一種關節(jié)康復彎曲訓練裝置的制作方法

本發(fā)明涉及康復訓練裝置，尤其涉及一種關節(jié)康復彎曲訓練裝置。

背景技術：

關節(jié)是人體中承擔支承和運動功能的重要組成部分，如果關節(jié)發(fā)生損傷或醫(yī)療手術后的康復期內不能及時得到有效的鍛煉，則極易造成關節(jié)部位的粘接和肌肉萎縮，從而大大限制關節(jié)的運動能力，嚴重的甚至會造成關節(jié)部分功能的永久缺損，因此現(xiàn)代康復醫(yī)學認為，關節(jié)手術后及時對關節(jié)進行適度、有效的康復訓練，對恢復關節(jié)功能具有重要作用。而關節(jié)康復訓練的醫(yī)療用具必須具備安全性和有效性。安全性是指康復器械對關節(jié)進行康復訓練時，不能對關節(jié)產(chǎn)生二次傷害。有效性是指康復器械能夠實現(xiàn)對關節(jié)靈活性鍛煉，因此關節(jié)康復器械應滿足柔順性好、被動訓練的功能要求。

現(xiàn)有技術中的關節(jié)康復彎曲訓練裝置與患者接觸的固定位置多采用固定規(guī)格設計，由于患者體形不同，不同患者與康復訓練裝置的貼合程度不同，影響患者康復訓練的效果。目前市面上關節(jié)康復器械多采用電機和機械傳動機構的剛性結構驅動形式，(例如US6325770B1和US6321033B1以及CN105148460A等)，這種驅動方式往往無法根據(jù)關節(jié)的不同康復階段靈活地施加驅動力，或改變康復訓練角度，因此極易對關節(jié)造成二次傷害。另外國內外的康復訓練系統(tǒng)基本是在專業(yè)的醫(yī)護人員陪同下完成，由于訓練的人力成本高，所以存在諸如訓練力度不夠、訓練方式不規(guī)范等缺點，使得康復訓練難以取得應有的成效。并且現(xiàn)有技術中的關節(jié)康復彎曲訓練裝置所占體積較大，攜帶不方便，不利于患者在生活、工作中及時進行康復訓練。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種關節(jié)康復彎曲訓練裝置，該裝置能夠有效避免康復訓練中過度拉伸導致的二次傷害，并且該關節(jié)康復彎曲訓練裝置中人機結合位置采用個性化設計，人機融合效應好，患者使用的舒適度高。

技術方案

一種關節(jié)康復彎曲訓練裝置，其特征在于：包括前臂支撐托板、后臂支撐托板、屈臂裝置和驅動裝置，所述屈臂裝置包括前臂托板支撐梁和后臂托板支撐梁，所述前臂托板支撐梁一端通過鉸接結構與后臂托板支撐梁一端連接，所述前臂托板支撐梁和后臂托板支撐梁的另一端分別設置有前臂支撐導板和后臂支撐導板，所述前臂支撐導板上設置有前臂移動導軌，所述前臂支撐托板設置在前臂移動導軌上，后臂支撐導板上設置有后臂移動導軌，所述后臂支撐托板設置在后臂移動導軌上，調節(jié)前臂支撐托板與后臂支撐托板的相對距離與患者肢體長度相匹配，所述前臂支撐托板和后臂支撐托板采用3D打印成型與患者肢體形狀尺寸相貼合，所述驅動裝置用于驅動屈臂裝置，實現(xiàn)前臂支撐托板與后臂支撐托板圍繞鉸接結構往復轉動對患者進行康復訓練。

進一步，所述驅動裝置包括豎直錐齒輪、水平錐齒輪、豎直滾珠絲桿、水平傳動軸、滾珠絲桿螺母和支撐框架，所述支撐框架內部中空結構，所述水平傳動軸一端設置有驅動手柄，另一端設置在支撐框架內部，水平傳動軸在支撐框架內部的一端設置有豎直錐齒輪，所述豎直錐齒輪與水平錐齒輪配合，驅動水平錐齒輪上設置的豎直滾珠絲杠轉動，所述豎直滾珠絲杠上下兩端固定在支撐框架內壁上，豎直滾珠絲桿上設置有滾珠絲杠螺母，所述滾珠絲杠螺母上設置有前臂推動機構和后臂推動機構，通過前臂推動機構和后臂推動機構連接至前臂支撐導板和后臂支撐導板上，帶動屈臂裝置做往復運動，實現(xiàn)患者關節(jié)的康復訓練。

