CN205434036U - 关节装置及具有其的减负荷护膝支具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种关节装置及具有其的减负荷护膝支具，关节装置包括仿股骨髁结构、仿胫骨平台结构和能产生半月板功能的仿半月板结构，所述仿半月板结构具有与所述仿股骨髁结构滚动接触的滚动元件，或所述仿股骨髁结构具有与所述仿半月板结构滚动接触的滚动元件，或所述仿股骨髁结构和所述仿半月板结构具有滚动接触的滚动元件。本实用新型的关节装置及减负荷护膝支具，通过将仿股骨踝结构和仿半月板结构设置成滚动接触的，可以充分提高在伸屈变化中摆动的灵敏度，达到无阻力状态。

Description

关节装置及具有其的减负荷护膝支具

技术领域

本实用新型涉及骨科医疗器械，具体地说，本实用新型涉及一种可以减少人体膝关节负荷的护膝支具。

背景技术

人体膝关节因承受较大的负荷，除急性创伤外，容易发生慢性损伤和退变。产生病变的首要因素是过度负重，病理上包括半月板断裂、磨损，软骨纤裂、退变，软骨下骨质裸露等，最终导致膝关节损坏。然而，无论选择何种治疗方式，均牵涉到力学问题。必须在非功能替代的前提下，减少膝关节的应力，也就是说在完全无应力的状态下膝关节病也难以康复。因此首选的力学治疗方式是减少关节的负荷量，尤其是减少主要来自人体股骨髁以上的压应力，不干扰膝关节的正常活动，才有望获得最佳治疗效果。申请人的发明专利“仿生护膝支具”(专利号为2011101047764)较为合理的解决这一问题，但在实际使用中还存在如下的不足之处：

1、至伸直位阻力较大，灵敏度小；

2、只有在人体膝关节屈曲90度时，仿股骨髁结构才能向前伸展；

3、护膝装置功率与步态变化，膝关节应力幅度的同步性应给以改进。

实用新型内容

本实用新型提供一种关节装置及具有其的减负荷护膝支具，目的是用于在膝关节急慢性损伤的治疗中，既能使膝关节进行早期的功能性锻炼活动，又能充分消除膝关节的负荷。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：关节装置，包括仿股骨髁结构、仿胫骨平台结构和能产生半月板功能的仿半月板结构，所述仿半月板结构具有与所述仿股骨髁结构滚动接触的滚动元件，或所述仿股骨髁结构具有与所述仿半月板结构滚动接触的滚动元件，或所述仿股骨髁结构和所述仿半月板结构具有滚动接触的滚动元件。

所述仿股骨髁结构与所述仿胫骨平台结构连接，且仿股骨髁结构能够相对于仿胫骨平台结构滑动运动和旋转运动。

所述仿半月板结构包括设置于所述仿胫骨平台结构上的第一弹性元件和由第一弹性元件提供弹性支撑力的浮动架，滚动元件为可旋转的设置于浮动架上。

所述浮动架位于所述仿股骨踝结构与所述第一弹性元件之间，第一弹性元件并排设置多个。

所述仿胫骨平台结构具有用于限定所述浮动架行程的抗压柱，浮动架位于所述仿股骨踝结构与抗压柱之间。

所述抗压柱上设有用于与所述浮动架接触的第一缓冲元件。

所述仿股骨踝结构包括凸轮形本体和设置于凸轮形本体内所设的滑槽中的第二弹性元件，凸轮形本体具有与所述仿半月板结构的滚动元件滚动接触的圆弧形接触面，所述仿胫骨平台结构具有插入滑槽中的横轴。

所述滑槽为圆弧形，所述第二弹性元件一端抵触所述横轴，另一端抵触滑槽内壁。

本实用新型还提供了一种减负荷护膝支具，包括固定到人体大腿上的大腿支撑板和固定到人体小腿上的小腿支撑板，还包括上述关节装置，所述仿股骨髁结构与所述大腿支撑板连接，所述仿胫骨平台结构与所述小腿支撑板连接。

还包括与小腿支撑板连接的足套和固定于大腿支撑板上的牵引板，小腿支撑板长度可调。

本实用新型的关节装置及减负荷护膝支具，通过将仿股骨踝结构和仿半月板结构设置成滚动接触的，可以充分提高在伸屈变化中摆动的灵敏度，达到无阻力状态；而且，仿半月板结构能模仿产生半月板的功能，以模仿人体膝关节的运动，将来自股骨的重力以递减的方式均匀传导至小腿，避免了集中载荷和减少胫股关节的压应力，在膝关节急慢性损伤的治疗中，既能使膝关节进行早期的功能性锻炼活动，又能充分消除膝关节的负荷，仿股骨髁结构、仿半月板结构和仿胫骨平台结构构成模仿人体膝关节运动的机构，模拟了膝关节软骨面受压相对弹性变形的特征，以非功能替代的形式缓冲瞬间冲击力对关节面的再损伤，为膝关节创伤面的修复提供了良好的力学环境，并起到稳定的保护作用。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是第一种护膝支具的结构示意图；

