關節裝置及具有其的減負荷護膝支具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種關節裝置及具有其的減負荷護膝支具，關節裝置包括仿股骨髁結構、仿脛骨平臺結構和能產生半月板功能的仿半月板結構，所述仿半月板結構具有與所述仿股骨髁結構滾動接觸的滾動元件，或所述仿股骨髁結構具有與所述仿半月板結構滾動接觸的滾動元件，或所述仿股骨髁結構和所述仿半月板結構具有滾動接觸的滾動元件。本實用新型的關節裝置及減負荷護膝支具，通過將仿股骨踝結構和仿半月板結構設置成滾動接觸的，可以充分提高在伸屈變化中擺動的靈敏度，達到無阻力狀態。
【專利說明】
關節裝置及具有其的減負荷護膝支具
技術領域
[0001]本實用新型涉及骨科醫療器械，具體地說，本實用新型涉及一種可以減少人體膝關節負荷的護膝支具。
【背景技術】
[0002]人體膝關節因承受較大的負荷，除急性創傷外，容易發生慢性損傷和退變。產生病變的首要因素是過度負重，病理上包括半月板斷裂、磨損，軟骨纖裂、退變，軟骨下骨質裸露等，最終導致膝關節損壞。然而，無論選擇何種治療方式，均牽涉到力學問題。必須在非功能替代的前提下，減少膝關節的應力，也就是說在完全無應力的狀態下膝關節病也難以康復。因此首選的力學治療方式是減少關節的負荷量，尤其是減少主要來自人體股骨髁以上的壓應力，不干擾膝關節的正常活動，才有望獲得最佳治療效果。
【申請人】的發明專利“仿生護膝支具”(專利號為2011101047764)較為合理的解決這一問題，但在實際使用中還存在如下的不足之處:
[0003]1、至伸直位阻力較大，靈敏度小；
[0004]2、只有在人體膝關節屈曲90度時，仿股骨髁結構才能向前伸展；
[0005]3、護膝裝置功率與步態變化，膝關節應力幅度的同步性應給以改進。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型提供一種關節裝置及具有其的減負荷護膝支具，目的是用于在膝關節急慢性損傷的治療中，既能使膝關節進行早期的功能性鍛煉活動，又能充分消除膝關節的負荷。
[0007]為了實現上述目的，本實用新型采取的技術方案為:關節裝置，包括仿股骨髁結構、仿脛骨平臺結構和能產生半月板功能的仿半月板結構，所述仿半月板結構具有與所述仿股骨髁結構滾動接觸的滾動元件，或所述仿股骨髁結構具有與所述仿半月板結構滾動接觸的滾動元件，或所述仿股骨髁結構和所述仿半月板結構具有滾動接觸的滾動元件。
[0008]所述仿股骨髁結構與所述仿脛骨平臺結構連接，且仿股骨髁結構能夠相對于仿脛骨平臺結構滑動運動和旋轉運動。
[0009]所述仿半月板結構包括設置于所述仿脛骨平臺結構上的第一彈性元件和由第一彈性元件提供彈性支撐力的浮動架，滾動元件為可旋轉的設置于浮動架上。
[0010]所述浮動架位于所述仿股骨踝結構與所述第一彈性元件之間，第一彈性元件并排設置多個。
[0011]所述仿脛骨平臺結構具有用于限定所述浮動架行程的抗壓柱，浮動架位于所述仿股骨踝結構與抗壓柱之間。
[0012]所述抗壓柱上設有用于與所述浮動架接觸的第一緩沖元件。
[0013]所述仿股骨踝結構包括凸輪形本體和設置于凸輪形本體內所設的滑槽中的第二彈性元件，凸輪形本體具有與所述仿半月板結構的滾動元件滾動接觸的圓弧形接觸面，所述仿脛骨平臺結構具有插入滑槽中的橫軸。
[0014]所述滑槽為圓弧形，所述第二彈性元件一端抵觸所述橫軸，另一端抵觸滑槽內壁。
