CN116869718B - 一种膝关节卸载支架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膝关节卸载支架，包括大腿支撑板、膝关节矫正部和小腿支撑板，膝关节矫正部包括双铰链关节和卸载组件，大腿支撑板与卸载组件之间通过双铰链关节连接，卸载组件底部与小腿支撑板顶部连接；卸载组件包括箱体、设置在箱体内的合页、扭簧、棘轮与棘爪，合页中间的凹槽内设置扭簧，合页和扭簧同时套设在棘轮轴上；棘爪以可转动的方式固定在箱体内壁，棘爪与棘轮配合使用；棘爪的下部连接一横杆，横杆的前端延伸至箱体外部作为调节按钮，按压按钮控制棘爪转动，以调整扭簧扭转角度。本发明通过设置的卸载组件在膝关节上施加外翻力矩，将支架产生的负载分别施加在大腿和小腿上，减少疼痛或者不适，而且外翻力矩的大小可调整。

Description

一种膝关节卸载支架

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是一种用于膝关节内侧间室关节炎的膝关节卸载支架。

背景技术

膝关节炎是一种常见的关节疾病，在许多情况下，这种疾病只影响膝关节的一个髁，通常是内侧髁，因为一般来说，整个膝关节传递的压缩载荷的60-80％施加在内侧筋室，这导致内侧筋室的载荷大约是外侧筋室的2.2倍。这种类型的关节炎被称为单间室关节炎。膝关节卸载支架是用于单间室膝关节炎的非手术治疗方法，对于内侧间室关节炎的患者来说，下肢力线往内侧偏移，使得大部分载荷集中在膝关节内侧，卸载支架对膝关节施加外翻力矩，卸载内翻力矩，从而减少了关节内侧的接触压力，矫正人体下肢力线卸载支架的设计是通过施加相对于膝关节的外翻力矩来减轻内侧隔室的负荷，从而减轻内侧隔室的疼痛，矫正下肢力线。

多数现有的产生外翻力矩的卸载支架采用三点弯曲的结构。第一种使用一个力带包裹在关节上，收紧力带时，这种绑带会干扰腘动脉的血液循环，并对膝关节后侧的腓神经施加压力，从而给患者带来不适。第二种设计使用髁垫配合两根弹性杠在膝关节外侧施加力，导致长时间使用时髁疼痛和不适。因此，急需一种能够缓解穿戴者疼痛或不舒适度的，可以长时间使用的膝关节矫正装置。

发明内容

针对现有的膝关节卸载支架会在膝关节处产生额外的负载，造成疼痛，人体不舒适的问题，本发明提供了一种新型的膝关节卸载支架。

本发明提供的膝关节卸载支架，其结构包括从上到下依次连接的大腿支撑板、膝关节矫正部和小腿支撑板。大腿支撑板和小腿支撑板上均设有用于将其固定在腿上的绑缚装置。所述膝关节矫正部包括双铰链关节和卸载组件，大腿支撑板与卸载组件之间通过双铰链关节连接，卸载组件底部与小腿支撑板顶部固定连接。

所述卸载组件包括箱体、设置在箱体内的合页、扭簧、棘轮、与棘轮配合使用的棘爪，所述合页的外形呈“凹”字形，其上部左右侧壁上开设用于棘轮轴穿过的通孔。合页中间的凹槽内设置扭簧，合页和扭簧同时套设在棘轮轴上，扭簧下端抵靠合页下部。合页下部延伸至箱体外，与小腿支撑板螺钉连接。所述棘爪通过螺钉以可转动的方式固定在箱体内侧壁，棘爪的尖端能够伸入棘轮的齿间，与棘轮配合使用。棘爪的上部与箱体内侧壁之间通过水平放置的弹簧一连接，棘爪的下部连接一横杆，横杆的前段延伸至箱体外部，位于箱体内的横杆上套设弹簧二，位于箱体外部的横杆作为调节按钮，通过按压按钮控制棘爪转动远离棘轮，使棘轮处于自由旋转状态，以调整扭簧扭转角度。

具体的是，所述卸载组件的箱体顶部设置一连接板，连接板通过双铰链关节与大腿支撑板连接。进一步的连接方式是：所述双铰链关节由支架板、轴承和盖板组成，支架板为长方形板，支架板的一侧上下部分别设置一圆柱形凸起，凸起上套设轴承；上部的凸起连同轴承一起穿过大腿支撑板底部的安装孔内，下部的凸起连同轴承一起穿过连接板上的安装孔内，最后由盖板将两个凸起的末端进行限位固定。

