專利名稱：一種膝關(guān)節(jié)輔助裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及仿生機械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種穿戴式膝關(guān)節(jié)輔助裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)研究表明，人進入中老年后會出現(xiàn)不同程度的膝關(guān)節(jié)軟骨退行性磨損、損傷和病變，嚴重時會導(dǎo)致疼痛難忍、行走困難，生活不便。近年來，伴隨全世界范圍內(nèi)的老齡化，膝關(guān)節(jié)病人日益增多。對此，目前較好的醫(yī)療方法是通過開放性關(guān)節(jié)手術(shù)實施人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)。但該手術(shù)創(chuàng)傷面大、費用高、恢復(fù)期長、副作用多；而且，人工膝關(guān)節(jié)的壽命有限； 另外，也有相當(dāng)多病人的體質(zhì)不宜這種手術(shù)。因此，需要可替代的手段幫助膝關(guān)節(jié)病人得到康復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，通過無損手段，減少或避免膝關(guān)節(jié)軟骨摩擦與損傷，減輕膝關(guān)節(jié)病變與損傷引起的疼痛，同時增強下肢站立、徒步和負重能力。為解決上述問題，本發(fā)明首先公開一種膝關(guān)節(jié)輔助裝置，包括通過轉(zhuǎn)動單元實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接的大腿模塊與小腿模塊，所述大腿模塊與小腿模塊均包括防護部件以及固定在所述防護部件上的捆綁帶；所述轉(zhuǎn)動單元包括轉(zhuǎn)動連接的上部單元、下部單元；所述大腿模塊還包括關(guān)節(jié)拉伸單元和固定在防護部件上的具有上部腔體的大腿固定單元，所述大腿固定單元上設(shè)置有上部調(diào)節(jié)單元，所述上部調(diào)節(jié)單元包括滑動設(shè)置在所述上部腔體內(nèi)的上部滑動塊，以及用于將上部滑動塊固定在大腿固定單元上的固定螺絲；所述轉(zhuǎn)動單元的上部單元與上部滑動塊之間通過減震扭曲單元實現(xiàn)彈性連接；所述小腿模塊還包括固定在防護部件上的具有下部腔體的小腿固定單元以及腳部單元，所述小腿固定單元上設(shè)置有下部調(diào)節(jié)單元，所述下部調(diào)節(jié)單元包括滑動設(shè)置在所述下部腔體內(nèi)的下部滑動塊，以及用于將下部滑動塊固定在小腿固定單元上的固定螺絲；所述轉(zhuǎn)動單元的下部單元與下部滑動塊之間也通過減震扭曲單元實現(xiàn)彈性連接。進一步的，所述的關(guān)節(jié)拉伸單元的一端為旋轉(zhuǎn)把手、另一端與上部滑動塊轉(zhuǎn)動連接。進一步的，所述減震扭曲單元包括固定在所述上部單元以及下部單元上的螺桿， 所述螺桿分別穿過對應(yīng)的上部滑動塊或下部滑動塊上開設(shè)的通孔，還包括旋設(shè)在螺桿自由端的固定螺母以及套設(shè)在所述螺桿上的彈簧。優(yōu)選的，所述膝關(guān)節(jié)輔助裝置可以根據(jù)情況包含或去掉連接在小腿固定單元上的腳部單元，所述腳部單元由機械腳脖、固定螺絲和彈性機械腳底組成，其中機械腳脖固定于小腿固定單元的下部腔體底部，固定螺絲用于固定機械腳脖于小腿固定單元。
本發(fā)明其次還公開了一種如上所述的膝關(guān)節(jié)輔助裝置的使用方法，包括以下步驟步驟1 取本裝置，解開大腿模塊與小腿模塊上的所有捆綁帶；松開關(guān)節(jié)拉伸單元以及上部調(diào)節(jié)單元、下部調(diào)節(jié)單元、腳部單元的固定螺絲；根據(jù)使用者的體重，調(diào)節(jié)減震扭曲單元的彈性；步驟2 根據(jù)大腿、小腿的長度調(diào)整上部調(diào)節(jié)單元、下部調(diào)節(jié)單元和腳部單元的位置；步驟3 把本裝置與下肢貼合，其中轉(zhuǎn)動單元轉(zhuǎn)動軸心線與使用者膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸心線重合；使彈性機械腳底略低于使用者的腳底。