图2是关节装置的结构示意图；

图3是第二种护膝支具的结构示意图；

图中标记为：1、大腿支撑板；2、小腿支撑板；3、第一弹性元件；

4、仿股骨髁结构；41、凸轮形本体；42、滑槽；43、第二弹性元件；44、第一圆弧面；45、第二圆弧面；

5、仿胫骨平台结构；51、仿胫骨平台本体；52、抗压柱；53、第一缓冲元件；54、第二缓冲元件；55、挡板；56、横轴；

6、浮动架；7、滚动元件；8、固定带；9、调节机构；10、足套；11、牵引板；12、连接机构。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本实用新型的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图3所示，本实用新型提供了一种减负荷护膝支具及具有的关节装置，减负荷护膝支具包括固定到人体大腿上的大腿支撑板1和固定到人体小腿上的小腿支撑板2，还包括用于连接大腿支撑板1和小腿支撑板2的关节装置。该关节装置包括仿股骨髁结构4、仿胫骨平台结构5和能产生半月板功能的仿半月板结构，仿半月板结构具有与仿股骨髁结构4滚动接触的滚动元件7，仿股骨髁结构4与大腿支撑板1的端部固定连接，仿胫骨平台结构5与小腿支撑板2的端部固定连接。

具体地说，仿股骨髁结构4、仿半月板结构和仿胫骨平台结构5构成模仿人体膝关节运动的关节装置，仿人体膝关节生物形态，模仿人体膝关节的运动，仿半月板结构位于胫股关节之间，可以把股骨传来的压力分散到胫骨平台上，具有均匀分布承重和稳定膝关节的功能，而且在治疗早期能进行膝关节功能锻炼活动，利于关节内组织、骨骼和支撑面的功能愈合，尤其是康复期软骨面的愈合。由于仿半月板结构的存在，仿股骨髁结构4与仿胫骨平台结构5在伸膝位时形成对抗力，模拟了膝关节软骨面受压相对弹性变形的特征，以非功能替代的形式缓冲瞬间冲击力对关节面的再损伤，为膝关节创伤面的修复提供了良好的力学环境，并起到稳定的保护作用。

如图1和图2所示，大腿支撑板1在位于人体膝关节的端部为仿股骨髁结构4，小腿支撑板2在位于人体膝关节的端部为仿胫骨平台结构5，仿股骨髁结构4与仿胫骨平台结构5连接，且仿股骨髁结构4和大腿支撑板1能够相对于仿胫骨平台结构5滑动运动和旋转运动。

如图1和图2所示，仿胫骨平台结构5包括与仿股骨踝结构连接的仿胫骨平台本体51，该仿胫骨平台本体51为内部中空的壳体，仿胫骨平台本体51的顶部具有让仿股骨踝结构插入的开口，仿胫骨平台本体51的顶部与小腿支撑板2固定连接。

仿半月板结构能模仿产生半月板和软骨面的功能，将来自股骨的重力以递减的方式均匀传导至小腿，避免了集中载荷和减少胫股关节的压应力，在膝关节急慢性损伤的治疗中，既能使膝关节进行早期的功能性锻炼活动，又能充分消除膝关节的负荷。如图2所示，仿半月板结构设置于仿胫骨平台本体51的内腔中，仿半月板结构包括第一弹性元件3和由第一弹性元件3提供向上的弹性支撑力的浮动架6，第一弹性元件3夹在浮动架6与仿胫骨平台本体51的内底壁之间。浮动架6位于仿股骨踝结构与第一弹性元件3之间，滚动元件7为可旋转的设置于浮动架6上，在第一弹性元件3的作用下，使浮动架6上的滚动元件7与仿股骨踝结构始终保持滚动接触状态。

作为优选的，第一弹性元件3为圆柱螺旋弹簧，其轴线与小腿支撑板2的长度方向相平行，第一弹性元件3且沿小腿支撑板2的宽度方向并排设置多个，所有第一弹性元件3的上端抵触浮动架6，提高浮动架6的稳定性，提供足够的弹性支撑力。在本实施例中，如图2所示，第一弹性元件3共设置两个，两个第一弹性元件3之间间隔一定距离，各个第一弹性元件3分别抵触浮动架6的一端。

