本发明涉及一种康复训练装置，特别涉及一种手部骨外科术后康复训练装置。
背景技术：
康复训练是康复医疗的基本手段和主要内容，它针对各种原因(如骨骼损伤、神经损伤、偏瘫、截瘫、脑瘫、截肢等)引起的机体功能障碍，运用运动疗法和作业疗法，使患者的残存功能得到最大限度的恢复，并以最佳状态回归社会。
手外伤，顾名思义就是手部各种组织的损伤，临床上以各种类型的断肢、断指、断趾、断耳、拇指缺损、指尖缺损、手部血管神经肌腱损伤及缺损、手部肌腱断裂及缺损、手关节损伤与缺损、外伤后手部畸形等较常见。
俗话说，三分手术，七分训练，手部功能训练对于手外伤骨外科术后病人来说也尤为重要。手外伤病人术后长期的制动治疗，容易造成关节僵硬、肌肉萎缩、肌腱粘连，从而影响手功能的恢复。而早期开始手功能锻炼，不但可以增加手外伤病人的血液供应，避免肌腱粘连，防止关节僵硬，而且对预防肌肉纤维性变或废用性萎缩，促进手功能的恢复有着积极作用。
然而由于手外伤骨外科术后早期患者很难依靠手部自身运动来进行早期的康复训练，所以现有早期手部康复训练装置大多需要借助外部动力才可正常运转，例如电力电机驱动等，存在结构复杂、价格昂贵且不易精准控制等。此外以往的康复训练利用一些器械对肢体进行被动训练，其整个康复过程过于单调、枯燥，患者很难产生兴趣，康复效果也不甚理想。综上所述，当前急需一种适用范围广、结构简单、成本低、精准控制且还不依靠外部动力的手部康复训练装置或器材。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种手部骨外科术后康复训练装置，该康复训练装置包括：手套、气动系统、护腕以及拉力绳。
所述手套包括手套本体、手掌包裹层以及位于所述手套本体与所述手掌包裹层之间的膨胀空间；所述手套指尖外部还缝合有加强帽。
所述气动系统包括弹性气囊以及将所述弹性气囊固定在手臂内侧弯曲处的绷带、位于所述膨胀空间内的且与所述膨胀空间形状相匹配的充气包、以及连接所述弹性气囊与所述充气包的软管，所述弹性气囊体积应大于等于两倍的所述充气包体积。
所述护腕包括护腕本体、设置在所述护腕本体内侧且与手腕内侧相贴合的脉搏传感器和温度传感器、设置在所述护腕本体侧方且靠近手掌的拉力传感器、以及设置在所述护腕本体外侧上的控制单元。
所述拉力绳两端分别连接所述加强帽和所述拉力传感器。
优选地，所述加强帽采用耐磨抗拉布料制成。
优选地，所述弹性气囊和所述充气包上分别设有第一软管接口和第二软管接口并通过软管连通在一起。
优选地，所述弹性气囊还设置有充气接口。
优选地，所述护腕本体上还设置有用于穿过所述软管的通孔。
优选地，所述通孔上还设置有气量调节器。
优选地，所述控制单元包括cpu模块、通信模块、语音模块、存储模块、电源模块及显示模块。
综上所述，本发明一种手部骨外科术后康复训练装置还具有适用范围广、结构简单、操作方便、成本低、无须提供外部动力、精准控制且智能监测等优点。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出本发明康复训练装置的整体结构示意图；
图2(a)示意性示出本发明康复训练装置手套本体的截面图；
图2(b)示意性示出本发明康复训练装置手套本体袖口截面图；
图2(c)示意性示出本发明康复训练系统抓握气囊的使用示意图；
图3(a)示意性示出本发明康复训练系统弹性气囊的结构示意图；
图3(b)示意性示出本发明康复训练装置充气包的结构示意图；
图3(c)示意性示出本发明康复训练装置双向气门嘴的结构示意图；
图4(a)示意性示出本发明康复训练装置手套与护腕的结构示意图；
图4(b)为图4(a)中护腕的放大示意图；
图4(c)为图4(a)中护腕的a-a剖面示意图；
图4(d)示意性示出本发明康复训练装置护腕的立体示意图；
图5示意性示出本发明康复训练装置控制单元模块示意图；
图6示意性示出本发明虚拟现实康复训练系统的应用示意图；
