CN112587377B - 膝关节柔体外骨骼 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种膝关节柔体外骨骼，包括：第一外骨骼支架，第二外骨骼支架，第一绑缚，第二绑缚和固定盘；第一外骨骼支架内部设置有与第一外骨骼支架横截面垂直的第一弹簧片组；第二外骨骼支架内部设置有与第二外骨骼支架横截面垂直的第二弹簧片组；第一外骨骼支架第二端和第二外骨骼支架第一端通过轴体连接，使第一外骨骼支架和第二外骨骼支架可围绕轴体进行转动。实施时，第一外骨骼支架通过第一绑缚固定在用户大腿上；第二外骨骼支架通过第二绑缚固定在用户小腿上。本申请中的膝关节柔体外骨骼结构简单，方便用户穿戴，给用户负担较小，且第一外骨骼支架和第二外骨骼支架中均设置有与外骨骼支架横截面垂直的弹簧片组，弹簧片组中包括多个弹簧片，弹簧片组在用户运动时会发生一定程度的形变，可以给用户提供辅助外力，帮助用户进行康复训练。

Description

膝关节柔体外骨骼

技术领域

本申请涉及医用设备技术领域，尤其涉及一种膝关节柔体外骨骼。

背景技术

骨关节炎是一种严重影响患者生活质量的关节退行性疾病，给患者、家庭和社会造成巨大的经济负担。其中膝骨关节炎发病率最高，临床表现为疼痛、膝关节活动受限与畸形、膝周肌肉无力，在步行时由于疼痛出现异常步态等，由于疼痛减少活动，肌力下降加剧，从而形成恶性循环。膝关节助力外骨骼是近些年来新兴的通过外力辅助膝关节屈伸活动而达到减轻膝关节活动时疼痛、改善患者运动功能的一种康复手段。但现有技术中的膝关节助力外骨骼系统多为刚性(金属制)外骨骼，使用不便捷且存在擦伤风险。且现有技术中的刚性外骨骼结构复杂，给患者负担较大，适合瘫痪患者，不适合病情较轻的患者进行康复训练。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种膝关节柔体外骨骼。

本申请的方案如下：

一种膝关节柔体外骨骼，其特征在于，包括：

第一外骨骼支架，第二外骨骼支架，第一绑缚，第二绑缚和固定盘；

所述第一外骨骼支架内部设置有与所述第一外骨骼支架横截面垂直的第一弹簧片组；所述第二外骨骼支架内部设置有与所述第二外骨骼支架横截面垂直的第二弹簧片组；

所述第一外骨骼支架第二端和所述第二外骨骼支架第一端通过轴体连接，使所述第一外骨骼支架和所述第二外骨骼支架可围绕所述轴体进行转动；

所述第一外骨骼支架和所述第二外骨骼支架连接处设置在所述固定盘内，所述轴体固定在所述固定盘中心；

所述第一外骨骼支架通过所述第一绑缚固定在用户大腿上；所述第二外骨骼支架通过所述第二绑缚固定在用户小腿上。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述第一外骨骼支架还包括设置在所述第一弹簧片组外部的碳纤维复合材料包覆层；所述第二外骨骼支架还包括设置在所述第二弹簧片组外部的碳纤维复合材料包覆层。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，

所述第一弹簧片组和所述第二弹簧片组均包括三个弹簧片；

所述三个弹簧片呈三棱柱状。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，

所述第一外骨骼支架和所述第二外骨骼支架均呈半圆柱结构；

所述三棱柱状的三个弹簧片中的其中一个平行所述半圆柱结构纵剖面。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，平行所述半圆柱结构纵剖面的弹簧片，中端通过轴体进行固定。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，设置在所述半圆柱结构纵剖面斜上方的两个弹簧片均呈弧形结构。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，设置在所述半圆柱结构纵剖面斜上方的两个弹簧片与平行所述半圆柱结构纵剖面的弹簧片的长度比值为11:10。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，还包括：第一弹簧，第二弹簧，第一霍尔传感器，第二霍尔传感器，处理器和电极片组；

