储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼.pdf

本发明公开了一种储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼，包括：两个足托；两个小腿支条，所述两个小腿支条分别连接在所述两个足托的上部；两个大腿支条，所述两个大腿支条分别与所述两个小腿支条通过可屈曲的膝关节相连；髋关节组件，所述髋关节组件包括刚性支架和连接在其两端的端部支架，所述端部支架的下端通过髋关节可枢转地连接至所述大腿支条的上端；以及储能组件，所述储能组件连接至所述端部支架和所述大腿支条之间以对储存或释放能量用于辅助所述截瘫患者的站姿和坐姿之间的切换。根据本发明的外骨骼，将能量储存在储能元件里，向前摆腿时释放能量提供摆腿助力，降低体能消耗。另外，还便于患者自行穿戴，使用简单且成本低。

权利要求书1.  一种储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼，其特征在于，包括： 两个足托，每个所述足托均适于固定截瘫患者的足、踝和小腿； 两个小腿支条，所述两个小腿支条分别连接在所述两个足托的上部； 两个大腿支条，所述两个大腿支条分别与所述两个小腿支条通过可屈曲的膝关节相 连； 髋关节组件，所述髋关节组件包括刚性支架和连接在其两端的端部支架，所述端部 支架的下端通过髋关节可枢转地连接至所述大腿支条的上端；以及 储能组件，所述储能组件连接至所述端部支架和所述大腿支条之间以对储存或释放 能量用于辅助所述截瘫患者的站姿和坐姿之间的切换。 2.  根据权利要求1所述的储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼，其特征在于，还包 括： 锁止板，所述锁止板设在所述端部支架的下端且适于锁止所述髋关节转动或释放所述 髋关节。 3.  根据权利要求2所述的储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼，其特征在于，所述储 能组件的上端通过上关节轴承可枢转地连接至所述端部支架，所述储能组件件的下端通过 下关节轴承可枢转地连接至所述锁止板。 4.  根据权利要求3所述的储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼，其特征在于，所述储 能组件包括双头螺杆和套设在所述双头螺杆外的储能元件。 5.  根据权利要求4所述的储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼，其特征在于，所述储 能元件为弹簧。 6.  根据权利要求2所述的储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼，其特征在于，所述锁 止板可枢转地连接在所述端部支架和所述髋关节之间，所述锁止板的后端具有锁止部以锁 止所述髋关节。

说明书储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼
技术领域
本发明涉及医疗人工骨骼领域，尤其涉及一种储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼。
背景技术
脊髓损伤常造成截瘫，使患者丧失站立及行走功能，而行走功能是维持肌肉、骨骼 与心肺功能的基本条件。近年来，随着现代生物力学、生物医学工程的发展，截瘫助 行外骨骼(即步行矫形器)被广泛使用，助行外骨骼的应用对截瘫患者的身心康复和 预防并发症均有重要意义，使用助行外骨骼进行站立和步行能防止肌肉萎缩，以及痉 挛的发生，增强心肺功能，减少骨质疏松等并发症。
截瘫助行外骨骼主要分为外动力驱动的动力截瘫助行外骨骼和无外动力驱动的无 动力截瘫助行外骨骼两大类型。目前，国内临床上主要采用无外动力驱动的无动力截 瘫助行外骨骼，有双侧膝踝关节的长腿支具(knee ankle foot orthosis，KAFO)、 新型交互截瘫步行矫形器(Walkabout)、交互式截瘫步行矫形器(reciprocating gait  orthosis，RGO)、改进交互式截瘫步行矫形器(advanced reciprocating gait orthosis， ARGO)。双侧膝踝关节的长腿支具只适用于损伤平面较低的患者。此后，医师将双侧膝 踝关节的长腿支具延伸至腰部，形成髋膝踝长腿支具(hip knee ankle foot orthosis， HKAFO)，损伤平面较高的截瘫患者通过使用它可以获得站立平衡，但无法实现交互行 走。新型交互截瘫步行矫形器由交互式铰链装置和双侧膝踝关节的长腿支具构成，交 互式铰链装置安放在会阴部下方，连接双侧膝踝关节的长腿支具的内侧支条。新型交 互截瘫步行矫形器根据钟摆原理设计而成，当患者穿戴新型交互截瘫步行矫形器行走， 躯干向一侧倾斜、重心转移，使另一侧下肢离开地面，然后重心前移，完成迈腿动作。 交互式截瘫步行矫形器则能够实现交替迈步行走，它在双侧膝踝关节的长腿支具的基 础上增加一对髋关节，以及将左右两侧髋关节连接起来的背板和实现交替迈步的摇板。 穿戴交互式截瘫步行矫形器行走时，患者以腰骶部金属半环为杠杆支撑点，腰背部束 带为力点，一侧髋关节做过伸运动，通过髋关节后方的摇板的等长移动，带动另一侧 的髋关节做屈曲运动，从而带动下肢向前移动。改进交互式截瘫步行矫形器与改进交 互式截瘫步行矫形器行走原理相似，改进交互式截瘫步行矫形器将连接交互式截瘫步 行矫形器左右两个髋关节的摇板改为一条钢索，另外，改进交互式截瘫步行矫形器膝 关节增加了助伸气弹簧，帮助患者实现从坐位到站位的转换。
