一种基于生物力学的足踝损伤康复方法技术

本发明专利技术提供了一种基于生物力学的足踝损伤康复方法，包括以下步骤：1)基于正常人在自然状态下的足踝弯曲活动以及CT扫描的数据，结合了足踝损伤的足部生物力学分析，建立了足踝损伤患者的初始有限元运动模型；2)在足踝损伤康复装置与足部接触位置划分九个区域；在足踝损伤康复装置上的九个区域内分别加装感应器，启动装置后，加装感应器测出各个区域的速度、位移和加速度参数，并记录不同档位调节后参数的改变，再将此数据作为仿真设置的激励参数，作用在初始有限元运动模型中进行仿真足部应力分析；3)通过仿真足部应力分析，以应力表现为参考对档位进行适当调节，得到修正的激励参数将再次进行生物力学仿真分析，多次调节。多次调节。多次调节。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物力学的足踝损伤康复方法


[0001]本专利技术涉及一种康复装置，尤其涉及足部康复装置

技术介绍

[0002]踝关节作为人体重要的承重关节，在人体完成站立、行走、弹跳等动作时扮演着不可或缺的角色，因而踝关节也承受着巨大的压力。人体活动时，因地面不平、姿势不正确或受到过大的外力作用等使踝关节活动范围超出其极限活动范围，造成关节周围组织关节囊、韧带和肌腱等严重损坏，这在医学上被称为关节扭伤。踝关节扭伤是骨科临床最常见的骨骼创伤之一。为帮助关节活动和促进关节软骨组织的修复，其治疗需要准确的骨骼复位和坚硬的内固定。受伤后患者的踝关节附近会出现瘀血、发肿，治疗早期及时活动和针对性锻炼有助于减轻关节周围的肿胀现象，减少治疗时间。若发生踝关节损伤后不及时治疗，则容易导致踝关节韧带过分松弛，造成关节不稳，引起反复扭伤，演化成踝关节功能性障碍，甚者会丧失正常行走能力。临床实验证明，借助外力辅助的功能康复锻炼能促进血液循环，保持关节周围的正常肌力，有效的帮助踝关节损伤康复。由于现代人普遍缺乏运动、人口老龄化影响，踝关节损伤人数增加，但对应医师数量不足，不能满足患者的治疗需要。为了减轻治疗医师的劳动强度，更有针对性的进行踝关节损伤康复锻炼，达到更完美的治疗效果，踝关节康复装置的研发受到了相关领域研究人员的重视。
[0003]踝关节康复装置研究已有多年，国内外各种康复装置屡见不鲜。Yoon等人设计了一个并行的可重构机器人，它可进行大范围的各种锻炼。这个机器人允许脚踝和脚的运动，具有四个自由度，有气动执行器驱动。P.K.Jamwal和他的合作者开发了一种软性平行踝关节康复机器人，它以四块空气人工肌肉作为执行器。该装置为踝关节提供了三个旋转自由度，以在必要的范围里运动和肌肉强化训练。C
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M Racu等提出一种低成本，易于制造的康复装置。该装置在确保功能性的同时还具有小尺寸和轻质量。为避免损伤关节，其在电机和机械传动装置之间设有柔顺关节。Michal Olinski等人开发了一种支持人踝关节康复的装置，该装置能测量各种参数，以便诊断人体状态，可进行个性化治疗。
[0004]刘更谦等提出了一种适用于踝关节康复的3
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RSS/S并联机构方案，其具有结构紧凑、惯量小、承载能力较强的优点，且较于其他杆长伸缩型并联机构更易于实现力反馈。李大顺等人提出一种结构简单，能够同时完成主被动康复运动，具有远程转动中心的对称3
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RRS并联康复机构。该机构具有三自由度定点转动功能，可以完成踝关节相应的背屈、跖屈、外展、内收康复运动。吴俊鹏等人设计的踝关节康复装置，在踝关节矢状面内对脚踝进行康复锻炼。该装置可实现被动和半被动两种康复模式，康复训练涉及的参数既可以有医生诊断信息后进行设定，又可以在康复锻炼中根据患者的反馈脚踝信息不断进行调整，是损伤踝关节得到更科学有效的康复治疗。白杨等人提出了一种便携式动力踝足矫形器，采用电动机驱动，在患者行走期间提供踝背屈和足底屈曲辅助，以促进踝关节的康复。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的主要技术问题是提供一种基于生物力学的足踝损伤康复方法，大幅减少了人力成本，同时装置可根据患者病况提供个性化的定制方案。
[0006]为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种基于生物力学的足踝损伤康复方法，包括以下步骤：
[0007]1)基于正常人在自然状态下的足踝弯曲活动以及CT扫描的数据，结合了足踝损伤的足部生物力学分析，建立了足踝损伤患者的初始有限元运动模型；
