CN111000701B - 膝关节矫形器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了膝关节矫形器，涉及矫形器技术领域，解决了现有矫形器的功能单一、矫形效果差的问题，其技术方案要点是：连接结构包括内侧板以及外侧板；外侧板设有支撑柱，支撑柱设有万向球，内侧板设有万向壳，万向球与万向壳活动连接；内侧板设置有限位件，限位件包括两个连接杆以及限位滚珠，限位滚珠与连接杆活动连接；外侧板设有可供限位滚珠接触滚动的限位面；限位面包括凸面以及凹面，凸面与凹面交替设置；当大腿与小腿展开伸直时，限位滚珠位于凸面中心处；当大腿与小腿弯曲垂直时，限位滚珠位于凹面中心处；既能够支撑膝关节做伸屈运动，又能够支撑膝关节做内、外旋运动，并随着膝关节伸屈运动而自适应的改变膝关节内、外旋运动性能。
Description
技术领域
本发明涉及矫形器技术领域，更具体地说，它涉及膝关节矫形器。
背景技术
膝关节由股骨下端、胫骨上端和髌骨构成，是人体最大最复杂的关节，它负重多且运动量大，属于滑车关节，是下肢活动的枢纽。因此，其伤病率也居所有关节之首。其中，最为常见的病症之一就是骨性关节炎，它是一种以关节软骨的变性、磨损以及骨质增生为特征的慢性关节病，长期和增大的关节负载是其致病的主要外因。同时，膝关节软骨磨损、半月板损伤、胫骨平台骨折以及胫骨结点缺血性坏死也是膝关节的常见病症，这些病症的发生都与关节负载相关。
目前，通常采用药物治疗、传统理疗及康复治疗，严重时采用手术治疗以恢复下肢骨或关节的功能。在康复治疗中，常常使用矫形器。矫形器，是用于人体四肢或其它部位以预防、矫正畸形，治疗骨、关节、神经、肌肉疾患并补偿其功能的体外装置，而膝关节免荷矫形器通过矫正力线，分担关节负载，是治疗这些关节疾病，减轻患者膝关节疼痛，恢复其活动能力的重要手段。
从人体运动学角度分析，人体下肢在屈曲到伸直时，膝关节内部存在多种运动。例如：小腿前后摆动时，其被动弯曲状态下屈曲角范围是0-140度；同时大腿能绕小腿长轴轴线旋转一定角度，称为膝关节内、外旋运动，通常主动旋转状态下，该角度约为30度，并且膝关节内、外旋运动的最大旋转角度随着小腿弯曲状态变化而变化，在小腿与大腿伸直时，其膝关节可内、外旋运动的角度最大，而小腿与大腿弯曲垂直时，膝关节可内、外旋运动的角度最大小。
然而，现有的膝关节矫形器，大部分都只能支撑膝关节做伸屈运动，受矫形器铰接部位限制，并不能支撑膝关节内、外旋运动，易导致软骨、半月板、辅助韧带等辅助功能在矫形过程中退化；而小部分的膝关节矫形器，能够手动调节铰接部位来支撑膝关节内、外旋运动，但是存在操作难度大、灵活性较差，易导致膝关节内、外旋运动矫形后偏离正常运动性能。因此，如何设计一种能够随着膝关节伸屈运动而自适应的改变膝关节内、外旋运动性能的矫形器是我们目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供膝关节矫形器，既能够支撑膝关节做伸屈运动，又能够支撑膝关节做内、外旋运动，并随着膝关节伸屈运动而自适应的改变膝关节内、外旋运动性能。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：膝关节矫形器，包括穿戴在大腿上的股骨架以及穿戴在小腿上的胫骨架，所述股骨架设置有两个第一连接板，所述胫骨架设有两个第二连接板，第一连接板与对应的第二连接板之间通过连接结构活动连接，所述连接结构用于实现大腿与小腿伸屈时胫骨架、股骨架发生第一相对转动以及大腿与小腿内外侧旋时胫骨架、股骨架发生第二相对转动；
