載荷平衡式膝關(guān)節(jié)矯形支具及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種醫(yī)療康復(fù)器械領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種載荷平衡式膝關(guān)節(jié)矯形支具及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]膝關(guān)節(jié)是全身結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的關(guān)節(jié)，負(fù)重量與運(yùn)動(dòng)量位于所有關(guān)節(jié)之首，同時(shí)承擔(dān)著下肢活動(dòng)的樞紐作用，因此，膝關(guān)節(jié)的傷病率高于全身其他關(guān)節(jié)。在膝關(guān)節(jié)的諸多傷病中，骨性關(guān)節(jié)炎是最為常見的病癥之一，長期的、大量的關(guān)節(jié)負(fù)載以及下肢力線畸形都是導(dǎo)致骨性關(guān)節(jié)炎的主要外因。而載荷平衡式矯形支具，通過矯正下肢畸形力線，減輕受病關(guān)節(jié)負(fù)荷，減少關(guān)節(jié)面磨擦，已經(jīng)成為減輕患者疼痛，緩解病情持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。
[0003]—般而言，膝關(guān)節(jié)矯形支具具有幾個(gè)功能:1)固定、保護(hù)和支撐膝關(guān)節(jié)，限制膝關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍以恢復(fù)其承重功能；2)預(yù)防和矯正畸形膝關(guān)節(jié)，在一定程度上可以改善膝骨關(guān)節(jié)炎引起的功能障礙，預(yù)防畸形的進(jìn)一步發(fā)展；3)平衡膝關(guān)節(jié)的載荷，減輕發(fā)病側(cè)關(guān)節(jié)髁的壓力，有利于關(guān)節(jié)髁壞死區(qū)域的修復(fù)。
[0004]目前大多數(shù)膝關(guān)節(jié)矯形支具采用三點(diǎn)力原理和整體免荷原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，三點(diǎn)力原理是指矯形支具的三個(gè)支撐點(diǎn)作用在下肢，下肢產(chǎn)生反作用力來對(duì)抗所施加的三點(diǎn)力，兩者維持相對(duì)平衡后，能給與佩戴者持續(xù)的壓力，以此來矯正患者下肢的力線彎曲和偏斜異常；整體免荷原理是指矯形支具通過向上支撐大腿和向下支撐小腿，增大膝關(guān)節(jié)上下關(guān)節(jié)面間距，減小上下關(guān)節(jié)面之間的壓力，進(jìn)而減輕骨關(guān)節(jié)面磨損，以達(dá)到緩解關(guān)節(jié)疼痛的目的。
[0005]近來隨著3D打印技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，個(gè)性化定制膝關(guān)節(jié)矯形支具等展現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域應(yīng)用主要在于術(shù)前策劃的應(yīng)用、手術(shù)輔助器械的應(yīng)用、定制假體中的應(yīng)用以及組織工程中的應(yīng)用。在組織工程中，3D打印技術(shù)主要用于支架的制備，可以將不同類型的生物材料組合起來，制備出微結(jié)構(gòu)可控、力學(xué)性能穩(wěn)定的支架結(jié)構(gòu)。將實(shí)物模型掃描后轉(zhuǎn)換為數(shù)字模型進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)是進(jìn)行3D打印的重要準(zhǔn)備工作。應(yīng)用的軟件平臺(tái)主要包括Geomagic Stud1、Geomagic Spark和Solidworks。Geomagic Stud1是Geomagic公司設(shè)計(jì)的一款逆向工程軟件，可以將實(shí)物零件通過3D掃描轉(zhuǎn)換為離散點(diǎn)云，進(jìn)而生成準(zhǔn)確的數(shù)字模型；Solidworks是世界上第一款基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的三維CAD設(shè)計(jì)軟件；Geomagic Spark是業(yè)界唯——款結(jié)合了實(shí)時(shí)三維掃描、三維點(diǎn)云和三角網(wǎng)格編輯功能以及全面CAD造型設(shè)計(jì)、裝配建模、二維出圖等功能的三維設(shè)計(jì)軟件。
[0006]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號(hào)CN104873315A，公告日2015.9.2，公開了一種免荷型膝關(guān)節(jié)矯形器，包括大腿夾板、小腿夾板、主動(dòng)轉(zhuǎn)輪、從動(dòng)轉(zhuǎn)輪、傳動(dòng)銷軸和推桿；大腿夾板、小腿夾板均通過綁帶分別綁縛在大腿、小腿上；主動(dòng)轉(zhuǎn)輪上設(shè)有弧形的第一槽孔，在主動(dòng)轉(zhuǎn)輪的外周上設(shè)有一個(gè)耳部，第一槽孔的中心點(diǎn)位于耳部上；從動(dòng)轉(zhuǎn)輪設(shè)置在大腿夾板下端，從動(dòng)轉(zhuǎn)輪上設(shè)置有第二槽孔，第二槽孔由兩個(gè)開口相對(duì)的弧形槽孔組成V形槽；小腿夾板上端設(shè)有條形的第三槽孔，第三槽孔沿小腿夾板的長度方向設(shè)置；推桿一端與耳部鉸接，推桿另一端與套在大腿夾板上的大腿托鉸接。