一种人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置，包括：控制器和测试装置，测试装置包括传动系统和内置传感器系统；控制器连接测试装置；传动系统包括：床支架、液压缸、活塞支杆、翻转轴、床板、安全带、上肢支架、脚踏板、仿形下肢、第一步进电机、扇形齿轮驱动齿轮、带齿条提杆、带拨销扇形齿轮、扇形齿轮驱动齿轮、第二步进电机、横轴、垫片、横向螺母、手轮、径向球轴承、丝杠、止推锥轴承。本实用新型的解决了由患者自助康复的问题，适合在肢体康复专科医院或家庭大量使用，通过位移传感器的记录，通过控制器的控制，精确地测量关节的固定位置和移动位移及速度与加速度的数值，客观的量化评价了关节的位置觉和运动觉。
【专利说明】一种人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于康复治疗【技术领域】，尤其涉及一种人体关节位置觉和运动觉康复 评估测试装置。
【背景技术】
[0002] 关节静态位置感觉和运动觉属于本体感觉，又称人体的深感觉，是指肌、腱、关节 等运动器官本身在不同状态（运动或静止）时产生的感觉。包含关节运动觉和位置觉的一 种特殊感觉形式。它主要包括3方面的内容：①关节位置的静态感知能力；②关节运动的感 知能力（关节运动或加速度的感知）；③反射回应和肌张力调节回路的传出活动能力。前 两者反映本体感觉的传入活动能力，后者反映其传出活动的能力。膝关节本体感觉由位于 膝关节周围的肌肉、肌腱、关节囊、韧带、半月板和皮肤的感受器发生的传入信号整合而成， 并通过不同中枢控制反射回应和肌张力调节回路传出活动。肌肉和关节的感受器是关节本 体感觉的主要来源，膝关节本体感觉传入和神经肌肉控制传出能力减退将导致关节稳定性 下降、关节运动失去控制及步态异常。位置觉测试有以下4种不同的方法：被动定位被动复 位（PRPP)、被动定位主动复位（ARPP)、主动定位主动复位（ARAP)、半被动定位半被动复位 (SRSP)。
[0003]目前国内尚没有建立测定完整的肢体静态位置感觉和运动觉功能客观可靠的方 法，临床上通过测定肌力和关节活动度作为恢复运动的指标现已证明是不够充分的。因为 即使肌力恢复到正常水平，患者仍会感觉缺乏运动的稳定和准确性。例如一些患者前交叉 韧带重建术后膝关节稳定性很好，但走路时仍有跛行，不能正常上下楼梯，这些与韧带重建 后肢体静态位置感受和运动觉功能恢复不佳有关。
[0004] 测定方法关节静态位置感觉和运动觉内容和形式的多样性决定其测定方法并不 统一，目前尚无认可的标准测定方法，且没有哪种方法具有很高的灵敏度和特异度，使得相 关研究的可比性较差，临床上较难开展。 实用新型内容
[0005] 本实用新型实施例的目的在于提供一种人体关节位置觉和运动觉康复评估测试 装置，外科医生Codman于1913年提出医院的数据应该标准化。首先是第一次评估必须标 准化，这样可以比较不同医院和不同治疗方法之间的差别，同时强调结果的评价应该以病 人的感觉为主。
[0006] 本实用新型实施例是人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置，该人体关节位 置觉和运动觉康复评估测试装置包括：控制器和测试装置，测试装置包括传动系统和内置 传感器系统；控制器连接测试装置；
[0007] 传动系统包括：床支架、液压缸、活塞支杆、翻转轴、床板、安全带、上肢支架、脚踏 板、仿形下肢、第一步进电机、扇形齿轮驱动齿轮、带齿条提杆、带拨销扇形齿轮、扇形齿轮 驱动齿轮、第二步进电机、横轴、垫片、横向螺母、手轮、径向球轴承、丝杠、止推锥轴承；
[0008] 坚向螺母镶嵌在床板滑道槽中并与丝杠配合形成螺旋副，由固定在床板上的径向 球轴承与止推锥轴承支撑丝杠，阶梯的横轴上套装垫片、上肢支架，用横向螺母压紧，上肢 支架伸出在床板的正面，阶梯的横轴的两端则分别与坚向螺母键连接，通过旋转丝杠上的 手轮，对阶梯的横轴带动上肢支架进行上下调节，液压缸通过铰连接设置在床支架的中间 位置，活塞支杆的一端连接液压缸，活塞支杆的另一端连接床板，床支架通过翻转轴连接床 板，安全带设置在床板上；
[0009] 仿形下肢固定在床板上，仿形下肢与脚踏板铰接，脚踏板与带齿条提杆下端铰接， 带齿条提杆中上部开有长槽，安装在床板上的第一步进电机驱动与齿条相啮合的齿条驱动 齿轮，另一安装在床板上的第二步进电机驱动与带拨动销扇形齿轮啮合的扇形齿轮驱动齿 轮，带拨动销扇形齿轮上带有的拨动销，插在带齿条提杆的长槽中，拨动带齿条提杆前后摆 动。