所述第一弹簧设置在所述第一外骨骼支架第二端，且与所述第一外骨骼支架呈第一倾角；所述第一弹簧一端固定在所述第一外骨骼支架第二端，另一端固定在所述固定盘内；

所述第二弹簧设置在所述第二外骨骼支架第一端，且与所述第二外骨骼支架呈第二倾角；所述第二弹簧一端固定在所述第二外骨骼支架第一端，另一端固定在所述固定盘内；

所述第一霍尔传感器设置在所述第一弹簧与所述固定盘连接处；

所述第二霍尔传感器设置在所述第二弹簧与所述固定盘连接处；

所述处理器设置在所述固定盘内；

所述电极片组设置在所述第一绑缚上；

所述处理器分别连接所述第一霍尔传感器，所述第二霍尔传感器和所述电极片组；

所述第一外骨骼支架在围绕所述轴体进行转动时带动所述第一弹簧进行伸缩；所述第二外骨骼支架在围绕所述轴体进行转动时带动所述第二弹簧进行伸缩；

所述第一霍尔传感器用于检测所述第一弹簧的长度，并在所述第一弹簧的长度发生变化时向所述处理器发送第一信号；所述第二霍尔传感器用于检测所述第二弹簧的长度，并在所述第二弹簧的长度发生变化时向所述处理器发送第二信号；

所述处理器用于在接收到所述第一信号，和/或，所述第二信号时，控制所述电极片组输出电流对用户肌群进行电刺激。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述处理器通过信号传输线连接所述电极片组；

所述电极片组包括第一电极片和第二电极片，所述第一电极片通过所述第一绑缚贴合在用户的股四头肌处，所述第二电极片通过所述第一绑缚贴合在用户的腘绳肌处。

优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述处理器具体用于根据所述第一信号控制所述第一电极片对用户的股四头肌进行电刺激；根据所述第二信号控制所述第二电极片对用户的腘绳肌进行电刺激。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请中的膝关节柔体外骨骼，包括：第一外骨骼支架，第二外骨骼支架，第一绑缚，第二绑缚和固定盘；第一外骨骼支架内部设置有与第一外骨骼支架横截面垂直的第一弹簧片组；第二外骨骼支架内部设置有与第二外骨骼支架横截面垂直的第二弹簧片组；第一外骨骼支架第二端和第二外骨骼支架第一端通过轴体连接，使第一外骨骼支架和第二外骨骼支架可围绕轴体进行转动；第一外骨骼支架和第二外骨骼支架连接处设置在固定盘内，轴体固定在固定盘中心；第一外骨骼支架通过第一绑缚固定在用户大腿上；第二外骨骼支架通过第二绑缚固定在用户小腿上。本申请中的膝关节柔体外骨骼结构简单，方便用户穿戴，给用户负担较小，且第一外骨骼支架和第二外骨骼支架中均设置有与外骨骼支架横截面垂直的弹簧片组，弹簧片组中包括多个弹簧片，弹簧片组在用户运动时会发生一定程度的形变，可以给用户提供辅助外力，帮助用户进行康复训练。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请一个实施例提供的膝关节柔体外骨骼的结构示意图；

图2是本申请一个实施例提供的膝关节柔体外骨骼的部分结构放大示意图；

图3是本申请一个实施例提供的膝关节柔体外骨骼中弹簧片的结构示意图；

图4是本申请另一个实施例提供的膝关节柔体外骨骼的结构示意图；

图5是本申请又一个实施例提供的膝关节柔体外骨骼的结构示意图。

附图标记：第一外骨骼支架-1；第二外骨骼支架-2；第一绑缚-3；第二绑缚-4；固定盘-5；第一弹簧片组-6；第二弹簧片组-7；轴体-8；第一弹簧-9；第二弹簧-10；第一霍尔传感器-11；第二霍尔传感器-12；处理器-13；电极片组-14。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

一种膝关节柔体外骨骼，参照图1，包括：

第一外骨骼支架1，第二外骨骼支架2，第一绑缚3，第二绑缚4和固定盘5；

第一外骨骼支架1内部设置有与第一外骨骼支架1横截面垂直的第一弹簧片组6；第二外骨骼支架2内部设置有与第二外骨骼支架2横截面垂直的第二弹簧片组7；

第一外骨骼支架1第二端和第二外骨骼支架2第一端通过轴体8连接，使第一外骨骼支架1和第二外骨骼支架2可围绕轴体8进行转动；

第一外骨骼支架1和第二外骨骼支架2连接处设置在固定盘5内，轴体8固定在固定盘5中心；

第一外骨骼支架1通过第一绑缚3固定在用户大腿上；第二外骨骼支架2通过第二绑缚4固定在用户小腿上。

本申请中的膝关节柔体外骨骼结构简单，方便用户穿戴，给用户负担较小，且第一外骨骼支架1和第二外骨骼支架2中均设置有与外骨骼支架横截面垂直的弹簧片组，弹簧片组中包括多个弹簧片，弹簧片组在用户运动时会发生一定程度的形变，可以给用户提供辅助外力，帮助用户进行康复训练。