所述连接结构包括与第一连接板固定连接的内侧板以及与第二连接板连接的外侧板；
所述外侧板的内表面固定连接有支撑柱，支撑柱的端部固定连接有万向球，所述内侧板的外表面固定连接有万向壳，万向球与万向壳活动连接；
所述内侧板的外表面对称设置有至少一组限位件，每一组限位件包括两个呈中心对称设置的连接杆以及与连接杆一一对应设置的限位滚珠，限位滚珠与连接杆活动连接；
所述外侧板的内表面设有可供限位滚珠接触滚动的限位面，限位面沿支撑柱圆周方向环设；所述限位面包括两个对称设置的凸面以及两个对称设置的凹面，凸面与凹面交替设置；当大腿与小腿展开伸直时，限位滚珠位于凸面中心处；当大腿与小腿弯曲垂直时，限位滚珠位于凹面中心处。
通过采用上述技术方案，利用万向球与万向壳活动连接，能够实现胫骨架、股骨架发生第一相对转动，支撑了膝关节做伸屈运动；又能够实现胫骨架、股骨架发生第二相对转动，支撑了膝关节做内、外旋运动；在膝关节做伸屈运动时，限位滚珠沿限位面的圆周方向转动；在膝关节做内、外旋运动时，限位滚珠朝向或背离限位面移动；由于限位面呈凹凸设置，限位滚珠在转动过程中与限位面之间的距离不断改变，从而改变了膝关节做内、外旋运动的最大旋转角度，能够随着膝关节伸屈运动而自适应的改变膝关节内、外旋运动性能。
本发明进一步设置为：所述第一相对转动的最大转动角度为120度，所述第二相对转动的最大转动角度为30度。
通过采用上述技术方案，便于限制大腿与小腿从伸直状态至最大弯曲状态的角度为120，有效阻止了膝关节矫形过程中大幅度伸屈运而损伤软骨、韧带的情况发生；同时，限制了大腿与小腿从最大内旋状态至最大外旋状态的角度为30度，有效阻止了膝关节矫形过程中大幅度内外旋而压迫损坏半月板、韧带的情况发生。
本发明进一步设置为：所述支撑柱环设有可与限位滚珠接触的限位板，限位板位于限位滚珠靠近内侧板的一侧。
通过采用上述技术方案，当同一组限位件中的限位滚珠与限位面接触限位时，使得另一个限位滚珠能够与限位板接触限位，增强了连接结构做内外旋运动时的稳定性。
本发明进一步设置为：所述限位板固定连接有固定套，固定套与支撑柱远离万向球的端部套接；所述支撑柱为内螺纹筒，固定套穿设有可与内螺纹筒端口对齐的通孔，外侧板穿设有可与通孔对齐的插孔，将螺栓依次穿过插孔、通孔后可与支撑柱螺纹配合。
通过采用上述技术方案，将固定套与支撑柱的端部套接，然后将螺栓依次穿过插孔、通孔后与支撑柱螺纹配合，使得连接结构的组装与拆卸操作方面、灵活；同时，通过调节螺栓与支撑柱的螺纹配合深度，能够在一定范围内灵活调整膝关节内、外旋运动的最大旋转角度。
本发明进一步设置为：所述外侧板的内表面设有供固定套插入的定位槽。
通过采用上述技术方案，利用定位槽，使得内侧板与外侧板能够精准定位连接，增强了连接结构使用的精度。
本发明进一步设置为：两所述内侧板之间通过连接带连接有髌骨套。
通过采用上述技术方案，髌骨套与髌骨部位套接后，在膝关节伸屈时，使得髌骨与胫骨、股骨贴合紧密，增强了矫形器的治疗效果；同时，在膝关节伸屈时能够限制股骨架相对于大腿以及胫骨架相对于小腿发生移位。
本发明进一步设置为：所述股骨架、胫骨架均包括第一半圆夹、第二半圆夹以及调节筒；所述第一半圆夹固定连接有第一螺杆，第二半圆夹固定连接有第二螺杆，调节筒的两端分别与第一螺杆、第二螺杆螺纹配合，第一螺杆、第二螺杆的螺纹方向相反；所述第一半圆夹以及第二半圆夹的两自由端均分别通过捆绑带连接有锁舌和锁扣。
通过采用上述技术方案，转动调节筒，能够调节第一半圆夹与第二半圆夹做相向运动或背向运动，由于大腿、小腿部位均存在斜度，第一半圆夹与第二半圆夹相对运动时，能够改变第一连接板与第二连接板之间的负载强度。