图7示意性示出本发明虚拟现实康复训练系统的使用流程示意图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
图1至图4示意性示出了本发明一种手部骨外科术后康复训练装置的结构示意图，该康复训练装置包括：手套1、气动系统2、护腕3以及拉力绳4。本发明一种手部骨外科术后康复训练装置主要适用于手臂运动正常但手部运动障碍的患者，例如骨骼术后或神经损伤术后或中风偏瘫患者的康复训练。
手套1，包括手套本体11、手掌包裹层12以及位于手套本体11与手掌包裹层12之间的膨胀空间13。
如图2(a)和图2(b)所示，手套本体11的手掌侧还设置有手掌包裹层12，从而与手套本体11形成一个膨胀空间13。进一步所述手掌包裹层12为弹性材料制成且其外表面为魔术贴的毛面，从而实现与魔术贴的勾面粘和在一起。
进一步，手套1指尖外部还缝合有加强帽14，用于加厚加固手套本体11中最容易破损的指尖端部，加强帽14优选采用耐磨抗拉布料制成，从而能够承受较大的拉力。
此外，手掌包裹层12上还设置有多个固定环15(如图4(a)所示)，用于固定拉力绳14的导向。优选地，固定环15数量为5个且设置在手指收缩(握拳状态)时手指接触到的手套本体11上的位置。更加优选地，所述固定环15连接在魔术贴勾面上，同时利用魔术贴可粘合/分离的功能实现固定环15在手掌包裹层12上的位置移动，进而通过合理调整固定环15的固定位置可以找到最舒适的手指收缩(握拳)的姿态。
上述的固定环15也可以换成康复训练用的抓握气囊28(如图2(c)所示)，其形状为球形或圆柱形，进一步通过其底部的魔术贴勾面紧密地粘合在手掌包裹层12上，同样也可以根据需要方便地调整位置。此外，患者一方面利用抓握气囊28模拟实物抓握练习；另一方面也利用抓握气囊28的柔软性起到保护手部的作用。
更加优选地，手套本体11上还设置有多个电极片，用于外接各种电磁治疗仪，从而更好促进神经生长以及改善肌肉收缩功能。
气动系统2，包括弹性气囊21以及将弹性气囊21固定在手臂内侧弯曲处的绷带22、位于膨胀空间13内的且与膨胀空间13形状相匹配的充气包23、以及连接弹性气囊21与充气包14的软管24。此外弹性气囊21的体积v0应大于等于2倍的充气包23体积v1(v0≥2v1)，从而可以保证产生足够的膨胀力使充气包23完全稳定的展开。
具体地，弹性气囊21与充气包23均由弹性橡胶材料制成，其中弹性气囊21的设计符合人体工程学且形状类似“∞”字形且与手臂弯曲处紧密贴合在一起；更加优选地，弹性气囊21形状为中空的圆柱体形(如图3(a)所示)，从而实现更好地与手臂弯曲处贴合在一起。
充气包23结构(如图3(b)所示)则与膨胀空间13以及手套本体11形状相匹配，优选地，弹性气囊21和充气包23分别设有第一软管接口25和第二软管接口26并通过软管24连通在一起；更加优选地在弹性气囊21上还设置有充气接口27，进而可以根据需要向弹性气囊21内充入一定压力的气体。
当手臂弯曲时则挤压弹性气囊21里的气体进入到充气包23内，进一步充气包23膨胀并带动膨胀空间13膨胀，从而促进和实现手套本体11的整体展开。
优选地，充气包23的手指关节处还设置有隔离带23a，从而将充气包23手指段分割成多个独立的充气小包23b(如图3(b)所示)，进一步在隔离带23a的中心处设置有双向气门嘴5。
如图3(c)所示，双向气门嘴5包括圆柱形的连接杆51、位于连接杆51中部且用于隔离的密封单元52、紧密套接在连接杆51上的橡皮套管53以及开设在连接杆51内的两路通气道54，所述通气道54的入口位于连接杆51的端部、其出气口则位于连接杆51的侧面且被橡皮套管53包围住，故当双向气门嘴5两侧的压强差大于阈值p时则产生气体流通。
根据上述优选方案，当充气包23在充气过程中，气体依次经过手指根部的充气小包23b并最终到达手指端部的充气小包23b，从而实现患者手指的依次缓慢展开，有效避免手指整体迅速展开所带来的可能损伤，最大程度的模拟手指实际展开的运动轨迹，同样也提高了康复训练的效果。