[0010] 进一步，传动系统还包括：床支架上装有的电气与液压控制箱、电控开关，与液压 缸和活塞支杆铰接；床板的正面装有扶手和腰带，床板的背面与液压缸的活塞支杆铰接。 [0011] 进一步，传感器系统设置通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函 数关系的电阻或电压输出的位移传感器。
[0012] 进一步，位移传感器的可动电刷与被测物体相连。
[0013] 进一步，位置传感器包括：传动连杆、电路盒、信号电缆、屏蔽罩、螺管线圈和滑 环；
[0014] 传动连杆设置在屏蔽罩的上端，传动连杆连接滑环，滑环设置在螺管线圈上，螺管 线圈设置在屏蔽罩的内部，电路盒设置在屏蔽罩的右端，信号电缆连接电路盒。
[0015] 进一步，仿形下肢通过三孔支座固定在床板上。
[0016] 进一步，仿形下肢与脚踏板采用上下铰接的方式实现连接。
[0017] 本实用新型提供的人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置，通过调整步进电 机控制程序调节带齿条提杆上下移动速度和摆动幅度，适应不同康复阶段的患者的需要， 还能使大腿、膝关节、小腿、脚踝、足都受到适当的纵向力，加强了对肌肉的锻炼强度，加快 肌肉的恢复速度。让患者在完全仿真的情况下进行康复训练，有助于患者尽快恢复下肢运 动能力；通过设立膝关节静态位置感觉和运动觉评估及测试方法，并观察损伤后关节静态 位置感觉和运动觉的改变；为后期的降幅评定提供参考依据，探索更有效的静态位置感觉 和运动觉评估设备及训练方法。本实用新型的结构简单，操作简捷，使用方便，解决了由患 者自助康复的问题，适合在肢体康复专科医院或家庭大量使用，通过位移传感器的记录，通 过主机的控制，精确地测量关节的固定位置和移动位移及速度与加速度的数值，客观的量 化评价关节的位置觉和运动觉。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本实用新型实施提供的人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置结构 示意图；
[0019] 图2是本实用新型实施提供的人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置的剖 视图；
[0020] 图3是本实用新型实施提供的位置传感器的结构示意图；
[0021] 图中：1、床支架；2、液压缸；3、活塞支杆；4、翻转轴；5、床板；6、安全带；7、上肢 支架；8、脚踏板；9、仿形下肢；10、第一步进电机；11、扇形齿轮驱动齿轮；12、带齿条提杆； 13、带拨销扇形齿轮；14、扇形齿轮驱动齿轮；15、第二步进电机；16、横轴；17、垫片；18、横 向螺母；19、手轮；20、径向球轴承；21、丝杠；22、止推锥轴承；23、传动连杆；24、电路盒； 25、信号电缆；26、屏蔽罩；27、螺管线圈；28、滑环。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本 实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新 型，并不用于限定本实用新型。
[0023] 下面结合附图及具体实施例对本实用新型的应用原理作进一步描述。
[0024] 如图1和图2所示，本实用新型实施例的人体关节位置觉和运动觉康复评估测试 装置包括：床支架1、液压缸2、活塞支杆3、翻转轴4、床板5、安全带6、上肢支架7、脚踏板 8、仿形下肢9、第一步进电机10、扇形齿轮驱动齿轮11、带齿条提杆12、带拨销扇形齿轮13、 扇形齿轮驱动齿轮14、第二步进电机15、横轴16、垫片17、横向螺母18、手轮19、径向球轴 承20、丝杠21、止推锥轴承22组成；
[0025] 如图1和图2所示，仿形臂的上肢固定装置通过坚向螺母镶嵌在床板5滑道槽中 并与丝杠21配合形成螺旋副，由固定在床板5上的径向球轴承20与止推锥轴承22支撑丝 杠21，承受人体的部分重量，阶梯的横轴16上套装垫片17、上肢支架7,用横向螺母18压 紧，上肢支架7伸出在床板5的正面，支撑在人体的腋下。通过调节垫片17的左右分配数 量，可根据人体的宽度对上肢支架7进行左右调节；阶梯的横轴16的两端则分别与坚向螺 母键连接。通过旋转丝杠21上的手轮19,可根据人体高度阶梯的横轴16带动上肢支架7 进行上下调节。液压缸2通过铰连接设置在床支架1的中间位置，活塞支杆3的一端连接 液压缸2,活塞支杆3的另一端连接床板5,床支架1通过翻转轴4连接床板，安全带6设置 在床板5上；
