一種繩索型脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及康復(fù)醫(yī)療機器人領(lǐng)域，具體涉及一種用于特發(fā)性脊椎矯形的繩索型脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]脊椎側(cè)彎是指脊椎發(fā)生橫向異常彎曲?，F(xiàn)有研宄表明，脊椎側(cè)彎不僅導(dǎo)致患者外觀畸形，還嚴(yán)重危及人體的消化系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)、骨骼組織和神經(jīng)系統(tǒng)。脊椎病態(tài)彎曲擠壓骨骼、肌肉、神經(jīng)和內(nèi)臟等，使人產(chǎn)生疼痛，嚴(yán)重時甚至累及脊髓，導(dǎo)致人體機能喪失，出現(xiàn)完全性或不完全性癱瘓。特別是對于青少年骨骼發(fā)育時期，如未接受治療，病情有嚴(yán)重惡化趨勢。
[0003]目前脊椎側(cè)彎治療主要有手術(shù)療法和非手術(shù)療法兩種。其中手術(shù)療法風(fēng)險較大，對于特發(fā)性脊椎側(cè)彎青少年患者主要采用非手術(shù)療法。近年來，非手術(shù)療法主要應(yīng)用脊椎側(cè)彎矯形器，且研宄表明脊椎側(cè)彎矯形器能夠有效阻止青少年特發(fā)性脊椎側(cè)彎進一步惡化，避免手術(shù)治療。目前典型脊椎側(cè)彎矯形器主要有密爾沃基(Milwaukee)型[主要適用于年齡較小，20-50度側(cè)凸，病情進展緩慢的脊椎側(cè)彎患者]、波士頓(Boston)型矯形器[主要適用于腰部側(cè)凸患者]、大阪醫(yī)大(OMC)型矯形器、法國人發(fā)明的色努(Cheneau)型矯形器[適用于第6胸椎以下，45度左右的側(cè)凸患者]及其改型CBW[色努一波士頓一威士巴登]型矯形器等。但此類固定矯形器順應(yīng)性差，限制患者肌肉發(fā)育，妨礙患者正常生活。為改善順應(yīng)性，近期提出了采用柔性帶方式實現(xiàn)矯形的SpineCor矯形概念，改善了患者身體機能靈活性，但大大降低了矯形效果。綜合國內(nèi)外研宄現(xiàn)狀及醫(yī)療應(yīng)用表明，現(xiàn)有脊椎側(cè)彎矯形器均為被動矯形器，矯正力無法良好控制；制作及佩戴需根據(jù)臨床醫(yī)師或技師的經(jīng)驗；沒有考慮患者姿勢的改變對支具所產(chǎn)生矯形力的影響；導(dǎo)致矯形器治療效果有限。而主動矯形器(動態(tài)矯形器)尚未有學(xué)者研宄涉及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有脊椎側(cè)彎矯形器矯形力無法控制、順應(yīng)性差等不足，且考慮近年來發(fā)展迅速的繩驅(qū)動技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、慣性小、質(zhì)量輕、安全性好等優(yōu)點，本發(fā)明提供一種繩索型動態(tài)脊椎側(cè)彎矯形器一特發(fā)性脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人，通過智能化機器人控制方式實現(xiàn)脊椎側(cè)彎矯形力控制，有效阻止脊椎側(cè)彎的進一步惡化，并實現(xiàn)青少年特發(fā)性脊椎側(cè)彎疾病、脊椎運動損傷、脊椎術(shù)后等的康復(fù)和輔助治療，并可用于實時監(jiān)測佩戴者脊椎健康狀態(tài)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明特發(fā)性脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人的特征在于結(jié)構(gòu)框架包括上1、中2、下3三層橢圓形矯正環(huán)。上層矯正環(huán)I固定在佩戴者胸部，中層矯正環(huán)2固定在佩戴者腰部，而下層矯正環(huán)3固定在佩戴者胯部。呈與患者軀干匹配整體曲線形狀，每層橢圓環(huán)上下端沿周向均布小孔。且每層矯正圓環(huán)均通過扣帶連接，成對開門結(jié)構(gòu)，方便佩戴者穿戴。其中上、中兩層通過3根繩索連接，中、下兩層通過4根繩索進行連接，上、下兩層通過固定裝置7進行固定連接，下層放置滾筒6。上1、下3兩層橢圓矯正環(huán)可以采用多種剛性連接方式保證相對位置不變，利于患者穿戴治療。
[0007]本發(fā)明中上層環(huán)I和中層環(huán)2通過3根繩索驅(qū)動，沿周向均布布置，可提供3個自由度。中層環(huán)2和下層環(huán)3通過4根繩索進行連接，沿周向均布布置，可提供4個自由度。佩戴者進行運動的時候，繩索驅(qū)動可以響應(yīng)地進行伸縮，保證上、中、下三層矯正環(huán)不阻礙佩戴者進行運動。在保證治療效果的前提下，極大提升了產(chǎn)品的舒適性與方便性。