双侧膝踝关节的长腿支具和新型交互截瘫步行矫形器仅适用于脊髓损伤平面较低 的截瘫患者，而对于损伤平面高的截瘫患者很难保持站立平衡；交互式截瘫步行矫形 器和改进交互式截瘫步行矫形器可使患者产生交替的迈步，但因为其本身并不提供储 能助力的功能，因此在使用交互式截瘫步行矫形器和改进交互式截瘫步行矫形器行走 中需要消耗较多的能量，对患者的心肺功能要求较高。另外，由于交互式截瘫步行矫 形器连接左右髋关节的背板、摇板和改进交互式截瘫步行矫形器连接左右髋关节的钢 索均位于身体背部一侧，造成穿戴困难，无法独立完成。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在 于提出一种储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼，所述截瘫助行外骨骼易于患者穿戴、且 降低体能消耗。
根据本发明实施例的一种储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼，包括：两个足托，每 个所述足托均适于固定截瘫患者的足、踝和小腿；两个小腿支条，所述两个小腿支条 分别连接在所述两个足托的上部；两个大腿支条，所述两个大腿支条分别与所述两个 小腿支条通过可屈曲的膝关节相连；髋关节组件，所述髋关节组件包括刚性支架和连 接在其两端的端部支架，所述端部支架的下端通过髋关节可枢转地连接至所述大腿支 条的上端；以及储能组件，所述储能组件连接至所述端部支架和所述大腿支条之间以 对储存或释放能量用于辅助所述截瘫患者的站姿和坐姿之间的切换。
根据本发明实施例的储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼，将腰部在矢状面做伸展运 动的能量储存在连接腰部刚性支架和髋关节之间的储能元件里，向前摆腿时释放所述能 量提供摆腿助力，降低利用截瘫助行外骨骼行走时的体能消耗。另外，根据本发明实施例 的截瘫助行外骨骼还便于患者自行穿戴，使用简单且成本低。
根据本发明的一个实施例，所述储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼还包括：锁止板， 所述锁止板设在所述端部支架的下端且适于锁止所述髋关节转动或释放所述髋关节。
根据本发明的一个实施例，所述储能组件包括：储能元件，所述储能元件的上端通过 上关节轴承可枢转地连接至所述端部支架，所述储能元件的下端通过下关节轴承可枢转地 连接至所述锁止板。由此，坐姿时，锁止板释放髋关节，使其能够转动，从而使得大腿支 条相对于端部支架屈曲，而在站立或行走状态时，锁止板锁紧髋关节，从而在储能元件的 作用下，实现在矢状面内低耗能曲髋行走。
根据本发明的一个实施例，所述储能元件为气弹簧。
根据本发明的一个实施例，所述储能元件包括双头螺杆和套设在所述双头螺杆外的弹 簧。
根据本发明的一个实施例，所述锁止板可枢转地连接在所述端部支架和所述髋关节之 间，所述锁止板的后端具有锁止部以锁止所述髋关节。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得 明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明 显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼处于站姿时的示意 图；
图2是图1中所示的截瘫助行外骨骼的部分放大示意图。
附图标记：
足托1；小腿支条2；大腿支条3；大腿托31；膝关节4；膝关节锁41；
髋关节组件5；刚性支架51；端部支架52；髋关节53；
储能组件6；储能元件61；上关节轴承62；下关节轴承63；
锁止板7；锁止部71
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相 同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考 附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、 “逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，除 非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、 “相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接， 或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中 间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可 以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的一种储能式前置刚性支架截瘫助行外骨 骼，该骨骼适于腰部有一定控制能力的截瘫患者，且辅助截瘫患者起坐、行走等动作。
