手矫形器、用于手矫形器的指节模块和手矫形器生产方法与流程

本发明涉及一种手矫形器，用于使患者的至少一根手指弯曲和/或伸展，这种手矫形器具有一个固定在夹板上的传力装置，该传力装置与对应于患者手指的至少一个手指段相连接，该至少一个手指段包含多个以铰接形式相互连接的指节模块。此外本发明还涉及一种用于手矫形器的指节模块以及一种手矫形器生产方法。

这种手矫形器通常用于中风患者或者其他运动技能受限的患者，使患者手指可以进行自主运动。通过这种手矫形器，患者可以在失去运动技能的情况下移动手指，以便可靠抓取物体。因此上述手矫形器是一种重要的医疗器械，可以使患者获得一定的自理能力并从而在一定程度上提高生活质量。

在现有技术条件下，人们已经通过诸如文件wo2016/088071了解了以上类型的手矫形器。其中所示手矫形器的手指段由单个指节模块构成，这些指节模块通过链条相互连接。通过链条连接指节模块，可以使各个指节模块相互之间的轴向距离得到调节。但是这种手矫形器存在非常大的缺陷：指节模块之间的链条生产和装配成本非常高，此外上述设计还造成手指段高度较大并且较为笨重。这种情况可能产生以下危险：例如当患者穿夹克衫时，手矫形器被勾在袖子中从而最终造成妨碍，使得患者不得不经常取下手矫形器。

文件us5,178,137公布的手矫形器，具有一种由外部指节模块和内部指节模块构成的手指段，这些指节模块相互之间固定连接并可相对转动。手指段可以通过一个主轴传动装置弯曲和伸展。不过这种结构也存在缺陷：使用文件us5,178,137公布的手指段时，手指段只能通过主轴传动装置以非常缓慢的速度进行调节。此外手指段难以匹配不同长度的手指，并且所述手指段的机械装置存在卡住倾向。

所以本发明中涉及手矫形器部分的目的，是减少上述缺陷。此外本发明还有以下目的：提供一种经过改良的、用于手矫形器的指节模块和一种经过改良的手矫形器生产方法。

本发明中涉及手矫形器部分的目的，在上述类型的手矫形器中通过以下方式实现：指节模块在第一端面上具有至少一个卡口连接槽，在第二端面上具有至少一个与卡口连接槽相关联的卡口连接钩，以便在相邻指节模块之间形成卡口式接头，从而提供一个卡口连接式关节。

通过以上设计，各个指节模块可以通过简单方式相互铰接，同时通过卡口式接头相互连接的指节模块安装在手矫形器中之后，可确保不会相互脱开，因为卡口式接头的松开，需要通过卡口式接头固定的指节模块之间产生相对旋转运动，而在安装状态下这种情况难以出现。其中以下设计是特别有利的：形成和松开卡口式接头所需旋转角在40°至90°之间、尤其是在50°至70°之间、最好为65°。通过这种做法可以确保用于连接相邻指节模块的卡口式接头不会意外松开。

为了使通过卡口式接头连接的指节模块更加灵活，还可采用以下有利的设计：设计多个卡口连接槽和卡口连接钩，它们相互之间呈以下角度进行布置：40°至170°之间、尤其是60°至160°之间、最好是120°。卡口连接槽和卡口连接钩布置在一个假想圆上，这个假想圆位于一个垂直于手指轴的平面内，它们不处于相对而立的位置(即呈180°角布置)，而是采用一个与此不同的角度。借助这种结构，将通过卡口式接头实现一种可使相邻指节模块易于相对翻转的卡口连接式关节。特别合理的做法是各设计两个卡口连接槽和卡口连接钩。不过在本发明框架内，也可各设计三个卡口连接槽和卡口连接钩。

