CN113350001B - 一种楔形棘齿条式自适应下肢膝关节矫形器 - Google Patents

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Abstract

一种楔形棘齿条式自适应下肢膝关节矫形器，包括上下两个部分，上部分通过大腿固定支具与大腿固定，下半部分通过小腿固定支具与小腿固定；上、下两个部分的单独运动，由于上齿形楔块表面的棘齿条与大腿杠杆臂外端的棘齿配合，采用棘齿与棘齿条配合，具有单向传动的特点，导致齿形楔块锁死，无法卸荷，保证矫形器功能稳定；患者在行走过程中，利用四点受力原理，平衡股骨与胫骨之间受力，调整半月板接触间隙，膝关节屈曲上下连杆的两端采用不完全齿轮啮合传动，既保证了膝关节矢状面的运动，又保证了矫形器在人体行走过程中，持续的挤压效果，该矫形器穿戴快捷方便；符合人机工程设计，穿戴舒适，透气。

Description

一种楔形棘齿条式自适应下肢膝关节矫形器
技术领域
本发明涉及医疗辅助器械技术领域，特别涉及一种楔形棘齿条式自适应下肢膝关节矫形器，是一种人体下肢力线的医疗辅助器械，实现对膝关节内翻角度精细化调节。
背景技术
膝关节内翻(O型腿)主要指的是在膝关节处，小腿向内侧旋转了一定的角度。由于儿童下肢的不断生长，任何可能影响儿童下肢生长的疾病或压力都可能引起膝内翻。据有关报道显示，缺钙和遗传是造成膝关节内翻的基本病因。同时与平常走路的姿态，密切相关。并且部分儿童患者，由于先天身体功能缺陷，导致下肢力线偏移，造成膝关节内翻，对患者一生造成严重影响。
并且随着人口老龄化加剧，膝关节的疾病预防及其保护与膝关节的治疗受到越来越多的关注。随着人体自然衰老，关节磨损加剧，身体功能逐渐退化，导致支撑能力下降，直接造成骨骼疾病的概率随之增加。
由于0型腿会导致人体下肢力线偏移，膝关节内外侧受力不均，将造成半月板一侧过度磨损，表现关节肿胀、弹响、积液等，影响人正常行走。如不及时治疗，则会引起关节畸形。对于上述病症的严重程度，通常采取药物治疗和手术治疗。关节置换手术是治疗膝关节骨性关节炎的一种选择。然而，在某些情况下，当手术不可行或关节炎的改变比较轻微时，可将膝关节卸载式支架作为一种非手术治疗单室骨关节炎的方法。在内侧室骨关节炎的病例中，卸载支架对膝盖施加外翻力矩，卸载内侧室，从而减少接触压力。这种卸载可减轻负重条件下骨关节炎相关的疼痛。
因此，佩戴膝关节矫形器是一种公认的，较为安全的方法。佩戴矫形器治疗，可以在手术之前干预，进行物理矫正，改善膝关节受力，减缓半月板磨损，延长膝关节使用寿命。
膝关节辅助结构设计可以调整人体下肢力线，重新分配膝关节载荷，能够减轻下肢不便的人的疼痛，恢复病人活动能力，缓解膝骨关节炎病人的下肢不便，对于促进膝骨关节炎的康复具有十分重要的意义。膝关节矫形器的调整能改善外翻患者的疼痛和膝关节活动张力水平。借助矫形器的调整，可以有效地减轻患者的膝关节内侧载荷，降低疼痛，改善了膝关节的功能。
