CN110063871B - 一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备及训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备及训练方法，所述设备包括底座、第一支架、第二支架、第三支架、控制面板和显示屏，第一支架垂直固定设置在底座的上表面，包括脚踝固定升降装置一、挂钩一、扶手一、升降电机一、升降杆一和脚踝固定环一，第二支架固定设置在底座的上表面，包括脚踝固定升降装置二、挂钩二、扶手二、升降电机二、升降杆二和脚踝固定环二，第三支架垂直固定设置在第一支架和第二支架中心线的前方，包括牵拉电机、牵引绳和膝关节监测环，显示屏设置在控制面板上表面。总之，本发明具有结构新颖、功能齐全、安全高效、自动化程度高等优点。

Description

一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备及训练方法

技术领域

本发明属于医疗用具技术领域，具体是涉及一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备及训练方法。

背景技术

膝关节的结构是全身各关节中最为复杂的滑车关节，运动形式包括额状面，上的伸屈活动纵轴上的旋转活动以及较小范围的内翻活动，其中尤以在伸屈活动中关节承受巨大的杠杆力量，因此增加损伤几率。而在冰雪项目中，高水平竞技能力的形成是需要运动员在高强度、大运动量训练下才可能取得的，而这往往导致膝关节运动损伤的发生概率大大提高

为预防、减少或避免我国冰雪项目运动员膝关节的运动损伤，本研究拟采用先进的功能性训练方法和体系，以我国冰雪项目重点运动员膝关节损伤的预防和康复为切入点，探索适合我国冰雪项目运动员的功能训练内容体系和方法体系，为教练员和运动员有针对性地做好膝关节损伤的伤病预防训练，以及科学地进行损伤后的康复训练提供方法指导，最终保证我国冰雪项目运动员在奥运会中有突出表现。

结合冰雪项目的特点,特别是冰球、自由式滑雪、短道速滑和花样滑冰等项目，由于运动员特定的技术动作特点,并且随着动作技术难度的不断加大,再加上长时间超负荷的运动训练和比赛,使得我国冰雪项目运动员的损伤发生率大大提高，查阅文献后发现,膝关节损伤最为严重。而膝关节运动损伤的发生将会破坏训练的系统性和身体机能,给运动员正常的训练造成严重影响,最终影响专项运动成绩的提高。而功能性训练是根据运动员的训练需求,结合运动生理学、解剖学、生物力学等多学科知识,利用合理、有效、与专项紧密结合的方法使运动员获得比赛中最需要的各种身体运动素质,以及预防运动损伤的重要手段。

但是目前现有的膝关节训练或者康复装置，没有在训练前检测和评估患者膝关节极限曲度参数，在训练过程中往往会超出患者生理曲度极限，从而对患者膝关节造成更大损伤或者减缓恢复速度，所以，设计一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备及训练方法十分有必要。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备及训练方法。

本发明的技术方案是：一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备，主要包括底座、第一支架、第二支架、第三支架、控制面板和显示屏，所述底座固定安装在水平底面上，所述第一支架垂直固定设置在底座的上表面，第一支架包括脚踝固定升降装置一、挂钩一和扶手一，所述脚踝固定升降装置一设置在第一 支架的下半部，脚踝固定升降装置一包括升降电机一、升降杆一和脚踝固定环一，所述升降电机一设置在第一支架内部，所述升降杆一为倒L形，且升降杆一的底端与升降电机一的输出端连接，所述脚踝固定环一与升降杆一的右端固定连接，所述挂钩一设置在第一支架的前侧面中部，所述扶手一设置在第一支架的前侧面上部，所述第二支架平行第一支架固定设置在底座的上表面，第二支架包括脚踝固定升降装置二、挂钩二和扶手二，所述脚踝固定升降装置二设置在第二支架的下半部，脚踝固定升降装置二包括升降电机二、升降杆二和脚踝固定环二，所述升降电机二设置在第二支架内部，所述升降杆二为倒L形，且升降杆二的底端与升降电机二的输出端连接，所述脚踝固定环二与升降杆二的右端固定连接，所述挂钩二设置在第二支架的前侧面中部，所述扶手二设置在第二支架的前侧面上部，第一支架和第二支架上端之间设有腰胯固定装置，所述第三支架垂直固定设置在底座的上表面，且位于第一支架和第二支架中心线的前方，第三支架包括牵拉电机、牵引绳和膝关节监测环，所述牵拉电机设置在第三支架的内部，牵拉电机左右两侧均设有输出端，所述牵引绳共有两条，分别与牵拉电机的输出端连接，另一端分别与所述膝关节监测环连接，所述膝关节监测环共有两个，膝关节监测环内侧面设有均匀排列的超声监测头，所述控制面板设置在第三支架的顶端，控制面板包括接收器、处理器和控制按键，所述接收器用于接收超声监测头监测到的患者膝关节及关联肌肉活动情况，所述处理器用于处理接收器接收到的数据转换为图像信息，所述控制按键用于控制升降电机一、升降电机二和牵拉电机的工作，所述显示屏设置在控制面板上表面，显示屏与处理器连接，用于显示患者膝关节及关联肌肉活动情况。

