专利名称：脑瘫患者坐姿脊柱矫正测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及康复工程和医疗器械领域，更具体地说是涉及一种脑瘫患者坐姿脊 柱矫正测量系统。
背景技术：
脊柱侧凸是指脊柱的一个或数个节段向侧方弯曲并伴有椎体旋转和矢状面上后 凸或前凸的增加或减少的脊柱畸形，是一种三维畸形。国际脊柱侧凸研究学会Scoliosis research Society, SRS)对脊柱侧凸定义如下应用Cobb法测量站立位脊柱正位X光片的 脊柱弯曲，角度大于10°称为脊柱侧凸。脊柱侧凸的病因大多尚不清楚，许多疾病可使 脊柱发生侧方弯曲，其中非常重要的一种疾病是脑瘫。脑瘫(Cerebral Palsy，简称CP)， 又称为小儿脑性瘫痪，是指从小儿出生前至出生后1个月内因各种原因(如早产、脑缺血 缺氧、分娩过程异常、核黄疸等等)造成的非进行性的脑损伤综合症，主要表现为中枢 性运动障碍和姿势异常，同时可伴有智能落力、语言、视听觉等多种障碍，是严重影响 儿童生长发育及功能活动的疾病。目前，我国的脑瘫发病率大约为0.5%。
由于脑瘫患者不能站立，其在除睡觉外大部分时间都处于坐姿，因此，坐姿脊 柱矫正辅具在脑瘫的功能康复中有着重要的作用。相关的研究发现，81%脑瘫患儿都非 常需要坐姿辅具系统。目前，国内外已经研制了包括鞍形坐垫、嵌入式坐垫、外支撑式 坐姿椅、倾斜椅、模块化坐姿系统等的各种坐姿脊柱矫正辅具相关产品。但是，目前坐 姿脊柱矫正辅具的设计大多都依靠医务工作者的经验，对于脊柱矫正辅具的矫正效果、 施力状况等只是从宏观的三点力原理来进行简单说明，无法达到定量的生物力学测量分 析。发明内容
为了克服目前坐姿脊柱矫正辅具的设计大多都依靠医务工作者的经验，而无法 达到定量的生物力学分析的问题，本发明提供了一种脑瘫患者坐姿脊柱矫正测量系统。 该系统能够模拟脑瘫患坐姿脊柱矫正支具的矫正作用，通过对个性化的脑瘫患者施加模 拟的矫正力，并测量矫正部位分布式压力及臀部分布式压力，实现对脑瘫患者坐姿脊柱 矫正的定量生物力学分析，并为脑瘫患者个性化坐姿脊柱矫正支具设计提供力学依据。
根据本发明的一个方面，提供了一种脑瘫患者坐姿脊柱矫正测量系统，其特征 在于包括坐姿脊柱矫正支具模拟部分和压力测量部分。
本发明坐姿脊柱矫正支具模拟部分能够模拟脊柱矫正支具力施加方式，通过施 加力的作用模拟脊柱矫正支具对脑瘫患者的脊柱矫正作用。其模拟矫正作用的原理为 通过力学三点矫正原理，在脑瘫患者脊柱凸侧上通过压力旋钮产生持续压力，作用在压 力垫片上，再传导到肋骨，通过肋骨作用于脊柱的凸侧，从而在凹侧产生张力，牵引组 织矫正侧凸。
根据本发明的一个方面，提供了一种脑瘫患者坐姿脊柱矫正测量系统，其特征4在于包括一个坐姿脊柱矫正支具模拟部分，用于模拟脊柱矫正支具力施加方式，通过 施加力的作用模拟脊柱矫正支具对脑瘫患者的脊柱矫正作用；以及，一个压力测量部 分，用于实现矫正部位分布式压力测量及臀部分布式压力测量，从而为个性化脑瘫患者 坐姿脊柱矫正支具设计提供力学依据。
本发明脑瘫患者坐姿脊柱矫正测量系统中压力的测量包括两部分矫正部位分 布式压力测量及臀部分布式压力测量。
