CN114392019A - 一种人体下肢力线动态矫形装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人体下肢力线动态矫形装置，包括：大腿连接结构、小腿连接结构、内侧膝关节限位机构以及外侧膝关节动态矫形机构；其中小腿连接结构的上端与大腿连接结构的下端通过齿轮结构连接；外侧膝关节动态矫形机构包括外侧膝关节内侧顶板、外侧膝关节中间连接板、外侧膝关节外侧连接板，还包括上凸台和下凸台，上凸台和下凸台均对应设置在上凸台滑槽和下凸台滑槽内，上凸台滑槽和下凸台滑槽均分别通过与大腿连接结构和小腿连接结构连接；外侧膝关节内侧顶板的外侧还设置有球头顶杆，球头顶杆的另一端分别抵接在上凸台滑槽和下凸台滑槽内；本发明克服了现有下肢力线矫形装置矫形力矩与患者膝关节所需力矩动态并不匹配问题。

Description

一种人体下肢力线动态矫形装置
技术领域
本发明属于医疗辅助器械技术领域，涉及一种人体下肢力线动态矫形装置
背景技术
随着世界老年人口和肥胖人口增多，膝关节骨性关节炎(KOA)作为膝关节的最常见疾病近年来越来越受到社会各界的关注。膝关节骨性关节炎预计将成为全球第四大致残原因。膝关节骨性关节炎的发病原因很多，包括由于肥胖引起的股骨-胫骨接触力增加，年龄增长引起的股骨曲率改变，外伤引起的膝关节间隙狭窄、关节软骨磨损等。从生物力学的角度来看，以上因素均会引起胫骨-股骨面内外侧间室载荷分布不均，进而引起下肢力线改变。同时，下肢力线改变又会引起胫骨-股骨面单侧间室受力的进一步增大，进而引起膝关节骨性关节炎病情的进一步恶化。
下肢力线矫形装置常采用提供外翻力矩的方式来减少膝骨关节炎患者膝关节内收力矩，从而使患者膝关节内收力矩和内外侧间室受力趋于正常人。提供的外翻力矩可将膝关节内侧间室所受载荷转移至外侧间室，使内侧间室处于免荷状态，从而减轻患者的疼痛感，延缓手术介入时间。目前大多数下肢力线矫形装置提供的外翻力矩为固定值(不能根据步态动态调整)，患者或康复医师需根据KOA的严重程度自行调整辅助设备提供的外翻力矩大小，调整依据往往仅为临床经验和患者的忍耐程度。此类装置包括：德国Otto Bock公司的Genu Arthro系列产品、美国Donjoy公司的Defiance OA系列产品、冰岛Ossur公司的Unloder系列产品等。人体在实际运动过程中，膝关节的内收力矩处于动态变化过程，在运动的不同时刻KOA病人所需的外翻力矩值均不同。因此目前的下肢力线矫形装置存在设备提供的外翻力矩大小与患者实际所需的力矩之间动态不匹配问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种人体下肢力线动态矫形装置，克服了现有下肢力线矫形装置矫形力矩与患者膝关节所需力矩动态并不匹配问题。
本发明所采用的技术方案是，一种人体下肢力线动态矫形装置，包括：
大腿连接结构；
小腿连接结构，其上端与大腿连接结构的下端通过齿轮结构连接；
内侧膝关节限位机构，包括分别位于大腿连接结构和小腿连接结构两侧的内侧膝关节外侧连接板和内侧膝关节内侧连接板；