一些实施例中的膝关节柔体外骨骼，第一外骨骼支架1还包括设置在第一弹簧片组6外部的碳纤维复合材料包覆层；第二外骨骼支架2还包括设置在第二弹簧片组7外部的碳纤维复合材料包覆层。

本实施例中，使用碳纤维复合材料构建外骨骼支架的外圈包覆层，碳纤维结构是由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。本实施例中，以碳纤维结构为主，作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造成外骨骼支架的外圈包覆层，这样材质的外骨骼支架使用便捷，擦伤风险小，较为轻便，给用户负担也小。碳纤维复合材料的外圈包覆层不影响弹簧片组进行伸缩。

一些实施例中的膝关节柔体外骨骼，参照图2，

第一弹簧片组6和第二弹簧片组7均包括三个弹簧片；

三个弹簧片呈三棱柱状。

本实施例中，使第一弹簧片组6和第二弹簧片组7均包括三个弹簧片，并将每组的三个弹簧片设置成三棱柱状，三棱柱状结构的弹簧片组可以对用户提供更充足的辅力。

进一步的，

第一外骨骼支架1和第二外骨骼支架2均呈半圆柱结构；

三棱柱状的三个弹簧片中的其中一个平行半圆柱结构纵剖面。

半圆柱结构的外骨骼支架擦伤风险更小，且半圆柱结构的外骨骼支架更容易设置呈三棱柱结构的弹簧片组。

本实施例中，不仅限于使外骨骼支架呈半圆柱结构，也可以使外骨骼支架呈长方体结构，将长方体结构的边角打磨圆滑即可。

一些实施例中的膝关节柔体外骨骼，参照图3，平行半圆柱结构纵剖面的弹簧片，中端通过轴体8进行固定。

进一步的，设置在半圆柱结构纵剖面斜上方的两个弹簧片均呈弧形结构。

图3左侧的一个弹簧片为平行半圆柱结构的纵剖面的弹簧片，其中端通过轴体8固定在平行半圆柱结构的纵剖面的空隙中，在用户运动时，该弹簧片受力方向是垂直方向的力，受力后上下两端可围绕固定点进行转动，给用户提供辅助外力。

图3右侧的两个弹簧片为设置在半圆柱结构纵剖面斜上方的弹簧片，将这两个弹簧片设置为弧形结构，是因为这两个弹簧片在外侧，且与半圆柱结构的纵剖面呈一定倾角，在用户运动时，其受力方向是向外，将其设置为向外的弧形，贴合受力方向，给用户提供辅助外力的效果更好。

一些实施例中的膝关节柔体外骨骼，设置在半圆柱结构纵剖面斜上方的两个弹簧片与平行半圆柱结构纵剖面的弹簧片的长度比值为11:10。

本实施例中，设置在半圆柱结构纵剖面斜上方的两个弹簧片比平行半圆柱结构纵剖面的弹簧片稍长，可增大用户屈伸时弹簧片组提供的外力，提升约2.1倍。

本实施例中提供的设置在半圆柱结构纵剖面斜上方的两个弹簧片与平行半圆柱结构纵剖面的弹簧片的长度比值仅为优选比值，其他实施例中也可以采用其他比值，只需保持设置在半圆柱结构纵剖面斜上方的两个弹簧片与平行半圆柱结构纵剖面的弹簧片稍长即可。本实施例中对设置在半圆柱结构纵剖面斜上方的两个弹簧片与平行半圆柱结构纵剖面的弹簧片的比值不做限定。