[0015]本實用新型還提供了一種減負荷護膝支具，包括固定到人體大腿上的大腿支撐板和固定到人體小腿上的小腿支撐板，還包括上述關節裝置，所述仿股骨髁結構與所述大腿支撐板連接，所述仿脛骨平臺結構與所述小腿支撐板連接。
[0016]還包括與小腿支撐板連接的足套和固定于大腿支撐板上的牽引板，小腿支撐板長度可調。
[0017]本實用新型的關節裝置及減負荷護膝支具，通過將仿股骨踝結構和仿半月板結構設置成滾動接觸的，可以充分提高在伸屈變化中擺動的靈敏度，達到無阻力狀態;而且，仿半月板結構能模仿產生半月板的功能，以模仿人體膝關節的運動，將來自股骨的重力以遞減的方式均勻傳導至小腿，避免了集中載荷和減少脛股關節的壓應力，在膝關節急慢性損傷的治療中，既能使膝關節進行早期的功能性鍛煉活動，又能充分消除膝關節的負荷，仿股骨髁結構、仿半月板結構和仿脛骨平臺結構構成模仿人體膝關節運動的機構，模擬了膝關節軟骨面受壓相對彈性變形的特征，以非功能替代的形式緩沖瞬間沖擊力對關節面的再損傷，為膝關節創傷面的修復提供了良好的力學環境，并起到穩定的保護作用。
【附圖說明】
[0018]本說明書包括以下附圖，所示內容分別是:
[0019]圖1是第一種護膝支具的結構示意圖；
[0020]圖2是關節裝置的結構示意圖；
[0021 ]圖3是第二種護膝支具的結構示意圖；
[0022]圖中標記為:1、大腿支撐板;2、小腿支撐板;3、第一彈性元件；
[0023]4、仿股骨髁結構;41、凸輪形本體;42、滑槽;43、第二彈性元件;44、第一圓弧面；45、第二圓弧面；
[0024]5、仿脛骨平臺結構;51、仿脛骨平臺本體;52、抗壓柱;53、第一緩沖元件;54、第二緩沖元件;55、擋板;56、橫軸；
[0025]6、浮動架;7、滾動元件;8、固定帶；9、調節機構；10、足套；11、牽引板；12、連接機構。
【具體實施方式】
[0026]下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細的說明，目的是幫助本領域的技術人員對本實用新型的構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解，并有助于其實施。
[0027]如圖1至圖3所示，本實用新型提供了一種減負荷護膝支具及具有的關節裝置，減負荷護膝支具包括固定到人體大腿上的大腿支撐板I和固定到人體小腿上的小腿支撐板2，還包括用于連接大腿支撐板I和小腿支撐板2的關節裝置。該關節裝置包括仿股骨髁結構4、仿脛骨平臺結構5和能產生半月板功能的仿半月板結構，仿半月板結構具有與仿股骨髁結構4滾動接觸的滾動元件7，仿股骨髁結構4與大腿支撐板I的端部固定連接，仿脛骨平臺結構5與小腿支撐板2的端部固定連接。
[0028]具體地說，仿股骨髁結構4、仿半月板結構和仿脛骨平臺結構5構成模仿人體膝關節運動的關節裝置，仿人體膝關節生物形態，模仿人體膝關節的運動，仿半月板結構位于脛股關節之間，可以把股骨傳來的壓力分散到脛骨平臺上，具有均勻分布承重和穩定膝關節的功能，而且在治療早期能進行膝關節功能鍛煉活動，利于關節內組織、骨骼和支撐面的功能愈合，尤其是康復期軟骨面的愈合。由于仿半月板結構的存在，仿股骨髁結構4與仿脛骨平臺結構5在伸膝位時形成對抗力，模擬了膝關節軟骨面受壓相對彈性變形的特征，以非功能替代的形式緩沖瞬間沖擊力對關節面的再損傷，為膝關節創傷面的修復提供了良好的力學環境，并起到穩定的保護作用。