[0008]矯正環(huán)內(nèi)圈配有內(nèi)襯，增加佩戴舒適感，減少矯形器對佩戴者皮膚傷害。在內(nèi)襯中具有壓力傳感器，能夠測量佩戴者與矯正環(huán)的相對作用力，并能實時監(jiān)測佩戴者脊椎恢復(fù)情況及健康狀態(tài)。
[0009]本發(fā)明的有益效果是能夠用于治療脊椎側(cè)彎疾病、脊椎運動損傷、脊椎術(shù)后等的康復(fù)和輔助治療，并可用于實時監(jiān)測佩戴者脊椎健康狀態(tài)。且能根據(jù)患者的不同病情，通過產(chǎn)品自身控制采用不同的控制算法對佩戴者進行治療，改善了治療效果。同時，矯正環(huán)間采用繩索進行連接，結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、安全性高，利于佩戴者日?；顒樱黾恿伺宕魇孢m度。
【附圖說明】
[0010]圖1:繩索型脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人示意圖。
[0011]圖2:繩索型脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人側(cè)視圖。
[0012]圖中:1.上層矯正圓環(huán)2.中層矯正圓環(huán)3.下層矯正圓環(huán)4.繩索5.出索孔6.滾筒7.固定裝置
【具體實施方式】
[0013]在圖1及圖2中，本發(fā)明特發(fā)性脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人的特征在于結(jié)構(gòu)框架包括上、中、下三層橢圓形矯正環(huán)。上層矯正環(huán)I固定在佩戴者胸部，中層矯正環(huán)2固定在佩戴者腰部，而下層矯正環(huán)3固定在佩戴者胯部。呈與患者軀干匹配整體曲線形狀，每層橢圓環(huán)上下端沿周向均布小孔。且每層矯正圓環(huán)均通過扣帶連接，成對開門結(jié)構(gòu)，方便佩戴者穿戴。其中上、中兩層通過3根繩索連接，中、下兩層通過4根繩索進行連接，上、下兩層通過固定裝置7進行固定連接，下層放置滾筒6。所述矯正環(huán)1、2、3為ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)塑料材質(zhì)，根據(jù)人體軀干掃描生成三維模型，利用熔融沉積成型(FDM)技術(shù)直接成型。增加患者佩戴舒適性和順應(yīng)性。
[0014]所述繩索4采用鋼索或者尼龍繩索。
[0015]該機器人還具有一個索驅(qū)動裝置，索驅(qū)動裝置由伺服電機和多個滾筒組成，每一根連接下層矯正環(huán)的繩索4的一端纏繞于滾筒6上，通過控制伺服電機帶動滾筒6的轉(zhuǎn)動來控制繩索伸縮長度。所述驅(qū)動裝置的安裝位置根據(jù)所選用驅(qū)動元件的體積合理布局于下層矯正環(huán)3上。
[0016]矯正環(huán)內(nèi)圈配有內(nèi)襯，所述內(nèi)襯采用聚乙烯泡沫板，在內(nèi)襯中具有壓力傳感器，能夠測量佩戴者與矯正環(huán)的相對作用力。
[0017]所述控制方式為位置控制和力控制兩種模式，采用多通道驅(qū)動器的位置反饋和壓力傳感器電壓，將其信號發(fā)送至控制板，電機驅(qū)動電壓為脈寬信號。控制板根據(jù)接收的壓力信號，測量佩戴者與矯正環(huán)的相對作用力，根據(jù)設(shè)置好的康復(fù)方案，控制索驅(qū)動裝置，調(diào)整繩索的的伸縮長度，以使所述相對作用力滿足康復(fù)方案的要求。
[0018]本發(fā)明工作原理如下:
[0019]本發(fā)明基于人體生物力學(xué)、三點壓力治療理論和并聯(lián)機構(gòu)理論，采用矯形力動態(tài)可調(diào)方式對特發(fā)性青少年脊椎側(cè)彎患者進行康復(fù)治療。其主要結(jié)構(gòu)由上、中、下三層橢圓矯正環(huán)組成，呈與患者軀干匹配整體曲線形狀，方便患者穿戴，改善矯形器舒適度與順應(yīng)性方。兩層橢圓環(huán)間利用繩索進行連接，實現(xiàn)患者的三維動態(tài)力矯正。采用位置控制和力控制兩種控制模式，能夠控制作用于人體的力和力矩，也能夠控制其位置和方向，實現(xiàn)對患者施加六維力/力矩矯正，并實現(xiàn)矯正力動態(tài)可調(diào)。此裝置安裝有壓力、溫度傳感器等，可實時檢測患者受力情況，根據(jù)康復(fù)狀況靈活調(diào)整康復(fù)方案，為醫(yī)師提供理論依據(jù)。為進一步增加舒適度，患者和康復(fù)醫(yī)療機器人間使用聚乙烯泡沫板，且減輕矯正力對患者皮膚所造成傷害。此智能化機器人新型特發(fā)性脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人能夠阻止脊椎側(cè)彎的進一步惡化，實現(xiàn)青少年特發(fā)性脊椎側(cè)彎的康復(fù)治療。
