一種人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置製造方法
2023-10-07 06:59:24 2
一種人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置，包括：控制器和測試裝置，測試裝置包括傳動系統和內置傳感器系統；控制器連接測試裝置；傳動系統包括：床支架、液壓缸、活塞支杆、翻轉軸、床板、安全帶、上肢支架、腳踏板、仿形下肢、第一步進電機、扇形齒輪驅動齒輪、帶齒條提杆、帶撥銷扇形齒輪、扇形齒輪驅動齒輪、第二步進電機、橫軸、墊片、橫向螺母、手輪、徑向球軸承、絲槓、止推錐軸承。本實用新型的解決了由患者自助康復的問題，適合在肢體康復專科醫院或家庭大量使用，通過位移傳感器的記錄，通過控制器的控制，精確地測量關節的固定位置和移動位移及速度與加速度的數值，客觀的量化評價了關節的位置覺和運動覺。
【專利說明】一種人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於康復治療【技術領域】，尤其涉及一種人體關節位置覺和運動覺康復 評估測試裝置。
【背景技術】
[0002] 關節靜態位置感覺和運動覺屬於本體感覺，又稱人體的深感覺，是指肌、腱、關節 等運動器官本身在不同狀態（運動或靜止）時產生的感覺。包含關節運動覺和位置覺的一 種特殊感覺形式。它主要包括3方面的內容：①關節位置的靜態感知能力；②關節運動的感 知能力（關節運動或加速度的感知）；③反射回應和肌張力調節迴路的傳出活動能力。前 兩者反映本體感覺的傳入活動能力，後者反映其傳出活動的能力。膝關節本體感覺由位於 膝關節周圍的肌肉、肌腱、關節囊、韌帶、半月板和皮膚的感受器發生的傳入信號整合而成， 並通過不同中樞控制反射回應和肌張力調節迴路傳出活動。肌肉和關節的感受器是關節本 體感覺的主要來源，膝關節本體感覺傳入和神經肌肉控制傳出能力減退將導致關節穩定性 下降、關節運動失去控制及步態異常。位置覺測試有以下4種不同的方法：被動定位被動復 位（PRPP)、被動定位主動復位（ARPP)、主動定位主動復位（ARAP)、半被動定位半被動復位 (SRSP)。
[0003]目前國內尚沒有建立測定完整的肢體靜態位置感覺和運動覺功能客觀可靠的方 法，臨床上通過測定肌力和關節活動度作為恢復運動的指標現已證明是不夠充分的。因為 即使肌力恢復到正常水平，患者仍會感覺缺乏運動的穩定和準確性。例如一些患者前交叉 韌帶重建術後膝關節穩定性很好，但走路時仍有跛行，不能正常上下樓梯，這些與韌帶重建 後肢體靜態位置感受和運動覺功能恢復不佳有關。
[0004] 測定方法關節靜態位置感覺和運動覺內容和形式的多樣性決定其測定方法並不 統一，目前尚無認可的標準測定方法，且沒有哪種方法具有很高的靈敏度和特異度，使得相 關研究的可比性較差，臨床上較難開展。 實用新型內容
[0005] 本實用新型實施例的目的在於提供一種人體關節位置覺和運動覺康複評估測試 裝置，外科醫生Codman於1913年提出醫院的數據應該標準化。首先是第一次評估必須標 準化，這樣可以比較不同醫院和不同治療方法之間的差別，同時強調結果的評價應該以病 人的感覺為主。
[0006] 本實用新型實施例是人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置，該人體關節位 置覺和運動覺康複評估測試裝置包括：控制器和測試裝置，測試裝置包括傳動系統和內置 傳感器系統；控制器連接測試裝置；
