CN105326588A - 下肢骨关节病患者穿戴式助行器 - Google Patents

Abstract

本发明针对骨关节病人特点进行设计，穿戴于人体，仅釆用机械装置分担关节受力，而关节的转动主要靠自身肌肉带动，也可以辅之以钢丝绳及滑轮系统，把脚踏地面的力转化为膝、髋部纵向运动所需力矩。本发明由上身支撑件、大腿支持机构、小腿支持机构、鞋底支持结构及关节铰链转动控制装置各部分组成。这种设计不需要用电，成本低、简单轻便，解放双手，病人活动自由。视病情既可以双侧使用，也可以只用单侧。本助行器的支撑可分担原本由下肢关节所承受的大部分人体重量，在缓解疼痛的同时还可以锻练肌肉，防止长期缺少运动导致的肌肉萎缩。

Description

下肢骨关节病患者穿戴式助行器

技术领域

本发明涉及下肢骨关节病患者穿戴式助行器。

背景技术

下肢骨关节病患者由于关节软骨病变，在行走中关节受力会导致疼痛及病情加重，膝关节病患者的关节长期不对称磨损还将导致x型腿及o型腿。虽然很多国家都在研制穿戴式外骨骼，并关注智能控制，但都技术过于复杂、成本过高，难以推广，国际上还没有使用方便、人类智能控制的理想的穿戴式外骨骼。目前，国内外老年骨关节病患者使用的仍为手推式助行器或各类拐杖，不仅分担的载荷较小难以达到理想的效果，而且由于上肢长期受力过大可能导致新的病变。

发明内容

临床观察表明，多数骨关节病人虽然关节软骨病变，但控制关节活动的肌肉组织工作正常。下肢骨关节病患者穿戴式助行器是针对骨关节病人特点进行设计，直接穿戴于人体，仅釆用机械装置分担关节受力，而关节的转动仍靠自身肌肉带动。这种设计思路与通常外骨骼的设计思路不同，最主要的目的不是省力，而是减少关节负担。本助行器的支撑可分担原本由下肢关节所承受人体重量的50%以上，从而在一定程度上达到消除或减轻疼痛、缓解病情及防止X型腿及O型腿的作用。患者长期缺少运动会导致肌肉萎缩，加重骨关节病。本助行器在缓解疼痛的同时还可以锻炼肌肉，防止肌肉萎缩，可谓一举两得。老年人往往伴有骨质疏松，要尽量使各部位分担载荷，所以本设计方案通过腋下、臀下、紧固带等多部位支撑，载荷分布较为均匀，也较为舒适。患者根据自身具体情况，可以双侧或单侧使用本助行器；可以选择同时使用腋下支撑件和臀部弹性软座，也可以只选其一。总之，本设计方案思路独特、针对性强，具有简单轻便、成本较低、自由度高的特点。

