本实用新型涉及一种关节角度监测装置，特别地，以应用在膝关节为例，可称为智能型护膝，智能型护膝装置用于监测患者的膝盖弯曲的角度，搭配智能型手机或穿戴式电子装置的APP，让患者知道是否膝盖弯曲时是否过度使用。
技术领域：
内侧皱襞，胚胎发育过程中残留在膝关节滑膜腔中的皱褶，这种组织本来是非常柔嫩，随着年龄的增长或是外力的伤害，会变得如菜瓜布般纤维化而变硬。当这组织发炎、变厚、缺乏弹性就会产生膝关节相关病变。内侧皱襞与股骨内髁长期互相摩擦产生的内侧摩擦是导致关节退化的重要原因，内侧摩擦现象所产生的异常剪力，依据内侧皱襞的大小以及纤维化的严重程度的不等，会对股骨内侧髁软骨造成不同程度的损伤。另一方面，摩擦现象会引发内侧皱襞翻覆损伤而造成滑膜炎，诱发细胞激素的产生，并刺激软骨降解激素的产生，持续脱落的软骨碎片及不断产生软骨界解酵素，迫使整个内侧腔始终处于不利于正常软骨代谢的条件，最后步上逐渐退化的结局。此外内侧皱襞发炎的疼痛感，可能会激起鹅族肌肉群的反射性挛缩而增加内侧腔负担，因而进一步危害软骨。也就是说，膝关节一旦因为内侧摩擦现象出现内侧摩擦症候群，可能终期一生都会危害患膝内侧腔整体的环境，扰乱正常的软骨的新陈代谢，引发膝关节的持续退。机转内侧皱襞与股骨内髁长期互相摩擦产生的内侧摩擦是导致关节退化的重要原因，内侧摩擦现象所产生的异常剪力，依据内侧皱襞的大小以及纤维化的严重程度的不等，会对股骨内侧髁软骨造成不同程度的损伤。另一方面，摩擦现象会引发内侧皱襞翻覆损伤而造成滑膜炎，诱发细胞激素的产生，并刺激软骨降解激素的产生，持续脱落的软骨碎片及不断产生软骨界解酵素，迫使整个内侧腔始终处于不利于正常软骨代谢的条件，最后步上逐渐退化的结局。此外内侧皱襞发炎的疼痛感，可能会激起鹅族肌肉群的反射性挛缩而增加内侧腔负担，因而进一步危害软骨。根据吕医生的理论，膝关节一但因为内侧摩擦现象出现内侧摩擦症候群，可能中期一生都会危害患膝内侧腔整体的环境，扰乱正常的软骨的新陈代谢，引发膝关节的持续退化。如图1所示为膝关节健康促进方案的流程图。其中，步骤100为门诊诊断，步骤110为保守治疗3～6个月，步骤120为疗效，步骤130为知情问题，步骤140为关节镜软骨再生促进手术，其中关节镜软骨再生促进手术分为：1.内侧放松手术2.外侧放松手术3.软骨修整手术4.软骨碎屑清除手术，步骤150为术后软骨再生促进疗程，其中关节镜软骨促进再生手术的主要概念是藉由关节镜膝关节内部整理成适合软骨自然修复的环境，期望因此能够扭转关节继续退化的病程，避免智慧人工关节。除了成功的手术外，病患本身的自我保健也是同等重要的，只要膝关节尚未到严重变形，接受手术应该可以复原。如果将正常的膝关节比喻成生态平衡的庭园，关节软骨就像是欣欣向荣的植物，内侧皱襞引起的内侧摩擦现象持续破坏关节内的代谢平衡，软骨因而表像出所谓退化的现象(以庭园的例子来说，就如同虫害，植物逐渐凋亡)，医师的出现就像是园丁介入体一样，执行膝关节镜软骨再生手术，就像是整土、除草、除虫的园丁，术后一年内加强保健，希望软骨能够自行修复，就像是能够以正确的方式来照顾植物，期待能再次生机蓬勃。术后复原阶段依般可分为四个时期：1.伤口愈合期；2.疤痕形成期；3.伤口稳定期、软骨修复期；及4.软骨修复期、功能恢复期，以下分别简介。1.伤口愈合期(手术后～一个月)－肿胀瘀青逐渐消退，除了伤口疼痛(与术前的感觉大不相同)，会觉得膝关节比以前舒服许多，紧绷同痛感等不是症状明显改善。这个阶段的自我保健原则是保护伤口以促进其顺利愈合，所以复健运动一定要循序渐进、缓和，以不伤害伤口为原则。复健运动可为直抬腿运动、抱膝运动、压膝运动。而活动时，患者配戴智能型护膝辅助平地行走，距离以不增加疼痛为原则。2.疤痕形成期(一个月～三个月)愈合的伤口逐渐纤维化，二～三个月的时候最为明显，若自我保健的运动若做得不够确实，紧绷、酸痛等不舒服的症状就又会出现，病患会误以为手术是失败的，但是这是正常过程，这个阶段的目地为自我保健方式的原则就是加强肌力，避免疤痕过度纤维化。此时伤口已经完全愈合，以下运动一定要忍痛执行。复健运动可为直抬腿运动、抱膝运动、压膝运动。活动时，患者配戴智能型护膝辅助治疗能增加平地行走的距离，可以恢复轻松的工作，避免上下楼梯、负重、蹲下、跪下、屈膝久坐。3.伤口稳定期、软骨修复期(三个月～一年)疤痕组织逐渐软化，除了伤口附近受引响的的小神经引起的疼痛、刺激感、膝关节的整体舒适感慢慢增加。