[0007] 傳動系統包括：床支架、液壓缸、活塞支杆、翻轉軸、床板、安全帶、上肢支架、腳踏 板、仿形下肢、第一步進電機、扇形齒輪驅動齒輪、帶齒條提杆、帶撥銷扇形齒輪、扇形齒輪 驅動齒輪、第二步進電機、橫軸、墊片、橫向螺母、手輪、徑向球軸承、絲槓、止推錐軸承；
[0008] 堅向螺母鑲嵌在床板滑道槽中並與絲槓配合形成螺旋副，由固定在床板上的徑向 球軸承與止推錐軸承支撐絲槓，階梯的橫軸上套裝墊片、上肢支架，用橫向螺母壓緊，上肢 支架伸出在床板的正面，階梯的橫軸的兩端則分別與堅向螺母鍵連接，通過旋轉絲槓上的 手輪，對階梯的橫軸帶動上肢支架進行上下調節，液壓缸通過鉸連接設置在床支架的中間 位置，活塞支杆的一端連接液壓缸，活塞支杆的另一端連接床板，床支架通過翻轉軸連接床 板，安全帶設置在床板上；
[0009] 仿形下肢固定在床板上，仿形下肢與腳踏板鉸接，腳踏板與帶齒條提杆下端鉸接， 帶齒條提杆中上部開有長槽，安裝在床板上的第一步進電機驅動與齒條相嚙合的齒條驅動 齒輪，另一安裝在床板上的第二步進電機驅動與帶撥動銷扇形齒輪嚙合的扇形齒輪驅動齒 輪，帶撥動銷扇形齒輪上帶有的撥動銷，插在帶齒條提杆的長槽中，撥動帶齒條提杆前後擺 動。
[0010] 進一步，傳動系統還包括：床支架上裝有的電氣與液壓控制箱、電控開關，與液壓 缸和活塞支杆鉸接；床板的正面裝有扶手和腰帶，床板的背面與液壓缸的活塞支杆鉸接。 [0011] 進一步，傳感器系統設置通過電位器元件將機械位移轉換成與之成線性或任意函 數關係的電阻或電壓輸出的位移傳感器。
[0012] 進一步，位移傳感器的可動電刷與被測物體相連。
[0013] 進一步，位置傳感器包括：傳動連杆、電路盒、信號電纜、屏蔽罩、螺管線圈和滑 環；
[0014] 傳動連杆設置在屏蔽罩的上端，傳動連杆連接滑環，滑環設置在螺管線圈上，螺管 線圈設置在屏蔽罩的內部，電路盒設置在屏蔽罩的右端，信號電纜連接電路盒。
[0015] 進一步，仿形下肢通過三孔支座固定在床板上。
[0016] 進一步，仿形下肢與腳踏板採用上下鉸接的方式實現連接。
[0017] 本實用新型提供的人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置，通過調整步進電 機控制程序調節帶齒條提杆上下移動速度和擺動幅度，適應不同康復階段的患者的需要， 還能使大腿、膝關節、小腿、腳踝、足都受到適當的縱向力，加強了對肌肉的鍛鍊強度，加快 肌肉的恢復速度。讓患者在完全仿真的情況下進行康復訓練，有助於患者儘快恢復下肢運 動能力；通過設立膝關節靜態位置感覺和運動覺評估及測試方法，並觀察損傷後關節靜態 位置感覺和運動覺的改變；為後期的降幅評定提供參考依據，探索更有效的靜態位置感覺 和運動覺評估設備及訓練方法。本實用新型的結構簡單，操作簡捷，使用方便，解決了由患 者自助康復的問題，適合在肢體康復專科醫院或家庭大量使用，通過位移傳感器的記錄，通 過主機的控制，精確地測量關節的固定位置和移動位移及速度與加速度的數值，客觀的量 化評價關節的位置覺和運動覺。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是本實用新型實施提供的人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置結構 示意圖；
[0019] 圖2是本實用新型實施提供的人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置的剖 視圖；
[0020] 圖3是本實用新型實施提供的位置傳感器的結構示意圖；