老年骨关节病患者穿戴式助行器由上身支撑件、大腿支持机构、小腿支持机构、鞋底支持机构及关节铰链转动控制装置构成（图1）。上身支撑件包括带长度精确调节器2的支架3及夹于腋下的软垫1，侧腰支架4、腰部紧固带5及臀部弹性软座6。大腿支持机构包括带长度精确调节器11的大腿支撑杆12、两个方向的髋部铰链7、9及与大腿支撑杆连接的弹性紧固带，髋部关节铰链7与9在横、纵两个方向单方向转动分别对应大腿向身体侧、前方的转动。大腿支撑杆12一边通过双向髋部铰链7、9与髋部支架4相连，另一边与膝部铰链13相连。小腿支持机构包括带长度精确调节器16的小腿支撑杆15、膝部单向铰链13及与小腿支撑杆连接的弹性紧固带。膝部铰链13的弯曲方向对应膝盖向前弯。小腿支撑杆脚踝处可选择增加单向踝部铰链加扭簧18，也可以不加。小腿支撑杆15一边通过膝部单向铰链13与大腿支撑杆12相连，另一边与鞋底支撑部分17刚性连接。长度精确调节器2、11、16的原理是与长度精确调节器螺纹连接的两侧杆之螺纹方向相反，所以朝一个方向旋转长度精确调节器可使杆总长度增长，而反向旋转则使杆缩短。连接在支撑杆上的紧固带与腿部绑定时需要尽量保证支撑杆与腿部的连接效果，可以用高弹性护腿或绑带，也可以用特制紧身裤。鞋底支持机构包括与小腿支撑杆连接的鞋底及绑带。用绑带将鞋底与鞋固定，鞋底与小腿支撑杆刚性连接将力传递到地面。关节铰链转动控制装置包括关节铰链转动控制基本系统及助力系统，二者可以同时安装，也可以仅选择其一。关节铰链转动控制基本系统比较简单，膝部关节铰链与人体关节一样仅可以单方向转动（膝盖只可向前弯），可采用扭簧14对转动进行控制，而髋部关节铰链在横、纵两个方向单方向转动（大腿分别向身体侧、前方转动），分别采用扭簧8与10控制转动。患者直立时扭簧不受力，走路或上楼梯时，抬腿扭簧蓄力，腿受力伸直过程中扭簧可提供力偶，在紧固带的共同作用下，使助行器有适当刚度，以实现分担载荷的效果。患者作下蹲动作（例如下楼梯或如厕）时，脚下受力，膝盖与胯部会自然弯曲，扭簧帮助肌肉对弯曲程度进行控制。扭簧刚度应根据体重合理选择。这种设计简单可靠，可以起到锻炼肌肉的效果，但做腿部弯曲角度较大的动作（尤其是腿不受力时）会感到比较费力。此外，患者坐下时需要将扭簧脱开，以便关节铰链自由弯曲。关节铰链转动控制助力系统是采用钢丝绳及滑轮系统把脚踏地面的力转化为膝、髋部纵向运动所需力矩（图2）。鉴于日常活动中髋部关节铰链横向转动较少，仍采用扭簧控制髋部关节铰链横向转动。鞋底由脚前半部分的鞋底35和脚后半部分的双层支撑结构组成（图3），后者包括双层支撑板24、32、二力杆件38、39、钢丝绳29、轮子26、27、弹簧33与滑轮36、37。上部铰链25固定，下部轮子26、27可沿鞋底运动，轮轴28、34上绕着钢丝绳29。轮轴的活动范围被限位装置31所限制。鞋底后半部分的层间24、32采用金属片加固，不易变形，便于传力。小腿支撑杆下端30与金属片24牢固连接或用单向铰链加扭簧连接以便传力。鞋底后半部分上下表面及鞋底前半部分35都采用橡胶材料，受力时会适当变形，同时穿着也较为舒适。钢丝绳通过滑轮36、37变换方向后穿过中空的小腿支撑杆及大腿支撑杆，绕过髋部关节铰链处突出部位上的滑轮21与膝部关节铰链处突出部位上的滑轮22，最后带钢丝绳长度调节器19的钢丝绳20与侧腰支架相连。鞋底受力时，鞋跟高度变小，轮轴间距加大，钢丝绳拉紧，带动膝部与髋部关节铰链转动，使腿伸直，而鞋底不受力时，由于弹簧33的作用，鞋跟高度恢复。这种设计的优点就是省力，脚下受力时钢丝绳拉紧可提供腿伸直的力偶，使助行器有适当刚度，而坐下后只要令脚跟不受力，腿的弯曲程度会使钢丝绳的松紧有少许变化，带动鞋跟高度有少许变化，对关节活动影响不大。