如图2所示，仿胫骨平台结构5还包括设置于仿胫骨平台本体51的内腔中且用于限定浮动架6下压行程的抗压柱52，抗压柱52位于两个第一弹性元件3之间，浮动架6位于仿股骨踝结构与抗压柱52之间。

作为优选的，如图2所示，抗压柱52的顶部设有用于在浮动架6下压时与浮动架6和滚动元件7接触的第一缓冲元件53，第一缓冲元件53采用聚氨酯材料制成，避免抗压柱52直接与浮动架6接触产生碰撞。

如图2所示，仿股骨踝结构包括凸轮形本体41和设置于凸轮形本体41内所设的滑槽42中的第二弹性元件43，凸轮形本体41插入仿胫骨平台本体51的内腔中，凸轮形本体41具有相连接的第一圆弧面44和第二圆弧面45，第一圆弧面44作为与下方仿半月板结构的滚动元件7滚动接触的圆弧形接触面。第一圆弧面44和第二圆弧面45的曲率半径均较大，第一圆弧面44和第二圆弧面45相连接形成凸轮形本体41的不规则底部曲面，且第一圆弧面44和第二圆弧面45在连接处形成一个尖端，该尖端处的角度近似锐角，且该尖端为凸轮形本体41的底端，凸轮形本体41的顶端与大腿支撑板1固定连接。

如图2所示，仿胫骨平台结构5还包括与仿胫骨平台本体51连接且插入滑槽42中的横轴56，横轴56的轴线处于水平面内，与小腿支撑板2和仿胫骨平台本体51的厚度方向相平行。横轴56位于浮动架6的正上方，横轴56与抗压柱52之间的空间为挤压升程区。滑槽42在凸轮形本体41上且为沿凸轮形本体41厚度方向贯穿设置的通槽，滑槽42并为从靠近凸轮形本体41底端的位置处延伸至靠近顶端位置处的圆弧形槽，滑槽42和第一圆弧面44的圆心位于横轴56同一侧，第二圆弧面45的圆心位于横轴56的另一侧。第二弹性元件43为沿滑槽42长度方向布置的圆柱螺旋抗压缩弹簧，能产生压缩变形，第二弹性元件43一端抵触横轴56，另一端抵触滑槽42的内壁，且该内壁靠近凸轮形本体41的底端。

如图2所示，仿胫骨平台结构5还包括设置于仿胫骨平台本体51的内侧壁上的第二缓冲元件54和设置于第二缓冲元件54上且用于与凸轮形本体41的尖端接触的挡板55，挡板55位于第二缓冲元件54与凸轮形本体41之间，挡板55并位于横轴56的前方。挡板55和第二缓冲元件54均为竖直设置，第二缓冲元件54采用聚氨酯材料制成，挡板55与横轴56之间的空间为凸轮回程区域。

如图2所示，浮动架6的顶面为圆弧面，该圆弧面的圆心位于浮动架6的下方。滚动元件7为可旋转的的设置于浮动架6上，且朝向浮动架6的顶面上方凸出，确保能够与凸轮形本体41保持接触状态。滚动元件7为半圆柱形，中间有一圆孔，由插入的水平轴与浮动架6联结，滚动元件7可顺圆弧形顶面摆动。

如图1所示，本实用新型还提供了第一种结构的减负荷护膝支具，其包括上述的关节装置。此关节装置的具体结构可参照图2，在此不再赘述。由于本实用新型的减负荷护膝支具包括上述实施例中的关节装置，所以其具有上述关节装置的所有优点。在使用本结构的减负荷护膝支具的过程中，当大腿支撑板1与小腿支撑板2呈屈曲位相时，凸轮形本体41位于仿胫骨平台本体51的回程区内，凸轮形本体41的尖端与前方的挡板55碰触。滑槽42的内顶壁与横轴56接触，第二弹性元件43呈无压缩放松态。滚动元件7位于凸轮形本体41的弧形后下缘，第一弹性元件3对浮动架6提供一定的支撑力，使浮动架6始终向上推举凸轮形本体41，抗压柱52上的第一缓冲元件53亦呈无压缩状态。当大腿支撑板1与小腿支撑板2呈伸直位相时，牵动凸轮形本体41位于横轴56与抗压柱52中间的挤压升程区。凸轮形本体41的尖端受滚动元件7和抗压柱52挤压，使滑槽42的内顶壁与横轴56分离，向上延伸，大腿支撑板1随之向上延伸。当凸轮形本体41的尖端继续向下时，挤压浮动架6向下移动接触第一缓冲元件53，通过抗压柱52将沉降力传递至小腿支撑板2。此阶段因空间限制，横轴56与滑槽42的内底壁之间的距离变小，滑槽42内的弹簧亦受挤压，联合第一弹性元件3和第一缓冲元件53共同产生抗压缩功效。由于凸轮形本体41呈锥圆体状，尖端为锐角，与可摆动的滚动元件7成为两个圆柱体间的滚动接触，降低摩擦力，充分提高在伸屈变化中凸轮摆动的灵敏度，达到无阻力状态。在屈曲65度位时，凸轮形本体41前移回程距离达最远值，当屈曲度继续加大，凸轮形本体41受横轴56限制，停止前移，伴随滚动元件7推升力旋转。准备再次进入伸直相期，并最大限度的不影响膝关节的屈曲运动。