这个阶段的自我保健重点是加强肌耐力，保护正在自我修复的软骨。复健运动可为直抬腿运动、抱膝运动、压膝运动、局部按摩可减轻伤口的神经敏感度。活动时，患者配戴智能型护膝辅助治疗能增加平地行走的距离，可恢复正常生活，为了保护正在自我修复的软骨，仍应避免上下楼梯、负重、跪、蹲、屈膝久坐等动作。4.软骨修复期、功能恢复期(一年以后)-由于膝关节内因不利软骨组织正常代谢的环境已经由关节镜软骨再生促进手术完全改善，只要持续注意保健，会逐年改善，走向健康的道路。复健运动可为直抬腿运动、抱膝运动、压膝运动，这三个简单的动作有如刷牙之余口腔保健，最好能终生执行。活动时，患者配戴智能型护膝辅助治疗能可以依据状况逐渐恢复正常的生活以及休闲活动，重回健康的人生。关节镜软骨再生促进术疗效分析如以下表一(制表时间为2010年4月到2011年3月)，针对317案例(536膝)，追踪超过三年则有286案例(480膝，追踪率:90％)，其中女/男:4/1，年龄:27～86(平均:65)表一：关节镜软骨再生促进术疗效分析期数非常好显著改善没改善变坏满意II(195)133(68.2％)52(26.7％)10(5.1％)094.4％III(216)120(55.6％)69(31.9％)17(7.9％)10(4.6％)87.5％IV(69)30(43.5％)25(36.4％)1(1.4％)13(18.8％)79.7％(480)283(59.0％)146(30.4％)28(5.8％)23(4.8％)89.4％分析术后不满意的原因如下：病患或是家属未能确实了解整个疗程的理论依据，而未能积极执行术后的复健运动及相关保健措施；生活环境或工作属性无法确实执行术后的保健事项；未定期回诊，以便及早发现问题，予以指导。大部分的术后疼痛由暂时性的疤痕神经炎所引起，如同身上的任何伤痕，会有一段时间异常的敏感，通常会在一两年之内消失。其治疗方式可让患者经常局部按摩或是敲打敏感部位，可以因减敏感作用而减轻疼痛手术后三个月内，膝关节内部的伤口会经过组织的修复、愈合的自然过程：术后三周血肿块会员权开始消退，伤口逐渐愈合并产生结疤组织，两、三个月后达到高峰，三个月后，结疤组织开始逐渐软化，紧绷感的原因是膝关节内部的手术伤痕因复健运动不够确实而引起的过度结疤。另外，过度使用膝关节会刺激疤痕组织，有时会引起突发性的疼痛或不适。治疗方式可让患者适度休息、局部热敷按摩，几天内就可以缓解这隐藏在关节内的疤痕，术后一～二年仍然可能异常敏感，常被误认为手术失败，若接受不明究里的医师诊疗，可能会被置换人工膝盖，上述所说的过度使用，可以透过护膝来配合使用。综合上述所言，现有护膝装置无法监测术后患者在行走自身膝盖弯曲的角度，这会使得医生或患者不知膝盖复原状况及有可能再次让患者的膝盖因膝盖弯曲的角度过大再次受伤。技术实现要素：本实用新型的目的是提供一种关节角度监测装置，以应用在膝关节为例，可称为智能型护膝。关节角度监测装置是希望能够全天候监测患者关节处，如膝盖弯曲的角度，并搭配智能型手机或穿戴式电子装置的APP提供患者实时的回馈，让患者知道自己使用膝盖的情形。本实用新型提供的关节角度监测装置，供患者使用，包括：一护具，用以佩戴在患者的关节上；一第一传感器，设置在护具的上侧端，例如，护具佩戴在膝关节时，第一传感器会附加在患者的大腿上，且第一传感器具有一第一坐标轴(X1,Y1,Z1)；一第二传感器，对应于第一传感器，设置在护具的下侧端，例如，护具佩戴在膝关节时，第二传感器会附加在与患者大腿同侧边的小腿上，且第二传感器具有一第二坐标轴(X2,Y2,Z2)，当位于患者大腿及小腿之间的膝盖呈关联于该患者的行走步数的一弯曲角度θtotal时，通过第一坐标轴(X1,Y1,Z1)求得该患者大腿与一重力场之间的一第一角度θ1及通过第二坐标轴(X2,Y2,Z2)求得患者小腿与该重力场之间的一第二角度θ2，并将该第一角度θ1及该第二角度θ2换算出该患者膝盖的该弯曲角度θtotal；以及一警示装置，通过一无线传输的方式连接第一传感器以及第二传感器，接收患者膝盖弯曲的弯曲角度θtotal，且警示装置将内设的一膝盖弯曲的夹角临界值θth与患者膝盖弯曲的弯曲角度θtotal进行数值分析以取得患者走路的错误率来判断该患者走路的状况是否优良。