附图说明

图1为下肢骨关节病患者穿戴式助行器结构示意图。图2为关节铰链转动控制的钢丝绳及滑轮系统示意图。图3为鞋底钢丝绳及滑轮系统示意图。

具体实施方式

使用时，老年骨关节病患者将穿戴式助行器侧腰支架4紧贴侧腰，将腰部用紧固带5固定，将臀部软座6由胯下穿过并固定于支架4，旋转腋下支撑件长度精确调节器2至长度合适。若只用单侧助行器，可以不连臀部软座。穿上鞋底支撑17，将大腿支撑杆12、小腿支撑杆15分别与大腿、小腿用紧固带固定在一起，注意腿伸直时膝部铰链上下支撑杆要在一条直线上，另外紧固带不要过紧，以免影响血液循环。分别旋转长度精确调节器11、16调节大腿支撑杆、小腿支撑杆的长度，越长则助行器承担的身体重量百分比越大，调到站立时感到舒适的长度即可。如果采用的是扭簧控制关节铰链转动，则站立时连上转角扭簧8、10、14，即可行走；将各处扭簧脱开，关节铰链自由活动，即可坐下。如果采用的是钢丝绳及滑轮关节铰链转动的控制系统，可在脚跟不受力情况下调钢丝绳与侧腰支架相连处19，调节钢丝绳长度调节器至松紧合适。

Claims (10)

1.下肢骨关节病患者穿戴式助行器，其特征是由上身支撑件、大腿支持机构、小腿支持机构、鞋底支持结构及关节铰链转动控制装置各部分组成，可视病情自由组合，既可以双侧使用，也可以单侧使用。

2.如权利要求1所述的“上身支撑件”，其特征在于包括带长度精确调节器（2）的支架（3）及夹于腋下的软垫（1），侧腰支架（4）、腰部紧固带（5）及臀部弹性软座（6），与长度精确调节器螺纹连接的两侧杆之螺纹方向相反，可选择是否安装臀部软座或腋下支撑件。

3.如权利要求1所述的“大腿支持机构”，其特征在于包括两个方向的髋部单向铰链（7）与（9）、带长度精确调节器（11）的大腿支撑杆（12）及与大腿支撑杆连接的弹性紧固带，髋部关节铰链（7）与（9）在横、纵两个方向单方向转动分别对应大腿向身体侧、前方的转动。

4.如权利要求1所述的“小腿支持机构”，其特征在于包括膝部单向铰链（13）、带长度精确调节器（16）的小腿支撑杆（15）及与小腿支撑杆连接的弹性紧固带，膝部铰链（13）的弯曲方向对应膝盖向前弯，长度精确调节器可通过螺纹精调长度，小腿支撑杆脚踝处可选择增加或不加单向踝部铰链加扭簧（18）。

5.如权利要求1所述的“鞋底支持结构”，其特征在于包括支撑鞋底及绑带，支撑鞋底与小腿支撑杆固定，绑带将鞋底与鞋固定。

6.如权利要求1所述的“关节铰链转动控制装置”，其特征在于包括关节铰链转动控制基本系统及关节铰链转动控制助力系统，二者可以同时安装，也可以仅选择其一。

7.如权利要求6所述的“关节铰链转动控制基本系统”，其特征在于采用扭簧（14）对膝部关节转动进行控制；采用扭簧（8）与（10）对髋部关节横、纵方向转动进行控制。

8.如权利要求6所述的“关节铰链转动控制助力系统”，其特征在于包括双层支撑鞋底、腿部关节铰链转动控制助力装置。

9.如权利要求8所述的“双层支撑鞋底”，其特征在于包括脚前半部分的鞋底（35）、脚后半部分中内层采用金属片加固的鞋底支撑板（24、32）、二力杆件（38、39）、固定在支撑板（24）上的铰链（25）、轮轴（28、34）、钢丝绳（29）、可沿鞋底运动的轮子（26、27）与滑轮（36、37），钢丝绳（29）绕在轮轴（28、34）上，并通过滑轮（36、37）变换方向，而小腿支撑杆下端（30）与金属片（24）连接。

10.如权利要求8所述的“腿部关节铰链转动控制助力装置”，其特征在于包括钢丝绳（20）、髋部关节纵向铰链处突出部位上的滑轮（21）、膝部关节铰链处突出部位上的滑轮（22）与钢丝绳长度调节器（19），钢丝绳穿过中空的大腿支撑杆及小腿支撑杆，绕过膝部与髋部关节铰链处突出部位上的滑轮与侧腰支撑件相连。