CN109498235B - 一种具有矫治力系动态调控功能的智能脊柱矫形器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有矫治力系动态调控功能的智能脊柱矫形器，所述智能脊柱矫形器包括：上部施力连接板、下部施力连接板、中部矫正连接板、前侧柔性连接件、后侧柔性连接件、前侧驱动机构以及后侧驱动机构。本发明的智能脊柱矫形器相比传统矫形器产品，能根据患者的病情和矫治历程，通过驱动控制器控制张紧力对前后两根缆绳进行牵拉，对佩戴者进行动态治疗。本发明专利通过微型电机收缩缆绳，具有柔性可穿戴、轻量化特点，不会对佩戴者的躯干的日常运动产生阻碍，不影响其日常活动，提高了舒适性，提升用户体验。

Description

一种具有矫治力系动态调控功能的智能脊柱矫形器

技术领域

本申请涉及一种康复辅助器具，具体涉及一种用于脊柱侧凸矫治的智能矫形器，具有矫治力系实时监测与矫治力系动态调控功能。

背景技术

脊柱为人体的中轴骨骼，是身体的支柱，有负重、减震、保护和运动等功能。正常人的脊柱从背面或前面看是直的。如果脊柱向左或向右偏离了这条中轴线，使脊柱向侧方弯曲成“C”形或“S”形，即称为脊柱侧凸。脊柱侧凸是脊柱畸形最常见的疾病之一，发病率高达0.5％-3％，全球患者估计有1200万人，中国至少超过300万人。

脊柱侧凸好发于青少年，特别是女性，对患者的生理、心理和生活质量都会产生影响。在生理上，较重的脊柱侧凸则会影响青少年的生长发育，使身体变形，如不及时治疗，将发展成严重的畸形，进而影响心肺功能，甚至累及脊髓造成瘫痪。在心理上，侧凸患者表现出缺乏自信，对自身体型的认可度偏低，导致患者存在一定的心理疾病、社会隔离、工作机会受限、低结婚率等问题。

对于重度脊柱侧凸应当采用手术治疗手段进行干预，但手术风险较大，并且存在较高的并发症。

矫形器矫正是脊柱侧凸最主要和最可靠的非手术治疗手段。但是，传统矫形器制作通常需要个性化定制，耗时耗力，并且污染环境，其质量和临床矫治效果严重依赖技师经验；并且，脊柱侧凸矫治是一个长期过程，随着使用者生理条件变化和矫治历程发展，其矫治力系会发生显著变化，从而导致矫治效果不佳。虽然临床上一般每3个月就重新定制，但仍然无法提供持续稳定的矫治作用，还会造成资源浪费和成本上升。

脊柱侧凸的同时伴随着脊柱椎体的旋转，而传统矫形器无法提供可控的去旋转矫治力，无法实现精准的脊柱序列的去旋转，导致较高的矫治失败率。

目前，矫形器结合施罗斯矫形操在临床上表现出良好的治疗效果，但是传统矫形器往往限制脊柱侧弯患者的身体运动。

因此，开发具有矫治力系动态调控的矫形器，提升穿戴者躯干运动能力，提供持续稳定的矫治作用，并能根据矫治历程发展进行矫治力系的动态调整，是矫形器智能化的发展方向。而专利201510404894.5提出的一种“主动式脊柱康复治疗智能矫形器”虽然能够通过力矩控制对使用者持续施加矫正力的作用，但该设备为外骨骼式的刚性结构，体积庞大、重量较大，穿戴使用不便、舒适性差、不美观，不符合矫形器轻量化、品质化的临床需求。

目前现有矫形器之所以必须采用体积庞大的刚性结构主要是因为矫形器必须要与人体结构吻合，并保持稳固。而本发明则提出了一种既不需要庞大刚性结构又可以保持与人体稳固贴合的矫形器。

发明内容

针对现有技术中存在的矫形器体积庞大，重量大，无法实现长期使用，必须不断定制的问题，本发明提出了一种既能够保证结构稳固、实现与人体贴合，又不需要重复进行矫正定制的矫形器。

此外，本发明克服了传统脊柱侧凸矫形器不能根据矫形历程发展和日常活动需求对矫治力系进行精准动态调控的不足。本发明的新型的智能脊柱侧凸的矫形器，通过缆绳式牵拉方式，采用三角形牵拉方式，结合自动控制实现了矫治力系的持续性与稳定性，并可根据日常活动状态进行脊柱侧凸矫治力系的动态控制，进而加快脊柱侧凸的矫治历程，实现脊柱侧凸的康复治疗。比如，通过在控制模块预设控制模式，根据医生的矫正要求通过力的大小与变化来控制输出。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种具有矫治力系动态调控功能的智能脊柱矫形器，其特征在于，所述智能脊柱矫形器包括：上部施力连接板、下部施力连接板、中部矫正连接板、前侧柔性连接件、后侧柔性连接件、前侧驱动机构以及后侧驱动机构，