【主權(quán)項】
1.一種繩索型脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人，其特征在于:該機器人包括上、中、下三層橢圓形矯正環(huán)、索驅(qū)動裝置和控制板，其中 三層矯正環(huán)在工作時分別套于患者的胸部、腰部、胯部，與患者軀干的曲線形狀相匹配，相鄰矯正環(huán)間使用繩索進行連接，可相對運動，其中上、中兩層矯正環(huán)通過3根繩索連接，中、下兩層矯正環(huán)通過4根繩索進行連接，上層和下層矯正環(huán)之間采用固定裝置剛性連接，其相對位置保持不變； 矯正環(huán)內(nèi)側(cè)具有內(nèi)襯和壓力傳感器，能夠測量患者與矯正環(huán)之間的相對作用力。 索驅(qū)動裝置包括伺服電機和4個滾筒，滾筒和伺服電機均固定于下層矯正環(huán)上，每一根連接下層矯正環(huán)的繩索的一端都纏繞于一個滾筒上，伺服電機能夠帶動滾筒轉(zhuǎn)動，從而控制繩索的伸縮長度； 控制板根據(jù)接收的所述壓力傳感器的壓力信號，獲取患者與矯正環(huán)之間的相對作用力，根據(jù)設(shè)置好的康復(fù)方案，控制索驅(qū)動裝置，調(diào)整繩索的的伸縮長度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繩索型脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人，其特征在于每層矯正圓環(huán)采用硬質(zhì)材料，上下端沿周向均布小孔。上層圓環(huán)側(cè)面上端開有與患者手臂匹配的凹槽，前部中間留有間隙，呈對開門結(jié)構(gòu)，并安裝扣帶。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項所述的繩索型脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人，其特征在于:該機器人采用位置控制和力控制兩種控制模式，能夠控制矯正環(huán)作用于人體的力和力矩，也能夠控制其位置和方向，實現(xiàn)對患者施加六維力/力矩矯正，并實現(xiàn)矯正力動態(tài)可調(diào)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的繩索型脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人，其中所述矯正環(huán)為ABS塑料材質(zhì)，根據(jù)人體軀干掃描生成的三維模型，利用熔融沉積成型(FDM)技術(shù)直接成型。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繩索型脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人，其中所述繩索是鋼索或者尼龍繩索。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繩索型脊椎側(cè)彎康復(fù)醫(yī)療機器人，其中所述內(nèi)襯是聚乙烯泡沫板。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種索驅(qū)動脊椎側(cè)彎康復(fù)治療機器人，其結(jié)構(gòu)主要由上、中、下三層矯正圓環(huán)組成，呈與患者軀干匹配整體曲線形狀，兩層矯正圓環(huán)間利用繩索進行連接，繩索驅(qū)動裝置由伺服電機和滾筒組成,通過伺服電機帶動滾筒轉(zhuǎn)動來控制索伸縮長度，實現(xiàn)患者的三維動態(tài)力矯正。此裝置穿戴方便，與患者軀干曲線良好匹配，矯正力動態(tài)可調(diào)，能夠阻止脊椎側(cè)彎的進一步惡化，實現(xiàn)青少年特發(fā)性脊椎側(cè)彎疾病、脊椎運動損傷、脊椎術(shù)后等的康復(fù)和輔助治療，并可用于實時監(jiān)測佩戴者脊椎健康狀態(tài)。
【IPC分類】A61B5/00, A61F5/01
【公開號】CN104983498
【申請?zhí)枴緾N201510405041
【發(fā)明人】楊熾夫
【申請人】哈爾濱天愈康復(fù)醫(yī)療機器人有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月10日