探測人體范圍彎曲狀態的裝置的制作方法

專利名稱：探測人體范圍彎曲狀態的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用來探測人體范圍，特別是脊椎彎曲部分彎曲狀態的裝置，它作為生物反饋系統，主要用于治療脊椎側凸，包括至少一個長度測量元件，一個電子測量儀，一個信號發送器和一個電源。
脊椎側凸被定義為部分硬化的脊椎部分扭曲，它僅在初期可以消退，但后來就變硬化。除了這種側向扭曲以外，主要是在主彎曲部位發生自發性脊椎側凸時，還相對出現平背或凹背，甚至個別脊椎部分出現回轉成分，是人體腰部隆起和肋骨隆起的病因。對于脊椎側凸的治療，現有多種不同的治療方法。
在醫療體操中，對于曲度角在大約15°到20°的情況，實行不同的鍛煉計劃。但在許多情況下無法阻止脊椎側凸的加重，而且，醫療體操并非對所有的脊椎側凸病都起作用。
除此以外，還有所謂圍腰療護(參見EP-A-389-379)。為此，開發了各種不同的圍腰式樣，例如Milwaukee圍腰、Ch neau圍腰和Boston圍腰。由于圍腰是靠壓力作用在規定的點上起穩定脊椎的作用，因此它必須相應地固定，以至穿戴起來體積較大，且不舒服。另外還會引起軀干肌的萎縮，使患者的活動越來越受限制。最終還可能使肋骨或受壓點以下的軟組織產生永久畸形。這種圍腰不管怎樣每天需要戴上23小時，而且堅持天天要戴，直到骨骼完全發育好為止。一般要連續戴上3到4年。圍腰多數是給正在成長的人戴的，因此可以理解的是，由于愛美的原因，這樣的患者中有一部分人不可能經常堅持戴。還有圍腰的費用問題，對正在成長的人來說由于需要多次改動和更新圍腰，從而增加了費用。
關節固定術措施不大常用，特別是因為這種措施有風險。
最后，電刺激療法也是人們所知的。治療時，舉例來說，是借助一大約以l5°到30°角植入的系統運用日間刺激或夜間刺激。這種療法只是部分地實行。它不是專門針對脊椎側凸患者的，主要是用于治療神經病理疾病。而根據較新的科學信息，電刺激療法不適合于阻止漸進性的脊椎變形。
利用所謂生物反饋系統，通過強化激活作用，損失的肌群將會得到其功能的神經支配部分，或通過對主動肌的專門訓練建立替代功能。生物反饋系統的一個例子特別要舉Basmajian和De Lusa的所謂“EMG生物反饋”(1985)，見“Muscles alive.Their functions revealed by Electromyography”，5.Edition，Williams & Wilkons，Baltimore，USA(“活肌及其被肌電描記法揭示的功能”，第五版，威廉士與威爾康斯，巴爾的摩，美國)。上述諸治療方法要根據指征位置單獨使用，對于彎度角較高的情況也可一起使用。
迄今，生物反饋系統只偶然用于脊椎畸形。在文獻中作為成功的記述，這種生物反饋系統至今還未曾得以實現。在脊椎側凸的治療中，現今已知的有Dworkin等人的生物反饋系統(由Wong，Upadhyay，Ecans，Luk，Leong著述(1993))，見“Prediction of immediate brace effectiveness prior to its applicationfor Adolescent Idiopathic Scoliosis，Proceeding of the 9th International PhilipZorab Symposium，Cambridge”(“直接槁具應用于青年期自發性脊椎側凸之前的效果預測”，劍橋第九屆國際菲利普·佐拉普學術會議論文集)。該系統的依據是，物體長度隨著彎曲的增大而減少。這種系統也包含一長度信號裝置，該裝置必須帶在身體軀干上。個體一旦不再達到的某一特定的可調臨界長度，它就發出一音響信號。達到這一目的的主要辦法是，讓一繩圈從側面放在兩肩上，下面穿過褲襠，另一繩圈則繞在身體軀干的周圍。其原理曾被描述成是有效的，但不曾實施過。其所以缺乏可實施性，原因可能在于，患者必須整天在褲襠里帶一繩圈，他會感到不舒服。