[0029]如圖1和圖2所示，大腿支撐板I在位于人體膝關節的端部為仿股骨髁結構4，小腿支撐板2在位于人體膝關節的端部為仿脛骨平臺結構5，仿股骨髁結構4與仿脛骨平臺結構5連接，且仿股骨髁結構4和大腿支撐板I能夠相對于仿脛骨平臺結構5滑動運動和旋轉運動。
[0030]如圖1和圖2所示，仿脛骨平臺結構5包括與仿股骨踝結構連接的仿脛骨平臺本體51，該仿脛骨平臺本體51為內部中空的殼體，仿脛骨平臺本體51的頂部具有讓仿股骨踝結構插入的開口，仿脛骨平臺本體51的頂部與小腿支撐板2固定連接。
[0031]仿半月板結構能模仿產生半月板和軟骨面的功能，將來自股骨的重力以遞減的方式均勻傳導至小腿，避免了集中載荷和減少脛股關節的壓應力，在膝關節急慢性損傷的治療中，既能使膝關節進行早期的功能性鍛煉活動，又能充分消除膝關節的負荷。如圖2所示，仿半月板結構設置于仿脛骨平臺本體51的內腔中，仿半月板結構包括第一彈性元件3和由第一彈性元件3提供向上的彈性支撐力的浮動架6，第一彈性元件3夾在浮動架6與仿脛骨平臺本體51的內底壁之間。浮動架6位于仿股骨踝結構與第一彈性元件3之間，滾動元件7為可旋轉的設置于浮動架6上，在第一彈性元件3的作用下，使浮動架6上的滾動元件7與仿股骨踝結構始終保持滾動接觸狀態。
[0032]作為優選的，第一彈性元件3為圓柱螺旋彈簧，其軸線與小腿支撐板2的長度方向相平行，第一彈性元件3且沿小腿支撐板2的寬度方向并排設置多個，所有第一彈性元件3的上端抵觸浮動架6，提高浮動架6的穩定性，提供足夠的彈性支撐力。在本實施例中，如圖2所示，第一彈性元件3共設置兩個，兩個第一彈性元件3之間間隔一定距離，各個第一彈性元件3分別抵觸浮動架6的一端。
[0033]如圖2所示，仿脛骨平臺結構5還包括設置于仿脛骨平臺本體51的內腔中且用于限定浮動架6下壓行程的抗壓柱52，抗壓柱52位于兩個第一彈性元件3之間，浮動架6位于仿股骨踝結構與抗壓柱52之間。
[0034]作為優選的，如圖2所示，抗壓柱52的頂部設有用于在浮動架6下壓時與浮動架6和滾動元件7接觸的第一緩沖元件53，第一緩沖元件53采用聚氨酯材料制成，避免抗壓柱52直接與浮動架6接觸產生碰撞。
[0035]如圖2所示，仿股骨踝結構包括凸輪形本體41和設置于凸輪形本體41內所設的滑槽42中的第二彈性元件43，凸輪形本體41插入仿脛骨平臺本體51的內腔中，凸輪形本體41具有相連接的第一圓弧面44和第二圓弧面45，第一圓弧面44作為與下方仿半月板結構的滾動元件7滾動接觸的圓弧形接觸面。第一圓弧面44和第二圓弧面45的曲率半徑均較大，第一圓弧面44和第二圓弧面45相連接形成凸輪形本體41的不規則底部曲面，且第一圓弧面44和第二圓弧面45在連接處形成一個尖端，該尖端處的角度近似銳角，且該尖端為凸輪形本體41的底端，凸輪形本體41的頂端與大腿支撐板I固定連接。
[0036]如圖2所示，仿脛骨平臺結構5還包括與仿脛骨平臺本體51連接且插入滑槽42中的橫軸56，橫軸56的軸線處于水平面內，與小腿支撐板2和仿脛骨平臺本體51的厚度方向相平行。橫軸56位于浮動架6的正上方，橫軸56與抗壓柱52之間的空間為擠壓升程區。滑槽42在凸輪形本體41上且為沿凸輪形本體41厚度方向貫穿設置的通槽，滑槽42并為從靠近凸輪形本體41底端的位置處延伸至靠近頂端位置處的圓弧形槽，滑槽42和第一圓弧面44的圓心位于橫軸56同一側，第二圓弧面45的圓心位于橫軸56的另一側。第二彈性元件43為沿滑槽42長度方向布置的圓柱螺旋抗壓縮彈簧，能產生壓縮變形，第二彈性元件43—端抵觸橫軸56，另一端抵觸滑槽42的內壁，且該內壁靠近凸輪形本體41的底端。