作为一种优选结构，所述绑缚装置包括绑缚带和纺织垫片，纺织垫片以可拆卸方式固定在大腿支撑板和小腿支撑板上，绑缚带环绕设于纺织垫片外围。

进一步优选的是，所述大腿支撑板的上部和下部分别设置一绑缚装置。所述大腿支撑板的顶部设置一吊钩，吊钩上套设吊带，吊带用于挂在穿戴者肩膀上。所述小腿支撑板的下部设置一绑缚装置。

进一步优选的是，所述大腿支撑板上的两个绑缚装置下部向外侧倾斜，使绑缚装置与大腿支撑板之间存在一定夹角。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)本发明设计了一种可穿戴的膝关节外翻支架，使用双铰链关节以缓解支架关节与穿戴者关节的错位，使穿戴更为舒适；使用该方案可以避免在人体膝关节处施加或者产生额外的力或者负载，将支架产生的负载分别施加在大腿和小腿上，减少疼痛或者不适。

(2)使用扭簧来产生力，可以通过控制扭转量来控制力矩的大小，根据患者的实际需要准确调整力矩的大小或者更换弹簧。

(3)因为现有的多数膝关节卸载支架会在膝关节处产生额外的负载，造成疼痛，人体不舒适，这个原因导致许多病人不愿意或者不愿意长时间穿戴卸载支架以减轻内侧间室膝关节炎带来的疼痛和矫正下肢力线，本发明致力于在膝关节上施加外翻力矩的同时不造成额外的负载同时可以调整施加在膝关节处的外翻力矩的大小，使得穿戴者更加舒适以及愿意长时间穿戴卸载支架，以减轻疼痛和矫正下肢力线。

(4)本发明的支架上，通过将大腿支撑板上的两个绑缚带与支撑板链接处的倾斜角度，并且将小腿支撑板上部设置为弧形段，可以避免卸载组件摩擦膝关节，克服了现有膝关节矫正支架装置的不足。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1、本发明的膝关节卸载支架的结构示意图。

图2、本发明的膝关节卸载支架的膝关节矫正部结构示意图。

图3、本发明膝关节卸载支架的卸载组件内部结构图。

图4、本发明膝关节卸载支架的卸载组件内部结构图。

图5、本发明膝关节卸载支架的双铰链关节连接示意图。

图6、本发明的膝关节卸载支架穿戴示意图。

图7、本发明的膝关节卸载支架穿戴示意图。

图8、本发明的膝关节卸载支架穿戴受力分析图。

图中标号：

大腿支撑板1、小腿支撑板2、绑缚带3、纺织垫片4、双铰链关节5、卸载组件6、箱体7、合页8、扭簧9、棘轮10、棘爪11、连接板12、棘轮轴13、螺钉14、弹簧一15、弹簧二16、调节按钮17、盖板18、吊钩19、吊带20、限位块21。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的膝关节卸载支架，其结构包括从上到下依次连接的大腿支撑板1、膝关节矫正部和小腿支撑板2。所述大腿支撑板1的上部和下部均设置用于将大腿支撑板固定在大腿上的绑缚装置。所述小腿支撑板的下部也设置用于将小腿支撑板固定在小腿上的绑缚装置。所述绑缚装置包括绑缚带3和纺织垫片4，纺织垫片4通过魔术贴固定在大腿支撑板或小腿支撑板上，绑缚带3穿过大腿或小腿支撑板上预留的孔环绕设置在纺织垫片4外围。纺织垫片4的设置可以使穿戴有更舒适的穿戴体验。由于大腿是整个装置的支撑点，用更大的面积去支撑负载，故在大腿支撑板1上布置两个绑缚装置，在小腿支撑板2上布置一个绑缚装置。