外侧膝关节动态矫形机构，包括位于大腿连接结构和小腿连接结构一侧的外侧膝关节内侧顶板和外侧膝关节中间连接板，外侧膝关节中间连接板位于外侧膝关节内侧顶板与大腿连接结构以及小腿连接结构之间，大腿连接结构和小腿连接结构另一侧还设置有外侧膝关节外侧连接板，还包括位于外侧膝关节内侧顶板与外侧膝关节外侧连接板之间的力矩调节结构。
力矩调节结构包括位于外侧膝关节内侧顶板与外侧膝关节外侧连接板之间的上凸台和下凸台，上凸台和下凸台均对应设置在上凸台滑槽和下凸台滑槽内，上凸台和下凸台上还分别连接有凸台调整螺柱且与凸台调整螺柱的长头螺纹连接，上凸台滑槽和下凸台滑槽上分别连接有凸台调整螺丝，每个凸台调整螺柱的短头与对应的调整螺丝螺纹连接，上凸台滑槽和下凸台滑槽均分别通过凸台滑槽固定螺栓与大腿连接结构和小腿连接结构连接，外侧膝关节内侧顶板的外侧还设置有球头顶杆，球头顶杆的另一端分别抵接在上凸台滑槽和下凸台滑槽内，外侧膝关节内侧顶板上的两个顶杆依次穿过外侧膝关节中间连接板、大腿连接结构和小腿连接结构以及外侧膝关节外侧连接板上的导轨杆后与顶板复位弹簧和顶板导轨固定螺栓连接。
内侧膝关节外侧连接板和内侧膝关节内侧连接板分别通过内侧对锁螺母以及内侧对锁螺栓穿过大腿连接结构的下端和小腿连接结构的上端。
内侧膝关节外侧连接板与内侧膝关节内侧连接板之间通过限位块固定螺栓设置用于实现膝关节伸展限位的内侧膝关节膝伸限位块和用于实现膝关节屈曲角度限位的内侧膝关节膝屈限位块。
外侧膝关节外侧连接板和外侧膝关节中间连接板分别通过外侧对锁螺母和外侧对锁螺栓与大腿连接结构下端和小腿连接结构上端的连接。
外侧膝关节外侧连接板与外侧膝关节中间连接板之间分别通过限位块固定螺栓设置有用于实现膝关节屈曲角度限位的外侧膝关节膝屈限位块和用于实现膝关节伸展限位的外侧膝关节膝伸限位块。
外侧膝关节外侧连接板与大腿连接结构和小腿连接结构之间设置有外侧轴套。
大腿连接结构包括大腿支架、大腿后侧绑带、大腿中部绑带，大腿连接结构上端内侧的大腿支架通过对锁螺栓与大腿单头扣连接，大腿后侧绑带穿过大腿单头扣实现大腿连接结构与人体大腿上端的固定，大腿连接结构中部外侧通过对锁螺栓与大腿双头扣连接，大腿中部绑带的两头穿过大腿双头扣实现大腿连接结构与人体大腿上中部的固定。
小腿连接结构包括小腿支架、小腿后侧绑带、小腿中部绑带，小腿连接结构下端内侧的小腿支架通过对锁螺栓与小腿单头扣连接，小腿后侧绑带穿过小腿单头扣实现小腿连接结构与人体小腿上端的固定；小腿连接结构中部内侧通过对锁螺栓与小腿双头扣连接，大腿中部绑带的两头穿过小腿双头扣实现小腿连接结构与人体小腿上中部的固定。
本发明的有益效果是：
本发明公开的一种人体下肢力线动态矫形装置，通过凸台和顶板等结构，根据膝关节屈曲角度，实现动态施加矫形力矩的功能，提高穿戴舒适性；
本发明公开的一种人体下肢力线动态矫形装置，不固定膝关节的正常屈伸自由度，不会影响人体正常步态，通过减小膝盖内侧室压力的方式，可以锻炼膝关节部位的相关肌肉，增强膝关节的功能；
本发明公开的一种人体下肢力线动态矫形装置，结构简单，可大规模使用。
附图说明
图1为本发明下肢力线动态矫形装置的三维图；
图2为矫形器大腿连接结构的三维图；
图3为矫形器小腿连接结构的三维图；
图4为内侧膝关节限位装置的三维图；
图5为矫形器外侧膝关节动态矫形装置的三维图。