坐姿脊柱矫正支具模拟部分主要包括轮椅底座，轮椅靠背，颈部固定装置， 压力旋钮，压力环，支撑块，躯体控制块等。轮椅底座和轮椅靠背之间的角度可以调 节，支撑块和压力环可以上下移动，从而选择合适部位施加矫正力；躯体控制块及颈部 固定装置可以水平移动，从而可以对不同的患者选定最佳的固定及矫正位置。
在模拟坐姿脊柱矫正支具矫正作用时，调节轮椅底座和轮椅靠背之间的角度到 合适位置，患者颈部由颈部固定装置固定，躯体控制块作用于肩部，用于固定患者躯体 位置，避免患者在座椅上滑动。滑动支撑块，使其作用于盆骨，使臀部位置固定。调节 压力环位置，作用于矫正部位。每个压力环上有两个压力旋钮，这两个压力旋钮可以在 压力环上的滑槽中滑动，从而可以调节与压力旋钮相连的压力垫片到合适的矫正部位。 通过压力旋钮产生持续压力，作用在压力垫片上，再传导到肋骨，通过肋骨作用于脊柱 的凸侧，从而在凹侧产生张力，牵引组织矫正侧凸。压力垫片的面积可以调整，但必须 是大面积的，能作用于3根肋骨以上的面积。
压力测量系统主要包括分布式压力传感器和底座压力平板。分布式压力传感 器置于压力垫片及支撑块上，能够测量压力垫片及支撑块上受到的分布式压力，底座压 力平板置于底座上，用于测量臀部受力分部情况。压力垫片及支撑块上所测的分布式压 力用于脑瘫患者坐姿脊柱矫正的定量生物力学分析及指导个性化脑瘫患者坐姿脊柱矫正 支具设计，而所测的臀部分布式压力一方面用于评价矫正效果，另一方面用于脑瘫患者 座椅坐垫的设计。
本发明的脑瘫患者坐姿脊柱矫正测量系统的优点包括
1、能够模拟脊柱坐姿矫正支具力施加方式，通过施加力的作用模拟脊柱矫正支 具对脑瘫患者的脊柱矫正作用。
2、能够测量矫正部位和臀部的分布力，实现对脑瘫患者坐姿脊柱矫正的定量生 物力学分析，为个性化脑瘫患者坐姿脊柱矫正支具设计提供力学依据。
3、操作过程简便，非常适用于脑瘫患者的坐姿脊柱矫正支具的设计，以及进行 脊柱生物力学相关的科学研究。
图1是本发明的脑瘫患者坐姿脊柱矫正测量系统的总体结构示意图2是本发明的脑瘫患者坐姿脊柱矫正测量系统的力施加示意图3是本发明的实施例力施加方式示意图。
具体实施方式
如图1所示的，是根据本发明的一个实施例的脑瘫患者坐姿脊柱矫正测量系统的总体结构示意图，其特征在于包括坐姿脊柱矫正支具模拟部分和压力测量部分。如 图1所示的坐姿脊柱矫正支具模拟部分主要包括轮椅底座1，轮椅靠背2，轮椅侧面挡 板4，靠背倾斜度调节器5，后轮6，前轮7，颈部固定装置8，躯体控制块9，扶手10， 横梁11，竖梁12，竖梁滑槽13，侧面挡板滑槽14，压力环15、16、17、18，压力环滑槽 19，压力垫片20，压力旋钮21，支撑块22等。
轮椅底座1和轮椅靠背2之间的角度可以通过靠背倾斜度调节器5调节。颈部 固定装置8及躯体控制块9与横梁11相连，并可以在横梁11上在水平方向左右滑动，从 而可以对不同的患者选定合适的固定及矫正位置。压力环15、16、17、18和支撑块22 可以在竖梁12上沿着竖梁滑槽13在竖直方向上下移动，从而可以选择合适部位施加矫正 力。竖梁12可以沿着侧面挡板滑槽14通过螺杆在前后方向移动，从而调节竖梁12及与 竖梁相连压力环15、16、17、18和支撑块22在前后方向的位置。压力环15、16、17、 18上分别分布有两个压力旋钮21，这两个压力旋钮可以在压力环上的压力环滑槽19中滑 动，从而可以调节与压力旋钮相连的压力垫片20到合适的矫正部位。压力旋钮21用于产 生持续矫正压力，并可以对压力的大小进行调节。通过压力旋钮21产生持续压力，作用 在压力垫片20上，再传导到肋骨，通过肋骨作用于脊柱的凸侧，从而在凹侧产生张力， 牵引组织矫正侧凸。压力垫片20的面积可以调整，但优选是大面积的，尤其是能作用于 3根肋骨以上的面积。
