一种关节康复弯曲训练装置的制作方法

本发明涉及康复训练装置，尤其涉及一种关节康复弯曲训练装置。

背景技术：

关节是人体中承担支承和运动功能的重要组成部分，如果关节发生损伤或医疗手术后的康复期内不能及时得到有效的锻炼，则极易造成关节部位的粘接和肌肉萎缩，从而大大限制关节的运动能力，严重的甚至会造成关节部分功能的永久缺损，因此现代康复医学认为，关节手术后及时对关节进行适度、有效的康复训练，对恢复关节功能具有重要作用。而关节康复训练的医疗用具必须具备安全性和有效性。安全性是指康复器械对关节进行康复训练时，不能对关节产生二次伤害。有效性是指康复器械能够实现对关节灵活性锻炼，因此关节康复器械应满足柔顺性好、被动训练的功能要求。

现有技术中的关节康复弯曲训练装置与患者接触的固定位置多采用固定规格设计，由于患者体形不同，不同患者与康复训练装置的贴合程度不同，影响患者康复训练的效果。目前市面上关节康复器械多采用电机和机械传动机构的刚性结构驱动形式，(例如US6325770B1和US6321033B1以及CN105148460A等)，这种驱动方式往往无法根据关节的不同康复阶段灵活地施加驱动力，或改变康复训练角度，因此极易对关节造成二次伤害。另外国内外的康复训练系统基本是在专业的医护人员陪同下完成，由于训练的人力成本高，所以存在诸如训练力度不够、训练方式不规范等缺点，使得康复训练难以取得应有的成效。并且现有技术中的关节康复弯曲训练装置所占体积较大，携带不方便，不利于患者在生活、工作中及时进行康复训练。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种关节康复弯曲训练装置，该装置能够有效避免康复训练中过度拉伸导致的二次伤害，并且该关节康复弯曲训练装置中人机结合位置采用个性化设计，人机融合效应好，患者使用的舒适度高。

技术方案

一种关节康复弯曲训练装置，其特征在于：包括前臂支撑托板、后臂支撑托板、屈臂装置和驱动装置，所述屈臂装置包括前臂托板支撑梁和后臂托板支撑梁，所述前臂托板支撑梁一端通过铰接结构与后臂托板支撑梁一端连接，所述前臂托板支撑梁和后臂托板支撑梁的另一端分别设置有前臂支撑导板和后臂支撑导板，所述前臂支撑导板上设置有前臂移动导轨，所述前臂支撑托板设置在前臂移动导轨上，后臂支撑导板上设置有后臂移动导轨，所述后臂支撑托板设置在后臂移动导轨上，调节前臂支撑托板与后臂支撑托板的相对距离与患者肢体长度相匹配，所述前臂支撑托板和后臂支撑托板采用3D打印成型与患者肢体形状尺寸相贴合，所述驱动装置用于驱动屈臂装置，实现前臂支撑托板与后臂支撑托板围绕铰接结构往复转动对患者进行康复训练。

进一步，所述驱动装置包括竖直锥齿轮、水平锥齿轮、竖直滚珠丝杆、水平传动轴、滚珠丝杆螺母和支撑框架，所述支撑框架内部中空结构，所述水平传动轴一端设置有驱动手柄，另一端设置在支撑框架内部，水平传动轴在支撑框架内部的一端设置有竖直锥齿轮，所述竖直锥齿轮与水平锥齿轮配合，驱动水平锥齿轮上设置的竖直滚珠丝杠转动，所述竖直滚珠丝杠上下两端固定在支撑框架内壁上，竖直滚珠丝杆上设置有滚珠丝杠螺母，所述滚珠丝杠螺母上设置有前臂推动机构和后臂推动机构，通过前臂推动机构和后臂推动机构连接至前臂支撑导板和后臂支撑导板上，带动屈臂装置做往复运动，实现患者关节的康复训练。