但該技術(shù)制作過程復(fù)雜，不能根據(jù)患者的腿形作適應(yīng)性匹配，影響佩戴的舒適程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種載荷平衡式膝關(guān)節(jié)矯形支具及其實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)三點(diǎn)力原理和整體免荷原理設(shè)計(jì)矯形支具，通過對(duì)膝關(guān)節(jié)施加矯正力矩使膝關(guān)節(jié)矯形支具在膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)局部免荷，并基于3D掃描重建技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)矯形支具的個(gè)性化定制。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]本發(fā)明涉及一種載荷平衡式膝關(guān)節(jié)矯形支具，包括:依次相連的大腿支撐部分、連接部分和小腿支撐部分。
[0010]所述的大腿支撐部分為上平下凹的環(huán)形曲面。
[0011 ] 所述的小腿支撐部分為中間設(shè)有槽口的環(huán)形曲面。
[0012]所述的連接部分包括:腿內(nèi)側(cè)連接單元和腿外側(cè)連接單元，其中:內(nèi)外側(cè)連接單元分別位于膝關(guān)節(jié)左右(內(nèi)外)兩側(cè)，上下分別與大腿和小腿支撐部分相連接。
[0013]所述的腿內(nèi)側(cè)連接單元進(jìn)一步包括:從上而下依次設(shè)置的腿內(nèi)側(cè)上部連接件、腿內(nèi)側(cè)下部連接件和護(hù)板，其中:腿內(nèi)側(cè)上部連接件的一端分別與腿內(nèi)側(cè)下部連接件和護(hù)板相連，腿內(nèi)側(cè)下部連接件與護(hù)板固定連接。
[0014]所述的腿外側(cè)連接單元進(jìn)一步包括:依次相連的腿外側(cè)上部連接件、中間轉(zhuǎn)軸和腿外側(cè)下部連接件。
[0015]所述的腿外側(cè)上部連接件和腿外側(cè)下部連接件通過銷柱分別與大腿支撐部分和小腿支撐部分相連。
[0016]本發(fā)明涉及上述支具的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0017]步驟1、掃描并得到包含膝關(guān)節(jié)的腿部3D外形數(shù)據(jù)，進(jìn)行3D建模并保存。
[0018]步驟2、從3D數(shù)字模型上提取曲線曲面，進(jìn)行矯形支具大腿支撐部分和小腿支撐部分的外形設(shè)計(jì)。
[0019]步驟3、根據(jù)上一步驟的設(shè)計(jì)尺寸設(shè)計(jì)連接部分的尺寸。
[0020]步驟4、通過3D打印機(jī)打印大腿支撐部分、小腿支撐部分和連接部分。
[0021]步驟5、組裝大腿支撐部分、小腿支撐部分和連接部分，利用綁帶固定在腿部進(jìn)行適配。
技術(shù)效果
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用3D打印技術(shù)定制個(gè)性化膝關(guān)節(jié)矯形支具，制作簡單、快速、精度高，能與患者腿部更為匹配，佩戴更為舒適；采用載荷式支具方法對(duì)膝關(guān)節(jié)畸形位置進(jìn)行局部免荷，不影響膝關(guān)節(jié)的正常功能，對(duì)治療單髁過膝關(guān)節(jié)炎有一定作用。
【附圖說明】
[0023]圖1為載荷平衡式膝關(guān)節(jié)矯形支具示意圖；
[0024]圖2為腿內(nèi)側(cè)連接單元示意圖；
[0025]圖3為腿外側(cè)連接單元示意圖；
[0026]圖4為3D打印流程圖；
[0027]圖5為佩戴膝關(guān)節(jié)矯形支具后的膝關(guān)節(jié)伸直狀態(tài)示意圖；
[0028]圖6為佩戴膝關(guān)節(jié)矯形支具后的膝關(guān)節(jié)屈曲狀態(tài)示意圖；
[0029]圖中:1為大腿支撐部分，2為小腿支撐部分，3為連接部分，4為腿內(nèi)側(cè)上部連接件，5為腿內(nèi)側(cè)下部連接件，6為護(hù)板，7為齒輪，8為齒條，9為導(dǎo)軌，10為銷柱，11為腿外側(cè)上部連接件，12為腿外側(cè)下部連接件，13為中間轉(zhuǎn)軸。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0031]本實(shí)施例涉及的3D掃描及設(shè)計(jì)環(huán)境版本為Geomagic Stud1 2013, Soli dworks2013 和 Geomagic spark 2013。
[0032]如圖1所示，本實(shí)施例包括:依次相連的大腿支撐部分1、連接部分3和小腿支撐部分2。
[0033]所述的大腿支撐部分1為上平下凹的環(huán)形曲面。
[0034]所述的小腿支撐部分2為中間設(shè)有槽口的環(huán)形曲面。
[0035]所述的連接部分3包括:腿內(nèi)側(cè)連接單元和腿外側(cè)連接單元，其中:內(nèi)外側(cè)連接單元分別位于膝關(guān)節(jié)左右(內(nèi)外)兩側(cè)，上下分別與大腿和小腿支撐部分相連接。
[0036]如圖2所示，所述的腿內(nèi)側(cè)連接單元包括:從上而下依次設(shè)置的腿內(nèi)側(cè)上部連接件4、腿內(nèi)側(cè)下部連接件5和護(hù)板6，其中:腿內(nèi)側(cè)上部連接件4的一端分別與腿內(nèi)側(cè)下部連接件5和護(hù)板6相連，腿內(nèi)側(cè)下部連接件5與護(hù)板6固定連接。
[0037]所述的腿內(nèi)側(cè)上部連接件4的一端通過轉(zhuǎn)軸與護(hù)板6相連，另一端設(shè)有銷柱10。
[0038]所述的護(hù)板6上設(shè)有與轉(zhuǎn)軸相配合的導(dǎo)軌9。
[0039]所述的腿內(nèi)側(cè)下部連接件5為梯形板，梯