此外相邻指节模块的卡口式接头还可以采用以下设计：通过卡口式接头连接的指节模块，相互之间可以沿着手指段纵向方向进行轴向调节。这样就可以通过简单方式，确保患者手指弯曲时在手指上侧产生的长度变化通过指节模块进行补偿，因为指节模块不但能够通过卡口式接头旋转，而且还能沿着轴向方向运动。以上目的将以比较合理的方式通过卡口连接槽的设计实现，为此卡口连接槽具有一个连接钩定位点，相关联的卡口连接钩在这个定位点处到达其最终位置，并可以在此处进行轴向调节。卡口连接钩首先被插入卡口连接槽中并沿着卡口连接槽移动。其中两个相邻指节模块按照规定旋转角得到调整并相向运动。到达最终位置后，卡口连接钩位于连接钩定位点处，以便使相邻指节模块能够沿着轴向方向相对移动。此外卡口连接钩和卡口连接槽构成限制运动的挡块和相关联的配合挡块，它们对各个指节模块之间的相对翻转进行限制，从而防止指节模块跳出。

此外以下设计特别有利：指节模块的第一端面各设计一个凹口，用于容纳相邻指节模块第二端面上设计的凸起，其中相邻指节模块之间形成一个顶盖。通过这个顶盖主要实现以下目的：有效防止从传力装置向手指段传递力的连接元件拱出。如果不采用这种设计，当推力过大时可能存在连接元件出现塑性变形的危险。此外通过顶盖还能确保：即使在手指弯曲的情况下也不会产生间隙，这种间隙可能导致产生卡住危险。连接元件还能通过顶盖获得保护。

此外可以在夹板远端布置一个手套段，并设计一个手掌支撑件，手掌支撑件在手套段朝向手掌的一侧围绕着手套段，并在夹板远端以至少局部可拆卸方式进行固定。通过这种方式可以使手矫形器的佩戴变得特别方便，患者只需将手套段佩戴到相关的手上并将夹板固定在前臂上即可。为了使手在手关节范围内具备额外的稳定性，患者只需将手掌支撑件翻转到佩戴有手套段的手掌上并固定在夹板上。例如，这种固定可以通过卡接实现。为了将夹板固定在患者前臂上，尤其适合使用粘扣带或者弹性带，它们通过诸如卡接方式固定在夹板上。在本发明框架内还设计了以下方式：手掌支撑件以铰接形式固定在夹板的一侧(比如通过铰链)，并在另外一侧通过卡接固定在夹板上。

以下做法对生产过程是有利的：手掌支撑件由低温热塑性材料制成，而手套段用硅树脂(silikon)生产。生产夹板时可以使用3d扫描法，通过这种方法可以十分准确地测定前臂和手上侧的至少一部分的生理结构，从而能够借助3d打印机在生成式生产过程中针对具体顾客生产夹板，不过借助3d打印机实现手掌支撑件的生成式制造所需要的手掌几何形状的测定难以完成，因此必须通过人工方式针对具体患者进行匹配或者制作。其中手套段根据患者手的石膏模型由硅树脂制作。此外手套段制造中使用硅树脂还具有佩戴舒适的优点。手套段通过手指段与夹板相连接，还可以额外通过螺纹连接方式固定在夹板上。

此外手指段还可以包含一个远侧末端件和一个近侧末端件，其中近侧末端件固定在夹板上，远侧末端件和指节模块固定在手套段上。近侧末端件和远侧末端件之间布置有指节模块，指节模块同样通过卡口式接头与近侧末端件或者远侧末端件相连接。为此在一个末端件的端面上设计有卡口连接槽，并在另一个末端件的端面上设计有卡口连接钩。另外通过将近侧末端件固定在夹板上、并将远侧末端件固定在手套段上，可以实现手指段的定位。近侧末端件也可以局部固定在手套段上。

此外为了将指节模块固定在手套段中，可以在各个指节模块上设计至少一个侧翼。尤其是当手套段由硅树脂制造时，通过利用侧翼可以将指节模块更好地嵌入所使用的硅酮中，另外还可以在侧翼上设计孔和/或倒钩。尤其可将额外的硅酮材料从孔中压过，从而(尤其在配合使用倒钩的情况下)实现了将指节模块更好地固定在手套段中的目的。不过倒钩也可以设计在指节模块侧面、与侧翼相邻的位置。还可以将侧翼本身设计为钩状。此外通过将指节模块嵌入手套段材料，可以防止相邻指节模块的平移运动，嵌入点同时作为附加旋转中心点。