步驟4 初步旋轉(zhuǎn)下部調(diào)節(jié)單元和腳部單元的固定螺絲至各自單元不能自由移動；步驟5 初步捆扎所有捆綁帶于相應(yīng)部位至大腿模塊與小腿模塊不能自由移動；步驟6 站立并試走，根據(jù)站立和走動時的感受進一步調(diào)整上部調(diào)節(jié)單元、下部調(diào)節(jié)單元和腳部單元的位置，調(diào)整關(guān)節(jié)拉伸單元直到感覺身體負荷已經(jīng)轉(zhuǎn)移到本裝置且行走適舒時為止；步驟7 把上部調(diào)節(jié)單元、下部調(diào)節(jié)單元和腳部單元的固定螺絲扭緊到位，把所有捆綁帶束緊到位。進一步的，所述步驟5與步驟6之間包括通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)拉伸單元移動上部滑動塊以調(diào)節(jié)膝關(guān)節(jié)的間隙。優(yōu)選的，所述裝置為四件，分別位于使用者兩條腿的兩側(cè)；或者所述裝置為兩件， 分別位于使用者兩條腿的外側(cè)。優(yōu)選的，安裝腳部單元時，所述彈性機械腳底低于使用者的腳底。優(yōu)選的，根據(jù)實際情況選擇使用或者不使用腳部單元如果需要增加負荷強度或代替小腿和腳部負重則選擇安裝腳部單元，如果注重穿戴方便和美觀則卸掉腳部單元。優(yōu)選的，調(diào)整少兒下肢畸形時取本裝置兩件捆扎在畸形腿上，通過逐步調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)拉伸單元實現(xiàn)畸形的矯正。本發(fā)明的優(yōu)點是用外在器件輔助或代替膝關(guān)節(jié)及下肢其它部位承重，降低或避免了膝關(guān)節(jié)軟骨的摩擦和損傷，增強了使用者站立、徒步和負重能力，為膝關(guān)節(jié)退行性病變的延緩、醫(yī)療、以及提高該病人群體的生活質(zhì)量提供了一種手段；同時也為士兵、交警、勘探等需要長時間徒步和站立人群提供一種職業(yè)輔助器材，本裝置還用于少兒下肢矯正。此外， 本發(fā)明應(yīng)用范圍廣泛，雖主要針對人體下肢，但不限于此。


圖1所示為本發(fā)明較佳實施例的膝關(guān)節(jié)輔助裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示為本發(fā)明較佳實施例的膝關(guān)節(jié)輔助裝置穿戴示意圖。
具體實施例方式為了進一步了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。參見圖1所示的膝關(guān)節(jié)輔助裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，所述的膝關(guān)節(jié)輔助裝置自上而
5下分為大腿模塊1與小腿模塊2，所述大腿模塊1與小腿模塊2之間通過轉(zhuǎn)動單元5實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接，且大腿模塊1與小腿模塊2均包括防護部件3以及固定在防護部件3上的捆綁帶 4。所述防護部件3由多層材料構(gòu)成，用于保護捆綁部位的皮膚和增強穿戴的舒適性。通過捆綁帶4可以分別將大腿模塊1與使用者的大腿固定、將小腿模塊2與使用者的小腿固定， 并且轉(zhuǎn)動單元5的轉(zhuǎn)動軸心線與使用者膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸心線重合。所述轉(zhuǎn)動單元5包括上部單元51、下部單元52以及連接于所述上部單元51以及下部單元52之間的軸承53。所述大腿模塊1包括固定在防護部件3上的大腿固定單元10，所述大腿固定單元 10包括上部腔體100，所述大腿固定單元10上設(shè)置有上部調(diào)節(jié)單元11，所述上部調(diào)節(jié)單元 11包括滑動設(shè)置在所述上部腔體100內(nèi)的上部滑動塊110，以及用于將上部滑動塊110固定在大腿固定單元10上的固定螺絲111。所述上部滑動塊110用于調(diào)節(jié)膝關(guān)節(jié)輔助裝置的長度，以適應(yīng)腿部長度。