现有的膝关节矫形器，大多只考虑膝关节内外侧间室受力改善。对于人体步态的纠正，膝关节矢状面内的运动，以及正常步态的运动干涉等因素考虑较少。另外，传统矫形器，多采用绷带式结构捆绑人体下肢。当绑带收紧时，会使患者感到不适，因为它干扰了下肢腿部动脉的血液循环，并压迫神经，导致患者排斥佩戴。
发明内容
为了克服传统矫形器不足，本发明的目的在于提供一种楔形棘齿条式自适应下肢膝关节矫形器，在出现膝关节内侧骨关节炎的特殊情况下，卸载膝关节矫形器对外侧膝关节半月板施加外翻的力矩，从而减轻了膝关节的负重压力及缓解了膝骨关节炎疼痛，具有膝关节在冠状面的矫正力线功能、同时保证膝关节在矢状面内正常运动的特点。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种楔形棘齿条式自适应下肢膝关节矫形器，包括上下两个部分，上部分通过大腿固定支具36与大腿固定，下半部分通过小腿固定支具38与小腿固定；
其中大腿固定支具36与上通用连接块2连接，上通用连接块2固定在上连杆1上，上连杆1另一端连接燕尾槽式上通用连接块23，燕尾槽式上通用连接块23的燕尾槽内滑动连接上齿形楔块5，燕尾槽式上通用连接块23与上调节螺杆4螺纹连接，上调节螺杆4下端与上齿形楔块5接触，上齿形楔块5表面的棘齿条与大腿杠杆臂6外端的棘齿配合；大腿杠杆臂6的另一端固定在杠杆臂上支撑杆8上；杠杆臂上支撑杆8的对侧与膝关节调整受力上支架26固定连接；上板簧25一端与上连杆1相连，另一端与杠杆臂上支撑杆8相连，杠杆臂上支撑杆8与膝关节屈曲上连杆9相连；
同理，小腿固定支具38与下通用连接块20连接，下通用连接块20连接在下连杆21上，下连杆21另一端连接燕尾槽式下通用连接块34，燕尾槽式下通用连接块34的燕尾槽内滑动连接下齿形楔块17，燕尾槽式下通用连接块34与下调节螺杆18螺纹连接，下调节螺杆18与下齿形楔块17接触，下齿形楔块17表面的棘齿条与小腿杠杆臂16外端的棘齿配合，小腿杠杆臂16的另一端通过固定在杠杆臂下支撑杆14上；杠杆臂下支撑杆14对侧与膝关节调整受力下支架31固定连接，下板簧32一端与下连杆21相连，另一端与杠杆臂下支撑杆14相连，杠杆臂下支撑杆14与膝关节屈曲下连杆13相连；
所述的膝关节屈曲上连杆9与膝关节屈曲下连杆13的两端分别与膝关节屈曲连杆外侧壳11和膝关节屈曲连杆内侧壳28连接。
所述的大腿固定支具36、小腿固定支具38为塑料成型外壳，外壳造型设计为X型中空结构，大腿固定支具36内侧通过魔术贴绑带Ⅰ40和魔术贴绑带Ⅱ41与大腿固定支具内衬37贴粘配合；小腿固定支具38内侧通过魔术贴绑带Ⅲ42和魔术贴绑带Ⅳ43与小腿固定支具内衬39贴粘配合。
所述的大腿固定支具内衬37与小腿固定支具内衬39均为多层尼龙网状结构。
所述的内侧壳28设置有内侧壳内衬29。
所述的上连杆1和下连杆21沿竖直方向预留有一排螺纹孔。
所述的上调节螺杆4和下调节螺杆18均表面滚花，且上调节螺杆4和下调节螺杆18均设置有刻度。
所述的膝关节屈曲上连杆9与膝关节屈曲下连杆13的两端为不完全齿轮结构。
所述的膝关节调整受力上支架26，膝关节调整受力下支架31表面设有魔术贴。
本发明的有益效果：
1、膝关节矫形器支撑部分软硬结合，与人体贴合较好，穿戴体验感较好。