为了防止外壁被扳开(这种情况可能导致卡口连接钩从导向槽中脱出以及指节模块弯曲程度超出要求)，可以相对于上侧和/或下侧对指节模块的侧面范围采取加强措施。

为了延长本发明所述手矫形器的使用寿命，可以在夹板中设计用于容纳连接元件的通道，连接元件的作用是将拉力和/或推力从传力装置传递至手指段。通过以上设计可以将连接元件完全安装在夹板中，从而降低连接元件损坏的风险。另外还可以借此实现结构特别紧凑的手矫形器。在本发明框架内，连接元件主要被设计为线状或者杆状，并通过金属或者金属合金(比如镍钛合金)制造。连接元件可以为圆形或者非圆形，尤其可以具有扁平横截面。

此外为了进行装配，可以在夹板中加工凹槽以便安装传力装置和/或手指段的近端。尤其可以在夹板中安装螺纹套，传力装置和/或手指段近侧末端件可以通过螺纹连接方式紧固在螺纹套中。此外通过凹槽使传力装置或者手指段的装配显著简化，手矫形器可以采用明显更加扁平的结构。

本发明涉及指节模块的目的通过以下形式的指节模块实现：具有至少一个设计在第一端面上的卡口连接槽和至少一个与卡口连接槽相关联的、设计在第二端面上的卡口连接钩，从而在相邻指节模块之间形成卡口式接头。通过这种方式提供了一种具有以下特征的指节模块：可以通过简单方式与相邻指节模块相连接，同时通过卡口式接头和卡口连接槽的设计、并通过卡口连接钩的布置，既能实现相邻指节模块的翻转、又能实现相对平移运动。

本发明涉及生产方法部分的目的，通过包含以下步骤的方法实现：

－制作手套段，

－通过选择所使用指节模块的数量，使手指段的长度与患者手指相匹配，

－将指节模块嵌入手套段上部材料中，

－借助3d扫描仪测定患者前臂和/或手的生理结构，

－根据测定的生理结构制作夹板，主要采用生成式生产方法,

－将手指段的近侧末端件固定在夹板的远端，

－根据患者个体的手掌匹配手掌支撑件，

－将传力装置固定在夹板上，

－通过连接装置将传力装置与手指段连接在一起。

通过以上步骤提供了一种方法，借助该方法可以针对患者的手提供经过个性化匹配的手矫形器，这种手矫形器佩戴特别舒适，同时具备良好的功能性。

下面通过附图所示实施方案进一步阐述本发明；其中：

图1显示了一个手矫形器透视图，

图2显示了手矫形器中一个指节模块的第一端面透视图，

图3显示了指节模块的第二端面透视图，

图4显示了指节模块第一端面俯视图，

图5显示了指节模块截面图，

图6显示了手指段透视图，

图7显示了手指段纵截面图，

图8显示了伸展状态的手指段截面图，

图9显示了弯曲状态的手指段截面图，

图10显示了手套段上所固定手指段的一个横截面，

图11显示了手矫形器夹板俯视图，以及

图12显示了图11所述夹板的侧视图。

图1通过透视图显示了一个手矫形器1，它用于使患者的至少一根手指弯曲和/或伸展。手矫形器1包含多个手指段2，手指段均由多个以铰接形式相互连接的指节模块3构成。手指段2在其远端通过杆状连接元件4与设计为伺服电机的传力装置5相连接，传力装置被固定在一个可固定于患者前臂的夹板6上。连接元件4在图1中仅通过一条虚线表示，它隐藏在夹板6和手指段2中。夹板6远端设计了一个手套段7，手指段2固定在手套段上。如果传力装置5通过连接元件4向手指段施加拉力或者推力，那么手指段以及与其相连接的手指就会伸展(施加拉力的情况下)或者弯曲(施加推力的情况下)。为了对手掌进行支撑设计了一个手掌支撑件8，手掌支撑件在手套段朝向手掌的一侧围绕着手套段7，并通过卡接头9以可拆卸方式固定在夹板6的远端。在图1所示手矫形器1中，各个指节模块3通过卡口式接头10以铰接形式相互连接，通过卡口式接头10相连接的指节模块3除了弯曲之外还能进行相对平移运动。