压力测量系统主要包括分布式压力传感器(图中未标出)和底座压力平板3。 分布式压力传感器置于压力垫片20及支撑块22上，能够测量压力垫片及支撑块上受到的 压力分布，底座压力平板3置于底座1上，用于测量臀部受力分部情况。所测压力可以输 出到一个储存器内，或者输出到一个计算机处理系统储存并进行分析。压力垫片及支撑 块上所测的分布式压力用于脑瘫患者坐姿脊柱矫正的定量生物力学分析及指导个性化脑 瘫患者坐姿脊柱矫正支具设计，而所测的臀部分布式压力一方面可用于评价矫正效果， 另一方面可用于脑瘫患者座椅坐垫的设计。
如图2所示的，是根据本发明的一个实施例的脑瘫患者坐姿脊柱矫正测量系统 的力施加方案示意图。
例如，对于一个两弯的脊柱侧凸患者，脊柱矫正支具对其施加的矫正力及抗旋 力如图2所示。对于胸弯，力201、202、203构成了一组三点矫正力，对于腰弯，力 202、203、204构成了一组三点矫正力。力1作用于胸弯最低椎骨处，力202作用于胸弯 最高椎骨处，力203作用于腰弯最高椎骨处，力204作于用骨盆处。
在矫正脊柱侧凸时，还需要抗旋力，这些抗旋力往往需要成对施加。图2中所 示的力205、208、209、212代表向前施加的力，力206、207、210、211代表向后的施加 的力。与矫正力201相对应的一组抗旋力为力205、206，与矫正力202相对应的一组抗 旋力为力207、208，与矫正力203相对的一组抗旋力为力209、210，与矫正力204相对 的一组抗旋力为力211、212。由于腹部没有施力部位，所以与矫正力203相对的一组抗 旋力中的一个抗旋力210也作用于骨盆。
在实际的矫形器设计中，由于矫正力201和抗旋力205的施加部位往往连成一 片，因此，本发明的脑瘫患者坐姿脊柱矫正测量系统在模拟脊柱矫正支具作用时，通过 一个压力垫片作用于矫正力201和抗旋力205的施加部位，来产生矫正力201和抗旋力205这两个力。同理，矫正力202和抗旋力208，矫正力203和抗旋力209，矫正力204 和抗旋力212都分别用一个压力垫片作用产生。
在模拟坐姿脊柱矫正支具矫正作用时，通过靠背倾斜度调节器5调节轮椅底座1 和轮椅靠背2之间的角度到合适位置，颈部固定装置8及躯体控制块9滑动到合适位置， 患者颈部由颈部固定装置8固定，躯体控制块9作用于肩部，用于固定患者躯体位置，避 免患者在座椅上滑动。调节竖梁12沿着挡板滑槽14在前后方向移动到合适位置。沿着 竖梁滑槽13滑动两个支撑块22，作用于盆骨，使臀部位置固定。对于矫正力和抗旋力的 具体实现方法如下
(1)调节压力环17到与胸弯最低椎骨处齐平位置，压力旋钮21在压力环滑槽19 中滑动，使压力环17上的一个压力垫片20作用于胸弯最低椎骨处，产生图2所示的矫正 力201和抗旋力205，压力环17上的另一个压力垫片20产生图2所示的抗旋力206 ；