图中，1、大腿连接结构；1-1、大腿后侧绑带；1-2、大腿支架；1-3、大腿中部绑带；1-4、大腿双头扣；1-5、对锁螺栓；1-6、大腿单头扣；2、小腿连接结构；2-1、小腿支架；2-2、小腿后侧绑带；2-3、小腿中部绑带；2-4、小腿双头扣；2-5、对锁螺栓；2-6、小腿单头扣；3、内侧膝关节限位装置；3-1、内侧膝关节外侧连接板；3-2、内侧对锁螺母；3-3、限位块固定螺栓；3-4、内侧膝关节膝伸限位块；3-5、内侧膝关节内侧连接板；3-6、垫圈；3-7、内侧对锁螺栓；3-8、内侧膝关节膝屈限位块；4、外侧膝关节动态矫形装置；4-1、球头顶杆；4-2、外侧膝关节内侧顶板；4-3、外侧膝关节中间连接板；4-4、凸台滑槽固定螺栓；4-5、外侧膝关节膝屈限位块；4-6、上凸台；4-7、凸台调整螺柱；4-8、上凸台滑槽；4-9、凸台调整螺丝；4-10、外侧膝关节外侧连接板；4-11、限位块固定螺栓；4-12、顶板导轨固定螺栓；4-13、外侧对锁螺母；4-14、顶板复位弹簧；4-15、下凸台滑槽；4-16、下凸台；4-17、外侧轴套；4-18、外侧对锁螺栓；4-19、外侧膝关节膝伸限位块，4-20.外侧垫圈；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护方案。
实施例1
本发明公开的一种人体下肢力线动态矫形装置，如图1-3所示，包括：大腿连接结构1、小腿连接结构2、内侧膝关节限位机构3以及外侧膝关节动态矫形机构4；其中小腿连接结构2的上端与大腿连接结构1的下端通过齿轮结构连接；内侧膝关节限位机构3包括位于大腿连接结构1和小腿连接结构2一侧的内侧膝关节外侧连接板3-1、位于大腿连接结构1和小腿连接结构2另一侧的内侧膝关节内侧连接板3-5；外侧膝关节动态矫形机构4包括位于大腿连接结构1和小腿连接结构2一侧的外侧膝关节内侧顶板4-2和外侧膝关节中间连接板4-3，外侧膝关节中间连接板4-3位于外侧膝关节内侧顶板4-2与大腿连接结构1以及小腿连接结构2之间，位于大腿连接结构1和小腿连接结构2另一侧的外侧膝关节外侧连接板4-10，还包括位于外侧膝关节内侧顶板4-2与外侧膝关节外侧连接板4-10之间的力矩调节结构，力矩调节结构包括位于外侧膝关节内侧顶板4-2与外侧膝关节外侧连接板4-10之间的上凸台4-6和下凸台4-16，上凸台4-6和下凸台4-16均对应设置在上凸台滑槽4-8和下凸台滑槽4-15内，上凸台4-6和下凸台4-16上还分别连接有凸台调整螺柱4-7且与凸台调整螺柱4-7的长头螺纹连接，上凸台滑槽4-8和下凸台滑槽4-15上分别连接有凸台调整螺丝4-9，每个凸台调整螺柱4-7的短头与对应的调整螺丝4-9螺纹连接，上凸台滑槽4-8和下凸台滑槽4-15均分别通过凸台滑槽固定螺栓4-4与大腿连接结构1和小腿连接结构2连接，因此，凸台调整螺柱4-7相对上凸台滑槽4-8(下凸台滑槽4-15)只能进行旋转运动；外侧膝关节内侧顶板4-2的外侧还设置有球头顶杆4-1，球头顶杆4-1的另一端分别抵接在上凸台滑槽4-8和下凸台滑槽4-15内，外侧膝关节内侧顶板4-2上的两个顶杆依次穿过外侧膝关节中间连接板4-3、大腿连接结构1和小腿连接结构2以及外侧膝关节外侧连接板4-10上的导轨杆后与顶板复位弹簧4-14和顶板导轨固定螺栓4-12连接；最终，当手动转动凸台调整螺丝4-9时凸台调整螺柱4-7的螺纹连接使得上凸台4-6(下凸台4-16)可相对上凸台滑槽4-8(下凸台滑槽4-15)进行直线运动，上凸台4-6和下凸台4-16的直线运动推动球头顶杆4-1进而推动外侧膝关节内侧顶板4-2进行直线运动。