本发明进一步设置为：所述内侧板的外表面设有第一容纳腔，所述外侧板的内表面设有第二容纳腔。
通过采用上述技术方案，能够减小连接结构的占用空间，利于矫形器小型化、轻巧化。
综上所述，本发明具有以下有益效果：由于限位面呈凹凸设置，限位滚珠在转动过程中与限位面之间的距离不断改变，从而改变了膝关节做内、外旋运动的最大旋转角度，能够随着膝关节伸屈运动而自适应的改变膝关节内、外旋运动性能；当同一组限位件中的限位滚珠与限位面接触限位时，使得另一个限位滚珠能够与限位板接触限位，增强了连接结构做内外旋运动时的稳定性；转动调节筒，能够调节第一半圆夹与第二半圆夹做相向运动或背向运动，由于大腿、小腿部位均存在斜度，第一半圆夹与第二半圆夹相对运动时，能够改变第一连接板与第二连接板之间的负载强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中位于肢体外侧的连接结构的分解结构示意图；
图3是本发明实施例中限位面的分布结构示意图。
图中：1、股骨架；11、第一连接板；12、第一半圆夹；13、第二半圆夹；14、捆绑带；15、锁扣；16、锁舌；17、第一螺杆；18、调节筒；19、第二螺杆；2、胫骨架；21、第二连接板；3、连接结构；4、连接带；41、髌骨套；5、内侧板；51、第一容纳腔；52、万向壳；53、万向球；54、支撑柱；55、连接杆；56、限位滚珠；57、限位板；58、固定套；59、通孔；6、外侧板；61、第二容纳腔；62、凸面；63、凹面；64、插孔；65、定位槽。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图1-3及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例：膝关节矫形器，如图1所示，包括穿戴在大腿上的股骨架1以及穿戴在小腿上的胫骨架2，股骨架1设置有两个第一连接板11，胫骨架2设有两个第二连接板21，第一连接板11与对应的第二连接板21之间通过连接结构3活动连接，连接结构3用于实现大腿与小腿伸屈时胫骨架2、股骨架1发生第一相对转动以及大腿与小腿内外侧旋时胫骨架2、股骨架1发生第二相对转动。
如图2所示，连接结构3包括与第一连接板11固定连接的内侧板5以及与第二连接板21连接的外侧板6。外侧板6的内表面固定连接有支撑柱54，支撑柱54的端部固定连接有万向球53，内侧板5的外表面固定连接有万向壳52，万向球53与万向壳52活动连接。内侧板5的外表面对称设置有至少一组限位件，每一组限位件包括两个呈中心对称设置的连接杆55以及与连接杆55一一对应设置的限位滚珠56，限位滚珠56与连接杆55活动连接。
如图2与图3所示，外侧板6的内表面设有可供限位滚珠56接触滚动的限位面，限位面沿支撑柱54圆周方向环设。限位面包括两个对称设置的凸面62以及两个对称设置的凹面63，凸面62与凹面63交替设置。当大腿与小腿展开伸直时，限位滚珠56位于凸面62中心处。当大腿与小腿弯曲垂直时，限位滚珠56位于凹面63中心处。利用万向球53与万向壳52活动连接，能够实现胫骨架2、股骨架1发生第一相对转动，支撑了膝关节做伸屈运动；又能够实现胫骨架2、股骨架1发生第二相对转动，支撑了膝关节做内、外旋运动。在膝关节做伸屈运动时，限位滚珠56沿限位面的圆周方向转动。在膝关节做内、外旋运动时，限位滚珠56朝向或背离限位面移动。由于限位面呈凹凸设置，限位滚珠56在转动过程中与限位面之间的距离不断改变，从而改变了膝关节做内、外旋运动的最大旋转角度，能够随着膝关节伸屈运动而自适应的改变膝关节内、外旋运动性能。