(2)调节压力环15到与胸弯最高椎骨处齐平位置，使压力环15上的一个压力垫 片作用于胸弯最高椎骨处，产生图2所示的矫正力202和抗旋力208，压力环15上的另一 个压力垫片产生图2所示的抗旋力207 ；
(3)调节压力环18到与腰弯最高椎骨处齐平位置，使压力环18上的一个压力垫 片作用于腰弯最高椎骨处，产生图2所示的矫正力203和抗旋力209，由于腹部不能受 力，另一个抗旋力210由支撑块22提供；
(4)调节压力环16到与骨盆处处齐平位置，使压力环16上的一个压力垫片作用 于骨盆处，产生图2所示的矫正力204和抗旋力212，压力环16上的另一个压力垫片产生 图2所示的抗旋力211。
在实施操作中，上述(1)-(4)同时施加，从而产生矫正力，模拟脊柱矫正支具 的矫正作用。
实施例脑瘫患者坐姿脊柱矫正不同力加载方式的定量生物力学测量
通过靠背倾斜度调节器5调节轮椅底座1和轮椅靠背2之间的角度到合适位置， 颈部固定装置8及躯体控制块9滑动到合适位置，患者颈部由颈部固定装置8固定，躯体 控制块9作用于肩部，用于固定患者躯体位置，避免患者在座椅上滑动。调节竖梁12沿 着挡板滑槽14在前后方向移动到合适位置。沿着竖梁滑槽13滑动两个支撑块22，作用 于盆骨，使臀部位置固定。
如图3所示，对于单弯的脊柱侧凸，采用如下两种加载力的方式
(1)如图3左图所示，压力环15、17均置于侧凸最低椎骨处，通过压力垫片产生 矫正力Fl、F2，压力环16、18置于骨盆处，通过压力垫片产生矫正力F3、F4，
(2)如图3右图所示，压力环15置于侧凸最低椎骨处，通过压力垫片产生矫正 力F1，压力环17置于侧凸最高椎骨处，通过压力垫片产生矫正力F2，压力环16、18置 于骨盆处，通过压力垫片产生矫正力F3、F4。
对于上述两种力加载方式，都采用压力垫片20及支撑块22上的分布式传感器 测量矫正部位所受的力，用底座压力平板3测量臀部受力分部情况。所测压力传输到计 算机处理系统储存并进行分析，比较上述两种不同力加载方式所产生的矫正效果的差异 性。
应当理解的是，在以上叙述和说明中对本发明所进行的描述只是说明而非限定性的，且在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的前提下，可以对上述实施例进行 各种改变、变形、和/或修正。
附图标号说明
1、轮椅底座 2、轮椅靠背3、底座压力平板
4、轮椅侧面挡板
5、靠背倾斜度调节器6、后轮 7、前轮
8、颈部固定装置 9、躯体控制块10、扶手
11、横梁12、竖梁 13、竖梁滑槽
14、侧面挡板滑槽 15、压力环I 16、压力环II
17、压力环III 18、压力环IV 19、压力环滑槽
20、压力垫片 21、压力旋钮22、支撑块
权利要求
1.一种脑瘫患者坐姿脊柱矫正测量系统，其特征在于包括一个坐姿脊柱矫正支具模拟部分，用于模拟脊柱矫正支具力施加方式，通过施加力 的作用模拟脊柱矫正支具对脑瘫患者的脊柱矫正作用；以及一个压力测量部分，用于实现矫正部位分布式压力测量及臀部分布式压力测量，从 而为个性化脑瘫患者坐姿脊柱矫正支具设计提供力学依据。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述坐姿脊柱矫正支具模拟部分包括底座(1)；靠背⑵；颈部固定装置(8)，用于固定患者颈部；躯体控制块(9)；用于提供作用于患者肩部而固定患者躯体位置，避免患者在座椅 上滑动；多个压力环(15、16、17、18)，用于产生传导并作用在到患者肋骨上的持续压力， 通过肋骨作用于脊柱的凸侧，从而在脊柱的凹侧产生张力，牵引组织矫正脊柱的侧凸。