根据本发明实施例的储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼，包括：两个足托1、两个 小腿支条2、两个大腿支条3、髋关节组件5、和储能组件6。如图1所示，每个足托1 均适于固定截瘫患者的足、踝和小腿，两个小腿支条2分别连接在两个足托1的上部， 例如小腿支条2可以位于足托1的上部前侧的外侧。两个大腿支条3分别与两个小腿支 条2通过可屈曲的膝关节4相连。小腿支条12和大腿支条3起到支撑和连接作用，在坐 姿时膝关节锁41打开，膝关节4屈曲，在站立或者行走时膝关节锁41锁紧，膝关节4不 能屈曲。在本说明书的描述中，前侧和后侧均是以患者为主体来考虑的，即前侧指的是患 者的前侧方向，而后侧指的是患者的后侧方向。
髋关节组件5包括刚性支架51和连接在其两端的端部支架52，其中刚性支架51 适于配合在人体腰部，端部支架52的下端通过髋关节53可枢转地连接至大腿支条3 的上端，储能组件6连接至端部支架52和大腿支条3之间以对储存或释放能量用于辅 助截瘫患者的站姿和坐姿之间的切换。
这样，通过将髋关节组件5和大腿支条3之间采用储能组件6连接，可以模拟人体 髋关节屈肌，在行走时，患者在矢状面伸展腰部将能量储存在储能组件中，屈髋释放储能 组件6储存的能量，提供摆腿助力，使患者可以顺利地由站姿过渡到行走状态，降低行走 时体能消耗。
根据本发明实施例的储能式前置刚性支架截瘫助行外骨骼，将腰部在矢状面做伸展运 动的能量储存在连接腰部刚性支架和髋关节之间的储能元件里，向前摆腿时释放所述能 量提供摆腿助力，降低利用截瘫助行外骨骼行走时的体能消耗。另外，根据本发明实施例 的截瘫助行外骨骼还便于患者自行穿戴，使用简单且成本低。
如图2所示，截瘫助行外骨骼还包括：锁止板7，锁止板7设在端部支架52的下端且 适于锁止髋关节53转动或释放髋关节53。在一些具体的实施例中，储能组件6的上端通 过上关节轴承62可枢转地连接至端部支架52，储能组件61的下端通过下关节轴承63可 枢转地连接至锁止板7。由此，坐姿时，锁止板7释放髋关节53，使其能够转动，从而使 得大腿支条3相对于端部支架52屈曲，而在站立或行走状态时，锁止板7锁紧髋关节53， 从而在储能元件61的作用下，实现在矢状面内低耗能曲髋行走。
根据本发明的一个可选实施例，如图2所示，储能组件61包括双头螺杆612和套设在 双头螺杆612外的储能元件611，双头螺杆612的上端通过上关节轴承62可枢转地连接至 端部支架52，且下端通过下关节轴承63可枢转地连接至锁止板7，而弹簧611的两端也分 别连接至端部支架52和锁止板7，由此可以储存能量或释放能量，以便辅助截瘫患者行走。 可选地，储能元件611可以为弹簧。
如图2所示，锁止板7连接在端部支架52和髋关节53之间，且锁止板7分别与端部 支架52和髋关节53均通过推力轴承(图未示出)连接。锁止板7的后端具有锁止部71以 锁止髋关节53，从而储能元件611与髋关节53枢接，储能元件611释放能量，辅助屈髋。
下面再参考图1-图2详细描述根据本发明实施例的截瘫助行外骨骼的工作过程，且以 腰部具有一定控制能力的截瘫患者使用为例进行说明。
首先，截瘫患者将根据本发明的截瘫助行外骨骼穿戴好。
当患者处于站姿状态时，关节锁41锁紧，膝关节4不能屈曲。如图1和图2所示，锁 止板7锁紧髋关节53，当由站姿切换为坐姿时，旋转锁止板7释放髋关节53，使大腿支条 3相对于端部支架52向侧转动，此时，膝关节锁41打开，膝关节4屈曲。
当患者处于行走状态时，膝关节锁41锁紧，膝关节4不能屈曲。患者在矢状面伸展腰 部将能量储存在储能元件61中，屈髋释放储能元件61储存的能量，提供摆腿助力，使患 者可以顺利地由站姿过渡到行走状态，降低行走时体能消耗。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示 例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结 构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语 的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或 者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱 离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型， 本发明的范围由权利要求及其等同物限定。