關節治療活動的控制裝置的製作方法
2023-05-12 07:53:26
專利名稱：關節治療活動的控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及與關節治療活動和定位裝置一起使用的控制裝置，更具體地涉及通過分析判斷(interpretation)治療活動裝置中的至少一個元件的變形來測定力的控制裝置，其中，所述力是裝置作用在病人上的力、病人作用在裝置上的力或者這兩種力的組合。
背景技術：
在受傷關節和周圍軟組織的康復和治療過程中使用治療活動裝置是公知的。治療活動裝置已經與連續被動運動(CPM)控制系統一起使用，以使關節在預定路徑上連續運動預定時間。一個替代方案包括靜態成套夾板療法和動態成套夾板療法。
CPM和夾板療法可以通過關節相關的肢臂使關節移動一個被動控制的運動範圍，而不需要任何肌肉協調。主動運動對受傷關節也是有益的，但是肌肉疲勞限制了病人能夠維持運動的時間長度或位置，因此，給關節提供連續被動活動的裝置對於最佳康復結果是十分重要的。許多研究已經證實了CPM和夾板療法加速康復和維持運動範圍的臨床療效。靜態漸進夾板療法(Static Progressive Splinting)(SPS)和動態夾板療法(Dynamic Splinting)(DS)對於關節周圍的軟組織的治療和塑形是可接受的，並且是有效的治療形式。SPS和DS已經證明是有效的並且得到臨床研究的支持。CPM、SPS和DS是一個成功治療方案的完整組成部分。
但是，沒有一個現有技術裝置是能夠自動進行一個漸進伸展和弛緩方案的裝置。即，沒有一個控制系統能夠用於病人的漸進夾板療法，以操縱他們的肢臂到達端部運動範圍並保持在該位置。在病人鬆弛以及軟組織伸展之後，病人能夠繼續沿著相同行進方向獲得更大活動範圍(ROM)。以前這是通過靜態和動態夾板療法來完成的。
發明內容
一種控制系統適合於與用於病人的治療活動和夾板療法裝置一起使用。治療活動裝置具有至少一個被檢測的元件。該控制系統包括如下步驟在第一方向上為裝置限定活動範圍的第一最大限度；在第二方向上為裝置限定活動範圍的第二最大限度；為裝置限定最大反向載荷(reverseon load)；監測裝置至少一個元件上的反向載荷，包括監測至少一個元件的變形並且分析判斷在病人和至少一個元件之間產生的載荷；第一移動步驟，沿著第一行進方向將裝置移動到由第一最大限度和最大反向載荷之一限定的第一位置；第二移動步驟，沿著第二行進方向將裝置移動到由第二最大限度和最大反向載荷之一限定的第二位置；以及重複第一和第二移動步驟。
在本發明的另一方面，提供一種用於治療活動裝置的控制系統的應變儀託架。應變儀包括託架和至少第一對應變儀。託架用於安裝到治療活動裝置的至少一個元件上。託架具有基部、頂部以及在基部和頂部之間延伸的第一和第二間隔開的側壁。第一對應變儀安裝到託架的第一側壁相對側上並且形成第一橋，從而通過監測應變儀、確定元件的變形以及分析判斷病人和元件之間產生的載荷來確定治療活動裝置的至少一個元件的反向載荷。
在本發明的再另一方面，提供一種用於治療活動裝置的控制系統的應變儀託架。應變儀包括用於安裝到治療活動裝置的至少一個元件上的至少一對應變儀。該至少一對應變儀形成一個第一橋，從而通過監測應變儀、確定元件的變形以及分析判斷病人和元件之間產生的載荷來確定至少一個元件的反向載荷。
在通常的CPM模式中，活動範圍(ROM)被限定，裝置在預定範圍內運行。相反，在漸進伸展弛緩模式(PSR)中，一個限定的反向載荷力被施加到肢臂上，並且裝置尋求最大活動範圍。整個活動範圍內靈敏的反向載荷力監測在提供安全和有效的活動方面是十分關鍵的。PSR將在順序步驟中逐漸地找到每個循環的最大活動範圍。PSR依賴於病人的自然鬆弛反應以及關節周圍的軟組織的可塑性。在漸進夾板療法中，病人操縱他們的肢臂到達端部運動範圍並保持在該位置。在病人鬆弛以及軟組織伸展之後，病人能夠繼續沿著相同行進方向以獲得更大ROM。裝置中的靈敏應變儀將能夠監測反向載荷(ROL)力以及病人和軟組織的鬆弛反應，並在行進方向上繼續進行。