一些实施例中的膝关节柔体外骨骼，参照图4-图5，还包括：第一弹簧9，第二弹簧10，第一霍尔传感器11，第二霍尔传感器12，处理器13和电极片组14；

第一弹簧9设置在第一外骨骼支架1第二端，且与第一外骨骼支架1呈第一倾角；第一弹簧9一端固定在第一外骨骼支架1第二端，另一端固定在固定盘5内；

第二弹簧10设置在第二外骨骼支架2第一端，且与第二外骨骼支架2呈第二倾角；第二弹簧10一端固定在第二外骨骼支架2第一端，另一端固定在固定盘5内；

第一霍尔传感器11设置在第一弹簧9与固定盘5连接处；

第二霍尔传感器12设置在第二弹簧10与固定盘5连接处；

处理器13设置在固定盘5内；

电极片组14设置在第一绑缚3上；

处理器13分别连接第一霍尔传感器11，第二霍尔传感器12和电极片组14；

第一外骨骼支架1在围绕轴体8进行转动时带动第一弹簧9进行伸缩；第二外骨骼支架2在围绕轴体8进行转动时带动第二弹簧10进行伸缩；

第一霍尔传感器11用于检测第一弹簧9的长度，并在第一弹簧9的长度发生变化时向处理器13发送第一信号；第二霍尔传感器12用于检测第二弹簧10的长度，并在第二弹簧10的长度发生变化时向处理器13发送第二信号；

处理器13用于在接收到第一信号，和/或，第二信号时，控制电极片组14输出电流对用户肌群进行电刺激。

目前的膝关节助力外骨骼系统多为单纯给予用户外力辅助，缺乏对用户薄弱肌群的训练作用，且长期使用辅助外骨骼由于膝关节周围肌群的废用，有让用户的下肢肌力进一步下降甚至萎缩的风险。单纯的功能性电刺激没有对用户自身肌肉活动的反馈调节，不能有效地训练患者形成正确的运动模式。

本实施例中，在膝关节柔体外骨骼增加了电路结构，本实施例中的膝关节柔体外骨骼在实施时，将第一外骨骼支架1通过第一绑缚3固定在用户大腿上；第二外骨骼支架2通过第二绑缚4固定在用户小腿上，用户在腿部屈伸时带动第一外骨骼支架1和第二外骨骼支架2围绕轴体8转动，第一外骨骼支架1在围绕轴体8进行转动时对第一弹簧9进行伸缩，第二外骨骼支架2在围绕轴体8进行转动时对第二弹簧10进行伸缩，第一霍尔传感器11检测第一弹簧9的长度，并在第一弹簧9的长度发生变化时向处理器13发送第一信号；第二霍尔传感器12检测第二弹簧10的长度，并在第二弹簧10的长度发生变化时向处理器13发送第二信号，处理器13在接收到第一信号，和/或，第二信号时，控制电极片组14输出电流对用户肌群进行电刺激，在用户运动过程中实时给予用户相应的电刺激，有利于用户肌肉体积维持与提升。且电刺激只在用户进行运动时触发，准确的电刺激可以有效地训练患者形成正确的运动模式。

优选的，电刺激脉宽为调制正弦波形，峰值为500μs，电刺激频率固定在60Hz，正弦波的频率为1Hz。

优选的，第一倾角和第二倾角为45°。之所以使弹簧和外骨骼支架呈一定倾角，是为了更方便第一弹簧9和第二弹簧10进行压缩，拉伸和回复。

一些实施例中的膝关节柔体外骨骼，处理器13通过信号传输线连接电极片组14；

电极片组14包括第一电极片和第二电极片，第一电极片通过第一绑缚3贴合在用户的股四头肌处，第二电极片通过第一绑缚3贴合在用户的腘绳肌处。

进一步的，处理器13具体用于根据第一信号控制第一电极片对用户的股四头肌进行电刺激；根据第二信号控制第二电极片对用户的腘绳肌进行电刺激。

本实施例中，将第一电极片通过第一绑缚3贴合在用户的股四头肌处，第二电极片通过第一绑缚3贴合在用户的腘绳肌处，处理器13根据第一信号控制第一电极片对用户的股四头肌进行电刺激；根据第二信号控制第二电极片对用户的腘绳肌进行电刺激。控制器根据信号不同控制不同的电极片进行电刺激，可以对用户进行更准确的电刺激。比如在用户开始屈曲的时候，第二霍尔传感器12检测到第二弹簧10变短，向控制器发送第二信号，控制器根据第二信号控制第二电极片对用户的腘绳肌进行电刺激，而不对股四头肌处进行电刺激，为患者提供更好的使用感受。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种膝关节柔体外骨骼，其特征在于，包括：