本实用新型提供的关节角度监测装置亦有另一种型式，其供患者使用，包括：一护具，用以佩戴在患者的关节上；一第一传感器，设置在护具的上侧端，例如，护具佩戴在膝关节时，第一传感器会附加在患者的膝盖上缘，且该第一传感器具有一第一坐标轴(X1,Y1,Z1)；一第二传感器，对应于第一传感器，设置在护具的下侧端，例如，护具佩戴在膝关节时，第二传感器会附加在患者的膝盖下缘，且第二传感器具有一第二坐标轴(X2,Y2,Z2)，其中，当患者膝盖呈关联于患者的行走步数的一弯曲角度θ时，以X1与X2之间夹角代表为θ，同时Z1与Z2之间夹角代表为θ，且膝盖的坐标向量在第一坐标轴(X1,Y1,Z1)表示为一第一坐标向量(ax1,az1)与患者膝盖的坐标向量在第二坐标轴(X2,Y2,Z2)表示为一第二坐标向量(ax2,az2)，其中第一坐标向量(ax1,az1)与第二坐标向量(ax2,az2)之间有一旋转矩阵而能求得患者膝盖的该弯曲角度θ的数值；以及一警示装置，通过一无线传输的方式连接第一传感器以及第二传感器，接收患者膝盖的弯曲角度θ，且警示装置将内设的一膝盖弯曲的夹角临界值θth与患者膝盖的弯曲角度θ进行数值分析以取得患者走路的错误率来判断该患者走路的状况是否优良。本实用新型的有益技术效果是，在膝关节健康护膝方案中，关节角度监测装置(智能型护膝)所扮演的角色是在术前的预防，以及术后的保健，这是为了让患者的膝盖能够有更多的保护与支撑，并且记录和回馈弯曲的角度，而膝盖弯曲的角度与退化性关节炎的关系也是密不可分。附图说明图1为膝关节健康促进方案的流程图；图2为患者膝盖弯曲的角度分析图；图3为本实用新型的关节角度监测装置的示意图；图4为患者的膝盖K呈关联于患者的行走步数的一弯曲角度θtotal；图5为角度计算(大腿)的方式的示意图；图6为角度计算(小腿)的方式的示意图；图7为本实用新型的另一智能型护膝装置的示意图；图8为当膝盖K呈关联于患者的行走步数的一弯曲角度θ时，以X1与X2之间夹角代表为θ同时Z1与Z2之间夹角代表为θ；图9为第一实施例中膝盖弯曲角度110度，监测患者的大腿的信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)；图10为第一实施例中膝盖弯曲角度110度，监测患者的小腿的信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)；图11为第一实施例中膝盖弯曲角度110度，监测患者的膝关节信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)；图12为第一实施例中膝盖弯曲角度130度，监测患者的大腿信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)；图13为第一实施例中膝盖弯曲角度130度，监测患者的小腿信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)。图14为第一实施例中膝盖弯曲角度130度，监测患者的膝关节信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)；图15为第一实施例中膝盖弯曲角度145度，监测患者的大腿信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)；图16为第一实施例中膝盖弯曲角度145度，监测患者的小腿信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)；图17为第一实施例中膝盖弯曲角度145度，监测患者的膝关节信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)；图18为第一实施例中膝盖弯曲角度从0度缓慢转至90度，监测患者的大腿信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)；图19为第一实施例中膝盖弯曲角度从0度缓慢转至90度，监测患者的小腿信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)；图20为第一实施例中膝盖弯曲角度从0度缓慢转至90度，监测患者的膝关节信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)；图21为透过关节角度监测装置的传感器进行角度分析；图22为透过关节角度监测装置的传感器进行角度分析日常生活中人会经历的走路过程；图23为定义了错误率这个指标的数值分析。