如图3所示，本实用新型还提供了第二种结构的减负荷护膝支具，其是在图1所示的第一种结构的减负荷护膝支具上做了进一步改进。该第二种结构的减负荷护膝支具包括上述的关节装置，此关节装置的具体结构可参照图2，在此不再赘述。由于该减负荷护膝支具包括上述实施例中的关节装置，所以其具有上述关节装置的所有优点。除此以外，第二种结构的减负荷护膝支具还包括牵引板11和足套10，足套10与小腿支撑板2连接，且小腿支撑板2的长度可调。

如图3所示，牵引板11为采用柔韧材料制成的，内面粘贴有硅胶膜。牵引板11且用于固定到大腿支撑板1的内侧面上，佩戴使用时，大腿支撑板1通过弹性固定带固定于大腿内外侧，并将牵引板11以硅胶面粘贴大腿处皮肤产生摩擦力。牵引板11为倒塔形结构，向内为弧形面与弹性带组合形成的桶状结构，口径上大下小。当膝关节屈曲时，桶状牵引结构相对松弛，向前下方移动，当膝关节伸直时，桶状牵引结构上升，相对紧缩，产生反向皮牵引力，以向上升力与大腿重力形成交换。与此同时，牵引板11内面粘贴硅胶膜，硅胶膜与皮肤接触面通过一定的工艺处理，制成类似蛇皮鳞片排列结构，在弹性带的固定下，当向前下移动时与皮肤接触面变小，降低与皮肤的摩擦力，以减少从动件杆回程阻力。而反方向向上移动时，硅胶膜可与皮肤鎖合制动，增大与皮肤的接触面。目的是在不损伤皮肤的情况下，产生足够的皮肤牵引力和控制力。并且采用这种机构固定于人体大腿，不影响肢体血循环。

如图3所示，小腿支撑板2为长度可调的，其在中段设有实现长度调节的调节机构9。该调节机构9具有多种形式，如设置成通过螺纹连接的形式实现长度调节，或者通过设置抽拉结构且由插销进行锁止的形式实现长度调节；等等。足套10通过连接机构12与小腿支撑板2的下端实现转动连接，足套10用于人体足部插入。连接机构12为鞍状结构，采用轴摆动联结，前后侧装有聚氨酯弹簧，其伸屈活动与人体一般行走时踝关节运动同步，具有减少来自地面震动动功能。小腿支撑板2整体依据人体小腿生物形态制作，足套10可插入所穿鞋内，或放置鞋的内外侧，将重力传递至地面。小腿支撑板2采用两组固定带固定于人体小腿，这种机构可以产生足够的支撑力，并且不影响下肢血液循环和不损伤软组织。