治療措施一方面專注于青少年患者的成長階段，擔心青少年在很短的時間內彎曲病情明顯加重；另一方面則專注于成年脊椎側凸患者。其最主要的問題是疼痛，對心臟呼吸系統的影響，特別是影響絕經期后出現彎曲惡化。本說明書開頭提到的醫療體操療法本身可對脊椎側凸的彎曲狀態產生影響。這種療法已在很多研究中得到證明。許多彎曲不再繼續需要醫療體操措施，而是必須繼而通過圍腰治療或甚至通過一次手術才得到抑止。問題不僅僅在于通過保守療法不能阻止病情發展的患者的百分比不大，同時通過醫療體操措施有時不能阻止即使進展緩慢的脊椎側凸病變。另一方面，對這一部分患者來說，往往有必要使他們適應圍腰。這意味著要為從第一個石膏模型到完成矯形將付出可觀的代價。也存在少數患者不順從，也就是拒絕矯形的問題。這一方面是由于美容方面的因素造成的，另一方面也因有的患者即使得到充分的重點護理，但也忍受不住必要的壓枕壓力。
根據Schroth的三維脊椎側凸療法(Lehnert-Schroth著“三維脊椎側凸療法；Schroth呼吸-矯形外科系統”，1991年斯圖加特Gustav Fischer出版社)，專門針對脊椎側凸的訓練所追求的目標是，在所有的日常活動中保持有效的矯正體態。
造成彎曲加重的原因，一方面是由于不平衡的壓力壓迫椎體生長部位，從而更多地產生不平衡生長。另一方面是認為，單方面伸長關節囊和脊椎韌帶會促使彎曲加重。最后，脊椎側凸也可能因變性過程加重而惡化。惡化過程以原來存在的脊椎不平衡為基礎，脊椎不平衡的原因已部分被人們所了解，而對自發性脊椎側凸脊椎不平衡的原因仍然還不了解。彎曲變壞的前提條件是通常所見的機械因素，直立的體態以及與此相關的重力對彎曲的影響都對這些機械因素有利。Schroth三維脊椎側凸療法的目的在于，通過上文所述有效的矯正體態抵制在日常活動中影響脊椎的關節囊及其韌帶結構的變形力。當處于對脊椎彎曲部不利的位置或體態時，患者在日常生活中必須自己察覺。有些患者由于缺乏善于思考的能力或不愿順從，長期達不到這一要求。因此，上述背部訓練原則必須有器械支持。
在日常生活中，必須避免側彎脊椎和轉體運動，前者會加重彎曲，后者會加重回轉。這樣也許有可能實現像Schroth提出的那種矯正原則，從下部開始糾正已存在的彎曲。為此，必須對處于尾側最遠處的主彎曲部分施加影響。暫時不考慮較小的副彎曲部分(腰骶反弧)。根據經驗，一旦下部的主彎曲部分直立起來，其上部的彎曲部分就會出現肌肉姿勢反射，隨著有矯正能力的肌群的肌肉活力增強，對上部的彎曲也發生有利的影響。
因此，本發明的任務是，考慮到脊椎腰段部分的變形，也就是胸廓與骨盆之間那部分的變形，并考慮到肋骨隆起，創制一種用于探測人體范圍彎曲狀態的裝置，用該裝置記錄彎曲的加重及胸廓與骨盆之間軀干的縮短。
本發明解決上述任務的辦法是，用至少一根沿縱向伸長的測量桿作長度測量元件，它與至少一個支撐元件以及電子測量儀連接，其中縱向伸長測量桿安置在身上，其位置和運動應當是能掌握的，而電子測量儀至少由兩個可相對移動的導電傳感器組成。
考慮到尾側的脊椎矯形對位于頭側的脊椎部分，也就是對胸廓或頸椎范圍也能起反射性矯正作用這一事實，本發明適合于經過高位脊椎部分的反射作用對脊椎畸形作為整體產生有利影響。伸長測量桿的作用是把機械變形，即把可相對移動的導電傳感器的長度變化轉換為電測量量值，然后把長度變化通過導電傳感器的觸點傳送給信號發送器。用這種方式，可在身上適當部位安置根據本發明的裝置后可靠地斷定體態的變化。信號發送器指明超過事先規定的變形的情況，并促使患者重新采取更有利的和同時不同于伴隨信號發送器的信號所作的體態。