PSR將順序地增大施加到肢臂上的載荷直到限定的最大安全載荷。裝置將驅動肢臂通過其活動範圍達到第一順序目標ROL並監測力，直到它鬆弛到第一順序目標的預定值。如果目標鬆弛載荷值在預定暫停時間之前達到，裝置將增大它的目標順序ROL並繼續在行進方向驅動肢臂。裝置再一次監測肢臂上的載荷並等待鬆弛反應以增大順序目標載荷。一旦達到最大順序目標載荷，裝置沿著相反行進方向重複該循環。如果在暫停時間內沒有達到目標順序載荷，裝置將改變行進方向並繼續以第一目標順序ROL進行。如果病人抵制活動或者施加比最大預定ROL更大的載荷到裝置上時，裝置將方向。
控制系統將允許治療活動裝置以CPM或者PSR模式運行。在PSR模式中，裝置的主要運行參數是反向載荷(ROL)。在PSR模式中，最大安全ROM被編程以限定一個關節將經歷的絕對ROM。從而一個安全有效的載荷被施加到關節上，以使關節經歷每個循環的最大活動範圍。PSR的目的是對特定關節加速達到ROM目標。PSR代表了漸進夾板療法的微處理器控制的機電實施例。漸進夾板療法是通常與CPM一起使用的一種常見的有效治療方式。
在下面的描述中將對本發明的其它特徵作進一步描述。
以下將參照附圖通過實施例對本發明進行描述，其中圖1是與PSR裝置相比較的CPM裝置的活動範圍相對於時間的示意圖，每個裝置分別使用了根據本發明的控制裝置；圖2是與本發明的控制系統一起使用的測力計託架的立體圖；圖3是圖2的測力計託架的側視圖；圖4是圖2的測力計託架的俯視圖；圖5是沿著圖3線5-5截取的剖視圖；圖6是沿著圖3線6-6截取的剖視圖；圖7是包括本發明控制系統的組合掌心向下旋轉/掌心向上旋轉和彎曲治療活動裝置的立體圖；圖8是圖7的治療活動裝置的掌心向下旋轉/掌心向上旋轉組件的主視圖，顯示帶有本發明的控制系統的測力計託架；圖9是採用本發明的控制系統的膝蓋治療活動裝置的側視圖；
圖10是採用本發明的控制系統的肩部治療活動裝置的側視圖；以及圖11是包括本發明控制系統的組合掌心向下旋轉/掌心向上旋轉和彎曲治療活動裝置替代實施例的立體圖。
具體實施例方式
圖1顯示了與連續被動運動模式(CPM)10相比較的漸進夾板弛緩(PSR)模式12相對於時間的活動範圍示意圖。從圖中可以看出，對於CPM模式，活動範圍(ROM)被限定，並且裝置在限定的恆定範圍內運行。相反，在漸進夾板弛緩模式(PSR)中，一個限定的載荷被施加到肢臂上，並且裝置尋求每個循環的最大活動範圍。在PRS模式中，病人使他們的肢臂被操縱到達端部活動範圍並保持在該位置。在病人鬆弛以及軟組織伸展之後，病人能夠繼續沿著相同行進方向獲得更大ROM。
參看圖2-6，測力計託架以標號14表示。測力計託架和安裝到其上的測力計設計成用於分析判斷施加到病人肢臂上的轉矩和力。六個測力計或應變儀16、18、20、22、24和26安裝到託架14上。測力計設計成形成三個電橋。具體地，由測力計16和18形成第一電橋，測力計20和22形成第二電橋，測力計24和26形成第三電橋。
託架14包括基部28、頂部30、以及側部32和34。設置有凹口36和38以放大沿著側部32和34分布的力和轉矩，從而從應變儀16、18、20、22、24和26獲得可預測的輸出結果。
採用上述託架的治療活動裝置的示例在圖7中以標號40表示。治療活動裝置40包括上臂或近端肱部支撐件42、肘或彎曲致動器組件42以及腕或掌心向下旋轉/掌心向上旋轉致動器組件46。這裡所顯示的治療活動裝置40構成一個單獨的發明，它是一個沒有授權的申請，因此僅僅在涉及本發明的控制裝置時對它進行簡單地描述。
治療活動裝置40通過塞繩裝置50與病人控制器48電連接。病人控制器48上的開關52打開和關閉裝置40。病人控制器48通過電纜56連接到電源54。病人控制器48包括充電電池並且能夠在與牆上插座連接或者不連接的情況下給裝置40供電。
近端肱部支撐件42和末端肱部支撐件62通過平行杆57和58剛性地固定到矯正裝置上。可調節支撐件60可伸縮地連接到平行杆57和58上，並且支撐著近端肱部護套42。