第一相对转动的最大转动角度为120度，第二相对转动的最大转动角度为30度，便于限制大腿与小腿从伸直状态至最大弯曲状态的角度为120，有效阻止了膝关节矫形过程中大幅度伸屈运而损伤软骨、韧带的情况发生；同时，限制了大腿与小腿从最大内旋状态至最大外旋状态的角度为30度，有效阻止了膝关节矫形过程中大幅度内外旋而压迫损坏半月板、韧带的情况发生。
如图2所示，支撑柱54环设有可与限位滚珠56接触的限位板57，限位板57位于限位滚珠56靠近内侧板5的一侧。当同一组限位件中的限位滚珠56与限位面接触限位时，使得另一个限位滚珠56能够与限位板57接触限位，增强了连接结构3做内外旋运动时的稳定性。
如图2所示，限位板57固定连接有固定套58，固定套58与支撑柱54远离万向球53的端部套接。支撑柱54为内螺纹筒，固定套58穿设有可与内螺纹筒端口对齐的通孔59，外侧板6穿设有可与通孔59对齐的插孔64，将螺栓依次穿过插孔64、通孔59后可与支撑柱54螺纹配合。将固定套58与支撑柱54的端部套接，然后将螺栓依次穿过插孔64、通孔59后与支撑柱54螺纹配合，使得连接结构3的组装与拆卸操作方面、灵活；同时，通过调节螺栓与支撑柱54的螺纹配合深度，能够在一定范围内灵活调整膝关节内、外旋运动的最大旋转角度。
如图2所示，外侧板6的内表面设有供固定套58插入的定位槽65。利用定位槽65，使得内侧板5与外侧板6能够精准定位连接，增强了连接结构3使用的精度。
如图1所示，两内侧板5之间通过连接带4连接有髌骨套41。髌骨套41与髌骨部位套接后，在膝关节伸屈时，使得髌骨与胫骨、股骨贴合紧密，增强了矫形器的治疗效果；同时，在膝关节伸屈时能够限制股骨架1相对于大腿以及胫骨架2相对于小腿发生移位。
如图1所示，股骨架1、胫骨架2均包括第一半圆夹12、第二半圆夹13以及调节筒18；第一半圆夹12固定连接有第一螺杆17，第二半圆夹13固定连接有第二螺杆19，调节筒18的两端分别与第一螺杆17、第二螺杆19螺纹配合，第一螺杆17、第二螺杆19的螺纹方向相反。第一半圆夹12以及第二半圆夹13的两自由端均分别通过捆绑带14连接有锁舌16和锁扣15，锁舌16和锁扣15结构可为汽车安全插接结构，也可为其他插接结构。转动调节筒18，能够调节第一半圆夹12与第二半圆夹13做相向运动或背向运动，由于大腿、小腿部位均存在斜度，第一半圆夹12与第二半圆夹13相对运动时，能够改变第一连接板11与第二连接板21之间的负载强度。
如图2所示，内侧板5的外表面设有第一容纳腔51，外侧板6的内表面设有第二容纳腔61，能够减小连接结构3的占用空间，利于矫形器小型化、轻巧化。
工作原理：利用万向球53与万向壳52活动连接，能够实现胫骨架2、股骨架1发生第一相对转动，支撑了膝关节做伸屈运动；又能够实现胫骨架2、股骨架1发生第二相对转动，支撑了膝关节做内、外旋运动；在膝关节做伸屈运动时，限位滚珠56沿限位面的圆周方向转动；在膝关节做内、外旋运动时，限位滚珠56朝向或背离限位面移动；由于限位面呈凹凸设置，限位滚珠56在转动过程中与限位面之间的距离不断改变，从而改变了膝关节做内、外旋运动的最大旋转角度，能够随着膝关节伸屈运动而自适应的改变膝关节内、外旋运动性能。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.膝关节矫形器，包括穿戴在大腿上的股骨架(1)以及穿戴在小腿上的胫骨架(2)，所述股骨架(1)设置有两个第一连接板(11)，所述胫骨架(2)设有两个第二连接板(21)，第一连接板(11)与对应的第二连接板(21)之间通过连接结构(3)活动连接，其特征是：所述连接结构(3)用于实现大腿与小腿伸屈时胫骨架(2)、股骨架(1)发生第一相对转动以及大腿与小腿内外侧旋时胫骨架(2)、股骨架(1)发生第二相对转动；