2、矫形器矫正程度可调，适合不同时期的膝内翻患者使用。
3、利用楔形块与杠杆结构，具有自锁特性，工作性能稳定。
4、矫形器佩戴尺寸可调，适合不同身高与胖瘦的人群使用。
5、本发明结构简单、紧凑、拆装方便、操作简便，不仅能对膝内翻患者进行矫正，还可以保证膝关节矢状面内运动。
6、本发明在膝内翻患者在行走过程中，利用四点受力原理，调整了膝关节内外侧受力，进而调整膝关节内侧间隙，调整人体力线。在膝骨关节炎患者康复阶段，通过佩戴矫形器，可安全地延缓病症、减轻或免除手术治疗，并且节省公共医疗与康复资源。
附图说明
图1为本发明的结构示意左视图。
图2为本发明的结构示意右视图。
图3为本发明的各个部件爆炸图。
图中:1-上连杆、2-上通用连接块、3-调节螺钉、4-上调节螺杆、5-上齿形楔块、6-大腿杠杆臂、7-沉头螺钉、8-杠杆臂上支撑杆、9-膝关节屈曲上连杆、10-紧定螺钉、11-屈曲连杆外侧壳、12-销轴、13-膝关节屈曲下连杆、14-杠杆臂下支撑杆、15-沉头螺钉、16-小腿杠杆臂、17-下齿形楔块、18-下调节螺杆、19-调节螺钉、20-下通用连接块、21-下连杆、22-铰链、23-燕尾槽式上通用连接块、24-销轴、25-上板簧、26-膝关节调整受力上支架、27-销轴、28-屈曲连杆内侧壳、29-内侧壳内衬、30-销轴、31-膝关节调整受力下支架、32-下板簧、33-销轴、34-燕尾槽式下通用连接块、35-铰链、36-大腿固定支具、37-大腿固定支具内衬、38-小腿固定支具、39-小腿固定支具内衬、40-魔术贴绑带Ⅰ、41-魔术贴绑带Ⅱ、42-魔术贴绑带Ⅲ43-魔术贴绑带Ⅳ。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
参照图1-图3，一种楔形棘齿条式自适应下肢膝关节矫形器，包括上下两个部分，上部分通过大腿固定支具36与大腿固定，下半部分通过小腿固定支具38与小腿固定；
其中大腿固定支具36通过铰链22与上通用连接块2连接，上通用连接块2通过调节螺钉3连接固定在上连杆1上，上连杆1另一端连接燕尾槽式上通用连接块23，燕尾槽式上通用连接块23的燕尾槽内滑动连接上齿形楔块5，燕尾槽式上通用连接块23与上调节螺杆4螺纹连接，上调节螺杆4下端与上齿形楔块5接触，上齿形楔块5表面的棘齿条与大腿杠杆臂6外端的棘齿配合，当上调节螺杆4转动时，推动上齿形楔块5沿燕尾槽式上通用连接块23内的燕尾槽下移，上齿形楔块5将大腿杠杆臂6向大腿外侧顶起；通过燕尾槽式上通用连接块23的燕尾槽结构，一方面可以为楔形块提供移动轨道，另一方面可以限制楔形块的移动方向，防止楔形块掉落，由于棘齿与棘齿条配合，具有单向传动的特点，导致齿形楔块5锁死，无法卸荷，保证矫形器功能稳定；大腿杠杆臂6的另一端通过沉头螺钉7固定在杠杆臂上支撑杆8上；杠杆臂上支撑杆8的对侧通过沉头螺钉7与膝关节调整受力上支架26固定连接；上板簧25一端通过销轴24与上连杆1相连，另一端与杠杆臂上支撑杆8相连，杠杆臂上支撑杆8通过销轴27与膝关节屈曲上连杆9相连；