进一步，所述前臂推动机构和后臂推动机构采用刚性连接杆，所述刚性连接杆的内侧还设置有两根辅助连杆，所述辅助连杆一端分别通过销轴与前臂托板支撑梁和前后臂托板支撑梁连接，所述两根辅助连杆的另一段通过销轴设置在支撑框架顶端。

进一步，所述前臂推动机构和后臂推动机构采用双连杆或同步带。

进一步，在前臂托板支撑梁和后臂托板支撑梁上还设置有角度值绝对编码器，所述角度值绝对编码器连接蜂鸣器，当患者屈伸角度超过设定值时发出警报用于指示患者关节训练的角度。

进一步，所述前臂支撑托板和后臂支撑托板内部设置有压力传感器，当患者施加压力过大时发出警报。

进一步，所述前臂支撑托板和后臂支撑托板内表面设置有气囊内衬。

进一步，所述竖直锥齿轮与水平锥齿轮有若干传动比，实现多档位传动。

一种如上所述的关节康复弯曲训练装置中前臂支撑托板、后臂支撑托板采用3D打印成型的方法，步骤如下：

a.建立三维几何模型：采用CT成像技术、核磁共振成像技术或者手持式3D扫描仪得到患者肢体的三维模型；

b.确定肢体的外轮廓：在医学建模软件中提取肢体形态，将肢体内轮廓向外整体外移0.5～3mm得到所需打印的肢体模型数据；

c.肢体托板模型数据的生成：在三维建模软件中，对肢体模型数据进行网格优化，提取肢体表面网格，然后反向偏移增厚生成合适厚度的肢体托板，得到前后臂支撑托板模型；

d.3D打印生成前后臂支撑托板：采用3D打印成型前臂支撑托板和后臂支撑托板。

进一步，所述3D打印成型的材料选自聚碳酸脂、丙烯腈-丁二稀-苯乙烯共聚物、聚酰胺、热塑性聚氨酯弹性体橡胶。

有益效果

本技术方案提供一种关节康复弯曲训练装置，该装置以患者膝关节、踝关节或肘关节外形为参数通过3D打印成型制备前臂支撑托板、后臂支撑托板，实现关节康复弯曲训练装置的与患者肢体跟好的贴合，提高患者康复训练的效率和安全性。本技术方案中采用锥齿轮传动结构，有效缩小关节康复弯曲训练装置体积，便于患者随身携带进行康复训练。本技术方案所提供的关节康复弯曲训练装置设置有角度测试装置和报警装置，在患者达到设定康复训练角度后发出警报，防止过度训练造成二次伤害。本技术方案所提供的关节康复弯曲训练装置的传动机构上还设置有档位调节结构，方便患者根据自身不同的康复阶段选择不同的训练档位，有效提高训练效率并防止二次伤害。本技术方案所提高的关节康复弯曲训练装置中前臂支撑托板、后臂支撑托板之间的相对距离可调节，以适应不同肢体长度的患者。

附图说明

图1为本发明的整体装置示意图；

图2为本发明的驱动装置示意图；

图3为本发明的屈臂装置及推动机构示意图；

图4为本发明的屈臂装置示意图；

其中：1-支撑框架，2-驱动手柄，31-后臂推动机构，32-前臂推动机构，4-螺栓，5-前后臂固定孔，6-前臂支撑托板，7-后臂支撑托板，8-铰链中心轴，9-水平锥齿轮，10-滚珠丝杆螺母，11-滚珠丝杆固定轴承，12-前臂定位销，13-后臂定位销，14-辅助连杆，151-后臂托板支撑梁，152-前臂托板支撑梁，16-蜂鸣器，17-托板衬垫，18-铰链结构，19-角度值绝对编码器，20-竖直锥齿轮，21-水平传动轴，22-竖直滚珠丝杆。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。