進一步，所述前臂推動機構和后臂推動機構采用剛性連接桿，所述剛性連接桿的內側還設置有兩根輔助連桿，所述輔助連桿一端分別通過銷軸與前臂托板支撐梁和前后臂托板支撐梁連接，所述兩根輔助連桿的另一段通過銷軸設置在支撐框架頂端。

進一步，所述前臂推動機構和后臂推動機構采用雙連桿或同步帶。

進一步，在前臂托板支撐梁和后臂托板支撐梁上還設置有角度值絕對編碼器，所述角度值絕對編碼器連接蜂鳴器，當患者屈伸角度超過設定值時發(fā)出警報用于指示患者關節(jié)訓練的角度。

進一步，所述前臂支撐托板和后臂支撐托板內部設置有壓力傳感器，當患者施加壓力過大時發(fā)出警報。

進一步，所述前臂支撐托板和后臂支撐托板內表面設置有氣囊內襯。

進一步，所述豎直錐齒輪與水平錐齒輪有若干傳動比，實現(xiàn)多檔位傳動。

一種如上所述的關節(jié)康復彎曲訓練裝置中前臂支撐托板、后臂支撐托板采用3D打印成型的方法，步驟如下：

a.建立三維幾何模型：采用CT成像技術、核磁共振成像技術或者手持式3D掃描儀得到患者肢體的三維模型；

b.確定肢體的外輪廓：在醫(yī)學建模軟件中提取肢體形態(tài)，將肢體內輪廓向外整體外移0.5～3mm得到所需打印的肢體模型數(shù)據(jù)；

c.肢體托板模型數(shù)據(jù)的生成：在三維建模軟件中，對肢體模型數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格優(yōu)化，提取肢體表面網(wǎng)格，然后反向偏移增厚生成合適厚度的肢體托板，得到前后臂支撐托板模型；

d.3D打印生成前后臂支撐托板：采用3D打印成型前臂支撐托板和后臂支撐托板。

進一步，所述3D打印成型的材料選自聚碳酸脂、丙烯腈-丁二稀-苯乙烯共聚物、聚酰胺、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠。

有益效果

本技術方案提供一種關節(jié)康復彎曲訓練裝置，該裝置以患者膝關節(jié)、踝關節(jié)或肘關節(jié)外形為參數(shù)通過3D打印成型制備前臂支撐托板、后臂支撐托板，實現(xiàn)關節(jié)康復彎曲訓練裝置的與患者肢體跟好的貼合，提高患者康復訓練的效率和安全性。本技術方案中采用錐齒輪傳動結構，有效縮小關節(jié)康復彎曲訓練裝置體積，便于患者隨身攜帶進行康復訓練。本技術方案所提供的關節(jié)康復彎曲訓練裝置設置有角度測試裝置和報警裝置，在患者達到設定康復訓練角度后發(fā)出警報，防止過度訓練造成二次傷害。本技術方案所提供的關節(jié)康復彎曲訓練裝置的傳動機構上還設置有檔位調節(jié)結構，方便患者根據(jù)自身不同的康復階段選擇不同的訓練檔位，有效提高訓練效率并防止二次傷害。本技術方案所提高的關節(jié)康復彎曲訓練裝置中前臂支撐托板、后臂支撐托板之間的相對距離可調節(jié)，以適應不同肢體長度的患者。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明的驅動裝置示意圖；

圖3為本發(fā)明的屈臂裝置及推動機構示意圖；

圖4為本發(fā)明的屈臂裝置示意圖；

其中：1-支撐框架，2-驅動手柄，31-后臂推動機構，32-前臂推動機構，4-螺栓，5-前后臂固定孔，6-前臂支撐托板，7-后臂支撐托板，8-鉸鏈中心軸，9-水平錐齒輪，10-滾珠絲桿螺母，11-滾珠絲桿固定軸承，12-前臂定位銷，13-后臂定位銷，14-輔助連桿，151-后臂托板支撐梁，152-前臂托板支撐梁，16-蜂鳴器，17-托板襯墊，18-鉸鏈結構，19-角度值絕對編碼器，20-豎直錐齒輪，21-水平傳動軸，22-豎直滾珠絲桿。