[0021] 圖中：1、床支架；2、液壓缸；3、活塞支杆；4、翻轉軸；5、床板；6、安全帶；7、上肢 支架；8、腳踏板；9、仿形下肢；10、第一步進電機；11、扇形齒輪驅動齒輪；12、帶齒條提杆； 13、帶撥銷扇形齒輪；14、扇形齒輪驅動齒輪；15、第二步進電機；16、橫軸；17、墊片；18、橫 向螺母；19、手輪；20、徑向球軸承；21、絲槓；22、止推錐軸承；23、傳動連杆；24、電路盒； 25、信號電纜；26、屏蔽罩；27、螺管線圈；28、滑環。
【具體實施方式】
[0022] 為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本 實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新 型，並不用於限定本實用新型。
[0023] 下面結合附圖及具體實施例對本實用新型的應用原理作進一步描述。
[0024] 如圖1和圖2所示，本實用新型實施例的人體關節位置覺和運動覺康複評估測試 裝置包括：床支架1、液壓缸2、活塞支杆3、翻轉軸4、床板5、安全帶6、上肢支架7、腳踏板 8、仿形下肢9、第一步進電機10、扇形齒輪驅動齒輪11、帶齒條提杆12、帶撥銷扇形齒輪13、 扇形齒輪驅動齒輪14、第二步進電機15、橫軸16、墊片17、橫向螺母18、手輪19、徑向球軸 承20、絲槓21、止推錐軸承22組成；
[0025] 如圖1和圖2所示，仿形臂的上肢固定裝置通過堅向螺母鑲嵌在床板5滑道槽中 並與絲槓21配合形成螺旋副，由固定在床板5上的徑向球軸承20與止推錐軸承22支撐絲 槓21，承受人體的部分重量，階梯的橫軸16上套裝墊片17、上肢支架7,用橫向螺母18壓 緊，上肢支架7伸出在床板5的正面，支撐在人體的腋下。通過調節墊片17的左右分配數 量，可根據人體的寬度對上肢支架7進行左右調節；階梯的橫軸16的兩端則分別與堅向螺 母鍵連接。通過旋轉絲槓21上的手輪19,可根據人體高度階梯的橫軸16帶動上肢支架7 進行上下調節。液壓缸2通過鉸連接設置在床支架1的中間位置，活塞支杆3的一端連接 液壓缸2,活塞支杆3的另一端連接床板5,床支架1通過翻轉軸4連接床板，安全帶6設置 在床板5上；
[0026] 仿軀幹的下肢運動機構仿形下肢9通過三孔支座固定在床板5上。如圖1、2所 示，仿形腿由對稱平行布置的大腿、小腿與腳踏板8上下鉸接而成，平行的大腿、小腿的鉸 接處用平行連杆鉸接加固，仿形腿上端通過關節軸承與固定在三孔支座內的支撐軸形成轉 動副。腳踏板8又與帶齒條的提杆下端鉸接，帶齒條提杆12中上部開有長槽，長槽的一側 加工成齒條。安裝在床板5上的第一步進電機10驅動與齒條相嚙合的齒條驅動齒輪，帶動 帶齒條提杆12上下移動；另一安裝在床板5上的第二步進電機15驅動與帶撥動銷扇形齒 輪13嚙合的扇形齒輪驅動齒輪14,帶撥動銷扇形齒輪13上帶有的撥動銷，插在帶齒條提杆 12的長槽中，撥動帶齒條提杆12前後擺動。通過帶齒條提杆12的上下運動與前後擺動的 複合運動，可實現模仿人的步行運動。
[0027] 優點是顯而易見的，主要表現在結構簡單，操作簡捷，使用方便，解決了由患者自 助康復的問題，適合在肢體康復專科醫院或家庭大量使用。
[0028] 人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置，包括設備主要由控制器和測試裝置 構成，測試裝置包括傳動系統和內置傳感器系統；
[0029] 傳動系統包括床支架1和床板5,床支架1上裝有電氣與液壓控制箱、電控開關，鉸 接液壓缸系統及其活塞支杆；床板5的正面裝有扶手和腰帶，其背面與液壓缸系統的活塞 支杆鉸接，床支架1與床板5則通過翻轉軸活動連接。床板5背面還裝有仿形臂的上肢固 定機構和仿軀幹的下肢運動機構。