所述膝关节矫正部包括双铰链关节5和卸载组件6，大腿支撑板1与卸载组件6之间通过双铰链关节5进行活动连接，卸载组件6底部与小腿支撑板2顶部固定连接。

所述卸载组件6包括箱体7、设置在箱体内的合页8、扭簧9、棘轮10、与棘轮配合使用的棘爪11。箱体7顶部设置一连接板12，连接板12通过双铰链关节5与大腿支撑板1连接。所述合页8的外形呈“凹”字形，其上部左右侧壁上开设用于棘轮轴穿过的通孔。合页中间的凹槽内设置扭簧9，合页和扭簧同时套设在棘轮轴13上，扭簧下端抵靠合页下部，扭簧上端通过一限位块21进行限位，限位块21固定于箱体7内壁面。合页8下部延伸至箱体7外，与小腿支撑板2螺钉固定连接。所述棘爪11通过螺钉14以可转动的方式固定在箱体7内侧壁，棘爪的尖端能够伸入棘轮的齿间，与棘轮配合使用，形成限位结构。棘爪的上部与箱体内侧壁之间通过水平放置的弹簧一15连接，棘爪的下部连接一横杆，横杆的前段延伸至箱体外部，位于箱体内的横杆上套设弹簧二16。位于箱体外部的横杆作为调节按钮17。棘爪11在弹簧一15和弹簧二16的作用下，使得棘爪11的尖端始终伸入棘轮10的齿间。当需要调节时，按压按钮17使得棘爪转动，棘爪尖端远离棘轮，使棘轮10处于自由旋转状态，以调整扭簧9扭转角度。箱体7上设有可拆卸的盖板18，便于箱体内部组件的安装。卸载组件6是本发明产生外翻力矩的主要装置，是实现对内侧单间卸载的装置。

在另一实施例中，所述双铰链关节5由长方形支架板51、轴承52和长方形盖板53组成，支架板的一侧设置上下部分别设置一圆柱形凸起54，凸起上套设轴承52；上部的凸起连同轴承52一起穿过大腿支撑板1底部的安装孔内，下部的凸起连同轴承一起穿过连接板12上的安装孔内，最后由盖板53将两个凸起的末端进行限位固定，盖板53与支架板51相对平行设置。

在另一实施例中，所述大腿支撑1上的两个绑缚带3下部向外侧倾斜，使绑缚带与大腿支撑板之间存在一定夹角。当大腿支撑板1上的两个绑缚带3与大腿支撑板贴合设置时，在实际穿戴过程中由于人的大腿肌肉组织较为柔软以及零件材料变形，当扭簧向小腿施加外翻力矩时，会使得卸载组件压在小腿上，可能会造成小腿疼痛以及不舒适。因此在本实施例中，将大腿支撑1上的两个绑缚带3下部向外侧倾斜，使绑缚带与大腿支撑板之间存在一定夹角，角度的大小可以根据实际需要确定，同时将小腿支撑板的上部设计为弧形段，这种设计可在实际穿戴中避免卸载组件压在小腿上，减轻穿戴者不舒适。

在另一实施例中，所述大腿支撑板1的顶部设置一吊钩19，吊钩上套设吊带20，吊带用于挂在穿戴者肩膀上。在实际穿戴过程中，由于人的大腿形状上的上粗下细，卸载支架会往下掉，导致支架的关节与人体的关节错位，外翻力矩施加在不正确的地方，为避免这种情况，添加吊钩19与吊带20两个零件，穿戴时将吊钩19与吊带20配合使用，将吊带20挂在肩膀上，可有效避免该种情况。

本发明的膝关节卸载支架使用方法如下：

在实际穿戴时首先调整扭簧的扭转角度，调整扭簧扭转角度的方法为：由于棘轮上的限位结构，当向外侧旋转合页时会将扭簧和棘轮一起旋转，且由于棘轮与棘爪的相互作用，扭簧、合页与棘轮三者组成的装置只能向外侧转动，向内侧旋转时会被棘爪卡住，向外侧旋转调整至想要的扭簧扭转角度时，便可实际穿戴。当需要向内侧旋转调节时，可以通过持续按压调节按钮，使得棘爪转动，棘爪尖端远离棘轮，使棘轮处于自由旋转状态，便可向内侧旋转合页，至想要的扭簧扭转角度时，松开按钮，即完成调节，便可实际穿戴。

上述调节工作完成后，将大腿支撑板上的两个绑缚装置与大腿绑缚在一起，此时小腿支撑板上的绑缚装置与小腿是有一定距离的，需要人为控制，将小腿上的绑缚装置压到小腿上进行绑缚。图6和图7是卸载支架的穿戴示意图。小腿支撑板与合页是连接在一起的，由于扭簧、合页与棘轮以及限位结构的作用，在压的时候，棘轮被棘爪卡住，使棘轮不会转动，但是合页与扭簧会被认为的扭转，小腿绑缚完成后，扭簧便会基于事先调整好的扭转角，在小腿上施加一个向外的力。相对膝关节内侧而言产生一个外翻力矩，以达到对膝关节内侧间室卸载的功能，矫正患者的下肢力线，缓解患者的疼痛。

如图8所示，是本发明的膝关节卸载支架穿戴受力分析。计算膝关节卸载支架对内、外侧膝关节力的改变方法如下：

图8中，T表示卸载器械产生的力矩，d表示膝关节内、外侧间室两者间的距离，F_l表示外侧膝关节力(穿戴卸载器械前)，F_m表示内侧膝关节力(穿戴卸载器械前)，F_l′表示外侧膝关节力(穿戴卸载器械后)，F_m′表示内侧膝关节力(穿戴卸载器械后)，F_total表示全关节力。