从图2和3可以看出，在指节模块3第一端面11为卡口式接头10设计了卡口连接槽12，同时在第二端面13(如图3所示)设计了相关联的卡口连接钩14。卡口连接钩14和卡口连接槽12布置在一个假想圆上，它们不处于相对而立的位置，而是相互之间呈一定角度排列，在示例性实施方案中这个角度约为120°。这样通过卡口式接头10也同时构成了一个关节。指节模块具有用于连接元件4的贯通孔15，连接元件将传力装置5产生的调节力传递至手指段2，从而使手指段弯曲和/或伸展。贯通孔15相对于卡口式接头10、尤其是相对于卡口连接钩14向上错开，以便更好实现力的传递，也就是说贯通孔要尽可能远离旋转中心点。作为有效杠杆臂，连接元件4与卡口连接钩14的距离、手指段2与手指关节旋转中心点的距离以及连接元件4与侧翼的距离彼此重叠。此外在指节模块3的侧面可以看到侧翼16，这些侧翼用于将指节模块3固定在手套段7中。侧翼16各具有一个孔，并被设计为钩状以便形成倒钩18，通过这些措施，指节模块3可以更好地被固定在手套段7中。为了在相邻指节模块3相对弯曲或者相对平移时实现顶盖19，在第一端面11上设计了凹口20，相邻指节模块3第二端面13上设计的凸起21可以插入这个凹口中。如果通过卡口式接头10连接的相邻指节模块3相对翻转，则顶盖19起到以下作用：防止产生间隙，同时防止卡口式接头10意外松开。为了在将指节模块3嵌入手套段7时刮下并除去多余的硅树脂材料，设计了刮除辅助件34。这样在嵌入过程中可以通过简单方式(比如借助刮除辅助件上设计的刮铲)刮除多余的硅树脂材料。

通过图4和5所示指节模块3视图可以看出卡口连接槽12的走向，在视图所示示例性实施方案中相邻指节模块3必须相对旋转65°，才能关闭或者重新打开卡口式接头10。换句话说就是，卡口连接槽12的插入口22，相对于最终位置23旋转了约65°，因此在将相邻指节模块3卡口式接头10松开时也必须移过这一角度，这种设计降低了卡口式接头10意外松开的风险。在最终位置23，卡口连接钩14位于卡口连接槽12的连接钩定位点35中，其中卡口连接钩14可以进行有限度的运动，从而实现相邻指节模块3的轴向调节。在图2中也可以看到连接钩定位点35。从图4中还可以看出：指节模块3具有一个加强件31，加强件对指节模块3的侧面(相对于指节模块的上侧)进行局部加强。

图6通过一个透视图显示了本发明所述手矫形器1的一个手指段2。从图中可以看出：除了指节模块3之外，手指段2还包含一个远侧末端件24和一个近侧末端件25，其中近侧末端件25固定在夹板6上，远侧末端件24固定在手套段7上。为此远侧末端件24上同样设计了侧翼16，远侧末端件24可以通过侧翼嵌入手套段7中。而近侧末端件25另外(除了侧翼16之外)具有一个螺栓孔26，手指段2可以通过这个螺栓孔紧固在夹板6上。此外近侧末端件25还具有插入辅助件36，这个辅助件可以插入相关联的装配槽37中，而装配槽设计在夹板6中，通过这种措施可以将手指段2固定在夹板6上。

通过图7所示的手指段2截面图可以看出：指节模块3以及远侧末端件24和近侧末端件25中设计了贯通孔15，与传力装置5相连接的连接元件4在贯通孔中延伸至远侧末端件24。连接元件4通过螺纹连接点32固定在远侧末端件24上。此外通过图7还可以看出：远侧末端件24的近端设计了一个卡口连接槽12，同时近侧末端件25的远端设计了卡口连接钩14，以便将指节模块3固定在两个末端件24和25之间。