大腿连接结构1和小腿连接结构2通过齿轮结构进行连接，从而实现大腿连接结构1相对小腿连接结构2的屈伸运动；所设计的齿轮尺寸以最大程度模拟人体膝关节的实际运动为宜。
进一步地，如图4所示，大腿连接结构1包括大腿支架1-2、大腿后侧绑带1-1、大腿中部绑带1-3，大腿连接结构1上端内侧的大腿支架1-2通过对锁螺栓1-5与大腿单头扣1-6连接，大腿后侧绑带1-1穿过大腿单头扣1-6实现大腿连接结构1与人体大腿上端的固定，大腿连接结构1中部外侧通过对锁螺栓1-5与大腿双头扣1-4连接，大腿中部绑带1-3的两头穿过大腿双头扣1-4实现大腿连接结构1与人体大腿上中部的固定；其中大腿支架1-2的整体结构根据人体大腿的实际形状设计，最大程度的实现穿戴者的穿戴舒适性。
进一步地，如图5所示，小腿连接结构2包括小腿支架2-1、小腿后侧绑带2-2、小腿中部绑带2-3；小腿连接结构2下端内侧的小腿支架2-1通过对锁螺栓2-5与小腿单头扣2-6连接，小腿后侧绑带2-2穿过小腿单头扣2-6实现小腿连接结构2与人体小腿上端的固定；小腿连接结构2中部内侧通过对锁螺栓2-5与小腿双头扣2-4连接，大腿中部绑带2-3的两头穿过小腿双头扣2-4实现小腿连接结构2与人体小腿上中部的固定；小腿支架2-1的整体结构根据人体小腿的实际形状设计，最大程度的实现穿戴者的穿戴舒适性。
内侧膝关节外侧连接板3-1和内侧膝关节内侧连接板3-5分别通过内侧对锁螺母3-2以及内侧对锁螺栓3-7穿过大腿连接结构1的下端和小腿连接结构2的上端；从而实现大腿连接结构1和小腿连接结构2的连接。
进一步地，内侧膝关节外侧连接板3-1和内侧膝关节内侧连接板3-5与大腿连接结构1以及小腿连接结构2连接时均设置有垫圈3-6；设置的垫圈3-6可以起到减小摩擦力的作用。
内侧膝关节外侧连接板与内侧膝关节内侧连接板3-5之间通过限位块固定螺栓3-3设置用于实现膝关节伸展限位的内侧膝关节膝伸限位块3-4和用于实现膝关节屈曲角度限位的内侧膝关节膝屈限位块3-8，当大腿连接结构1和小腿连接结构2发生相对运动时，内侧膝关节膝伸限位块3-4能防止内侧膝关节过伸，内侧膝关节膝屈限位块3-8能防止内侧膝关节过屈。
外侧膝关节外侧连接板4-10和外侧膝关节中间连接板4-3分别通过外侧对锁螺母4-13和外侧对锁螺栓4-18与大腿连接结构1下端和小腿连接结构2上端的连接；从而实现了外侧膝关节外侧连接板4-10和外侧膝关节中间连接板4-3与大腿连接结构1和小腿连接结构2的连接。
外侧膝关节外侧连接板4-10与外侧膝关节中间连接板4-3之间分别通过限位块固定螺栓4-11设置有用于实现膝关节屈曲角度限位的外侧膝关节膝屈限位块4-5和用于实现膝关节伸展限位的外侧膝关节膝伸限位块4-19，当大腿连接结构1和小腿连接结构2发生相对运动时，外侧膝关节膝屈限位块4-5能防止外侧膝关节过屈，外侧膝关节膝伸限位块4-19能够防止外侧膝关节过伸。
外侧膝关节外侧连接板4-10与大腿连接结构1和小腿连接结构2之间设置有外侧轴套4-17，外侧膝关节中间连接板4-3与大腿连接结构1和小腿连接结构2之间设置有外侧垫圈4-20；外侧轴套4-17和垫圈4-20的设置均可以起到减小摩擦力的作用。