所述轉(zhuǎn)動單元5的上部單元51與上部滑動塊110之間通過減震扭曲單元12實現(xiàn)彈性連接，具體而言，所述上部單元51上固定有螺桿120，所述螺桿120的自由端穿過上部滑動塊110上開設(shè)的通孔并與固定螺母122旋設(shè)。所述螺桿120上套設(shè)有彈簧121，用于扭曲、撓曲和減震。當(dāng)轉(zhuǎn)動固定螺母122時，上部單元51與上部滑動塊110之間的相對距離發(fā)生變化，進而彈簧121的壓縮量發(fā)生變化，用于調(diào)節(jié)彈簧121的扭撓范圍與彈性強度。所述大腿固定單元10上還螺紋旋設(shè)有關(guān)節(jié)拉伸單元13，所述關(guān)節(jié)拉伸單元13的一端為旋轉(zhuǎn)把手、另一端與上部滑動塊110轉(zhuǎn)動連接。當(dāng)固定螺絲111未鎖緊時，通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)拉伸單元13可以實現(xiàn)上部滑動塊110相對上部腔體100滑動，以調(diào)節(jié)膝關(guān)節(jié)的間隙。所述小腿模塊2與大腿模塊1的結(jié)構(gòu)接近，包括固定在防護部件3上的小腿固定單元20，所述小腿固定單元20包括下部腔體200，所述小腿固定單元20上設(shè)置有下部調(diào)節(jié)單元21，所述下部調(diào)節(jié)單元21包括滑動設(shè)置在所述下部腔體200內(nèi)的下部滑動塊210，以及用于將下部滑動塊210固定在小腿固定單元20上的固定螺絲211。所述下部滑動塊210 同樣用于調(diào)節(jié)該膝關(guān)節(jié)輔助裝置的長度，以適應(yīng)腿部長度。所述轉(zhuǎn)動單元5的下部單元52與下部滑動塊210之間同樣通過減震扭曲單元22 實現(xiàn)彈性連接，具體而言，所述下部單元52上固定有螺桿220，所述螺桿220的自由端穿過下部滑動塊210上開設(shè)的通孔并與固定螺母222旋設(shè)。所述螺桿220上套設(shè)有彈簧221，用于扭曲、撓曲和減震。所述小腿固定單元20上還連接有腳部單元6，所述腳部單元6由機械腳脖60、固定螺絲61和彈性機械腳底62組成，其中機械腳脖60固定于小腿固定單元20的下部腔體 200底部，用于連接彈性機械腳底62和小腿固定單元20 ；固定螺絲61用于固定機械腳脖 60于小腿固定單元20 ；彈性機械腳底62用于承接機械腳脖60傳遞來的身體負荷，增加站立穩(wěn)定性及行走后彈力。進一步的，所述固定螺絲61位于松開狀態(tài)時能夠相對小腿固定單元20滑動，進而調(diào)整腳部單元6相對小腿固定單元20的位置。進一步的，本發(fā)明還公開了上述膝關(guān)節(jié)輔助裝置的使用方法，參見圖2所示的膝關(guān)節(jié)輔助裝置穿戴示意圖，其使用方法包括以下步驟步驟1 取本裝置四件，解開大腿模塊1與小腿模塊2上的所有捆綁帶4 ；松開關(guān)節(jié)拉伸單元13以及上部調(diào)節(jié)單元11的固定螺絲111、下部調(diào)節(jié)單元21的固定螺絲211 ；根據(jù)使用者的體重，通過調(diào)節(jié)固定螺母122、222調(diào)節(jié)好減震扭曲單元12、22的彈性。根據(jù)實際情況選擇使用或者不使用腳部單元6 如果需要增加負荷強度或代替小腿和腳部負重則可選擇安裝腳部單元6，如果注重穿戴方便和美觀則卸掉腳部單元6。步驟2 根據(jù)大腿、小腿的長度調(diào)整相應(yīng)的上部調(diào)節(jié)單元11、下部調(diào)節(jié)單元21和腳部單元6的位置。步驟3 把上述四件本裝置分別貼合在左、右下肢兩側(cè)，其中大腿固定單元10的內(nèi)側(cè)貼在大腿兩側(cè)，轉(zhuǎn)動單元5的轉(zhuǎn)動軸心線與使用者膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸心線重合。如果使用腳部單元6時，腳部單元6貼在腳的兩側(cè)，并使彈性機械腳底62略低于使用者的腳底。步驟4 初步旋轉(zhuǎn)下部調(diào)節(jié)單元21和腳部單元6的固定螺絲111、211、61至各自單元不能自由移動，但也不完全鎖緊，在外力作用下各單元仍然能夠有少許的位移。步驟5 初步捆扎所有捆綁帶4于相應(yīng)部位至大腿模塊1與小腿模塊2不能自由移動。