进一步地，所述脚踝固定环一和脚踝固定环二上端设有保护软垫，避免在脚踝固定环一和脚踝固定环二向上运动时脚踝固定环一和脚踝固定环二上端划破患者皮肤。

进一步地，所述脚踝固定环一、脚踝固定环二和膝关节监测环均采用挂钩调节松紧，挂钩固定可以调节松紧，并且并魔术贴更为牢靠，不易挣脱。

进一步地，所述膝关节监测环在未使用时分别悬挂在挂钩一和挂钩二上，悬挂在挂钩一和挂钩二方便患者取放。

进一步地，所述处理器内部集成设置有生理曲度测试及风险评估系统，所述生理曲度测试及风险评估系统包括膝关节分析单元、生理曲度计算单元、数据比对单元、训练风险预估单元和训练限制单元，所述膝关节分析单元用于根据超声监测头监测到的患者膝关节生理参数数据进行分析，所述生理曲度计算单元用于根据分析得到的数据计算患者膝关节的极限曲度，所述数据比对单元用于将计算得到的极限曲度与患者在训练过程中的多次数据进行比对更正，所述训练风险预估单元用于对患者训练过程中存在的风险进行预估，所述训练限制单元用于设定训练强度并限制升降电机一、升降电机二和牵拉电机的工作状态，在训练前先进行测试及分析，可以避免盲目训练造成损伤加重。

进一步地，所述显示屏可以旋转调节角度，便于不同患者观察显示屏。

利用上述膝关节训练设备进行膝盖损伤恢复的训练方法，包括以下步骤：

步骤一：引导并帮助患者将腰胯固定装置固定在腰胯部，使患者双脚离地，将脚踝固定环一和脚踝固定环二分别固定在双脚脚踝处，将挂钩一和挂钩二上分别取下膝关节监测环固定在患者两边膝盖处；

步骤二：使用膝关节监测环内超声监测头监测患者膝盖处关节及肌肉状况，分析患者膝关节生理参数数据并计算患者膝关节的极限曲度，对患者训练过程中存在的风险进行预估并限制升降电机一、升降电机二和牵拉电机的工作状态；

步骤三：通过控制按键设置训练强度，升降电机一和升降电机二带动脚踝固定环一和脚踝固定环二向上缓慢运动，同时牵拉电机通过牵引绳牵拉膝关节监测环，使患者双腿作屈膝动作，在到达患者极限曲度后，升降电机一和升降电机二带动脚踝固定环一和脚踝固定环二向下缓慢运动，同时牵拉电机放松牵引绳，使患者双腿作伸展动作，在活动过程中，超声监测头持续监测患者活动时患者膝关节及关联肌肉的活动情况，重复上述步骤直至训练完成；

步骤四：处理器通过患者训练时监测到的数据进行分析并制定下一次训练内容。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备及训练方法，相对于现有技术来说，通过两个支架间的腰胯固定装置使患者双脚离地，避免了传统方法中需要患者双脚着地的训练方法，双脚离地，患者膝盖不会受到患者自身体重的压力，有助于恢复，并且本发明通过设置脚踝固定环上下运动的同时膝关节监测环牵拉的方式进行辅助训练，训练前先进行生理曲度测试及风险评估，设置训练极限曲度，在训练过程中膝关节监测环内的超声监测头持续监测患者膝关节及其周围肌肉的情况，并将其显示在显示屏上，如果发生意外，可以即使发现，随时停止。总之，本发明具有结构新颖、功能齐全、安全高效、自动化程度高等优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的控制面板结构示意图；

图3是本发明的生理曲度测试及风险评估系统框图；

图4是本发明的左视图；

图5是本发明的电路图。

其中，1-底座、2-第一支架、21-脚踝固定升降装置一、211-升降电机一、 212-升降杆一、213-脚踝固定环一、22-挂钩一、23-扶手一、3-第二支架、31- 脚踝固定升降装置二、311-升降电机二、312-升降杆二、313-脚踝固定环二、32- 挂钩二、33-扶手二、4-第三支架、41-牵拉电机、411-输出端、41 2-牵引绳、43- 膝关节监测环、431-超声监测头、5-控制面板、51-接收器、52-处理器、53-控制按键、6-显示屏、7-腰胯固定装置、8-保护软垫。

