[发明专利]下肢骨关节病患者穿戴式助行器

说明书

技术领域

本发明涉及下肢骨关节病患者穿戴式助行器。

背景技术

下肢骨关节病患者由于关节软骨病变，在行走中关节受力会导致疼痛及病情加重，膝关节病患者的关节长期不对称磨损还将导致x型腿及o型腿。虽然很多国家都在研制穿戴式外骨骼，并关注智能控制，但都技术过于复杂、成本过高，难以推广，国际上还没有使用方便、人类智能控制的理想的穿戴式外骨骼。目前，国内外下肢骨关节病患者使用的仍为手推式助行器或各类拐杖，不仅分担的载荷较小难以达到理想的效果，而且由于上肢长期受力过大可能导致新的病变。

发明内容

临床观察表明，多数骨关节病人虽然关节软骨病变，但控制关节活动的肌肉组织工作正常。下肢骨关节病患者穿戴式助行器是针对骨关节病人特点进行设计，直接穿戴于人体，仅釆用机械装置分担关节受力，而关节的转动仍靠自身肌肉带动。这种设计思路与通常外骨骼的设计思路不同，最主要的目的不是省力，而是减少关节负担。下肢骨关节病患者穿戴式助行器釆用杆、铰链、扭簧及紧固带等组成支撑机构，辅之以关节铰链转动助力系统。支撑机构可分担关节受力，而钢丝绳及滑轮等组成的关节铰链转动助力系统辅助自身肌肉带动关节转动，把脚踏地面的力转化为膝、髋部纵向运动所需力矩。可分担原本由下肢关节所承受人体重量的50％以上，从而在一定程度上达到消除或减轻疼痛、缓解病情及防止X型腿及O型腿的作用。患者长期缺少运动会导致肌肉萎缩，加重骨关节病。利用下肢骨关节病患者穿戴式助行器分担原本由下肢关节所承受的大部分人体重量、缓解患者疼痛的同时，还可以锻炼肌肉，防止肌肉萎缩，可谓一举两得。老年人往往伴有骨质疏松，要尽量使各部位分担载荷，所以本设计方案通过腋下、臀下、紧固带等多部位支撑，载荷分布较为均匀，也较为舒适。患者根据自身具体情况，可以双侧或单侧使用本助行器；可以选择同时使用腋下支撑件和臀部弹性软座，也可以只选其一；可以选择是否安装关节铰链转动助力系统。总之，本发明思路独特、针对性强，具有简单轻便、成本较低、自由度高的特点。

下肢骨关节病患者穿戴式助行器包括支撑机构及关节铰链转动助力系统，其中支撑机构由依次连接的上身支撑件、大腿支持机构、小腿支持机构、脚部支持机构及关节铰链转动扭簧控制系统各部分组成。上身支撑件包括腋下支架及夹于腋下的软垫，侧腰支架、腰部紧固带及臀部弹性软座。大腿支持机构包括大腿支撑杆、两个方向髋部铰链及与大腿支撑杆连接的弹性紧固带，髋部关节铰链转动的主要方向分别对应大腿向身体外侧、前方向的转动，通过铰链一侧凸起限制反方向转动角度。大腿支撑杆一边通过髋部铰链与髋部支架相连，另一边与膝部单向铰链相连。小腿支持机构包括带长度精确调节器的小腿支撑杆、膝部单向铰链及与小腿支撑杆连接的弹性紧固带。膝部单向铰链的弯曲方向与人体关节一样仅可以单方向转动，通过铰链一侧凸起限制其只能单方向转动。小腿支撑杆一边通过膝部单向铰链与大腿支撑杆相连，另一边通过踝部铰链连接脚部支持机构。脚部支持结构包括含单向踝部铰链的踝部支撑杆、支撑鞋底及绑带，踝部支撑杆一侧通过踝部铰链与小腿支撑杆相连，另一侧与支撑鞋底牢固连接。长度精确调节器的原理是：与长度精确调节器螺纹连接的两侧杆之螺纹方向相反，所以朝一个方向旋转长度精确调节器可使杆总长度增长，而反向旋转则使杆缩短。连接在支撑杆上的紧固带与腿部绑定时需要尽量保证支撑杆与腿部的连接效果，可以用高弹性护腿或绑带，也可以用特制紧身裤。

关节铰链转动扭簧控制系统包括对膝部关节转动进行控制的扭簧、对髋部关节横、纵方向转动进行控制的扭簧、对踝部关节转动进行控制的扭簧。膝部单向铰链与人体关节一样仅可以单方向转动，采用扭簧对转动进行控制。髋部关节铰链转动方向分别对应大腿向身体侧向、前后向的转动，分别采用扭簧控制转动。还有对踝部关节铰链转动进行控制的扭簧。患者直立时扭簧不受力，走路或上楼梯时，抬腿扭簧蓄力，腿受力伸直过程中扭簧可提供力偶，在紧固带的共同作用下，使助行器有适当刚度，以实现分担载荷的效果。扭簧刚度应根据体重合理选择。此外，患者坐下时需要将扭簧松开，以便关节铰链自由弯曲。这种设计简单可靠，可以起到锻炼肌肉的效果，但做腿部弯曲角度较大的动作会感到比较费力。

关节铰链转动助力系统是采用钢丝绳及滑轮系统把脚踏地面的力转化为膝、髋部纵向运动所需力矩。鉴于日常活动中髋部铰链横向转动较少，仍采用扭簧控制髋部关节铰链横向转动。关节铰链转动助力系统包括双层支撑鞋底和腿部滑轮-钢丝绳系统。

腿部滑轮-钢丝绳系统包括钢丝绳、髋部关节铰链部位突起处的滑轮、膝部单向铰链部位突起处的滑轮与钢丝绳长度调节器。