彎曲致動器組件44包括致動器66和68，它們的相對位置通過圓筒螺母64來調節，圓筒螺母64螺紋連接到所述致動器上。轉動的圓筒螺母64導致致動器66和68相對彼此以平行方式移動，但仍然位於同一軸線70上。致動器66和68可滑動地安裝到平行杆57和58上。平行杆57和58分別具有一個成角度的部分，使得當致動器66和68之間的距離增大時，軸線70與肱部護套42和62之間的距離也增大。這將適應臂尺寸的差異，以便對齊。驅動肘彎曲致動器68和空轉肘致動器66具有相應的輸出旋轉軸72和74。輸出軸72和74以與矯正解剖學肘軸線70同軸的方式轉動。驅動拉杆76和78可樞轉地連接到輸出軸72和74上並且繞著軸線80和82樞轉。驅動拉杆76和78在它們的末端相互連接並且具有同一樞軸84。樞軸84校正病人的外翻提攜角的變化以及在肘致動器之間的可調節距離。兩個平行杆86和88合適地固定到樞軸84上。
掌心向下旋轉/掌心向上旋轉組件包括可滑動地安裝到杆86和88上的殼體90。螺旋機構92和94安裝到環96的內側。軟物品98和100可樞轉地安裝到螺旋機構92和94上，並且能夠被調節以適應病人末端的橈骨和尺骨尺寸的變化以及沿著掌心向下旋轉/掌心向上旋轉軸線71使病人的肢臂居中。環96具有一個中心並且該中心與掌心向下旋轉/掌心向上旋轉軸線71同心。環96可滑動地安裝在殼體90上。外部驅動帶102使環96相對於殼體90以旋轉方式運動。
託架14的基部28合適地固定到殼體90上，如圖8所示。環96機械地連接到託架14的頂部30上並且機械地隔離。殼體90具有顯示在圖8中的間隔103，以使殼體90的基部與殼體90的頂部通過託架14機械地隔離。測力計託架的側部設計成在康復過程中能夠對這個方向的載荷可預測地作出反應並且與所經歷的載荷成比例地調節。
在PSR模式中，該裝置將依次地增大施加到肢臂上的ROL直到限定的最大安全載荷。該裝置將驅動肢臂通過其活動範圍達到第一順序目標ROL並監測載荷，直到它鬆弛到第一順序目標的預定值。如果目標鬆弛載荷值在預定暫停時間之前達到，裝置將增大它的目標順序ROL並繼續在行進方向驅動肢臂。裝置再一次監測肢臂上的載荷並等待鬆弛反應以增大順序目標載荷。一旦達到最大順序目標載荷，裝置沿著相反行進方向重複該循環。如果在暫停時間內沒有達到目標順序ROL，裝置將改變行進方向並繼續以第一目標順序載荷進行。
力通過第二電橋(測力計22和24)以及第三電橋(測力計26和20)以簡單形式分析判斷。通過監測第二和第三電橋之間的差別分析判斷轉矩。當裝置和肢臂的位置在整個活動範圍內變化時，由於重力的不同作用，第一電橋(16和18)被監測以校正裝置位置的變化。
一種在肘的整個活動範圍內在肘關節處形成內脫位(distraction)的方法可以增加到現有裝置的矯正中。一個單一的可調節的抗拉部件102可以固定在掌心向下旋轉/掌心向上旋轉驅動器的殼體90和平行杆86，88之間。當肘行進通過其活動範圍時，抗拉部件101可以在轉矩沒有變化的情況下釋放連續的內脫位。通過使抗拉部件101的近端部分連接到掌心向下旋轉/掌心向上旋轉殼體90上、其末端部分連接到裝置端部，當裝置掌心向下旋轉/掌心向上旋轉固定方法被確定時，肘將經歷內脫位。肘通過帶63和43相對於軸線70以及肱部護套42和62被保持在位。
通過將加壓部件放置在掌心向下旋轉/掌心向上旋轉殼體90的近端可以取得相同結果，其中，加壓部件近端部分被沿著平行杆86，88固定，所述加壓部件的末端推壓掌心向下旋轉/掌心向上旋轉殼體90的近端部分。