具體實施方式

下面結合具體實施例和附圖，進一步闡述本發(fā)明。

現(xiàn)有技術中的關節(jié)康復彎曲訓練裝置與患者接觸的固定位置多采用固定規(guī)格設計，由于患者體形不同，不同患者與康復訓練裝置的貼合程度不同，影響患者康復訓練的效果。目前市面上關節(jié)康復器械牽伸設備多采用電機和機械傳動機構的剛性結構驅動形式，無法根據(jù)關節(jié)的不同康復階段靈活地施加驅動力，或改變康復訓練角度，因此極易對關節(jié)造成二次傷害。另外國內外的康復訓練系統(tǒng)基本是在專業(yè)的醫(yī)護人員陪同下完成，由于訓練的人力成本高，所以存在諸如訓練力度不夠、訓練方式不規(guī)范等缺點，使得康復訓練難以取得應有的成效。并且現(xiàn)有技術中的關節(jié)康復彎曲訓練裝置所占體積較大，攜帶不方便，不利于患者在生活、工作中及時進行康復訓練。

為了提高患者肢體與前臂支撐托板6和后臂支撐托板7的完全貼合，更加保證該關節(jié)康復彎曲訓練裝置的穩(wěn)定性，防止給患者造成二次傷害。本技術方案中的前臂支撐托板與后臂支撐托板均采用3D打印成型工藝，制造出個性化的前臂支撐托板與后臂支撐托板，與患者的肢體實現(xiàn)完美的融合。本技術方案中，所述3D打印成型制備前臂支撐托板與后臂支撐托板的步驟如下：

1.建立三維幾何模型：采用CT成像技術、核磁共振成像技術或者手持式3D掃描儀得到患者肢體的三維模型。

2.確定肢體的外輪廓：在醫(yī)學建模軟件中提取肢體形態(tài)，將肢體內輪廓向外整體外移0.5～3mm得到所需打印的肢體模型數(shù)據(jù)。

3.肢體托板模型數(shù)據(jù)的生成：在三維建模軟件中，對肢體模型數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格優(yōu)化，提取肢體表面網(wǎng)格，然后反向偏移增厚生成合適厚度的肢體托板，得到前后臂支撐托板模型。

4.3D打印生成前后臂支撐托板：采用3D打印成型工藝，制備前后臂支撐托板。本技術方案中所述3D打印材料為高分子材料，優(yōu)選為丙烯腈-丁二稀-苯乙烯共聚物、聚碳酸脂、聚酰胺、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠。

由于不同患者的肢體長度大小不同，為了使3D打印成型的前臂支撐托板與后臂支撐托板更好的與患者肢體貼合，本技術方案在3D打印成型的前臂支撐托板與后臂支撐托板固定在位置可調節(jié)的裝置上，以實現(xiàn)前后臂支撐托板與患者的完美貼合。

本技術方案提供一種關節(jié)康復彎曲訓練裝置如附圖1至4所示，該裝置包括豎直錐齒輪20、水平傳動軸21、水平錐齒輪9、豎直滾珠絲桿22、滾珠絲桿螺母10、前臂推動機構32、后臂推動機構31、前臂支撐導板、后臂支撐導板、前臂支撐托板、后臂支撐托板和支撐框架1。

所述支撐框架內部為中空結構，水平傳動軸一端設置有驅動手柄2，另一端穿過支撐框架側壁開孔上的軸承進入支撐框架內部，在水平傳動軸的另一端設置有豎直錐齒輪。所述支撐框架的內部設置有豎直滾珠絲桿，豎直滾珠絲桿的上端設置在支撐框架上部的滾珠絲桿固定軸承11內，豎直滾珠絲桿的下端設置在支撐框架底部的滾珠絲桿固定軸承內。豎直滾珠絲桿的底部設置有水平錐齒輪，水平錐齒輪與豎直錐齒輪咬合，并被豎直錐齒輪驅動。所述豎直滾珠絲桿表面設置有螺紋，起到絲桿的作用，在豎直滾珠絲桿的螺紋上設置有滾珠絲桿螺母，滾珠絲桿螺母上對稱設置前臂推動機構和后臂推動機構，所述前臂推動機構和后臂推動機構的一端通過前臂定位銷12和后臂定位銷13對稱設置在滾珠絲桿螺母上。前臂推動機構的另一端伸出支撐框架側壁的豎直條形孔，通過銷軸連接到前臂支撐導軌上；后臂推動機構的另一端伸出支撐框架側壁的豎直條形孔，通過銷軸連接到后臂支撐導軌上。前臂支撐導軌設置在前臂托板支撐梁152上，后臂支撐導軌設置在后臂托板支撐梁151上，前臂托板支撐梁和后臂托板支撐梁之間通過鉸鏈結構18連接。在前臂支撐導軌上設置有前臂支撐托板，前臂支撐托板通過螺栓4固定在前臂支撐導軌上，并可以通過螺栓調節(jié)前臂支撐托板在前臂支撐導軌上的位置。同樣的，在后臂支撐導軌上設置有后臂支撐托板，后臂支撐托板通過螺栓固定在后臂支撐導軌上，并可以通過螺栓調節(jié)后臂支撐托板在后臂支撐導軌上的位置。