本发明公开的一种人体下肢力线动态矫形装置，当穿戴者膝关节伸展时，大腿连接结构1相对小腿连接结构2做伸展运动，球头顶杆4-1的球头可在上凸台4-6(下凸台4-16)的滑槽由低向高滑动，从而推动外侧膝关节内侧顶板4-2向内做直线运动；当穿戴者膝关节屈曲时，大腿连接结构1相对小腿连接结构2做屈曲运动，在顶板复位弹簧4-14的拉力作用下球头顶杆4-1的球头可在上凸台4-6(下凸台4-16)的滑槽由高向低滑动，从而推动外侧膝关节内侧顶板4-2向外做直线运动。
以上所述的实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见的得到的技术方案的简单变化或者等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种人体下肢力线动态矫形装置，其特征在于，包括：
大腿连接结构(1)；
小腿连接结构(2)，其上端与所述大腿连接结构(1)的下端通过齿轮结构连接；
内侧膝关节限位机构(3)，包括分别位于所述大腿连接结构(1)和小腿连接结构(2)两侧的内侧膝关节外侧连接板(3-1)和内侧膝关节内侧连接板(3-5)；
外侧膝关节动态矫形机构(4)，包括位于所述大腿连接结构(1)和小腿连接结构(2)一侧的外侧膝关节内侧顶板(4-2)和外侧膝关节中间连接板(4-3)，所述外侧膝关节中间连接板(4-3)位于所述外侧膝关节内侧顶板(4-2)与大腿连接结构(1)以及小腿连接结构(2)之间，所述大腿连接结构(1)和小腿连接结构(2)另一侧还设置有外侧膝关节外侧连接板(4-10)，还包括位于所述外侧膝关节内侧顶板(4-2)与所述外侧膝关节外侧连接板(4-10)之间的力矩调节结构。
2.根据权利要求1所述的一种人体下肢力线动态矫形装置，其特征在于，所述力矩调节结构包括位于所述外侧膝关节内侧顶板(4-2)与所述外侧膝关节外侧连接板(4-10)之间的上凸台(4-6)和下凸台(4-16)，所述上凸台(4-6)和下凸台(4-16)均对应设置在上凸台滑槽(4-8)和下凸台滑槽(4-15)内，所述上凸台(4-6)和下凸台(4-16)上还分别连接有凸台调整螺柱(4-7)且与凸台调整螺柱(4-7)的长头螺纹连接，所述上凸台滑槽(4-8)和下凸台滑槽(4-15)上分别连接有凸台调整螺丝(4-9)，每个所述凸台调整螺柱(4-7)的短头与对应的所述调整螺丝(4-9)螺纹连接，所述上凸台滑槽(4-8)和下凸台滑槽(4-15)均分别通过凸台滑槽固定螺栓(4-4)与所述大腿连接结构(1)和小腿连接结构(2)连接，所述外侧膝关节内侧顶板(4-2)的外侧还设置有球头顶杆(4-1)，所述球头顶杆(4-1)的另一端分别抵接在所述上凸台滑槽(4-8)和下凸台滑槽(4-15)内，所述外侧膝关节内侧顶板(4-2)上的两个顶杆依次穿过所述外侧膝关节中间连接板(4-3)、大腿连接结构(1)和小腿连接结构(2)以及外侧膝关节外侧连接板(4-10)上的导轨杆后与顶板复位弹簧(4-14)和顶板导轨固定螺栓(4-12)连接。