第一外骨骼支架，第二外骨骼支架，第一绑缚，第二绑缚和固定盘；

所述第一外骨骼支架内部设置有与所述第一外骨骼支架横截面垂直的第一弹簧片组；所述第二外骨骼支架内部设置有与所述第二外骨骼支架横截面垂直的第二弹簧片组；

所述第一外骨骼支架第二端和所述第二外骨骼支架第一端通过轴体连接，使所述第一外骨骼支架和所述第二外骨骼支架可围绕所述轴体进行转动；

所述第一外骨骼支架和所述第二外骨骼支架连接处设置在所述固定盘内，所述轴体固定在所述固定盘中心；

所述第一外骨骼支架通过所述第一绑缚固定在用户大腿上；所述第二外骨骼支架通过所述第二绑缚固定在用户小腿上；

所述第一外骨骼支架还包括设置在所述第一弹簧片组外部的碳纤维复合材料包覆层；所述第二外骨骼支架还包括设置在所述第二弹簧片组外部的碳纤维复合材料包覆层；

所述第一弹簧片组和所述第二弹簧片组均包括三个弹簧片；

所述三个弹簧片呈三棱柱状；

所述第一外骨骼支架和所述第二外骨骼支架均呈半圆柱结构；

所述三棱柱状的三个弹簧片中的其中一个平行所述半圆柱结构纵剖面；

平行所述半圆柱结构纵剖面的弹簧片，中端通过轴体进行固定；

设置在所述半圆柱结构纵剖面斜上方的两个弹簧片均呈弧形结构。

2.根据权利要求1所述的膝关节柔体外骨骼，其特征在于，设置在所述半圆柱结构纵剖面斜上方的两个弹簧片与平行所述半圆柱结构纵剖面的弹簧片的长度比值为11:10。

3.根据权利要求1所述的膝关节柔体外骨骼，其特征在于，还包括：第一弹簧，第二弹簧，第一霍尔传感器，第二霍尔传感器，处理器和电极片组；

所述第一弹簧设置在所述第一外骨骼支架第二端，且与所述第一外骨骼支架呈第一倾角；所述第一弹簧一端固定在所述第一外骨骼支架第二端，另一端固定在所述固定盘内；

所述第二弹簧设置在所述第二外骨骼支架第一端，且与所述第二外骨骼支架呈第二倾角；所述第二弹簧一端固定在所述第二外骨骼支架第一端，另一端固定在所述固定盘内；

所述第一霍尔传感器设置在所述第一弹簧与所述固定盘连接处；

所述第二霍尔传感器设置在所述第二弹簧与所述固定盘连接处；

所述处理器设置在所述固定盘内；

所述电极片组设置在所述第一绑缚上；

所述处理器分别连接所述第一霍尔传感器，所述第二霍尔传感器和所述电极片组；

所述第一外骨骼支架在围绕所述轴体进行转动时带动所述第一弹簧进行伸缩；所述第二外骨骼支架在围绕所述轴体进行转动时带动所述第二弹簧进行伸缩；

所述第一霍尔传感器用于检测所述第一弹簧的长度，并在所述第一弹簧的长度发生变化时向所述处理器发送第一信号；所述第二霍尔传感器用于检测所述第二弹簧的长度，并在所述第二弹簧的长度发生变化时向所述处理器发送第二信号；

所述处理器用于在接收到所述第一信号，和/或，所述第二信号时，控制所述电极片组输出电流对用户肌群进行电刺激。

4.根据权利要求3所述的膝关节柔体外骨骼，其特征在于，所述处理器通过信号传输线连接所述电极片组；

所述电极片组包括第一电极片和第二电极片，所述第一电极片通过所述第一绑缚贴合在用户的股四头肌处，所述第二电极片通过所述第一绑缚贴合在用户的腘绳肌处。

5.根据权利要求4所述的膝关节柔体外骨骼，其特征在于，所述处理器具体用于根据所述第一信号控制所述第一电极片对用户的股四头肌进行电刺激；根据所述第二信号控制所述第二电极片对用户的腘绳肌进行电刺激。

Images