盡管根據本發明的裝置預先規定特別適合于探測因體態錯誤和脊椎變彎形成的彎曲或位移，但它同樣也可用來監視關節的運動極限，例如手術治療之后或運動療法治療過程中，以及肌(例如手臂、腿和胸部諸肌)活動及其強度的運動極限。
根據本發明的裝置也可以較佳地預先規定兩根伸長測量桿，它們彼此分開一定距離，并與支撐元件或電子測量儀連接。其中一根伸長測量桿承受拉力，另一根承受壓力，并與電子測量儀串聯，這樣，兩根伸長測量桿只需一次使用一個電子測量儀。
本發明的另一結構形式是伸長測量桿的一端可固定在一支撐元件上，其另一端同一個與該支撐元件相隔一定距離的另一個支撐元件以可移動的方式相連接。
為了能使一電脈沖到達信號發送器，把一個導電傳感器布置在伸長測量桿上，另一個導電傳感器布置在與伸長測量桿以可移動的方式相連接的支撐元件上。如果在發生規定的身體運動時兩個導電傳感器相互接觸，電子測量儀內部的電路閉合，信號發送器斷開。為此，導電傳感器與供電電源和信號發送器連接。供電電源可以是一干電池或一蓄電池，而信號發送器則可以是一聲信號發送器和(或)一光信號發送器。為了更好地獲取信號發送器的聲信號或光信號，患者可以配戴耳聽器或帶微型燈的眼鏡。其中可通過功能信號進行傳遞。此外，還可以為患者配備一個可裝在一件衣服里的尋呼接收機。另外還有一系列辦法把聲信號或光信號傳送給患者。
在本發明的另一種較佳結構形式中，電子測量儀可以配置供信號發送器用的延時組件，例如延時10秒，以便患者每作一次小的運動時不受信號發送器干擾。
為了保護整個根據本發明的裝置不受外界影響，整個裝置或連帶支撐元件的伸長測量桿可以用一個保護套管包住，在一定程度上把整個系統包起來。這種情況下，整個電子測量儀可置于保護套管之內。保護套管最好采用彈性塑料，例如采用硅樹脂塑料制成。
既然整個系統最好是置于一塊保護套管內，傳感器也可以用保護套管本身構成，把埋入其中的電子管以及附帶把電子測量儀都包括在內，以使材料的利用達到最佳狀態。諸保護電子管本身可以交錯插入，系統受拉或受壓可以經過電子測量儀發送信號。
根據具體的用途，支撐元件或保護套管可以借助粘附元件直接固定在人體皮膚上。作為粘附元件，可以預先規定為膠布、繃帶或吸盤等。
在作另一種用途時，可把支撐元件或保護套管固定在預先穿在患者身上的彈性緊身內衣(例如紡織緊身內衣)上。
為了把支撐元件或保護套管固定在緊身內衣上，可采用預先規定用尼龍搭扣或撳鈕。此外，支撐元件或保護套管也可以縫在緊身內衣上。本發明裝置的非常優異之處在于，它可用特別簡單的方式固定在身體上。本裝置可以固定在矯形器上，或預先設計成將它附屬在矯形器上。另外也可采用一彈性胸腰支架，類似上述緊身內衣，在上面固定根據本發明的裝置。根據需要，在胸腰支架上裝一個供包括電源和信號發送器在內的電子測量儀用的接受插口。胸腰支架和緊身內衣可選用輕型材料制作，使之適合人體體形。必須使胸腰支架和緊身內衣緊貼腰身，但不得壓迫和妨礙患者呼吸。與圍腰或特制的矯形器比起來，穿戴舒適性有明顯改善，從而保證了為患者所接受和通過長期使用改進療效。
本發明的另一種結構形式，可以做到可植入患者的體內。
為了監視患者的體態變化等情況，例如在較遠的醫院里監視或進行大范圍的實地試驗時，也有可能設計一種遠距離傳送信號發送器的信號的裝置。
以下，根據較佳實施例，參照附圖對本發明加以描述。圖中

圖1根據本發明的裝置應用于患者時的示意圖；圖2根據本發明的裝置的另一結構形式應用于患者時的示意圖；圖3根據本發明的裝置的其它一種結構形式應用于患者時的示意圖；以及圖4應用于患者時的材料圖表以及按1∶1比例的具體結構尺寸。
圖1表示根據本發明的裝置1應用的一個例子的情況，即當患者2的脊椎后凸時，從而使裝置1處于受拉狀態時的情況。根據本發明的裝置1在本例中是固定在一緊身內衣3上，緊身內衣套在患者2的身體上，其中裝置1位于患者2背部4的中部。