同理，小腿固定支具38通过铰链35与下通用连接块20连接，下通用连接块20通过调节螺钉19连接在下连杆21上，下连杆21另一端连接燕尾槽式下通用连接块34，燕尾槽式下通用连接块34的燕尾槽内滑动连接下齿形楔块17，燕尾槽式下通用连接块34与下调节螺杆18螺纹连接，下调节螺杆18与下齿形楔块17接触，下齿形楔块17表面的棘齿条与小腿杠杆臂16外端的棘齿配合，当下调节螺杆18转动时，推动下齿形楔块17沿燕尾槽式下通用连接块34内的燕尾槽上移，下齿形楔块17将小腿杠杆臂16向小腿外侧顶起。
小腿杠杆臂16的另一端通过沉头螺钉15固定在杠杆臂下支撑杆14上。杠杆臂下支撑杆14对侧通过沉头螺钉15与膝关节调整受力下支架31固定连接，下板簧32一端通过销轴33与下连杆21相连，另一端与杠杆臂下支撑杆14相连，杠杆臂下支撑杆14通过销轴30与膝关节屈曲下连杆13相连；
所述的膝关节屈曲上连杆9与膝关节屈曲下连杆13的两端为不完全齿轮结构，齿轮结构留有通孔，通过紧固螺钉10、销轴12与膝关节屈曲连杆外侧壳11和膝关节屈曲连杆内侧壳28连接，当膝关节屈曲上连杆9与膝关节屈曲下连杆13的齿轮结构的齿形啮合时，可以保证膝关节屈曲转动的角度变化，保证膝关节屈曲连杆的转动与稳定。
所述的大腿固定支具36、小腿固定支具38为塑料成型外壳，保证一定的强度，外壳造型设计为X型中空结构，符合人体骨骼与肌肉结构，与人体贴合性较好，通气性较好，大腿固定支具36内侧通过魔术贴绑带Ⅰ40和魔术贴绑带Ⅱ41与大腿固定支具内衬37贴粘配合；小腿固定支具38内侧通过魔术贴绑带Ⅲ42和魔术贴绑带Ⅳ43与小腿固定支具内衬39贴粘配合；
大腿固定支具内衬37与小腿固定支具内衬39均为多层尼龙网状结构，便于表皮透气与下肢血液循环。通过绷带可以使不同胖瘦的人配合使用。
所述的内侧壳28设置有内侧壳内衬29。
所述的膝关节调整受力上支架26，膝关节调整受力下支架31表面设有魔术贴，魔术贴以及内侧壳内衬29，可以缓解调整膝关节调整受力上支架26、膝关节调整受力下支架31对于大小腿外侧的挤压感。其中内侧壳内衬29可以增大膝关节调整受力支架26，31与人体下肢的接触面积，降低压强，增加舒适性。
所述的上连杆1和下连杆21沿竖直方向预留有一排螺纹孔，与上下通用连接块2,20配合，以满足不同身高，不同腿长的患者穿戴需求。
所述的上调节螺杆4和下调节螺杆18均表面滚花，增加摩擦力。且上调节螺杆4和下调节螺杆18均设置有刻度，用来精确调整螺杆下移长度，随病情发展，科学调整矫正角度。
所述的膝关节屈曲上连杆9与膝关节屈曲下连杆13的两端为不完全齿轮结构，采用一体式加工制造，通过连杆两端的不完全齿轮啮合配合，保证矫形器在矢状面的运动。
当大腿杠杆臂6，小腿杠杆臂16发生角度变化时，上板簧25，下板簧32提供轴向压缩的预紧力，使得大腿杠杆臂6，小腿杠杆臂16直立倾斜时，不会脱离；上板簧25的恢复力同时可以抵抗部分大腿杠杆臂6倾斜造成膝关节周围过大的挤压力。
膝关节屈曲上连杆9预留有槽型方孔，允许销轴27产生一定范围移动。保证矫形器锁紧工作时，补偿杠杆臂上支撑杆8受到大腿杠杆臂6挤压时转动，导致的小范围角度变化。既保证了膝关节矢状面的运动，又保证了矫形器的挤压效果。
本发明的工作原理如下：