3.根据权利要求1所述的一种人体下肢力线动态矫形装置，其特征在于，所述内侧膝关节外侧连接板(3-1)和内侧膝关节内侧连接板(3-5)分别通过内侧对锁螺母(3-2)以及内侧对锁螺栓(3-7)穿过所述大腿连接结构(1)的下端和小腿连接结构(2)的上端。
4.根据权利要求1所述的一种人体下肢力线动态矫形装置，其特征在于，所述内侧膝关节外侧连接板(3-1)与所述内侧膝关节内侧连接板(3-5)之间通过限位块固定螺栓(3-3)设置用于实现膝关节伸展限位的内侧膝关节膝伸限位块(3-4)和用于实现膝关节屈曲角度限位的内侧膝关节膝屈限位块(3-8)。
5.根据权利要求1所述的一种人体下肢力线动态矫形装置，其特征在于，所述外侧膝关节外侧连接板(4-10)和外侧膝关节中间连接板(4-3)分别通过外侧对锁螺母(4-13)和外侧对锁螺栓(4-18)与所述大腿连接结构(1)下端和小腿连接结构(2)上端的连接。
6.根据权利要求1所述的一种人体下肢力线动态矫形装置，其特征在于，所述外侧膝关节外侧连接板(4-10)与所述外侧膝关节中间连接板(4-3)之间分别通过限位块固定螺栓(4-11)设置有用于实现膝关节屈曲角度限位的外侧膝关节膝屈限位块(4-5)和用于实现膝关节伸展限位的外侧膝关节膝伸限位块(4-19)。
7.根据权利要求1所述的一种人体下肢力线动态矫形装置，其特征在于，所述外侧膝关节外侧连接板(4-10)与所述大腿连接结构(1)和小腿连接结构(2)之间设置有外侧轴套(4-17)。
8.根据权利要求1所述的一种人体下肢力线动态矫形装置，其特征在于，所述大腿连接结构(1)包括大腿支架(1-2)、大腿后侧绑带(1-1)、大腿中部绑带(1-3)，所述大腿连接结构(1)上端内侧的大腿支架(1-2)通过对锁螺栓(1-5)与大腿单头扣(1-6)连接，所述大腿后侧绑带(1-1)穿过大腿单头扣(1-6)实现大腿连接结构(1)与人体大腿上端的固定，所述大腿连接结构(1)中部外侧通过对锁螺栓(1-5)与大腿双头扣(1-4)连接，所述大腿中部绑带(1-3)的两头穿过所述大腿双头扣(1-4)实现大腿连接结构(1)与人体大腿上中部的固定。
9.根据权利要求1所述的一种人体下肢力线动态矫形装置，其特征在于，所述小腿连接结构(2)包括小腿支架(2-1)、小腿后侧绑带(2-2)、小腿中部绑带(2-3)，所述小腿连接结构(2)下端内侧的小腿支架(2-1)通过对锁螺栓(2-5)与小腿单头扣(2-6)连接，所述小腿后侧绑带(2-2)穿过小腿单头扣(2-6)实现小腿连接结构(2)与人体小腿上端的固定；所述小腿连接结构(2)中部内侧通过对锁螺栓(2-5)与小腿双头扣(2-4)连接，所述大腿中部绑带(2-3)的两头穿过小腿双头扣(2-4)实现小腿连接结构(2)与人体小腿上中部的固定。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI828151B (zh) * 2022-05-20 2024-01-01 季詠霈 護膝支架

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TWI828151B (zh) * 2022-05-20 2024-01-01 季詠霈 護膝支架

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