具体实施方式

为便于对本发明技术方案的理解，下面结合附图1-5和具体实施例对本发明做进一步的解释说明，实施例并不构成对发明保护范围的限定。

如图1和图4所示，一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备，主要包括底座1、第一支架2、第二支架3、第三支架4、控制面板5和显示屏6，底座1固定安装在水平底面上，第一支架2垂直固定设置在底座1的上表面，第一支架2 包括脚踝固定升降装置一21、挂钩一22和扶手一23，脚踝固定升降装置一21设置在第一 支架2的下半部，脚踝固定升降装置一21包括升降电机一211、升降杆一212和脚踝固定环一213，升降电机一211设置在第一支架2内部，升降杆一212为倒L形，且升降杆一212的底端与升降电机一211的输出端连接，脚踝固定环一213与升降杆一212的右端固定连接，挂钩一22设置在第一支架2的前侧面中部，扶手一23设置在第一支架2的前侧面上部，第二支架3平行第一支架2固定设置在底座1的上表面，第二支架3包括脚踝固定升降装置二31、挂钩二32和扶手二33，脚踝固定升降装置二31设置在第二支架3的下半部，脚踝固定升降装置二31包括升降电机二311、升降杆二312和脚踝固定环二313，升降电机二311设置在第二支架3内部，升降杆二312为倒L形，且升降杆二 312的底端与升降电机二311的输出端连接，脚踝固定环二313与升降杆二312的右端固定连接，挂钩二32设置在第二支架3的前侧面中部，扶手二33设置在第二支架3的前侧面上部，第一支架2和第二支架3上端之间设有腰胯固定装置 7，脚踝固定环一213和脚踝固定环二313上端设有保护软垫8，第三支架4垂直固定设置在底座1的上表面，且位于第一支架2和第二支架3中心线的前方，第三支架4包括牵拉电机41、牵引绳41 2和膝关节监测环43，牵拉电机41设置在第三支架4的内部，牵拉电机41左右两侧均设有输出端411，牵引绳41 2共有两条，分别与牵拉电机41的输出端连接，另一端分别与膝关节监测环43连接，膝关节监测环43共有两个，膝关节监测环43在未使用时分别悬挂在挂钩一22 和挂钩二32上，膝关节监测环43内侧面设有均匀排列的超声监测头431，脚踝固定环一213、脚踝固定环二313和膝关节监测环43均采用挂钩调节松紧，控制面板5设置在第三支架4的顶端；

如图2所示，控制面板5包括接收器51、处理器52和控制按键53，接收器 51用于接收超声监测头431监测到的患者膝关节及关联肌肉活动情况，处理器 52用于处理接收器51接收到的数据转换为图像信息，处理器52内部集成设置有生理曲度测试及风险评估系统；

如图3所示，生理曲度测试及风险评估系统包括膝关节分析单元、生理曲度计算单元、数据比对单元、训练风险预估单元和训练限制单元，膝关节分析单元用于根据超声监测头431监测到的患者膝关节生理参数数据进行分析，生理曲度计算单元用于根据分析得到的数据计算患者膝关节的极限曲度，数据比对单元用于将计算得到的极限曲度与患者在训练过程中的多次数据进行比对更正，训练风险预估单元用于对患者训练过程中存在的风险进行预估，训练限制单元用于设定训练强度并限制升降电机一211、升降电机二311和牵拉电机41的工作状态，控制按键53用于控制升降电机一211、升降电机二311和牵拉电机41的工作，控制电路图如图5所示，显示屏6设置在控制面板5上表面，显示屏6与处理器 52连接，用于显示患者膝关节及关联肌肉活动情况，显示屏6可以旋转调节角度。

利用上述膝关节训练设备进行膝盖损伤恢复的训练方法，包括以下步骤：

步骤一：引导并帮助患者将腰胯固定装置7固定在腰胯部，使患者双脚离地，将脚踝固定环一213和脚踝固定环二313分别固定在双脚脚踝处，将挂钩一22 和挂钩二32上分别取下膝关节监测环43固定在患者两边膝盖处；

步骤二：使用膝关节监测环43内超声监测头431监测患者膝盖处关节及肌肉状况，分析患者膝关节生理参数数据并计算患者膝关节的极限曲度，对患者训练过程中存在的风险进行预估并限制升降电机一211、升降电机二311和牵拉电机41的工作状态；

步骤三：通过控制按键53设置训练强度，升降电机一211和升降电机二311带动脚踝固定环一213和脚踝固定环二313向上缓慢运动，同时牵拉电机41通过牵引绳41 2牵拉膝关节监测环43，使患者双腿作屈膝动作，在到达患者极限曲度后，升降电机一211和升降电机二311带动脚踝固定环一213和脚踝固定环二 313向下缓慢运动，同时牵拉电机41放松牵引绳41 2，使患者双腿作伸展动作，在活动过程中，超声监测头431持续监测患者活动时患者膝关节及关联肌肉的活动情况，重复上述步骤直至训练完成；