[0037]如圖2所示，仿脛骨平臺結構5還包括設置于仿脛骨平臺本體51的內側壁上的第二緩沖元件54和設置于第二緩沖元件54上且用于與凸輪形本體41的尖端接觸的擋板55，擋板55位于第二緩沖元件54與凸輪形本體41之間，擋板55并位于橫軸56的前方。擋板55和第二緩沖元件54均為豎直設置，第二緩沖元件54采用聚氨酯材料制成，擋板55與橫軸56之間的空間為凸輪回程區域。
[0038]如圖2所示，浮動架6的頂面為圓弧面，該圓弧面的圓心位于浮動架6的下方。滾動元件7為可旋轉的的設置于浮動架6上，且朝向浮動架6的頂面上方凸出，確保能夠與凸輪形本體41保持接觸狀態。滾動元件7為半圓柱形，中間有一圓孔，由插入的水平軸與浮動架6聯結，滾動元件7可順圓弧形頂面擺動。
[0039]如圖1所示，本實用新型還提供了第一種結構的減負荷護膝支具，其包括上述的關節裝置。此關節裝置的具體結構可參照圖2，在此不再贅述。由于本實用新型的減負荷護膝支具包括上述實施例中的關節裝置，所以其具有上述關節裝置的所有優點。在使用本結構的減負荷護膝支具的過程中，當大腿支撐板I與小腿支撐板2呈屈曲位相時，凸輪形本體41位于仿脛骨平臺本體51的回程區內，凸輪形本體41的尖端與前方的擋板55碰觸。滑槽42的內頂壁與橫軸56接觸，第二彈性元件43呈無壓縮放松態。滾動元件7位于凸輪形本體41的弧形后下緣，第一彈性元件3對浮動架6提供一定的支撐力，使浮動架6始終向上推舉凸輪形本體41，抗壓柱52上的第一緩沖元件53亦呈無壓縮狀態。當大腿支撐板I與小腿支撐板2呈伸直位相時，牽動凸輪形本體41位于橫軸56與抗壓柱52中間的擠壓升程區。凸輪形本體41的尖端受滾動元件7和抗壓柱52擠壓，使滑槽42的內頂壁與橫軸56分離，向上延伸，大腿支撐板I隨之向上延伸。當凸輪形本體41的尖端繼續向下時，擠壓浮動架6向下移動接觸第一緩沖元件53，通過抗壓柱52將沉降力傳遞至小腿支撐板2。此階段因空間限制，橫軸56與滑槽42的內底壁之間的距離變小，滑槽42內的彈簧亦受擠壓，聯合第一彈性元件3和第一緩沖元件53共同產生抗壓縮功效。由于凸輪形本體41呈錐圓體狀，尖端為銳角，與可擺動的滾動元件7成為兩個圓柱體間的滾動接觸，降低摩擦力，充分提高在伸屈變化中凸輪擺動的靈敏度，達到無阻力狀態。在屈曲65度位時，凸輪形本體41前移回程距離達最遠值，當屈曲度繼續加大，凸輪形本體41受橫軸56限制，停止前移，伴隨滾動元件7推升力旋轉。準備再次進入伸直相期，并最大限度的不影響膝關節的屈曲運動。
[0040]如圖3所示，本實用新型還提供了第二種結構的減負荷護膝支具，其是在圖1所示的第一種結構的減負荷護膝支具上做了進一步改進。該第二種結構的減負荷護膝支具包括上述的關節裝置，此關節裝置的具體結構可參照圖2，在此不再贅述。由于該減負荷護膝支具包括上述實施例中的關節裝置，所以其具有上述關節裝置的所有優點。除此以外，第二種結構的減負荷護膝支具還包括牽引板11和足套10，足套10與小腿支撐板2連接，且小腿支撐板2的長度可調。