上述结构的减负荷护膝支具，在佩戴使用时可利用人体膝关节的自体动力产生弹性升力和制动力，其力学功效与人体膝关节运动负荷状态同步，可产生最佳辅助治疗、保健效果。

依据美国加州RanchoLosAmigos康复医院步态分析实验室提出；人体一般步行步态周期分摆动相期和站立相期，摆动相期人体膝关节最大屈曲60—67度，约占步态周期60％，站立相期人体膝关节伸直0—15度，约占步态周期40％。但均对膝关节产生压应力。佩戴本实用新型的减负荷护膝支具，由于凸轮形本体41在特定的路径上运动，大腿支撑板1始终与股骨干保持直线平行。当人体膝关节屈曲位时，股骨髁随即刻中心变化向前滑移，大腿支撑板1受约束，凸轮形本体41在仿胫骨平台本体51内同步屈曲向前滑移，脱离横轴56与抗压柱52挤压升程区，横轴56与槽底距离变大，滑槽42内抗压缩弹簧减压，产生回复动力，推动凸轮形本体41向前滑移至回程区。凸轮形本体41在滑槽42和横轴56限制下前移，第一弹性元件3始终处于受压缩状态，滚动元件7对凸轮形本体41的弧形面保持升推力，使凸轮形本体41在回程区移动时，仍受弹性升力控制。凸轮形本体41的尖端与挡板55接触，在弹性力限制下移动。通过大腿支撑板1摩擦力的交换，在膝关节摆动相屈曲位期，可减少膝关节后方所产生的挤压应力，部分代偿髌股关节反应力。当人体膝关节伸直位时，大腿支撑板1随之伸直，凸轮形本体41回程，横轴56与滑槽42的内底壁之间的距离缩短，凸轮形本体41的尖端与滚动元件7形成两圆柱面间的滚动挤压接触。大腿支撑板1随之上升，通过摩擦牵引力作用于人体大腿。而大腿的重力使大腿支撑板1向下沉降，滑槽42的内弹簧和浮动架6下的弹簧均受挤压，产生弹性抵抗力，再作用于人体大腿。当膝关节在站立相期继续伸直时，大腿重力迫使凸轮形本体41的尖端进一步下沉挤压浮动架6，使其挤压抗压柱52上的第一缓冲元件53，在抗压柱52弹性抵抗力下，将大腿重力以弹性缓冲方式通过支撑体机构传递至地面。于此同时凸轮形本体41伴随膝关节伸直，前缘与前上方的第二缓冲元件54碰撞，通过大腿支撑板1减少髌股关节间惯性力负荷。由于凸轮形本体41的尖端近似锐角，与可滚动的滚动元件7接触面小，移动灵敏，在人体一般步态周期内，本护膝即可伴随膝关节伸屈活动，产生减负荷功效，从根本上解决现有护膝支具所存在的不足。并且采用倒塔形硅胶牵引机构和传递支撑机构，在佩戴使用过程中不影响人体下肢血运。

以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述。显然，本实用新型具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本实用新型的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.关节装置，包括仿股骨髁结构、仿胫骨平台结构和能产生半月板功能的仿半月板结构，其特征在于：所述仿半月板结构具有与所述仿股骨髁结构滚动接触的滚动元件，或所述仿股骨髁结构具有与所述仿半月板结构滚动接触的滚动元件，或所述仿股骨髁结构和所述仿半月板结构具有滚动接触的滚动元件。

2.根据权利要求1所述的关节装置，其特征在于：所述仿股骨髁结构与所述仿胫骨平台结构连接，且仿股骨髁结构能够相对于仿胫骨平台结构滑动运动和旋转运动。

3.根据权利要求1所述的关节装置，其特征在于：所述仿半月板结构包括设置于所述仿胫骨平台结构上的第一弹性元件和由第一弹性元件提供弹性支撑力的浮动架，滚动元件为可旋转的设置于浮动架上。

4.根据权利要求3所述的关节装置，其特征在于：所述浮动架位于所述仿股骨踝结构与所述第一弹性元件之间，第一弹性元件并排设置多个。

5.根据权利要求3所述的关节装置，其特征在于：所述仿胫骨平台结构具有用于限定所述浮动架行程的抗压柱，浮动架位于所述仿股骨踝结构与抗压柱之间。

6.根据权利要求5所述的关节装置，其特征在于：所述抗压柱上设有用于与所述浮动架接触的第一缓冲元件。

7.根据权利要求1所述的关节装置，其特征在于：所述仿股骨踝结构包括凸轮形本体和设置于凸轮形本体内所设的滑槽中的第二弹性元件，凸轮形本体具有与所述仿半月板结构的滚动元件滚动接触的圆弧形接触面，所述仿胫骨平台结构具有插入滑槽中的横轴。

8.根据权利要求7所述的关节装置，其特征在于：所述滑槽为圆弧形，所述第二弹性元件一端抵触所述横轴，另一端抵触滑槽内壁。

9.减负荷护膝支具，包括固定到人体大腿上的大腿支撑板和固定到人体小腿上的小腿支撑板，其特征在于：还包括权利要求1至8任一所述的关节装置，所述仿股骨髁结构与所述大腿支撑板连接，所述仿胫骨平台结构与所述小腿支撑板连接。

10.根据权利要求9所述的减负荷护膝支具，其特征在于：还包括与小腿支撑板连接的足套和固定于大腿支撑板上的牵引板，小腿支撑板长度可调。