步驟6 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)拉伸單元13，上部滑動塊110移動，使得膝關(guān)節(jié)適當(dāng)拉伸。之后， 當(dāng)使用者走動時，膝關(guān)節(jié)的反復(fù)伸縮作用會使得大腿模塊1與小腿模塊2略微收縮，而關(guān)節(jié)拉伸單元13用于預(yù)設(shè)一定拉伸量以平衡使用時的收縮。站立并試走，根據(jù)站立和走動時的感受進一步調(diào)整各單元，直到感覺身體負荷已經(jīng)轉(zhuǎn)移到本裝置且行走適舒時為止。步驟7 把上部調(diào)節(jié)單元11、下部調(diào)節(jié)單元21和腳部單元7的固定螺絲111、211、 61扭緊到位，把所有捆綁帶4束緊到位，然后進行站立、徒步、坐、臥等活動。當(dāng)使用者休息時，便不再需要使用本裝置，進行步驟8 解開大腿模塊1與小腿模塊2上的所有捆綁帶4，脫去本裝置。圖2中示出了一條腿使用兩件本裝置、兩條腿上四件本裝置同時使用的情況，作為簡化的使用方式，取本裝置兩件，分別捆扎在兩條腿的外側(cè)，然后進行上述操作，也實現(xiàn)類似作用，但支撐的效果和徒步的平衡性稍差。如果用于調(diào)整少兒下肢畸形，取本裝置兩件捆扎在畸形腿上，通過逐步調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)拉伸單元13實現(xiàn)畸形的矯正。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種膝關(guān)節(jié)輔助裝置，其特征在于，包括通過轉(zhuǎn)動單元實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接的大腿模塊與小腿模塊，所述大腿模塊與小腿模塊均包括防護部件以及固定在所述防護部件上的捆綁帶；所述轉(zhuǎn)動單元包括轉(zhuǎn)動連接的上部單元、下部單元；所述大腿模塊還包括關(guān)節(jié)拉伸單元和固定在防護部件上的具有上部腔體的大腿固定單元，所述大腿固定單元上設(shè)置有上部調(diào)節(jié)單元，所述上部調(diào)節(jié)單元包括滑動設(shè)置在所述上部腔體內(nèi)的上部滑動塊，以及用于將上部滑動塊固定在大腿固定單元上的固定螺絲； 所述轉(zhuǎn)動單元的上部單元與上部滑動塊之間通過減震扭曲單元實現(xiàn)彈性連接； 所述小腿模塊還包括固定在防護部件上的具有下部腔體的小腿固定單元以及腳部單元，所述小腿固定單元上設(shè)置有下部調(diào)節(jié)單元，所述下部調(diào)節(jié)單元包括滑動設(shè)置在所述下部腔體內(nèi)的下部滑動塊，以及用于將下部滑動塊固定在小腿固定單元上的固定螺絲； 所述轉(zhuǎn)動單元的下部單元與下部滑動塊之間也通過減震扭曲單元實現(xiàn)彈性連接。
2.如權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)輔助裝置，其特征在于，所述關(guān)節(jié)拉伸單元螺紋旋設(shè)于大腿固定單元上，其一端為旋轉(zhuǎn)把手、另一端與上部滑動塊轉(zhuǎn)動連接。
3.如權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)輔助裝置，其特征在于，所述防護部件由多層材料構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)輔助裝置，其特征在于，所述上部單元以及下部單元之間通過軸承轉(zhuǎn)動連接。
5.如權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)輔助裝置，其特征在于，所述減震扭曲單元包括固定在所述上部單元以及下部單元上的螺桿，所述螺桿分別穿過對應(yīng)的上部滑動塊或下部滑動塊上開設(shè)的通孔，還包括旋設(shè)在螺桿自由端的固定螺母以及套設(shè)在所述螺桿上的彈簧。
6.如權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)輔助裝置，其特征在于，所述腳部單元由機械腳脖、固定螺絲和彈性機械腳底組成，其中機械腳脖固定于小腿固定單元的下部腔體底部，固定螺絲用于固定機械腳脖于小腿固定單元。