所述上部施力连接板和所述下部施力连接板分别设置于脊柱侧凸患者身体侧部、侧凸部位的凹进一侧的上方和下方，所述中部矫正连接板设置于脊柱侧凸患者身体侧部、侧凸部位的凸出一侧；

所述上部施力连接板和所述下部施力连接板中的一个的前侧上安装所述前侧驱动机构，所述前侧柔性连接件的一端与所述前侧驱动机构连接并由其驱动，另一端绕经所述中部矫正连接板的前侧并与所述中部矫正连接板可滑动连接之后，固定在所述上部施力连接板和所述下部施力连接板中的另一个的前侧，形成三角形的牵拉结构；

所述上部施力连接板和所述下部施力连接板中的一个的后侧上安装所述后侧驱动机构，所述后侧柔性连接件的一端连接所述后侧驱动机构并由其驱动，另一端绕经所述中部矫正连接板的后侧并与所述中部矫正连接板可滑动连接之后，固定在所述上部施力连接板和所述下部施力连接板中的另一个的后侧，形成三角形的牵拉结构。

进一步地，还包括支撑连接件，所述支撑连接件固定在所述上部施力连接板和所述下部施力连接板之间，用以保持二者之间的位置关系。

进一步地，所述支撑连接件为弹性连接件。

进一步地，所述中部矫正连接板的前侧和后侧分别设置有前侧导向滑轮和后侧导向滑轮，所述前侧柔性连接件和所述后侧柔性连接件分别绕经所述前侧导向滑轮和后侧导向滑轮，所述前侧导向滑轮和后侧导向滑轮为半封闭结构以防止柔性连接件从其侧部脱出。

进一步地，所述智能脊柱矫形器还包括两条防滑脱肩带，第一防滑脱肩带绕将患者肩膀，两端分别固定在所述中部矫正连接板的前侧和后侧，第二防滑脱肩带绕将患者肩膀，两端分别固定在所述上部施力连接板的前侧和后侧。

进一步地，所述前侧驱动机构和后侧驱动机构分别具有驱动控制器，用以分别控制所述前侧柔性连接件和所述后侧柔性连接件的张紧力。

进一步地，所述驱动控制器基于驱动指令控制所述前侧柔性连接件和所述后侧柔性连接件的张紧力，使得所述前侧柔性连接件和所述后侧柔性连接件的张紧力分别维持在预设值。

进一步地，所述驱动控制器基于驱动指令控制所述前侧柔性连接件和所述后侧柔性连接件的张紧力，使得所述前侧柔性连接件大于所述后侧柔性连接件的张紧力，以形成前向旋转矫正力或者使得所述前侧柔性连接件小于所述后侧柔性连接件的张紧力，以形成后向旋转矫正力。

进一步地，所述前侧柔性连接件和所述后侧柔性连接件采用缆绳实现。

进一步地，所述中部矫正连接板包括前矫正板和后矫正板两部分，所述前矫正板和所述后矫正板之间采用可拆卸连接机构进行连接。

进一步地，所述支撑连接件采用金属支撑连接件。

进一步地，本发明中所提到的可拆卸连接机构包括拉链、锁扣、粘扣等任何常规的可根据需要打开锁紧的连接机构。

优选地，上部施力连接板和下部施力连接板均为设置于身体侧部的弧形的连接板，从身体前侧和后侧各露出部分，以便设置固定柔性连接件和电机。优选地，每个连接板的表面积不大于4平方分米，更优选不大于3或2平方分米。

优选地，中部矫正连接板为设置于身体另一侧部的连接板，从身体前侧和后侧各露出部分，以便设置滑轮或其他滑动连接机构。优选地，其连接板的表面积不大于4平方分米，更优选不大于3或2平方分米。

更优选地，设置于身体两侧的连接板之间预留预定间隙，优选预留较大间隙。

前侧和后侧驱动机构可以采用微形伺服驱动电机。

前侧导向滑轮和后侧导向滑轮为半封闭结构，缆绳能够绕其穿过，却无法从其侧部脱出。

上部和下部施力连接板以及中部矫正连接板可以根据患者腋下及腰部的构造而定制，以便与患者身体更好地贴合。缆绳连接在三者之间，前后均构成三角形形状，三角形底边设置在脊柱凹进一侧，三角形顶角设置在脊柱突出一侧，三角形底边通过弹性支撑件来保持稳固，以便从脊柱凹进一侧对脊柱凸出一侧施加拉力，实现矫正。上部和下部施力连接板以及中部矫正连接板可以采用塑料等材质。