在使用時，上述裝置可以PSR模式使用，其中，裝置在順序步驟中漸進地尋找每個循環的最大活動範圍。PSR依賴於病人的自然鬆弛反應以及關節周圍的軟組織的可塑性。在漸進夾板療法中，病人操縱他們的肢臂到達端部運動範圍並保持在該位置。在病人鬆弛以及軟組織伸展之後，病人能夠繼續沿著相同行進方向以獲得更大ROM。裝置中的應變儀將能夠監測病人和軟組織的鬆弛反應並在行進方向上繼續進行。PSR將順序地增大施加到肢臂上的載荷直到限定的最大安全載荷。裝置將驅動肢臂通過其活動範圍達到第一順序目標ROL並監測ROL，直到它鬆弛到第一順序目標的預定值。如果目標鬆弛載荷值在預定暫停時間之前達到，裝置將增大它的目標順序ROL並繼續在行進方向驅動肢臂。裝置再一次監測肢臂上的載荷並等待鬆弛反應以增大順序目標載荷。一旦達到最大順序目標載荷，裝置沿著相反行進方向重複該循環。如果在暫停時間內沒有達到目標順序載荷，裝置將改變行進方向並繼續以第一目標順序ROL進行。以上描述公開了力和轉矩在其中被監測的控制系統。本領域的技術人員應理解的是，該系統不局限於僅僅監測力或者轉矩。因此，上述控制系統可用於控制和分析判斷由治療活動裝置產生並給予病人的力，從而該控制系統可以監測固定到這種裝置上的一個元件的變形。
力的分析判斷和控制能夠以單一或多種平面布局、旋轉運動或旋轉和平面運動組合方式被監測。控制和分析判斷可以是一個元件的不連續變形的結果，以分析判斷力或者幾個元件的組合變形。力的控制和分析判斷也可以是監測元件在多個位置的變形的結果。
單平面的運動的代表是膝蓋、腕關節、踝關節、脊骨、趾、臀部、肩部和肘的運動。所有這些關節能夠進行單平面運動。分析判斷和控制涉及單平面運動的力的方法可以通過將解剖學特徵或肢臂固定並支撐在關節末端和近端部分上以最簡單的方式來完成。用於末端或近端部分的支撐結構之一被機械地隔離。用於分析判斷和控制給予關節的力的元件變形部分被機械地隔離、並且獨立地將近端或末端支撐結構連接到將力給予肢臂的裝置上。本領域的技術人員應理解的是，相對於病人/裝置界面的力也可以在沒有機械隔離的情況下存在，但這將導致對相互作用力粗略的監測。
圖9顯示了單平面運動裝置的示例，並以標號110表示。裝置110用在腿112上，該裝置包括末端支撐件114和近端支撐件116。這些支撐件的相對運動以箭頭118表示。機械地隔離的元件以標號120表示。
轉矩或旋轉運動的代表是但不局限於肩部、前臂和臀部。應注意的是，大多數單平面運動繞著單一軸線進行並可認為是轉矩，儘管通常被認為是平面對旋轉運動。在施加轉矩時，與單平面運動中同樣的原理也適用。被視為監測變形或分析判斷和控制轉矩的元件應當機械地隔離並且負責在裝置的近端和末端部分之間傳送轉矩。單一或多個元件可用於分析判斷和控制轉矩，或者多個元件可在多個位置被監測。
圖10顯示了旋轉運動裝置的示例，並以標號122表示。裝置122用在臂124上，該裝置包括末端支撐件126和近端支撐件128。機械地隔離的元件以標號130表示。
圖11顯示了組合掌心向下旋轉/掌心向上旋轉和彎曲治療活動裝置替代實施例，並以標號140表示。裝置140與圖7和8中所示裝置類似。裝置140包括掌心向下旋轉/掌心向上旋轉組件142，它類似於上述裝置40中的掌心向下旋轉/掌心向上旋轉組件。但是，彎曲致動器組件144略微不同於裝置40中的彎曲致動器組件。彎曲致動器組件144包括矯正拉杆146，並在150處可樞轉地連接到致動器148上，而且可繞著肘彎曲旋轉軸線152樞轉。矯正拉杆146的樞轉點150與肘樞轉軸線134同軸。矯正拉杆130在一端可樞轉地致動器148上。矯正拉杆146的末端連接到外翻樞軸154上。掌心向下旋轉/掌心向上旋轉組件142通過杆156安裝到外翻樞軸154上。與裝置40一樣，測力計設置在掌心向下旋轉/掌心向上旋轉組件142中。
對於所有這些治療活動和夾板療法裝置，重要的是使裝置合適地定位，以使病人的關節與治療活動裝置上的樞轉點對齊。
應當理解的是，以上僅僅是通過示例對本發明進行了描述。在不脫離本發明權利要求所限定的範圍的情況下，本領域技術人員可對本發明進行多種修改，這些修改也應包括在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種與用於病人的治療活動和夾板療法裝置一起使用的控制系統，所述裝置具有至少一個元件，控制系統包括如下步驟在第一方向上為裝置限定活動範圍的第一最大限度；在第二方向上為裝置限定活動範圍的第二最大限度；為裝置限定最大反向載荷；監測裝置至少一個元件上的反向載荷，包括監測至少一個元件的變形並且分析判斷在病人和所述至少一個元件之間產生的載荷；第一移動步驟，沿著第一行進方向將裝置移動到由第一最大限度和最大反向載荷之一限定的第一位置；第二移動步驟，沿著第二行進方向將裝置移動到由第二最大限度和最大反向載荷之一限定的第二位置；以及重複第一和第二移動步驟。