圖2表示根據本發明的裝置1應用于與圖1相反的情況，即患者2的脊椎為脊椎前凸，因而裝置1處于受壓狀態，其中裝置1直接固定在患者2的背部4。
裝置1有一作為長度測量元件的伸長測量桿5。伸長測量桿5的一端與一支撐元件6為剛性固定連接。伸長測量桿5在支撐元件6上的剛性固定是借助一裝在支撐元件6上的固定螺絲7實現的。根據圖1，支撐元件6借助一撳鈕8固定在患者2穿在身上的緊身內衣3上。在這種結構形式中，為了掌握患者2的脊椎彎曲情況，裝置1處在患者2的背部4的范圍內。裝置1也可以采取圖中沒有示出的形式，置于患者2的胸部范圍的前側，或者也可以置于相應彎曲部的腰部范圍內。此外，裝置1還可以置于人體的其他部位。
伸長測量桿5與支撐元件6相對的那一端，與另一支撐元件9相連接，伸長測量桿5可縱向移動，支撐元件9同樣借助一撳鈕8固定在緊身內衣3上。
電子測量儀10的基本組成部分是兩個導電傳感器11和12，它們被預先設計成可達到相互接觸。其中一個傳感器11在伸長測量桿5的導軌范圍內固定布置在支撐元件9上。另一個傳感器12則相反，是安裝在伸長測量桿5上。根據圖1，傳感器12是處在伸長測量桿5在支撐元件9內的導軌以下伸長測量桿5的端部。這樣，當患者2向前彎腰時，也就是在患者的脊椎受拉的情況下，傳感器11與傳感器12之間便發生接觸。
相反地，根據圖2，傳感器12是置于傳感器11的支撐元件9的上方，裝在伸長測量桿5上，以便讓伸長測量桿5的自由端在支撐元件9中穿過。這樣，當患者2向后彎腰和隨之其脊椎受壓時，導電傳感器11與12之間便產生接觸。傳感器11經過一根導線13與信號發送器14相連接。傳感器12經過另一根導線15與一電源16相連接，而電源16在其一側又與信號發送器14連接起來。不言而喻，與信號發送器14和電源16連接的電子測量儀10可以裝在一個小機殼內，小機殼可以固定在患者2身體軀干范圍的主彎曲部位。
裝置1直接放置在患者2的軀體皮膚上時，如圖2所示，支撐元件6和9要借助吸盤17固定。
為了適應裝置1，患者2先要穿上緊身內衣3。然后由醫生為支撐元件6和9標出相應的點。爾后在這些部位上用撳鈕8把支撐元件6和9固定在緊身內衣3上。在這樣的靜止狀態預先調好傳感器11和12。在作這樣的預調時，傳感器11與12之間的觸點是閉合的，以便讓借助電源16經過導線13和15的電路閉合。這時，信號發送器14被激活。患者2必須借此學會適當糾正其身軀的彎曲狀態，讓信號發送器14不再發出信號。然后可以先每隔一星期，后每隔一月至數月，利用支撐元件6上的定位螺絲7對傳感器11與12之間的間距重新作相應的調整，以便經過一年達到增加矯正彎曲效果的目的。
根據脊椎側凸患者2的軀干情況，在第一批試驗中已證明，在胸廓范圍內弧部外側放置一牽引測量元件作為伸長測量桿17最為有利，如從圖3中可以看出的一樣，這種情況下，對于脊椎腰段來說，用一壓縮測量元件比用一伸長測量桿5更為有利。如圖中箭頭所示，伸長測量桿17承受拉力；同樣如圖中箭頭所示，伸長測量桿5承受壓力。肋骨隆起是脊椎胸段彎曲前最引人注目的特征，而腰部隆起則往往在直立狀態基本不突出于其他身體比例之上。在腰部范圍，倒是脊椎后凸內的凹陷更顯見得多，似乎可以在此處放置一個壓縮測量元件。當兩個測量元件串聯起來時，情況為最好，以便可以為他們配置一個公用的電子測量儀10。正如第一批試驗所證明的，在應用這種組合系統時，先要把一測量傳感器切斷，以便使患者2不致處于不必要的不安全狀態。然后，在添加胸椎上的測量傳感器11之前，接通腰部彎曲部的測量傳感器12，以便以后兩個傳感器11和12同時進入工作狀態。
利用本發明可實現一價廉物美的測量系統，并在配戴舒適方面達到最高水平，這樣促使患者容易接受。
權利要求