[0030] 位移傳感器如圖3所示通過電位器元件將機械位移轉換成與之成線性或任意函 數關係的電阻或電壓輸出。普通直線電位器和圓形電位器都可分別用作直線位移和角位移 傳感器。但是，為實現測量位移目的而設計的電位器，要求在位移變化和電阻變化之間有一 個確定關係。電位器式位移傳感器的可動電刷與被測物體相連。物體的位移引起電位器移 動端的電阻變化。阻值的變化量反映了位移的量值，阻值的增加還是減小則表明了位移的 方向。通常在電位器上通以電源電壓，以把電阻變化轉換為電壓輸出。通過非接觸式的測控 技術精確地檢測活動磁環的絕對位置來測量肢體運動的實際位移值的。位置傳感器包括： 傳動連杆23、電路盒24、信號電纜25、屏蔽罩26、螺管線圈27和滑環28 ;
[0031] 傳動連杆23設置在屏蔽罩26的上端，傳動連杆23連接滑環28,滑環28設置在螺 管線圈27上，螺管線圈27設置在屏蔽罩26的內部，電路盒24設置在屏蔽罩26的右端，信 號電纜25連接電路盒24。
[0032] 本實用新型的使用方法為：
[0033] 準備過程：下肢體康復器的結構簡圖如圖1、2所示。對於重病患者，首先將其從普 通病床上平移至下肢體康復器平放的床板5上，推到訓練地點，將床支架1固定在地面。旋 松橫向螺母16,將上肢支架7伸出，調整上肢支架7兩側墊片17數量，調整左右上肢支架7 距離至合適人體寬度，扭緊橫向螺母16,將伸出的上肢支架7插入患者的腋下；通過轉動手 輪19,將鎖緊平放在床板5下部伸直了的仿形下肢的腳踏板8調整到觸到患者腳的位置； 將安全帶6系在患者的腹部，以保證患者在接受康復訓練的過程中始終被固定在床板5上， 保證在康復訓練中的安全。床支架1上安裝有電氣、液壓控制箱，通過按住控制開關控制液 壓缸2工作，推動活塞支杆3將與床支架1用翻轉軸4鉸接的床板5慢慢翻轉堅起。患者 腳踩腳踏板8,上肢支撐在上肢支架7上，解決了肢體殘疾病人需要有人換扶才能進行康復 訓練的問題。
[0034] 測試過程：第一步進電機10、第二步進電機15根據模仿人體的步行規律安排步進 時序。第一步進電機10帶動扇形齒輪驅動齒輪11轉動，與齒條嚙合，使帶齒條提杆12上 下移動，完成步行的上下運動。第二步進電機15帶動扇形齒輪驅動齒輪14旋轉，與帶撥銷 扇形齒輪13嚙合，帶撥銷扇形齒輪13上的撥銷插在帶齒條提杆12上面的長槽內，撥動帶 齒條提杆12前後擺動。第一步進電機10、第二步進電機15按一定的規律複合運動，就可以 實現人的步行運動。通過腳踏板8帶動患者的腳、腿做步行運動。
[0035] 通過調整步進電機控制調節帶齒條提杆上下移動速度和擺動幅度，來適應不同康 復階段的患者的需要。這種結構還能使大腿、膝關節、小腿、腳踝、足都受到適當的縱向力， 加強了對肌肉的鍛鍊強度，加快肌肉的恢復速度。這些功能特點可以讓患者在完全仿真的 情況下進行康復訓練，有助於患者儘快恢復下肢運動能力。
[0036] 結束過程：訓練結束，將下肢體伸直固定在床板5上。通過按住控制開關控制液壓 缸2工作，拉動活塞支杆3將床板5慢慢翻轉放平。旋鬆橫向螺母16,將上肢支架7收回， 扭緊橫向螺母16。將患者推回病房，從下肢體康復器平移至普通病床上。
[0037] 令受試者的肢體任一關節被動或主動地定位於某一屈曲的角度，然後令受試者通 過被動運動或主動運動並依靠自我判斷重新建立上述角度，並對角度重建的精確度進行測 量。包括主動重現和被動重現兩種模式。設備主要由控制器和測試裝置構成，受試者由機 器被動屈曲膝關節到設定的角度（分別為0°、30°和45° )，5s時間記憶角度，然後裝置 會將節放置到最大伸直位，15s後受試者要主動重現之前設定的角度，從而得到重現角度與 設定角度之間的差值，通過位移傳感器的記錄，通過控制器的控制，精確地測量關節的固定 位置和移動位移及速度與加速度的數值，客觀的量化評價關節的位置覺和運動覺。