[0008]2)在足踝损伤康复装置与足部接触位置，依据跖骨、指骨、足弓、足跟部位划分九个区域；在足踝损伤康复装置上的九个区域内分别加装感应器，启动装置后，加装感应器测出各个区域的速度、位移和加速度参数，并记录不同档位调节后参数的改变，再将此数据作为仿真设置的激励参数，作用在初始有限元运动模型中进行仿真足部应力分析；
[0009]3)通过仿真足部应力分析，反映足部受力情况甚至疼痛程度，以应力表现为参考对档位进行适当调节，得到修正的激励参数将再次进行生物力学仿真分析，多次调节直至足部应力表现满足患者需要。
[0010]在一较佳实施例中：所述足踝损伤康复装置具体包括：前板、斜板、水平板和第一驱动电机；
[0011]所述水平板的前端与斜板的前端铰接，前板设置在斜板和水平板的后端之间以形成三角形结构，所述前板的上端与斜板的底面顶抵；所述第一驱动电机带动前板摆动以使得斜板绕着前端摆动。
[0012]在一较佳实施例中：所述第一驱动电机与前板下端的转轴传动连接，以带动前板绕着转轴转动。
[0013]在一较佳实施例中：所述斜板的下表面沿着长度方向设置有滑槽，所述前板的上端设置有与所述滑槽滑动配合的滑块。
[0014]在一较佳实施例中：所述前板的下端设置有凹槽，水平板的后端设置有凸耳，所述凸耳置于凹槽内，所述转轴分别穿过所述凸耳与凹槽。
[0015]在一较佳实施例中：还包括两块升降板，其设置在水平板底部的两侧，用于带动水平板和斜板升降。
[0016]在一较佳实施例中：两块升降板分别与一第二驱动电机连接，所述第二驱动电机用于带动升降板升高和降低。
[0017]在一较佳实施例中：所述第二驱动电机通过凸轮与升降板连接，所述升降板远离凸轮的一端与的水平板的左侧或右侧连接；所述凸轮转动时带动所述升降板抬高或回落。
[0018]在一较佳实施例中：所述两块升降板之间通过连接板连接，所述连接板上设置有弹簧缓冲的定角度旋转机构，所述弹簧缓冲的定角度旋转机构以带动所述足部水平板在一定角度范围内旋转。
[0019]在一较佳实施例中：所述弹簧缓冲的定角度旋转机构包括半圆环形的旋转副和半圆环形的弹簧；所述半圆环形的旋转副和半圆环形的弹簧置于一圆环凹槽内，并且旋转副通过转轴连接所述足部支撑板。
[0020]相较于现有技术，本专利技术的技术方案具备以下有益效果：
[0021]本专利技术提供的一种基于生物力学的足踝损伤康复方法，基于生物力学的运动仿真
分析使装置的应力、加速度、位移等参数更为严谨和精确，与病况匹配，同时阻尼的调整保证了患者不会造成二次损伤，并提升患者主动、被动训练过程的舒适度；基于Abaqus开发的二次平台实现力学分析、能量分析过程的参数化，与患者情况的多次比对使装置动力参数直观、准确；平台也带来高效率的计算过程，为患者提供及时的康复处理方案，避免错过最佳治疗时期。且为患者后续的病情恢复设立更科学的矫正周期，实现高效率的动态康复过程。
[0022]本专利技术提供了一种基于生物力学的足踝损伤康复方法，参考足踝损伤患者治疗方案中的训练动作进行机构设计，运行时有3种运动方案，可完美匹配社会上绝大多数足踝受伤的情况，均可找到解决方案。首先是模拟背伸、跖屈训练：前部电机启动，带动前板相对于水平板旋转，斜板上有滑轨，前板在旋转时被限制在滑轨内，沿着滑轨移动，就可以带动斜板升高或者降低，将限位在斜板上的脚底调升，来达到按摩足踝部的目的。其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于生物力学的足踝损伤康复方法，其特征在于包括以下步骤：1)基于正常人在自然状态下的足踝弯曲活动以及CT扫描的数据，结合了足踝损伤的足部生物力学分析，建立了足踝损伤患者的初始有限元运动模型；2)在足踝损伤康复装置与足部接触位置，依据跖骨、指骨、足弓、足跟部位划分九个区域；在足踝损伤康复装置上的九个区域内分别加装感应器，启动装置后，加装感应器测出各个区域的速度、位移和加速度参数，并记录不同档位调节后参数的改变，再将此数据作为仿真设置的激励参数，作用在初始有限元运动模型中进行仿真足部应力分析；3)通过仿真足部应力分析，反映足部受力情况甚至疼痛程度，以应力表现为参考对档位进行适当调节，得到修正的激励参数将再次进行生物力学仿真分析，多次调节直至足部应力表现满足患者需要。2.根据权利要求1所述的一种基于生物力学的足踝损伤康复方法，其特征在于：所述足踝损伤康复装置具体包括：前板、斜板、水平板和第一驱动电机；所述水平板的前端与斜板的前端铰接，前板设置在斜板和水平板的后端之间以形成三角形结构，所述前板的上端与斜板的底面顶抵；所述第一驱动电机带动前板摆动以使得斜板绕着前端摆动。3.根据权利要求2所述的一种基于生物力学的足踝损伤康复方法，其特征在于：所述第一驱动电机与前板下端的转轴传动连接，以带动前板绕着转轴转动。4.根据权利要求2所述的一种基于生物力学的足踝损伤康复方法，其特征在于：所述斜板的下表...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓颖，黄贤伟，王宠宁，黄家赞，谢吉轩，朱志彬，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：