本发明专利相比传统矫形器产品，能根据患者的病情和矫治历程，通过驱动控制器控制张紧力对前后两根缆绳进行牵拉，对佩戴者进行动态治疗，对张紧力的调节可以通过医生的经验设定或者可以通过大量的事前实验获得然后写入控制器内；通过提供持续稳定的矫治力，提升治疗效果，加快矫治进程。

本发明专利通过微型电机控制缆绳，结合前后双三角形牵拉，既可以保证侧凸前后扭矩的矫正，又可以实现侧凸的平面矫正，具有柔性可穿戴、轻量化特点，不会对佩戴者的躯干的日常运动产生阻碍，不影响其日常活动，提高了舒适性，提升用户体验。

附图说明

图1：本发明智能脊柱侧弯矫形器的正视图。

图2：本发明智能脊柱侧弯矫形器的后视图。

图中1.弹性金属支撑件，2.下部施力连接板，3.上部施力连接板，4.中部矫正连接板的前侧，5.中部矫正连接板的后侧，6.前部驱动缆绳，7.后部驱动缆绳，8.前侧伺服驱动电机，9.后侧伺服驱动电机，10.前侧驱动缆绳固定点，11.后侧驱动缆绳固定点，12.前侧缆绳导向滑轮，13.后侧缆绳导向滑轮，14.防滑脱肩带，15.前部力传感器，16.后部力传感器。

具体实施方式

下面参考图1、图2，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

如图1-2中所示，本实施例的柔性缆绳驱动式的智能脊柱侧凸矫形器包括金属支撑连接件1，上部施力连接板2、下部施力连接板3、中部前矫正板4、中部后矫正板5四块塑料连接板、前侧缆绳6、后侧缆绳7，前侧微形伺服驱动电机8、后侧微型伺服驱动电机9，前侧缆绳导向滑轮10、后侧缆绳导向滑轮11以及左右两侧防滑脱肩带12。

其中，中部前矫正板4、中部后矫正板5二者通过可拆卸方式，比如，通过拉链，锁扣等方式连接在一起形成整体的中部矫正板，以方便患者穿戴。前侧缆绳6和后侧缆绳7除了可以采用缆绳之外还可以采用柔性链条等其他柔性的连接件。

上部施力连接板2、下部施力连接板3均与金属支撑连接杆1相固定，金属支撑连接杆1配合上部施力连接板2、下部施力连接板3以及中部矫正板，可以在人体前后分别形成稳定的三角形结构，通过三角形底边的两个端点向患者侧凹的一侧施加力，三角形顶点对患者侧凸一侧施加牵拉力实现对患者的有效矫正。

具体而言，前侧缆绳6上端固定于上部施力连接板前侧固定处13，缆绳中间绕过中部前侧塑料连接板的导向滑轮10，缆绳尾端固定连接于前侧微型驱动电机8的连接盘；后侧缆绳7上端固定于上部施力连接板后侧固定处14，缆绳中间绕过中部后矫正板的导向滑轮11，缆绳尾端固定连接于后侧微型驱动电机9的连接盘；左、右侧两根防滑肩带12可以跨过肩膀分别连接上部施力连接板2的前后两处固定点和中部前矫正板4及中部后矫正板5的固定点。中部前矫正板4与中部后矫正板5之间通过拉链进行连接(构成整个中部矫正板)，可以方便穿戴。

本发明所设计的微型伺服驱动电机8、9具有力和转动角度的精确控制能力，进而实现缆绳6、7上矫治力的精确控制。当微型伺服驱动电机8、9转动时，可以实现缆绳的收缩或伸长，进而牵拉中部支撑板使其产生侧向的矫治力。

本发明所设计的两条施力缆绳6、7分别安置于躯干前方和后方。当前方施力缆绳6的牵张力大于后方缆绳时，可以使躯干产生前向的去旋转力矩作用；当后方施力缆绳7的牵张力大于前方缆绳时，可以产生后向去旋转力矩作用。