所述连接结构(3)包括与第一连接板(11)固定连接的内侧板(5)以及与第二连接板(21)连接的外侧板(6)；
所述外侧板(6)的内表面固定连接有支撑柱(54)，支撑柱(54)的端部固定连接有万向球(53)，所述内侧板(5)的外表面固定连接有万向壳(52)，万向球(53)与万向壳(52)活动连接；
所述内侧板(5)的外表面对称设置有至少一组限位件，每一组限位件包括两个呈中心对称设置的连接杆(55)以及与连接杆(55)一一对应设置的限位滚珠(56)，限位滚珠(56)与连接杆(55)活动连接；
所述外侧板(6)的内表面设有可供限位滚珠(56)接触滚动的限位面，限位面沿支撑柱(54)圆周方向环设；所述限位面包括两个对称设置的凸面(62)以及两个对称设置的凹面(63)，凸面(62)与凹面(63)交替设置；当大腿与小腿展开伸直时，限位滚珠(56)位于凸面(62)中心处；当大腿与小腿弯曲垂直时，限位滚珠(56)位于凹面(63)中心处。
2.根据权利要求1所述的膝关节矫形器，其特征是：所述第一相对转动的最大转动角度为120度，所述第二相对转动的最大转动角度为30度。
3.根据权利要求1所述的膝关节矫形器，其特征是：所述支撑柱(54)环设有可与限位滚珠(56)接触的限位板(57)，限位板(57)位于限位滚珠(56)靠近内侧板(5)的一侧。
4.根据权利要求3所述的膝关节矫形器，其特征是：所述限位板(57)固定连接有固定套(58)，固定套(58)与支撑柱(54)远离万向球(53)的端部套接；所述支撑柱(54)为内螺纹筒，固定套(58)穿设有可与内螺纹筒端口对齐的通孔(59)，外侧板(6)穿设有可与通孔(59)对齐的插孔(64)，将螺栓依次穿过插孔(64)、通孔(59)后可与支撑柱(54)螺纹配合。
5.根据权利要求4所述的膝关节矫形器，其特征是：所述外侧板(6)的内表面设有供固定套(58)插入的定位槽(65)。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的膝关节矫形器，其特征是：两所述内侧板(5)之间通过连接带(4)连接有髌骨套(41)。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的膝关节矫形器，其特征是：所述股骨架(1)、胫骨架(2)均包括第一半圆夹(12)、第二半圆夹(13)以及调节筒(18)；所述第一半圆夹(12)固定连接有第一螺杆(17)，第二半圆夹(13)固定连接有第二螺杆(19)，调节筒(18)的两端分别与第一螺杆(17)、第二螺杆(19)螺纹配合，第一螺杆(17)、第二螺杆(19)的螺纹方向相反；所述第一半圆夹(12)以及第二半圆夹(13)的两自由端均分别通过捆绑带(14)连接有锁舌(16)和锁扣(15)。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的膝关节矫形器，其特征是：所述内侧板(5)的外表面设有第一容纳腔(51)，所述外侧板(6)的内表面设有第二容纳腔(61)。
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