由于d近似于F_m或F_m′对外侧间室接触位置的力臂：T+F_m′×d＝F_m×d

所以，内侧关节力的变化为：

由于膝关节卸载支架只产生力矩，所以对关节合力没有影响：

F_total＝F_m+F_l＝F_m′+F_l′

因此，内侧卸载掉的关节力转移到了外侧：

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种膝关节卸载支架，其特征在于，包括从上到下依次连接的大腿支撑板、膝关节矫正部和小腿支撑板，所述膝关节矫正部包括双铰链关节和卸载组件，大腿支撑板与卸载组件之间通过双铰链关节连接，卸载组件底部与小腿支撑板顶部固定连接；

所述大腿支撑板的上部和下部分别设置一绑缚装置，大腿支撑板上的两个绑缚装置下部向外侧倾斜，使绑缚装置与大腿支撑板之间存在夹角；所述小腿支撑板上部具有一弧形段，小腿支撑板的下部设置一绑缚装置；大腿支撑板和小腿支撑板通过绑缚装置固定在穿戴者腿上；

所述卸载组件包括箱体、设置在箱体内的合页、扭簧、棘轮、与棘轮配合使用的棘爪，所述合页的外形呈“凹”字形，其上部左右侧壁上开设用于棘轮轴穿过的通孔，合页中间的凹槽内设置扭簧，合页和扭簧同时套设在棘轮轴上，扭簧下端抵靠合页下部，扭簧上端通过一限位块进行限位，限位块固定于箱体内壁面，合页下部延伸至箱体外，与小腿支撑板螺钉固定连接；所述棘爪通过螺钉以可转动的方式固定在箱体内侧壁，棘爪的尖端伸入棘轮的齿间，与棘轮配合使用，形成限位结构；棘爪的上部与箱体内侧壁之间通过水平放置的弹簧一连接，棘爪的下部连接一横杆，横杆的前段延伸至箱体外部，位于箱体内的横杆上套设弹簧二，棘爪在弹簧一和弹簧二的作用下，使得棘爪的尖端始终伸入棘轮的齿间，位于箱体外部的横杆作为调节按钮，通过按压按钮控制棘爪转动远离棘轮，使棘轮处于自由旋转状态，以调整扭簧扭转角度；

由于棘轮上的限位结构，当向外侧旋转合页时会将扭簧和棘轮一起旋转，且由于棘轮与棘爪的相互作用，扭簧、合页与棘轮三者组成的装置只能向外侧转动，向内侧旋转时会被棘爪卡住，通过向外侧旋转调整至想要的扭簧扭转角度；当需要向内侧旋转调节时，通过持续按压调节按钮，使得棘爪转动，棘爪尖端远离棘轮，使棘轮处于自由旋转状态，向内侧旋转合页至想要的扭簧扭转角度，松开按钮，完成调节；

穿戴时将小腿上的绑缚装置压到小腿上进行绑缚，由于扭簧、合页与棘轮以及限位结构的作用，在压的时候，棘轮被棘爪卡住，使棘轮不会转动，但是合页与扭簧会被人为的扭转，小腿绑缚完成后，扭簧便会基于事先调整好的扭转角，在小腿上施加一个向外的力；相对膝关节内侧而言产生一个外翻力矩，以达到对膝关节内侧间室卸载的功能。

2.如权利要求1所述的膝关节卸载支架，其特征在于，所述卸载组件的箱体顶部设置一连接板，连接板通过双铰链关节与大腿支撑板连接。

3.如权利要求2所述的膝关节卸载支架，其特征在于，所述双铰链关节由长方形支架板、轴承和长方形盖板组成，支架板的一侧上下部分别设置一圆柱形凸起，凸起上套设轴承；上部的凸起连同轴承一起穿过大腿支撑板底部的安装孔内，下部的凸起连同轴承一起穿过连接板上的安装孔内，最后由盖板将两个凸起的末端进行限位固定，盖板与支架板相对平行设置。

4.如权利要求1所述的膝关节卸载支架，其特征在于，所述绑缚装置包括绑缚带和纺织垫片，纺织垫片以可拆卸方式固定在大腿支撑板和小腿支撑板上，绑缚带环绕设于纺织垫片外围。

5.如权利要求1所述的膝关节卸载支架，其特征在于，所述大腿支撑板的顶部设置一吊钩，吊钩上套设吊带，吊带用于挂在穿戴者肩膀上。