本发明专利相比传统矫形器产品，能根据患者的病情和矫治历程，通过控制张紧力对前后两根缆绳进行牵拉，对佩戴者进行动态治疗；通过提供持续稳定的矫治力，提升治疗效果，加快矫治进程。对张紧力的调节可以通过医生的经验设定或者可以通过大量的事前实验获得然后写入控制器内。控制器可以给前、后两根缆绳分别设定张力阈值，前后的驱动电机分别根据张力阈值进行绳索的收紧和放出控制，当由于患者活动，使得前或后缆绳的张力超过阈值时，相应驱动电机放出绳索，反之亦然，从而保证了患者的自由活动。

本发明专利通过微型电机收缩缆绳，具有柔性可穿戴、轻量化特点，不会对佩戴者的躯干的日常运动产生阻碍，不影响其日常活动，提高了舒适性，提升用户体验。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有矫治力系动态调控功能的智能脊柱矫形器，其特征在于，所述智能脊柱矫形器包括：上部施力连接板、下部施力连接板、中部矫正连接板、前侧柔性连接件、后侧柔性连接件、前侧驱动机构以及后侧驱动机构，所述上部施力连接板和所述下部施力连接板分别设置于脊柱侧凸患者身体侧部、侧凸部位的凹进一侧的上方和下方，所述中部矫正连接板设置于脊柱侧凸患者身体侧部、侧凸部位的凸出一侧；

所述上部施力连接板和所述下部施力连接板中的一个的前侧上安装所述前侧驱动机构，所述前侧柔性连接件的一端与所述前侧驱动机构连接并由其驱动，另一端绕经所述中部矫正连接板的前侧并与所述中部矫正连接板可滑动连接之后，固定在所述上部施力连接板和所述下部施力连接板中的另一个的前侧；

所述上部施力连接板和所述下部施力连接板中的一个的后侧上安装所述后侧驱动机构，所述后侧柔性连接件的一端连接所述后侧驱动机构并由其驱动，另一端绕经所述中部矫正连接板的后侧并与所述中部矫正连接板可滑动连接之后，固定在所述上部施力连接板和所述下部施力连接板中的另一个的后侧，

所述智能脊柱矫形器还包括支撑连接件，所述支撑连接件固定在所述上部施力连接板和所述下部施力连接板之间，用以保持二者之间的位置关系，所述支撑连接件为弹性连接件。

2.根据权利要求1所述的具有矫治力系动态调控功能的智能脊柱矫形器，其特征在于，所述中部矫正连接板的前侧和后侧分别设置有前侧导向滑轮和后侧导向滑轮，所述前侧柔性连接件和所述后侧柔性连接件分别绕经所述前侧导向滑轮和后侧导向滑轮，所述前侧导向滑轮和后侧导向滑轮为半封闭结构以防止柔性连接件从其侧部脱出。

3.根据权利要求1所述的具有矫治力系动态调控功能的智能脊柱矫形器，其特征在于，所述智能脊柱矫形器还包括两条防滑脱肩带，第一防滑脱肩带绕将患者肩膀，两端分别固定在所述中部矫正连接板的前侧和后侧，第二防滑脱肩带绕将患者肩膀，两端分别固定在所述上部施力连接板的前侧和后侧。

4.根据权利要求1所述的具有矫治力系动态调控功能的智能脊柱矫形器，其特征在于，所述前侧驱动机构和后侧驱动机构分别具有驱动控制器，用以分别控制所述前侧柔性连接件和所述后侧柔性连接件的张紧力。

5.根据权利要求4所述的具有矫治力系动态调控功能的智能脊柱矫形器，其特征在于，所述驱动控制器基于驱动指令控制所述前侧柔性连接件和所述后侧柔性连接件的张紧力，使得所述前侧柔性连接件和所述后侧柔性连接件的张紧力分别维持在预设值。

6.根据权利要求4所述的具有矫治力系动态调控功能的智能脊柱矫形器，其特征在于，所述驱动控制器基于驱动指令控制所述前侧柔性连接件和所述后侧柔性连接件的张紧力，使得所述前侧柔性连接件大于所述后侧柔性连接件的张紧力，以形成前向旋转矫正力或者使得所述前侧柔性连接件小于所述后侧柔性连接件的张紧力，以形成后向旋转矫正力。

7.根据权利要求4所述的具有矫治力系动态调控功能的智能脊柱矫形器，其特征在于，所述前侧柔性连接件和所述后侧柔性连接件采用缆绳实现。

8.根据权利要求1所述的具有矫治力系动态调控功能的智能脊柱矫形器，其特征在于，所述中部矫正连接板包括前矫正板和后矫正板两部分，所述前矫正板和所述后矫正板之间采用可拆卸连接机构进行连接。