本技術方案中采用滾珠絲桿和滾珠絲桿螺母結構是為了進一步降低裝置運行中的摩擦阻力，提高患者康復訓練效率，類似的等同替換結構均可應用于本技術方案中。

為了進一步使該關節(jié)康復彎曲訓練裝置運行更加穩(wěn)定，防止患者受到二次傷害，在前臂托板支撐梁和后臂托板支撐梁上還對稱設置有輔助連桿14。所述兩個輔助連桿一端通過銷軸分別固定在前臂托板支撐梁和后臂托板支撐梁上，兩個輔助連桿的另一端通過銷軸固定在支撐框架的頂端。當輔助連桿的長度大于后臂推動機構和前臂推動機構的長度時，該關節(jié)康復彎曲訓練裝置向下彎曲，可用于膝關節(jié)的康復訓練；當輔助連桿的長度小于后臂推動機構和前臂推動機構的長度時，該關節(jié)康復彎曲訓練裝置向上彎曲，可用于肘關節(jié)的康復訓練。

本技術方案中，所述前臂推動機構和后臂推動機構選自剛性連接桿、雙連桿或同步帶，當前臂推動機構和后臂推動機構為雙連桿或同步帶時，能夠平穩(wěn)驅動前臂托板支撐梁和后臂托板支撐梁相對轉動，防止因運動過快對患者造成二次傷害。

在前后臂托板支撐梁之間的連接鉸鏈結構處還設置有角度測試裝置，所述角度測試裝置為設置在前臂托板支撐梁與后臂托板支撐梁之間的角度值絕對編碼器19，用于患者讀取屈伸肢體的角度。在角度絕對值編碼器上連接有蜂鳴器16，當患者關節(jié)屈伸到一定角度后，蜂鳴器發(fā)出警報，提醒患者已達到設定的訓練角度，防止過度訓練造成二次損傷。

進一步，所述前臂支撐托板和后臂支撐托板內表面設置有氣囊內襯，用于使患者肢體與前臂支撐托板和后臂支撐托板緊密接觸，減小二次傷害。

進一步，在前臂支撐托板和后臂支撐托板內部設置有壓力傳感器，壓力傳感器連接有顯示器或警報裝置，當患者施加的壓力過大時，所述顯示器用于提示患者壓力過大，需要降低壓力防止二次傷害；所述警報裝置用于壓力過大時發(fā)出警報，防止患者施加壓力過大造成二次傷害。

該裝置使用過程中，患者將肢體放置于前臂支撐托板和后臂支撐托板上，然后設置好訓練角度，并調整好前臂支撐托板、后臂支撐托板在前臂支撐導軌和后臂支撐導軌上的位置，實現(xiàn)對患者肢體的最優(yōu)貼合。另一只手轉動驅動手柄，通過水平傳動軸帶動豎直錐齒輪轉動，豎直錐齒輪驅動水平錐齒輪轉動，水平錐齒輪帶動豎直滾珠絲桿轉動，轉動的豎直滾珠絲桿驅動豎直滾珠絲桿上的滾珠絲桿螺母向上運動。向上運動的滾珠絲桿螺母驅動滾珠絲桿螺母兩側的前臂推動機構和后臂推動機構向上運動，從而使前臂托板支撐梁和后臂托板支撐梁相對轉動，從而帶動前后臂托板支撐梁上的前后臂支撐導軌及前后臂支撐托板相對轉動，從而實現(xiàn)前后臂支持托板上的患者肢體拉伸。當肢體拉伸至設定的訓練角度時，蜂鳴器報警，患者反向轉動驅動手柄，實現(xiàn)肢體的彎曲訓練，當患者肢體彎曲至設定的訓練角度時，蜂鳴器報警，患者再次進行拉伸訓練，不斷重復上述操作，實現(xiàn)關節(jié)的康復訓練。

上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，本領域的普通技術人員可以理解，而在實際應用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。