护腕3，如图4(a)所示，护腕3包括护腕本体31、设置在护腕本体31内侧且与手腕内侧相贴合的脉搏传感器32和温度传感器33、设置在护腕本体31侧方且靠近手掌的拉力传感器34、以及设置在护腕本体31外侧上的控制单元35。
具体如图4(d)所示，拉力传感器34、脉搏传感器32和温度传感器33分别实时记录下弹力绳4的拉力、患者的脉搏跳动频率和手腕内侧的温度，根据以上监测数据从而科学地判断出患者的运动量和康复效果，并实时通过控制单元35的显示模块35d显示出来。
进一步如图5所示，控制单元35主要包括有cpu模块35a、通信模块35b、语音模块35c、显示模块35d、存储模块35e以及电源模块35f。通信模块35b用于连接手机、智能穿戴装备等联网终端并进行数据传输，进而康复医师可根据远程监测的数据进行康复训练效果的评估和决策；语音模块35c具有训练指导和语音报警等功能，进一步根据监测数据进行语音提示和报警，特别是针对老年中风患者犯病时紧急报警，具体可利用通信模块35b控制手机自动向亲人拨出紧急电话或发出求救短信。
如图4(a)至图4(c)所示，护腕本体31上还设置有用于所述软管24穿过护腕的通孔36，该通孔36上还设置有气量调节器37，进一步通过气量调节器37的调节实现充气速度的快慢，从而实现控制手套本体11的展开与收缩速度。
拉力绳4，其两端分别连接所述加强帽12和所述拉力传感器34，通过拉力绳4拉力作用在加强帽12上并促使手掌处于收缩(握拳)状态。此外不同大小的手套1匹配不同长短的拉力绳4，从而能够保证足够的拉力保持手掌处于收缩(握拳)状态。此外拉力绳4的最大拉伸长度应至少达到自然状态下长度的3倍，且拉力绳4还可以采用拉力弹簧进行替换。
由上述可知，本发明一种手部骨外科术后康复训练装置的结构简单且使用起来也很方便，具体的使用步骤如下：
(a)首先通过绷带22将弹性气囊21稳定固定在患者手臂弯曲处，同时戴上手套1和护腕3，进一步将软管24穿过通孔26且其两端分别连接上第一软管接口25和第二软管接口26。
(b)进一步将拉力绳4一端连接上加强帽12、另一端则穿过固定环15后与护腕3上的拉力传感器34相连接。
(c)初始状态时，充气包23处于松软状态，拉力绳4借助固定环15的导向作用将手指弯曲至指定位置，从而实现初始时手掌处于收缩(握拳)状态。
(d)然后保持手臂伸直同时向弹性气囊21内充气至一定气压p，还可利用气量调节器37进行气量调节。
(e)患者弯曲手臂压缩弹性气囊21，气体经软管24进入到充气包23内，促使充气包23膨胀扩张至紧绷状态并充满整个膨胀空间13，进而克服拉力绳4的拉力并带动手掌展开以及手指伸直，患者还可通过控制手臂弯曲度实现对手掌展开程度的灵活控制。
(f)患者伸直手臂使弹性气囊21恢复至膨胀状态，此时充气包23中的大部分气体则回流至弹性气囊21中，充气包23也从紧绷状态转变成松软状态，拉力绳4依靠自身拉力又使得手掌恢复至收缩(握拳)状态。
以上步骤(a)至步骤(f)完成了一次手掌的收缩与展开动作，患者重复以上动作即可完成过程可控的康复训练。
本发明一种手部骨外科术后康复训练装置还可协助患者参与日常生活活动、手工操作劳动和文体活动，从这些活动中选出一些有助于恢复手部功能和技能的作业，让患者参与“适应性活动”并按指定的要求进行训练，循序渐进且最大限度地恢复手部功能，例如手部抓握作业和日常生活活动作业。具体地，可选用编织、包装、木工、装配及园艺等作业帮助患者练习手部各种方式的抓握动作；可选穿脱衣服、鞋袜、拿杯子、端碗、捏筷子、切割食品、烹饪及整理房间等训练患者的日常生活活动能力提高手的灵活性及协调性。
然而患者除了通过上述的日常简单的实物训练来逐渐康复外，本发明还公开了一种利用虚拟现实头盔(近眼显示器或vr眼镜等)进行虚拟现实(vr)康复训练的系统，该虚拟现实康复训练系统结合游戏或医师指导的康复训练方法以提高患者锻炼兴趣和康复效率。