参照图1，人体下肢穿戴矫形器后，可以根据患者调节角度需求，进行膝关节内外侧受力调整，具体工作原理如下：
打开魔术贴绑带Ⅰ40、魔术贴绑带Ⅱ41、魔术贴绑带Ⅲ42、魔术贴绑带Ⅳ43，将下肢穿过矫形器，大腿套在大腿固定支具36内，小腿套在小腿固定支具38内。根据大腿与小腿长度，调节上通用连接块2，下通用连接块20的固定档位，从而调整膝关节调整受力上支架26、膝关节调整受力下支架31的作用位置与膝关节的距离。
将大腿固定支具内衬37，小腿固定支具内衬39置于大腿固定支具36与小腿固定支具38和人体皮肤接触的空间内，根据人体大腿与小腿的胖瘦程度，调整魔术贴绑带Ⅰ40、魔术贴绑带Ⅱ41、魔术贴绑带Ⅲ42、魔术贴绑带Ⅳ43的松紧。确保矫形器稳定的固定在人体下肢。
根据不同患者的矫正需要，扭转上调节螺杆4与下调节螺杆18，推动上齿形楔块5在燕尾槽式上通用连接块23内滑动。当上齿形楔块5沿燕尾槽式上通用连接块23内的燕尾槽下移，上齿形楔块5将大腿杠杆臂6向大腿外侧顶起。于此同时，大腿杠杆臂6的另一端向大腿内侧转动，推动膝关节调整受力上支架26向大腿内侧移动。膝关节调整受力上支架26通过衬垫与大腿接触，传递大腿杠杆臂6对大腿向内侧的压力。
同理，当下齿形楔块17沿燕尾槽式下通用连接块34内的燕尾槽上移，下齿形楔块17将小腿杠杆臂16向小腿外侧顶起。于此同时，小腿杠杆臂16的另一端向小腿内侧转动，推动膝关节调整受力下支架31向小腿内侧移动。膝关节调整受力下支架31通过衬垫与小腿接触，传递小腿杠杆臂16对小腿向内侧的压力。
至此，膝关节上下位置会同时受到向内侧的压力，从而调整股骨与胫骨之间的角度，调整半月板内外侧间室的受力，缓解膝骨关节炎患者的疼痛。
当行走时，膝关节屈曲上连杆9与膝关节屈曲下连杆13的两端为不完全齿轮结构，通过连杆两端的不完全齿轮啮合配合，保证矫形器在矢状面的运动；采用齿轮啮合可以限制膝关节矢状面的活动范围，进而约束膝关节屈曲的角度，有利于步态的康复，避免患者膝关节过度屈伸，造成二次伤害。
当穿戴结束，需要脱去矫形器时，直接松开大腿与小腿处的魔术贴绑带40，41，42，43。将大腿与小腿从矫形器中抽出，最后，将杠杆臂上支撑杆8，杠杆臂下支撑杆14倾斜，杠杆臂上支撑杆8和杠杆臂下支撑杆14表面的棘齿与齿形楔块表面的棘齿条脱离啮合，反向旋转上调节螺杆4和下调节螺杆18，使得上齿形楔块5，下齿形楔块17复位，以便下一次使用。
综上所述，本发明提供的一种楔形棘齿条式自适应下肢膝关节矫形器，可以为膝关节内翻患者提供辅助矫正，平衡股骨与胫骨之间受力，调整半月板接触间隙，改善患者下肢力线，缓解膝骨关节炎患者疼痛。该矫形器穿戴快捷方便。符合人机工程设计，穿戴舒适，透气。采用棘齿与棘齿条配合，具有单向传动的特点，导致齿形楔块锁死，无法卸荷，保证矫形器功能稳定。
膝关节屈曲上下连杆的两端采用不完全齿轮啮合传动，既保证了膝关节矢状面的运动，又保证了矫形器在人体行走过程中，持续的挤压效果。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种楔形棘齿条式自适应下肢膝关节矫形器，包括上下两个部分，上部分通过大腿固定支具(36)与大腿固定，下半部分通过小腿固定支具(38)与小腿固定；其特征在于，