1.探測人體范圍彎曲狀態，特別是脊椎彎曲部分彎曲狀態的裝置，它作為生物反饋系統，主要用于治療脊椎側凸，包括至少一個長度測量元件，一個電子測量儀，一個信號發送器和一個電源，其特征在于，長度測量元件至少有一個縱向伸長測量桿(5)，它與至少一個支撐元件(6)以及與電子測量儀(10)連接，其中，縱向伸長測量桿(5)放置在身體范圍(4)，應測定身體的體態或運動，而電子測量儀(10)基本上由至少兩個可以相對運動的導電傳感器(11，12)組成。
2.根據權利要求1的裝置，其特征在于，預先規定了兩個伸長測量桿(5)，它們相互間隔一定距離，并與支撐元件(6)或電子測量儀(10)連接，其中一個伸長測量桿承受拉力，另一個伸長測量桿承受壓力，并與電子測量儀串聯起來。
3.根據權利要求1和2的裝置，其特征在于，伸長測量桿(5)的一端可固定在一支撐元件(6)上。
4.根據權利要求1到3的裝置，其特征在于，伸長測量桿(5)的另一端與另外一支撐元件(9)在保持可移動的狀態下相連接，該支持元件與支持元件(6)間隔一定距離。
5.根據權利要求1到4的裝置，其特征在于，兩個導電傳感器中的一個(11)布置在伸長測量桿(5)上，另一個導電傳感器(12)布置在支撐元件(9)上，伸長測量桿(5)與該支撐元件可通過移動進行連接。
6.根據權利要求1到5的裝置，其特征在于，導電傳感器(11，12)與電源(16)及信號發送器(14)相連接。
7.根據權利要求6的裝置，其特征在于，電源(15)是一干電池或一蓄電池。
8.根據權利要求6的裝置，其特征在于，信號發送器(14)為聲信號發送器和(或)光信號發送器。
9.根據權利要求1到8的裝置，其特征在于，電子測量儀(10)包括一供信號發送器(14)用的延時組件。
10.根據權利要求1到9的裝置，其特征在于，用保護套管將伸長測量桿(5)與支撐元件(6，9)包起來。
11.根據權利要求1到9的裝置，其特征在于，整個裝置(1)用保護套管包著。
12.根據權利要求1到11的裝置，其特征在于，傳感器(11，12)利用保護套管其本身以埋入管子里的方式構成，并在其內附帶包括一電子測量儀(10)，其中諸管子本身相互交錯。
13.根據權利要求10到12的裝置，其特征在于，保護套管由彈性塑料構成。
14.根據權利要求1到13的裝置，其特征在于，支撐元件(6，9)和保護套管用粘附元件(8)固定在人體皮膚上。
15.根據權利要求1到14的裝置，其特征在于，粘附元件為膠布、繃帶或吸盤(17)。
16.根據權利要求1到13的裝置，其特征在于，支撐元件(6，9)或保護套管可固定在患者(2)穿在身上的緊身內衣(3)上。
17.根據權利要求16的裝置，其特征在于，可預先規定使用尼龍搭扣或撳鈕(8)固定支撐元件(6，9)或保護套管。
18.根據權利要求16的裝置，其特征在于，可把支撐元件(6，9)或保護套管縫在緊身內衣(3)上。
19.根據權利要求1到13的裝置，其特征在于，裝置(1)可植入患者(2)的體內。
20.根據權利要求6的裝置，其特征在于，信號發送器是一冷/熱元件。
21.根據權利要求1的裝置，其特征在于，測量用純機械方式進行。
22.根據權利要求21的裝置，其特征在于，信號發送器也是以機械方式作用與患者。
全文摘要
用來探測人體范圍彎曲狀態,特別是脊椎彎曲部分彎曲狀態的裝置(1),它作為生物反饋系統,主要用于治療脊椎側凸,包括至少一個長度測量元件,一個電子測量儀(10),一個信號發送器(14)和一個電源(16)。為了在中等時期內治愈脊椎側凸傷病,長度測量元件是一縱長伸長測量桿(5),它與至少一個支撐元件(6)以及與電子測量儀(10)連接,其中,縱長伸長測量桿(5)放置在患者身體范圍(4),用來測定患者的體態或運動,而電子測量儀(10)基本上由至少兩個可以相對運動的導電傳感器(11,12)組成。
文檔編號A61B5/103GK1189768SQ97190448
公開日1998年8月5日 申請日期1997年3月3日 優先權日1997年3月3日
發明者魯道夫·魏斯 申請人:彼得·查普科維奇