现有技术中的关节康复弯曲训练装置与患者接触的固定位置多采用固定规格设计，由于患者体形不同，不同患者与康复训练装置的贴合程度不同，影响患者康复训练的效果。目前市面上关节康复器械牵伸设备多采用电机和机械传动机构的刚性结构驱动形式，无法根据关节的不同康复阶段灵活地施加驱动力，或改变康复训练角度，因此极易对关节造成二次伤害。另外国内外的康复训练系统基本是在专业的医护人员陪同下完成，由于训练的人力成本高，所以存在诸如训练力度不够、训练方式不规范等缺点，使得康复训练难以取得应有的成效。并且现有技术中的关节康复弯曲训练装置所占体积较大，携带不方便，不利于患者在生活、工作中及时进行康复训练。

为了提高患者肢体与前臂支撑托板6和后臂支撑托板7的完全贴合，更加保证该关节康复弯曲训练装置的稳定性，防止给患者造成二次伤害。本技术方案中的前臂支撑托板与后臂支撑托板均采用3D打印成型工艺，制造出个性化的前臂支撑托板与后臂支撑托板，与患者的肢体实现完美的融合。本技术方案中，所述3D打印成型制备前臂支撑托板与后臂支撑托板的步骤如下：

1.建立三维几何模型：采用CT成像技术、核磁共振成像技术或者手持式3D扫描仪得到患者肢体的三维模型。

2.确定肢体的外轮廓：在医学建模软件中提取肢体形态，将肢体内轮廓向外整体外移0.5～3mm得到所需打印的肢体模型数据。

3.肢体托板模型数据的生成：在三维建模软件中，对肢体模型数据进行网格优化，提取肢体表面网格，然后反向偏移增厚生成合适厚度的肢体托板，得到前后臂支撑托板模型。

4.3D打印生成前后臂支撑托板：采用3D打印成型工艺，制备前后臂支撑托板。本技术方案中所述3D打印材料为高分子材料，优选为丙烯腈-丁二稀-苯乙烯共聚物、聚碳酸脂、聚酰胺、热塑性聚氨酯弹性体橡胶。

由于不同患者的肢体长度大小不同，为了使3D打印成型的前臂支撑托板与后臂支撑托板更好的与患者肢体贴合，本技术方案在3D打印成型的前臂支撑托板与后臂支撑托板固定在位置可调节的装置上，以实现前后臂支撑托板与患者的完美贴合。

本技术方案提供一种关节康复弯曲训练装置如附图1至4所示，该装置包括竖直锥齿轮20、水平传动轴21、水平锥齿轮9、竖直滚珠丝杆22、滚珠丝杆螺母10、前臂推动机构32、后臂推动机构31、前臂支撑导板、后臂支撑导板、前臂支撑托板、后臂支撑托板和支撑框架1。

所述支撑框架内部为中空结构，水平传动轴一端设置有驱动手柄2，另一端穿过支撑框架侧壁开孔上的轴承进入支撑框架内部，在水平传动轴的另一端设置有竖直锥齿轮。所述支撑框架的内部设置有竖直滚珠丝杆，竖直滚珠丝杆的上端设置在支撑框架上部的滚珠丝杆固定轴承11内，竖直滚珠丝杆的下端设置在支撑框架底部的滚珠丝杆固定轴承内。竖直滚珠丝杆的底部设置有水平锥齿轮，水平锥齿轮与竖直锥齿轮咬合，并被竖直锥齿轮驱动。所述竖直滚珠丝杆表面设置有螺纹，起到丝杆的作用，在竖直滚珠丝杆的螺纹上设置有滚珠丝杆螺母，滚珠丝杆螺母上对称设置前臂推动机构和后臂推动机构，所述前臂推动机构和后臂推动机构的一端通过前臂定位销12和后臂定位销13对称设置在滚珠丝杆螺母上。前臂推动机构的另一端伸出支撑框架侧壁的竖直条形孔，通过销轴连接到前臂支撑导轨上；后臂推动机构的另一端伸出支撑框架侧壁的竖直条形孔，通过销轴连接到后臂支撑导轨上。前臂支撑导轨设置在前臂托板支撑梁152上，后臂支撑导轨设置在后臂托板支撑梁151上，前臂托板支撑梁和后臂托板支撑梁之间通过铰链结构18连接。在前臂支撑导轨上设置有前臂支撑托板，前臂支撑托板通过螺栓4固定在前臂支撑导轨上，并可以通过螺栓调节前臂支撑托板在前臂支撑导轨上的位置。同样的，在后臂支撑导轨上设置有后臂支撑托板，后臂支撑托板通过螺栓固定在后臂支撑导轨上，并可以通过螺栓调节后臂支撑托板在后臂支撑导轨上的位置。