其中大腿固定支具(36)与上通用连接块(2)连接，上通用连接块(2)固定在上连杆(1)上，上连杆(1)另一端连接燕尾槽式上通用连接块(23)，燕尾槽式上通用连接块(23)的燕尾槽内滑动连接上齿形楔块(5)，燕尾槽式上通用连接块(23)与上调节螺杆(4)螺纹连接，上调节螺杆(4)下端与上齿形楔块(5)接触，上齿形楔块(5)表面的棘齿条与大腿杠杆臂(6)外端的棘齿配合；大腿杠杆臂(6)的另一端固定在杠杆臂上支撑杆(8)上；杠杆臂上支撑杆(8)的对侧与膝关节调整受力上支架(26)固定连接；上板簧(25)一端与上连杆(1)相连，另一端与杠杆臂上支撑杆(8)相连，杠杆臂上支撑杆(8)与膝关节屈曲上连杆(9)相连；
同理，小腿固定支具(38)与下通用连接块(20)连接，下通用连接块(20)连接在下连杆(21)上，下连杆(21)另一端连接燕尾槽式下通用连接块(34)，燕尾槽式下通用连接块(34)的燕尾槽内滑动连接下齿形楔块(17)，燕尾槽式下通用连接块(34)与下调节螺杆(18)螺纹连接，下调节螺杆(18)与下齿形楔块(17)接触，下齿形楔块(17)表面的棘齿条与小腿杠杆臂(16)外端的棘齿配合，小腿杠杆臂(16)的另一端通过固定在杠杆臂下支撑杆(14)上；杠杆臂下支撑杆(14)对侧与膝关节调整受力下支架(31)固定连接，下板簧(32)一端与下连杆(21)相连，另一端与杠杆臂下支撑杆(14)相连，杠杆臂下支撑杆(14)与膝关节屈曲下连杆(13)相连；
所述的膝关节屈曲上连杆(9)与膝关节屈曲下连杆(13)的两端与膝关节屈曲连杆外侧壳(11)和膝关节屈曲连杆内侧壳(28)连接；
所述的大腿固定支具(36)、小腿固定支具(38)为塑料成型外壳，外壳造型设计为X型中空结构，大腿固定支具(36)内侧通过魔术贴绑带Ⅰ(40)和魔术贴绑带Ⅱ(41)与大腿固定支具内衬(37)贴粘配合；小腿固定支具(38)(38)内侧通过魔术贴绑带Ⅲ（42）和魔术贴绑带Ⅳ(43)与小腿固定支具内衬(39)贴粘配合；
所述的上连杆(1)和下连杆(21)沿竖直方向预留有一排螺纹孔；
所述的膝关节屈曲上连杆(9)与膝关节屈曲下连杆(13)的两端为不完全齿轮结构。
2.根据权利要求1所述的一种楔形棘齿条式自适应下肢膝关节矫形器，其特征在于，所述的大腿固定支具内衬(37)与小腿固定支具内衬(39)均为多层尼龙网状结构。
3.根据权利要求1所述的一种楔形棘齿条式自适应下肢膝关节矫形器，其特征在于，所述的内侧壳(28)设置有内侧壳内衬(29)。
4.根据权利要求1所述的一种楔形棘齿条式自适应下肢膝关节矫形器，其特征在于，所述的上调节螺杆(4)和下调节螺杆(18)均表面滚花，且上调节螺杆(4)和下调节螺杆(18)均设置有刻度。
5.根据权利要求1所述的一种楔形棘齿条式自适应下肢膝关节矫形器，其特征在于，所述的膝关节调整受力上支架(26)，膝关节调整受力下支架(31)表面设有魔术贴。
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