附图标记说明：关节角度监测装置1；第一传感器G1；第一坐标轴(X1,Y1,Z1)；第一角度θ1；第二传感器G2；第二坐标轴(X2,Y2,Z2)；第二角度θ2；弯曲角度θtotal；弯曲角度θ；警示装置2；夹角临界值θth；膝盖K；步骤100～步骤150。具体实施方式无论患者在上坡或下坡甚或平地走路的时，现有护膝装置无法监测术后患者在行走自身膝盖弯曲的角度，这会使得医生或患者不知膝盖复原状况，使得可能再次让患者的膝盖因膝盖弯曲的角度过大再次受伤。因此，关节角度监测装置(智能型护膝)是希望能够全天候监测患者膝盖弯曲的角度，并搭配智能型手机或穿戴式电子装置的APP提供患者实时的回馈，让患者知道自己使用膝盖的情形。参阅图2及图3，在本实用新型第一实施例中，第一角度θ1为患者大腿与水平轴的弯曲角度，第二角度θ2为患者小腿与水平轴的弯曲角度。本实用新型提供的关节角度监测装置1供患者使用，其包括：一护具10，用以佩戴在患者的关节上；一第一传感器G1，设置在护具10的上侧端，例如，护具佩戴在膝关节时，第一传感器G1会附加在患者的大腿上，且第一传感器G1具有一第一坐标轴(X1,Y1,Z1)；一第二传感器G2，对应于第一传感器G1，设置在护具10的下侧端，例如，护具佩戴在膝关节时，第二传感器G2会附加在与患者大腿同侧边的小腿上，且第二传感器G2具有一第二坐标轴(X2,Y2,Z2)。其中，第一传感器G1和第二传感器G2可以是三轴加速度传感器。如图4所示，当位于患者大腿及小腿之间的膝盖K呈关联于患者的行走步数的一弯曲角度θtotal时，通过第一坐标轴(X1,Y1,Z1)求得大腿与一重力场g之间的一第一角度θ1及通过第二坐标轴(X2,Y2,Z2)求得小腿与重力场之间的一第二角度θ2，并将第一角度θ1加上第二角度θ2换算出以患者膝盖K的弯曲角度θtotal。其中，如图5所示的角度计算(大腿)的方式，通过第一坐标轴(X1,Y1,Z1)求得患者的大腿与重力场g之间的第一角度θ1为下列三种情形之一：以及其中，如图6所示的角度计算(小腿)的方式，通过第二坐标轴(X2,Y2,Z2)求得患者的小腿与重力场g之间的第二角度θ2为下列二种情形之一:以及请参考图4，本实用新型提供的关节角度监测装置1可包括一警示装置2，如装设有APP的智能型手机或穿戴式电子装置，并透过蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi、近场通讯技术(Nearfieldcommunication，NFC)、或点对点通讯技术(Peer-to-peercommunication)此类型的无线传输的方式连接第一传感器G1以及第二传感器G2，接收患者的膝盖弯曲的弯曲角度θtotal，且警示装置2将内设一膝盖弯曲的夹角临界值θth与患者的膝盖弯曲的弯曲角度θtotal进行数值分析(其中，患者膝盖的弯曲角度θtotal关联于患者的行走步数)，以取得患者走路的错误率来判断患者走路的状况是否优良。其中患者走路的错误率计算方式为：错误率＝超出标准步数/总步数×100％。本实用新型的第二实施例如图7所示，本实用新型提供的关节角度监测装置1供患者使用，其包括：一护具(图未示)，用以佩戴在患者的关节上；一第一传感器G1，设置在护具的上侧端，例如，本体佩戴在膝关节时，第一传感器G1会附加在患者的膝盖K上缘，且第一传感器具有一第一坐标轴(X1,Y1,Z1)；一第二传感器G2，对应于第一传感器G1，设置在本体的下侧端，例如，本体佩戴在膝关节时，第二传感器G2会附加在患者的膝盖K下缘，且第二传感器G2具有一第二坐标轴(X2,Y2,Z2)，其中，如图10所示，当膝盖K呈关联于患者的行走步数的一弯曲角度θ时，以X1与X2之间夹角代表为θ，同时Z1与Z2之间夹角代表为θ，且膝盖K的坐标向量在第一坐标轴(X1,Y1,Z1)表示为一第一坐标向量(ax1,az1)与膝盖K之坐标向量在第二坐标轴(X2,Y2,Z2)表示为一第二坐标向量(ax2,az2)，其中第一坐标向量(ax1,az1)与第二坐标向量(ax2,az2)之间有一旋转矩阵而能求得膝盖K的弯曲角度θ的数值。