本技术方案中采用滚珠丝杆和滚珠丝杆螺母结构是为了进一步降低装置运行中的摩擦阻力，提高患者康复训练效率，类似的等同替换结构均可应用于本技术方案中。

为了进一步使该关节康复弯曲训练装置运行更加稳定，防止患者受到二次伤害，在前臂托板支撑梁和后臂托板支撑梁上还对称设置有辅助连杆14。所述两个辅助连杆一端通过销轴分别固定在前臂托板支撑梁和后臂托板支撑梁上，两个辅助连杆的另一端通过销轴固定在支撑框架的顶端。当辅助连杆的长度大于后臂推动机构和前臂推动机构的长度时，该关节康复弯曲训练装置向下弯曲，可用于膝关节的康复训练；当辅助连杆的长度小于后臂推动机构和前臂推动机构的长度时，该关节康复弯曲训练装置向上弯曲，可用于肘关节的康复训练。

本技术方案中，所述前臂推动机构和后臂推动机构选自刚性连接杆、双连杆或同步带，当前臂推动机构和后臂推动机构为双连杆或同步带时，能够平稳驱动前臂托板支撑梁和后臂托板支撑梁相对转动，防止因运动过快对患者造成二次伤害。

在前后臂托板支撑梁之间的连接铰链结构处还设置有角度测试装置，所述角度测试装置为设置在前臂托板支撑梁与后臂托板支撑梁之间的角度值绝对编码器19，用于患者读取屈伸肢体的角度。在角度绝对值编码器上连接有蜂鸣器16，当患者关节屈伸到一定角度后，蜂鸣器发出警报，提醒患者已达到设定的训练角度，防止过度训练造成二次损伤。

进一步，所述前臂支撑托板和后臂支撑托板内表面设置有气囊内衬，用于使患者肢体与前臂支撑托板和后臂支撑托板紧密接触，减小二次伤害。

进一步，在前臂支撑托板和后臂支撑托板内部设置有压力传感器，压力传感器连接有显示器或警报装置，当患者施加的压力过大时，所述显示器用于提示患者压力过大，需要降低压力防止二次伤害；所述警报装置用于压力过大时发出警报，防止患者施加压力过大造成二次伤害。

该装置使用过程中，患者将肢体放置于前臂支撑托板和后臂支撑托板上，然后设置好训练角度，并调整好前臂支撑托板、后臂支撑托板在前臂支撑导轨和后臂支撑导轨上的位置，实现对患者肢体的最优贴合。另一只手转动驱动手柄，通过水平传动轴带动竖直锥齿轮转动，竖直锥齿轮驱动水平锥齿轮转动，水平锥齿轮带动竖直滚珠丝杆转动，转动的竖直滚珠丝杆驱动竖直滚珠丝杆上的滚珠丝杆螺母向上运动。向上运动的滚珠丝杆螺母驱动滚珠丝杆螺母两侧的前臂推动机构和后臂推动机构向上运动，从而使前臂托板支撑梁和后臂托板支撑梁相对转动，从而带动前后臂托板支撑梁上的前后臂支撑导轨及前后臂支撑托板相对转动，从而实现前后臂支持托板上的患者肢体拉伸。当肢体拉伸至设定的训练角度时，蜂鸣器报警，患者反向转动驱动手柄，实现肢体的弯曲训练，当患者肢体弯曲至设定的训练角度时，蜂鸣器报警，患者再次进行拉伸训练，不断重复上述操作，实现关节的康复训练。

上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，本领域的普通技术人员可以理解，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。