通过图8和9中所示的手指段2纵截面图可以看出：通过卡口式接头10可以实现相邻指节模块3的平移调节。尤其在手指弯曲时，这种平移运动是必须的，其作用是补偿弯曲时手指上侧皮肤延伸所导致的长度变化。在图9所示手指段2弯曲状态下视图中可以清楚的看到：通过凹口20和凸起21的相互作用，形成了顶盖19，顶盖防止连接元件4在推力过大时拱出，并防止异物进入机械装置内部。一开始硅树脂嵌入位置的假想旋转中心点，作为手指段2弯曲时的旋转中心点。一旦弯曲和平移导致卡口连接钩14向着相邻指节模块3的挡块运动，则该挡块作为额外的、重叠的旋转中心点，并同时作为平移和弯曲运动的限位挡块。通过以上措施可防止卡口式接头10开度过大，从而导致相邻指节模块3脱出。

图10显示了手套段7的指套27的透视图，手指段2固定在这个指套上。无论图纸中所示远侧末端件24还是指节模块3，都嵌入指套27材料中，指套材料主要围绕着具有孔17和倒钩18的侧翼16。

图11通过俯视图、图12通过侧视图显示了夹板6。从图中可以清楚地看到：夹板6中加工有凹槽28，用于安装传力装置5和手指段2的近侧末端件25。为了将传力装置5和近侧末端件25固定在凹槽中，夹板6内设计有螺纹套33，传力装置5和近侧末端件25可以紧固在螺纹套中。在图中还可以看到卡接头9的卡接座29，手掌支撑件8被固定在卡接座中。此外在图12中可看出：夹板6近侧范围内设计了另外一个卡接座29，固定件(比如固定带)可以卡接在这个卡接座中，以便将夹板6固定在患者手臂上。夹板6中存在被隐藏的通道30，用于将拉力和推力从传力装置5传递至手指段2的连接元件4，安装在这些通道中。

下面再次描述本发明所述的手矫形器1生产方法。首先根据患者手的石膏模型(在模型上涂抹硅树脂)，生产个性化的手套段7。在这里也可以将诸如螺纹套33加工到手套段7表面中，这个螺纹套用于将手套段7固定在夹板6上。通过选择所使用的指节模块3数量，使各个手指段2与患者的手指长度相匹配。然后将手指段2(即指节模块3以及远侧末端件24和近侧末端件25)嵌入手套段7的上部材料中，上部材料优先选择使用硅树脂。上述目的可以通过以下途径实现：将手指段2的侧翼16固定在硅树脂材料中，侧翼被硅树脂包围，其中硅树脂材料穿过侧翼16的孔17。倒钩18提供了额外的稳定性。为此首先在侧翼16的下侧涂抹硅树脂材料，并将硅树脂材料压过空腔和孔17。将手指段2压紧到硅树脂手套上，然后同样从上侧加注硅树脂。超出辅助件34的多余硅树脂材料将借助刮除辅助件的刮铲刮下。然后，借助3d扫描仪测定患者前臂和手部上侧至少一部分的生理结构，其中患者已经佩戴有之前生产的手套段7。根据这些数据，通过生成式生产方法(尤其是通过3d打印机)生产可以覆盖手关节的夹板6。在这个生产过程中，将加工固定手指段2和传力装置5所需要的的凹槽28以及通道30。用于固定手掌支撑件8的卡接座29同样在这个时间点一并加工。螺纹套33将在之后加工到夹板6中。手指段2的近侧末端件25固定在夹板6远端专门设计的凹槽28中。为此近侧末端件25上设计的插入辅助件36将插入夹板6装配孔37中，并通过螺栓孔26紧固在夹板6上。在最后一步中，将使手掌支撑件8与患者个体的手掌相匹配。为此可以使用低温热塑性材料，因为这种材料易于制模并且可以根据患者手的生理结构进行匹配调整。其中也加工与夹板6之间的卡接头9所需结构。

附图标记列表

1手矫形器

2手指段

3指节模块

4连接元件

5传力装置

6夹板

7手套段

8手掌支撑件

9卡接头

10卡口式接头

11第一端面

12卡口连接槽

13第二端面

14卡口连接钩

15贯通孔

16侧翼

17孔

18倒钩

19顶盖

20凹口

21凸起

22插入口

23最终位置

24远侧末端件

25近侧末端件

26螺栓孔

27指套

28凹槽

29卡接座

30通道

31加强件

32螺纹连接点

33螺纹套

34刮除辅助件

35连接钩定位点

36插入辅助件

37装配孔