具体地，本发明手套本体11的手背侧中心处还可选可拆卸地安装有运动与姿态传感模块6，如图6所示，该运动与姿态传感模块6主要包括加速度传感器61和陀螺仪传感器62，其中加速度传感器61用于采集患者手部的加速度信息、陀螺仪传感器62则用于采集患者手部的角速度信息，从而结合加速度信息和角速度信息即可获得患者手部的运动与姿态数据，并将所述手部运动与姿态数据通过数据线63传递至护腕3上的控制单元35。
进一步，控制单元35对上述获取的弹力绳4拉力数据、脉搏频率与体温数据、手部运动与姿态数据进行处理，并利用通信模块35b将处理后的所有数据信息传输至虚拟现实头盔7，从而通过近眼显示即可实时观察到虚拟出的手部及手臂的运动姿态和轨迹。
此外本发明还公开一种采用上述虚拟现实康复训练系统进行康复训练的方法，具体如下：
a)患者同时穿戴上并开启本发明康复训练装置和虚拟现实头盔7，如果是首次使用或需要重新设置参数则还须进行参数标定，具体见步骤b)；否则直接进行康复训练，具体见步骤c)。
b)首先患者伸直手臂，调整弹力绳4的长短使得手掌处于收缩(握拳)状态，并记录下当前状态下每根弹力绳4相连接的拉力传感器34监测到的拉力数据fn(n＝1、2、3、4、5，且分别对应不同手指上的弹力绳4拉力)。然后患者弯曲手臂压缩弹性气囊21进而带动手掌展开，当手掌完全展开且手指伸直时记录下当前状态下的每根弹力绳4对应的拉力fn’(n＝1、2、3、4、5)。训练过程中弹力绳4拉力值应介于fn和fn’之间，经过标定的参数值保存在存储模块35e中。
进一步，由于弹力绳4的拉力f与手指和手臂的弯曲程度呈正比关系，故根据弹力绳4的拉力f即可间接得出手指和手臂的弯曲程度，而不需要再专门设置监测弯曲度的传感器，该方式具有结构简单、节省成本等优点。
c)经过步骤b)的参数标定后，患者即可正常进行虚拟现实康复训练。在训练过程中，控制单元35实时将监测到的弹力绳4拉力数据、运动与姿态数据、脉搏频率数据和手腕内侧的温度数据传输至虚拟现实头盔7，然后虚拟现实头盔7对上述数据处理后同步虚拟出与当前患者手臂与手部运动姿态相同的虚拟手臂和手部。
d)进一步上述虚拟手臂和手部结合康复训练游戏并以第一视角呈现给患者，从而提供了富有沉浸感的游戏环境，具体患者可以在游戏中进行端碗、拿杯子、简单体育运动等康复训练；此外康复训练游戏中还可可设置多个训练任务，且完成任务后给予相应奖励，使患者在康复过程中充满乐趣，更为重要的是患者还可以在游戏中直观感受到自己在动作技能、灵活性等方面的提高，极大增加了患者的乐观情绪和康复效果。
更加优选地，针对患者的兴趣设计虚拟训练环境，保证了虚拟环境的沉浸感，并在具体康复训练过程中根据患者的人体指标(包括臂长、年龄等)不断优化虚拟环境的沉浸感，以提高康复效果，缩短康复时间。整个训练过程均是针对患手的主动训练，很大程度上保证了康复过程的安全性，且该虚拟现实康复训练装置还具有结构简单、设计巧妙、成本不高和有利于推广使用等优点。
综上所述，本发明记载的一种手部骨外科术后康复训练装置以及虚拟现实康复训练系统可以轻松地帮助手部术后早期患者依靠自身动力来进行早期康复训练，有效解决了现有的早期手部康复训练装置必须借助外部动力(充气泵或充气球等)才可正常运转的问题。此外本发明一种手部骨外科术后康复训练装置还可以用于手部术后中期和后期的康复训练，具体地，当患者经过早期的训练且手部恢复了一定力量后则进入中后期康复训练，在中后期康复训练中则应尽可能的减少手臂的弯曲并依靠自身的手部力量进行训练，直至完全依靠自身的手部力量进行训练。本发明一种手部骨外科术后康复训练装置还具有适用范围广、结构简单、操作方便、成本低、无须提供外部动力、精准控制且智能监测等优点。
所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明的保护范围并不局限于这里所描述的实施例。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。