[0041]如圖3所示，牽引板11為采用柔韌材料制成的，內面粘貼有硅膠膜。牽引板11且用于固定到大腿支撐板I的內側面上，佩戴使用時，大腿支撐板I通過彈性固定帶固定于大腿內外側，并將牽引板11以硅膠面粘貼大腿處皮膚產生摩擦力。牽引板11為倒塔形結構，向內為弧形面與彈性帶組合形成的桶狀結構，口徑上大下小。當膝關節屈曲時，桶狀牽引結構相對松弛，向前下方移動，當膝關節伸直時，桶狀牽引結構上升，相對緊縮，產生反向皮牽引力，以向上升力與大腿重力形成交換。與此同時，牽引板11內面粘貼硅膠膜，硅膠膜與皮膚接觸面通過一定的工藝處理，制成類似蛇皮鱗片排列結構，在彈性帶的固定下，當向前下移動時與皮膚接觸面變小，降低與皮膚的摩擦力，以減少從動件桿回程阻力。而反方向向上移動時，硅膠膜可與皮膚鎖合制動，增大與皮膚的接觸面。目的是在不損傷皮膚的情況下，產生足夠的皮膚牽引力和控制力。并且采用這種機構固定于人體大腿，不影響肢體血循環。
[0042]如圖3所示，小腿支撐板2為長度可調的，其在中段設有實現長度調節的調節機構
9。該調節機構9具有多種形式，如設置成通過螺紋連接的形式實現長度調節，或者通過設置抽拉結構且由插銷進行鎖止的形式實現長度調節;等等。足套10通過連接機構12與小腿支撐板2的下端實現轉動連接，足套10用于人體足部插入。連接機構12為鞍狀結構，采用軸擺動聯結，前后側裝有聚氨酯彈簧，其伸屈活動與人體一般行走時踝關節運動同步，具有減少來自地面震動動功能。小腿支撐板2整體依據人體小腿生物形態制作，足套10可插入所穿鞋內，或放置鞋的內外側，將重力傳遞至地面。小腿支撐板2采用兩組固定帶固定于人體小腿，這種機構可以產生足夠的支撐力，并且不影響下肢血液循環和不損傷軟組織。
[0043]上述結構的減負荷護膝支具，在佩戴使用時可利用人體膝關節的自體動力產生彈性升力和制動力，其力學功效與人體膝關節運動負荷狀態同步，可產生最佳輔助治療、保健效果。
[0044]依據美國加州Rancho Los Amigos康復醫院步態分析實驗室提出；人體一般步行步態周期分擺動相期和站立相期，擺動相期人體膝關節最大屈曲60—67度，約占步態周期60%，站立相期人體膝關節伸直O—15度，約占步態周期40%。但均對膝關節產生壓應力。佩戴本實用新型的減負荷護膝支具，由于凸輪形本體41在特定的路徑上運動，大腿支撐板I始終與股骨干保持直線平行。當人體膝關節屈曲位時，股骨髁隨即刻中心變化向前滑移，大腿支撐板I受約束，凸輪形本體41在仿脛骨平臺本體51內同步屈曲向前滑移，脫離橫軸56與抗壓柱52擠壓升程區，橫軸56與槽底距離變大，滑槽42內抗壓縮彈簧減壓，產生回復動力，推動凸輪形本體41向前滑移至回程區。凸輪形本體41在滑槽42和橫軸56限制下前移，第一彈性元件3始終處于受壓縮狀態，滾動元件7對凸輪形本體41的弧形面保持升推力，使凸輪形本體41在回程區移動時，仍受彈性升力控制。凸輪形本體41的尖端與擋板55接觸，在彈性力限制下移動。通過大腿支撐板I摩擦力的交換，在膝關節擺動相屈曲位期，可減少膝關節后方所產生的擠壓應力，部分代償髕股關節反應力。當人體膝關節伸直位時，大腿支撐板I隨之伸直，凸輪形本體41回程，橫軸56與滑槽42的內底壁之間的距離縮短，凸輪形本體41的尖端與滾動元件7形成兩圓柱面間的滾動擠壓接觸。大腿支撐板I隨之上升，通過摩擦牽引力作用于人體大腿。而大腿的重力使大腿支撐板I向下沉降，滑槽42的內彈簧和浮動架6下的彈簧均受擠壓，產生彈性抵抗力，再作用于人體大腿。