胺、卡普顿、硅橡胶。
4.如权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述加热部件（1）还包括反射金属层（31），所述反射金属层（31）能够反射热辐射。
5.如权利要求2-4中任一项所述的设备，其特征在于，所述加热部件（1）的一面上包括粘合层（32）。
6.如权利要求2-5中任一项所述的设备，其特征在于，所述加热部件（1）包括切口（24），所述切口（24）使所述加热部件（1）粘合在弯曲表面上。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述加热部件（1）的形状为大体圆形或椭圆形，并且包括处于径向方向的切口（24）。
8.如权利要求2-7中任一项所述的设备，其特征在于，还包括温度传感器（21）和温度控制装置，所述温度传感器（21）被设置以测量所述加热部件（1）附近的温度，所述温度控制装置能够将所述加热部件（1）保持在温度设定值。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述温度传感器（21）包括下列元件的至少一个：设置在所述加热部件（1）上的铂电阻、PT100、热敏电阻、热电偶。
10.如权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述温度设定值基本是30℃-33℃。
11.如权利要求8-10中任一项所述的设备，其特征在于，还包括盒（2），所述盒（2）能够由用户佩戴并且通过连接线缆（3）连接到加热部件（1）上，所述盒（2）包括供电电池和通过所述用户调整所述温度设定值的装置（11）。
12.如权利要求2-11中任一项所述的装置，其特征在于，所述加热部件（1）被插入在肢体假肢（8）的所述柔性承窝（4）和刚性承窝（9）之间，并且所述加热部件（1）被粘合到所述柔性承窝（4）上。
13.一种矫形器具，包括用于容纳截肢（6）的末端（7）的承窝，其特征在于，所述矫形器具包括加热部件（1），所述加热部件（1）设置成使与所述截肢（6）的所述末端（7）相接触的所述承窝的部件（4、5）被加热和/或保持为预定温度。
14.根据权利要求13所述的矫形器具，其特征在于，所述矫形器具具有以下类型：适合胫骨截肢残部的下肢假肢、适合股骨截肢残部的下肢假肢、上肢假肢。
15.一种改进矫形器具的佩戴舒适性的方法，所述矫形器具包括用于容纳截肢残部（6）的末端的承窝，其特征在于，所述方法包括：通过设置在所述矫形器具中的加热部件（1），将与所述截肢残部（6）的所述末端（7）相接触的所述承窝的部件（4、5）加热和/或保持为预定温度。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述预定温度基本等于与所述截肢残部的位置基本等同的人体结构位置的健康区域中的皮肤表层的温度。
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