[0038] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型 的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置，其特徵在於，該人體關節位置覺 和運動覺康複評估測試裝置包括：控制器和測試裝置，測試裝置包括傳動系統和內置傳感 器系統；控制器連接測試裝置； 傳動系統包括：床支架、液壓缸、活塞支杆、翻轉軸、床板、安全帶、上肢支架、腳踏板、仿 形下肢、第一步進電機、扇形齒輪驅動齒輪、帶齒條提杆、帶撥銷扇形齒輪、扇形齒輪驅動齒 輪、第二步進電機、橫軸、墊片、橫向螺母、手輪、徑向球軸承、絲槓、止推錐軸承； 堅向螺母鑲嵌在床板滑道槽中並與絲槓配合形成螺旋副，由固定在床板上的徑向球軸 承與止推錐軸承支撐絲槓，階梯的橫軸上套裝墊片、上肢支架，用橫向螺母壓緊，上肢支架 伸出在床板的正面，階梯的橫軸的兩端則分別與堅向螺母鍵連接，通過旋轉絲槓上的手輪， 對階梯的橫軸帶動上肢支架進行上下調節，液壓缸通過鉸連接設置在床支架的中間位置， 活塞支杆的一端連接液壓缸，活塞支杆的另一端連接床板，床支架通過翻轉軸連接床板，安 全帶設置在床板上； 仿形下肢固定在床板上，仿形下肢與腳踏板鉸接，腳踏板與帶齒條提杆下端鉸接，帶 齒條提杆中上部開有長槽，安裝在床板上的第一步進電機驅動與齒條相嚙合的齒條驅動齒 輪，另一安裝在床板上的第二步進電機驅動與帶撥動銷扇形齒輪嚙合的扇形齒輪驅動齒 輪，帶撥動銷扇形齒輪上帶有的撥動銷，插在帶齒條提杆的長槽中，撥動帶齒條提杆前後擺 動。
2. 如權利要求1所述的人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置，其特徵在於，傳 動系統還包括：床支架上裝有的電氣與液壓控制箱、電控開關，與液壓缸和活塞支杆鉸接； 床板的正面裝有扶手和腰帶，床板的背面與液壓缸的活塞支杆鉸接。
3. 如權利要求1所述的人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置，其特徵在於，傳 感器系統設置通過電位器元件將機械位移轉換成與之成線性或任意函數關係的電阻或電 壓輸出的位移傳感器。
4. 如權利要求3所述的人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置，其特徵在於，位 移傳感器的可動電刷與被測物體相連。
5. 如權利要求3所述的人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置，其特徵在於，位 置傳感器包括：傳動連杆、電路盒、信號電纜、屏蔽罩、螺管線圈和滑環； 傳動連杆設置在屏蔽罩的上端，傳動連杆連接滑環，滑環設置在螺管線圈上，螺管線圈 設置在屏蔽罩的內部，電路盒設置在屏蔽罩的右端，信號電纜連接電路盒。
6. 如權利要求1所述的人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置，其特徵在於，仿 形下肢通過三孔支座固定在床板上。
7. 如權利要求1所述的人體關節位置覺和運動覺康複評估測試裝置，其特徵在於，仿 形下肢與腳踏板採用上下鉸接的方式實現連接。
【文檔編號】A63B23/04GK203885802SQ201420241239
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2014年5月13日
【發明者】楊曉龍, 王琳, 周雅媛, 王家仲, 于濤, 張慶宇, 王志彬 申請人:楊曉龍