3.根据权利要求1的系统，其特征在于进一步包括压力垫片(20)，其通过压力旋钮(21)固定在各所述压力环(15、16、17、18)上，用 于向患者肋骨上施加所述持续压力；所述压力旋钮(21)，用于产生和调节所述持续压力。
4.根据权利要求2的系统，其特征在于进一步包括设置在所述压力环(15、16、17、18)上的压力环滑槽(19)，所述压力旋钮可以在所 述压力环滑槽(19)中滑动，从而可以把与压力旋钮相连的压力垫片(20)调整到合适的矫 正部位。
5.根据权利要求3的系统，其特征在于每个所述压力环(15、16、17、18)上设置有两个所述压力旋钮(21)和两个压力垫片 (20)。
6.根据权利要求2-5中任何一项的系统，其特征在于进一步包括竖梁(12)，开在所述竖梁上的竖梁滑槽(13)，其中所述压力环(15、16、17、18)可在所述竖梁(12)上沿所述竖梁滑槽(12)移 动，从而选择合适部位施加矫正力。
7.根据权利要求6的系统，其特征在于进一步包括侧面挡板⑷，开在所述侧面挡板(4)上的侧面挡板滑槽(14)，连接在所述竖梁(12)上的支撑块(22)，它可以在竖梁(12)上沿着所述竖梁滑槽 (13)移动，用于作用于患者盆骨，使患者臀部位置固定，其中所述竖梁(12)可沿着侧面挡板滑槽(14)在移动，从而调节竖梁(12)及与竖梁 相连的压力环(15、16、17、18)和支撑块(22)在前后方向的位置。
8.根据权利要求2-5中任何一项的系统，其特征在于进一步包括靠背倾斜度调节器5，用于调节所述轮椅底座(1)和轮椅靠背(2)之间的角度；后轮 (6)；前轮(7)；扶手10;横梁11。
9.根据权利要求7的系统，其特征在于所述压力测量部分包括 置于底座1上的底座压力平板3，用于测量患者臀部受力分部情况； 设置于压力垫片(20)及支撑块(22)上的分布式压力传感器，用于测量压力垫片及支 撑块上受到的压力分布。
全文摘要
本发明提供了一种脑瘫患者坐姿脊柱矫正测量系统，包括坐姿脊柱矫正支具模拟部分和压力测量部分。坐姿脊柱矫正支具模拟部分模拟脊柱矫正支具力施加方式，通过施加力的作用模拟脊柱矫正支具对脑瘫患者的脊柱矫正作用。压力测量部分实现矫正部位分布式压力测量及臀部分布式压力测量并进行分析评价，为个性化脑瘫患者坐姿脊柱矫正支具设计提供力学依据。该系统能够模拟脑瘫患者坐姿脊柱矫正支具的矫正作用，测量矫正部位及臀部分布式压力，实现对脑瘫患者坐姿脊柱矫正的定量生物力学测量分析，并为脑瘫患者个性化坐姿脊柱矫正支具设计提供力学依据。
文档编号A61F5/01GK102018521SQ20101054120
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者吴志宏, 张明峥, 李德玉, 杨阳, 樊瑜波, 苏宏伦, 蒲放 申请人:中国医学科学院北京协和医院, 北京航空航天大学, 国家康复辅具研究中心