當膝關節在站立相期繼續伸直時，大腿重力迫使凸輪形本體41的尖端進一步下沉擠壓浮動架6，使其擠壓抗壓柱52上的第一緩沖元件53，在抗壓柱52彈性抵抗力下，將大腿重力以彈性緩沖方式通過支撐體機構傳遞至地面。于此同時凸輪形本體41伴隨膝關節伸直，前緣與前上方的第二緩沖元件54碰撞，通過大腿支撐板I減少髕股關節間慣性力負荷。由于凸輪形本體41的尖端近似銳角，與可滾動的滾動元件7接觸面小，移動靈敏，在人體一般步態周期內，本護膝即可伴隨膝關節伸屈活動，產生減負荷功效，從根本上解決現有護膝支具所存在的不足。并且采用倒塔形硅膠牽引機構和傳遞支撐機構，在佩戴使用過程中不影響人體下肢血運。
[0045]以上結合附圖對本實用新型進行了示例性描述。顯然，本實用新型具體實現并不受上述方式的限制。只要是采用了本實用新型的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進;或未經改進，將本實用新型的上述構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.關節裝置，包括仿股骨髁結構、仿脛骨平臺結構和能產生半月板功能的仿半月板結構，其特征在于:所述仿半月板結構具有與所述仿股骨髁結構滾動接觸的滾動元件，或所述仿股骨髁結構具有與所述仿半月板結構滾動接觸的滾動元件，或所述仿股骨髁結構和所述仿半月板結構具有滾動接觸的滾動元件。2.根據權利要求1所述的關節裝置，其特征在于:所述仿股骨髁結構與所述仿脛骨平臺結構連接，且仿股骨髁結構能夠相對于仿脛骨平臺結構滑動運動和旋轉運動。3.根據權利要求1所述的關節裝置，其特征在于:所述仿半月板結構包括設置于所述仿脛骨平臺結構上的第一彈性元件和由第一彈性元件提供彈性支撐力的浮動架，滾動元件為可旋轉的設置于浮動架上。4.根據權利要求3所述的關節裝置，其特征在于:所述浮動架位于所述仿股骨踝結構與所述第一彈性元件之間，第一彈性元件并排設置多個。5.根據權利要求3所述的關節裝置，其特征在于:所述仿脛骨平臺結構具有用于限定所述浮動架行程的抗壓柱，浮動架位于所述仿股骨踝結構與抗壓柱之間。6.根據權利要求5所述的關節裝置，其特征在于:所述抗壓柱上設有用于與所述浮動架接觸的第一緩沖元件。7.根據權利要求1所述的關節裝置，其特征在于:所述仿股骨踝結構包括凸輪形本體和設置于凸輪形本體內所設的滑槽中的第二彈性元件，凸輪形本體具有與所述仿半月板結構的滾動元件滾動接觸的圓弧形接觸面，所述仿脛骨平臺結構具有插入滑槽中的橫軸。8.根據權利要求7所述的關節裝置，其特征在于:所述滑槽為圓弧形，所述第二彈性元件一端抵觸所述橫軸，另一端抵觸滑槽內壁。9.減負荷護膝支具，包括固定到人體大腿上的大腿支撐板和固定到人體小腿上的小腿支撐板，其特征在于:還包括權利要求1至8任一所述的關節裝置，所述仿股骨髁結構與所述大腿支撐板連接，所述仿脛骨平臺結構與所述小腿支撐板連接。10.根據權利要求9所述的減負荷護膝支具，其特征在于:還包括與小腿支撐板連接的足套和固定于大腿支撐板上的牽引板，小腿支撐板長度可調。
【文檔編號】A61F5/052GK205434036SQ201521107713
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月25日
【發明人】孫雁群, 范作盛
【申請人】孫雁群