2.如權利要求1所述的控制系統，其特徵在於，第一移動步驟還包括在第一位置暫停預定時間，第二移動步驟還包括在第二位置暫停預定時間。
3.如權利要求2所述的控制系統，其特徵在於，第一移動步驟還包括沿著第一方向將裝置移動到由第一最大限度和最大反向載荷之一限定的一個延伸的第一位置，第二移動步驟還包括沿著第二方向將裝置移動到由第二最大限度和最大反向載荷之一限定的一個延伸的第二位置。
4.如權利要求3所述的控制系統，其特徵在於，第一移動步驟和第二移動步驟包括順序地移動裝置並暫停預定次數。
5.如上述任一權利要求所述的控制系統，其特徵在於，還包括監測裝置的多個元件變形的步驟。
6.如上述任一權利要求所述的控制系統，其特徵在於，被監測的載荷是轉矩。
7.如權利要求1-5任一所述的控制系統，其特徵在於，被監測的載荷是力。
8.如權利要求1-5任一所述的控制系統，其特徵在於，被監測的載荷是力和轉矩。
9.如上述任一權利要求所述的控制系統，其特徵在於，還包括調節被監測的載荷以校正裝置位置的變化的步驟。
10.如上述任一權利要求所述的控制系統，其特徵在於，採用應變儀託架來監測載荷，所述應變儀託架具有基部、頂部以及在基部和頂部之間延伸的第一和第二間隔開的側壁，第一對應變儀以及第二對應變儀；所述第一對應變儀安裝到第一側壁相對側上並且形成第一橋，所述第二對應變儀安裝到第二側壁相對側上並且形成第二橋，其中，通過分析判斷第一和第二橋以確定力以及分析判斷第一和第二橋之間的差別以確定轉矩來監測載荷。
11.如權利要求10所述的控制系統，其特徵在於，託架還包括第三對應變儀，其中一個安裝到第一側壁的一側上，另一個安裝到第二側壁的相對側上，從而形成第三橋，其中，通過進一步分析判斷第三橋並且調節載荷以校正裝置的位置來監測載荷。
12.一種用於治療活動裝置的控制系統的應變儀託架，包括用於安裝到治療活動裝置的至少一個元件上的託架，所述託架具有基部、頂部以及在基部和頂部之間延伸的第一和第二間隔開的側壁；以及安裝到第一側壁相對側上並且形成第一橋的第一對應變儀，從而通過監測應變儀、確定元件的變形以及分析判斷病人和元件之間產生的載荷來確定治療活動裝置的至少一個元件的反向載荷。
13.如權利要求12所述的應變儀託架，其特徵在於，還包括安裝到第二側壁相對側上並且形成第二橋的第二對應變儀。
14.如權利要求13所述的應變儀託架，其特徵在於，還包括第三對應變儀，其中一個安裝到第一側壁的一側上，另一個安裝到第二側壁的相對側上，從而形成第三橋。
15.一種用於治療活動裝置的控制系統的應變儀託架，包括用於安裝到治療活動裝置的至少一個元件上的至少一對應變儀，該至少一對應變儀形成一個第一橋，從而通過監測應變儀、確定元件的變形以及分析判斷病人和元件之間產生的載荷來確定至少一個元件的反向載荷。
全文摘要
一種與用於病人的治療活動和夾板療法裝置一起使用的控制系統，所述裝置具有至少一個被監測的元件。控制系統包括如下步驟限定活動範圍；限定最大反向載荷；監測反向載荷並移動裝置通過其活動範圍。分別限定沿第一和第二方向的活動範圍的第一和第二最大限度。最大反向載荷被限定和監測，從而監測至少一個元件的變形並分析判斷所產生的載荷。裝置在分別由第一最大限度和最大反向載荷之一限定的第一位置與第二最大限度和最大反向載荷之一限定的第二位置之間循環。
文檔編號A61H1/02GK1446070SQ01806607
公開日2003年10月1日 申請日期2001年3月14日 優先權日2000年3月14日
發明者亞歷山大·G·所羅門, 傑弗裡·J·庫爾哈內, 丹尼爾·E·C·科特雷爾 申請人:矯正康復有限公司