7.—種權(quán)利要求6所述的膝關(guān)節(jié)輔助裝置的使用方法，其特征在于包括以下步驟 步驟1 取本裝置，解開大腿模塊與小腿模塊上的所有捆綁帶；松開關(guān)節(jié)拉伸單元以及上部調(diào)節(jié)單元、下部調(diào)節(jié)單元和腳部單元的固定螺絲；根據(jù)使用者的體重，調(diào)節(jié)減震扭曲單元的彈性；步驟2 根據(jù)大腿、小腿的長度調(diào)整上部調(diào)節(jié)單元、下部調(diào)節(jié)單元和腳部單元的位置； 步驟3:把本裝置與下肢貼合，其中轉(zhuǎn)動單元轉(zhuǎn)動軸心線與使用者膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸心線重合；步驟4 初步旋轉(zhuǎn)下部調(diào)節(jié)單元和腳部單元的固定螺絲至各自單元不能自由移動； 步驟5 初步捆扎所有捆綁帶于相應(yīng)部位至大腿模塊與小腿模塊不能自由移動； 步驟6 站立并試走，根據(jù)站立和走動時的感受進一步調(diào)整上部調(diào)節(jié)單元、下部調(diào)節(jié)單元和腳部單元的位置，調(diào)整關(guān)節(jié)拉伸單元直到感覺身體負荷已經(jīng)轉(zhuǎn)移到本裝置且行走適舒時為止；步驟7 把上部調(diào)節(jié)單元、下部調(diào)節(jié)單元和腳部單元的固定螺絲扭緊到位，把所有捆綁帶束緊到位。
8.如權(quán)利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述關(guān)節(jié)拉伸單元螺紋旋設(shè)于在所述大腿固定單元上，其一端為旋轉(zhuǎn)把手、另一端與上部滑動塊轉(zhuǎn)動連接；相應(yīng)的，所述步驟5與步驟6之間包括旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)拉伸單元以移動上部滑動塊進而調(diào)節(jié)膝關(guān)節(jié)的間隙。
9.如權(quán)利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述裝置為四件，分別位于使用者兩條腿的兩側(cè)；或者所述裝置為兩件，分別位于使用者兩條腿的外側(cè)。
10.如權(quán)利要求7所述的使用方法，其特征在于，安裝腳部單元時，所述彈性機械腳底低于使用者的腳底。
11.如權(quán)利要求7所述的使用方法，其特征在于，根據(jù)實際情況選擇使用或者不使用所述腳部單元。
12.如權(quán)利要求7所述的使用方法，當(dāng)所述膝關(guān)節(jié)輔助裝置用于調(diào)整少兒下肢畸形時， 取本裝置兩件捆扎在一條畸形腿上，通過逐步調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)拉伸單元實現(xiàn)畸形7的矯正。
全文摘要
本發(fā)明涉及仿生機械技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種膝關(guān)節(jié)輔助裝置及其使用方法。該裝置包括通過轉(zhuǎn)動單元轉(zhuǎn)動連接的大腿模塊與小腿模塊，所述大腿模塊與小腿模塊均包括防護部件以及捆綁帶；所述大腿模塊還包括關(guān)節(jié)拉伸單元和固定在防護部件上的大腿固定單元，所述大腿固定單元上設(shè)置有上部調(diào)節(jié)單元；所述小腿模塊還包括固定在防護部件上的小腿固定單元，所述小腿固定單元上設(shè)置有下部調(diào)節(jié)單元；所述轉(zhuǎn)動單元與上部調(diào)節(jié)單元、下部調(diào)節(jié)單元彈性連接。本裝置能夠捆綁在下肢的外部，通過調(diào)節(jié)相關(guān)單元使其輔助或代替膝關(guān)節(jié)及下肢其他部位承接站立與步行時的身體負荷，可用于減緩或防止膝關(guān)節(jié)磨損、損傷和病變，增強下肢站立、徒步和負重能力，以及小兒腿部矯正。
文檔編號A61F5/00GK102429753SQ20111026443
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者張歡歡, 楊志和, 梁云, 王小剛, 趙風(fēng)景 申請人:上海電機學(xué)院