其中，旋转矩阵表示为：膝盖K弯曲的夹角值θ求得的方法如下所式：同样地，第二实施例中的关节角度监测装置1可包括一警示装置2，如装设有APP的智能型手机或穿戴式电子装置，并透过蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi、近场通讯技术(Nearfieldcommunication，NFC)、或点对点通讯技术(Peer-to-peercommunication)此类型的无线传输的方式连接第一传感器G1以及第二传感器G2，接收患者的膝盖弯曲的弯曲角度θ，且警示装置2将内设于内的一膝盖弯曲的夹角临界值θth与患者的膝盖弯曲的弯曲角度θ进行数值分析以取得患者走路的错误率来判断该患者走路的状况是否优良。其中患者走路的错误率计算方式为：错误率＝超出标准步数/总步数×100％。图9为第一实施例中膝盖弯曲角度110度，监测患者的大腿的信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)。图10为第一实施例中膝盖弯曲角度110度，监测患者的小腿的信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)。图11为第一实施例中膝盖弯曲角度110度，监测患者的膝关节信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)。图12为第一实施例中膝盖弯曲角度130度，监测患者的的大腿信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)。图13为第一实施例中膝盖弯曲角度130度，监测患者的的小腿信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)。图14为第一实施例中膝盖弯曲角度130度，监测患者的膝关节信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)。图15为第一实施例中膝盖弯曲角度145度，监测患者的大腿信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)。图16为第一实施例中膝盖弯曲角度145度，监测患者的小腿信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)。图17为第一实施例中膝盖弯曲角度145度，监测患者的膝关节信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)。图18为第一实施例中膝盖弯曲角度从0度缓慢转至90度，监测患者的大腿信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)。图19为第一实施例中膝盖弯曲角度从0度缓慢转至90度，监测患者的小腿信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)。图20为第一实施例中膝盖弯曲角度从0度缓慢转至90度，监测患者的膝关节信号状态，F.I.R.滤波器滤波的结果(fcutoff＝0.5HZ)。图21为通过关节角度监测装置的传感器进行角度分析，可以得到膝盖弯曲的角度。可以对人正常走路时，膝盖合理应该弯曲的角度做定义，如果超过了标准值，会记录下来，而膝盖弯曲角度可以让计算出总共走了几步，因此，可以定义出平均每步走路的错误率，进而来判断患者走路的状况是否优良。图22为日常生活中，人会经历的走路过程，明显的上下楼梯的角度大于正常走路，而膝盖弯曲的角度跟膝盖碰地消耗是有关连的，因此也可以说明，当人的膝盖软骨遇到了受损，减少他继续受损的方法之一，是减少爬楼梯。图23为定义了错误率这个指标的数值分析。内侧皱襞在年轻人的膝关节中，薄而柔软，内侧皱襞随着长期的使用，造成纤维化，当膝盖弯曲时内侧壁会摩擦软骨进而造成破坏，此一现象称内侧磨擦。因此，纤维化到什么程度会造成软骨的磨损，和膝盖弯曲到什么角度磨损到软骨会造成软骨的磨损，这两个议题显得格外重要。本实用新型提出的关节角度监测装置，应用在膝关节为例，可称为智能型护膝，智能型护膝具有全天监测膝关节弯曲的角度功能，将结合智能型手机或穿戴式电子装置的APP，提供实时回馈的功能，让患者知道自己膝关节的使用状况，对于膝关节的伤害预防与保健，或是退化性关节前期的病人以及退化性关节的病人术后的保健都是可以参考的指标。尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本
技术领域：
技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。当前第1页1 2 3