步骤四：处理器52通过患者训练时监测到的数据进行分析并制定下一次训练内容。

申请人志愿征集了100名膝盖有损伤的运动员作为本申请技术方案的志愿者，随机分为两组，A组50人，B组50人，A组所有志愿者使用本申请的训练设备6个月，每天至少使用一次，B组所有志愿者使用传统训练设备6个月，每天至少训练一次，训练结束后，对每组志愿者分别进行调查统计。

结果显示：A组50人中，50人均表示本发明装置使用过程中膝盖损伤得到恢复，且没有出现损伤加重情况发生，有49人表示本发明的训练装置使用方便，训练效果好，仅有1人表示装置使用不方便，但该志愿者膝盖损伤较为严重，使用本装置时仅需外人辅助即可；B组50人中，有27人表示使用传统训练方法不同程度上加重了膝盖的损伤程度，有43人表示，传统训练方法较为繁琐，且需要多人辅助，训练成本高。

结论：本发明提供的一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备具有结构新颖、功能齐全、安全高效、自动化程度高等优点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备，其特征在于，主要包括底座(1)、第一支架(2)、第二支架(3)、第三支架(4)、控制面板(5)和显示屏(6)，所述底座(1)固定安装在水平底面上，所述第一支架(2)垂直固定设置在底座(1)的上表面，第一支架(2)包括脚踝固定升降装置一(21)、挂钩一(22)和扶手一(23)，所述脚踝固定升降装置一(21)设置在第一 支架 (2)的下半部，脚踝固定升降装置一(21)包括升降电机一(211)、升降杆一(212)和脚踝固定环一(213)，所述升降电机一(211)设置在第一支架(2)内部，所述升降杆一(212)为倒L形，且升降杆一(212)的底端与升降电机一(211)的输出端连接，所述脚踝固定环一(213)与升降杆一(212)的右端固定连接，所述挂钩一(22)设置在第一支架(2)的前侧面中部，所述扶手一(23)设置在第一支架(2)的前侧面上部，所述第二支架(3)平行第一支架(2)固定设置在底座(1)的上表面，第二支架(3)包括脚踝固定升降装置二(31)、挂钩二(32)和扶手二(33)，所述脚踝固定升降装置二(31)设置在第二支架(3)的下半部，脚踝固定升降装置二(31)包括升降电机二(311)、升降杆二(312)和脚踝固定环二(313)，所述升降电机二(311)设置在第二支架(3)内部，所述升降杆二(312)为倒L形，且升降杆二(312)的底端与升降电机二(311)的输出端连接，所述脚踝固定环二(313)与升降杆二(312)的右端固定连接，所述挂钩二(32)设置在第二支架(3)的前侧面中部，所述扶手二(33)设置在第二支架(3)的前侧面上部，第一支架(2)和第二支架(3)上端之间设有腰胯固定装置(7)，所述第三支架(4)垂直固定设置在底座(1)的上表面，且位于第一支架(2)和第二支架(3)中心线的前方，第三支架(4)包括牵拉电机(41)、牵引绳(41 2)和膝关节监测环(43)，所述牵拉电机(41)设置在第三支架(4)的内部，牵拉电机(41)左右两侧均设有输出端(411)，所述牵引绳(41 2)共有两条，分别与牵拉电机(41)的输出端连接，另一端分别与所述膝关节监测环(43)连接，所述膝关节监测环(43)共有两个，膝关节监测环(43)内侧面设有均匀排列的超声监测头(431)，所述控制面板(5)设置在第三支架(4)的顶端，控制面板(5)包括接收器(51)、处理器(52)和控制按键(53)，所述接收器(51)用于接收超声监测头(431)监测到的患者膝关节及关联肌肉活动情况，所述处理器(52)用于处理接收器(51)接收到的数据转换为图像信息，所述控制按键(53)用于控制升降电机一(211)、升降电机二(311)和牵拉电机(41)的工作，所述显示屏(6)设置在控制面板(5)上表面，显示屏(6)与处理器(52)连接，用于显示患者膝关节及关联肌肉活动情况。

2.根据权利要求1所述的一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备，其特征在于，所述脚踝固定环一(213)和脚踝固定环二(313)上端设有保护软垫(8)。

3.根据权利要求1所述的一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备，其特征在于，所述脚踝固定环一(213)、脚踝固定环二(313)和膝关节监测环(43)均采用挂钩调节松紧。

4.根据权利要求1所述的一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备，其特征在于，所述膝关节监测环(43)在未使用时分别悬挂在挂钩一(22)和挂钩二(32)上。

5.根据权利要求1所述的一种用于膝盖损伤恢复的膝关节训练设备，其特征在于，所述显示屏(6)可以旋转调节角度。

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