[0026] 仿躯干的下肢运动机构仿形下肢9通过三孔支座固定在床板5上。如图1、2所 示，仿形腿由对称平行布置的大腿、小腿与脚踏板8上下铰接而成，平行的大腿、小腿的铰 接处用平行连杆铰接加固，仿形腿上端通过关节轴承与固定在三孔支座内的支撑轴形成转 动副。脚踏板8又与带齿条的提杆下端铰接，带齿条提杆12中上部开有长槽，长槽的一侧 加工成齿条。安装在床板5上的第一步进电机10驱动与齿条相啮合的齿条驱动齿轮，带动 带齿条提杆12上下移动；另一安装在床板5上的第二步进电机15驱动与带拨动销扇形齿 轮13啮合的扇形齿轮驱动齿轮14,带拨动销扇形齿轮13上带有的拨动销，插在带齿条提杆 12的长槽中，拨动带齿条提杆12前后摆动。通过带齿条提杆12的上下运动与前后摆动的 复合运动，可实现模仿人的步行运动。
[0027] 优点是显而易见的，主要表现在结构简单，操作简捷，使用方便，解决了由患者自 助康复的问题，适合在肢体康复专科医院或家庭大量使用。
[0028] 人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置，包括设备主要由控制器和测试装置 构成，测试装置包括传动系统和内置传感器系统；
[0029] 传动系统包括床支架1和床板5,床支架1上装有电气与液压控制箱、电控开关，铰 接液压缸系统及其活塞支杆；床板5的正面装有扶手和腰带，其背面与液压缸系统的活塞 支杆铰接，床支架1与床板5则通过翻转轴活动连接。床板5背面还装有仿形臂的上肢固 定机构和仿躯干的下肢运动机构。
[0030] 位移传感器如图3所示通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函 数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移 传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一 个确定关系。电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移 动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的 方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。通过非接触式的测控 技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量肢体运动的实际位移值的。位置传感器包括： 传动连杆23、电路盒24、信号电缆25、屏蔽罩26、螺管线圈27和滑环28 ;
[0031] 传动连杆23设置在屏蔽罩26的上端，传动连杆23连接滑环28,滑环28设置在螺 管线圈27上，螺管线圈27设置在屏蔽罩26的内部，电路盒24设置在屏蔽罩26的右端，信 号电缆25连接电路盒24。
[0032] 本实用新型的使用方法为：
[0033] 准备过程：下肢体康复器的结构简图如图1、2所示。对于重病患者，首先将其从普 通病床上平移至下肢体康复器平放的床板5上，推到训练地点，将床支架1固定在地面。旋 松横向螺母16,将上肢支架7伸出，调整上肢支架7两侧垫片17数量，调整左右上肢支架7 距离至合适人体宽度，扭紧横向螺母16,将伸出的上肢支架7插入患者的腋下；通过转动手 轮19,将锁紧平放在床板5下部伸直了的仿形下肢的脚踏板8调整到触到患者脚的位置； 将安全带6系在患者的腹部，以保证患者在接受康复训练的过程中始终被固定在床板5上， 保证在康复训练中的安全。床支架1上安装有电气、液压控制箱，通过按住控制开关控制液 压缸2工作，推动活塞支杆3将与床支架1用翻转轴4铰接的床板5慢慢翻转坚起。患者 脚踩脚踏板8,上肢支撑在上肢支架7上，解决了肢体残疾病人需要有人換扶才能进行康复 训练的问题。
[0034] 测试过程：第一步进电机10、第二步进电机15根据模仿人体的步行规律安排步进 时序。第一步进电机10带动扇形齿轮驱动齿轮11转动，与齿条啮合，使带齿条提杆12上 下移动，完成步行的上下运动。第二步进电机15带动扇形齿轮驱动齿轮14旋转，与带拨销 扇形齿轮13啮合，带拨销扇形齿轮13上的拨销插在带齿条提杆12上面的长槽内，拨动带 齿条提杆12前后摆动。第一步进电机10、第二步进电机15按一定的规律复合运动，就可以 实现人的步行运动。通过脚踏板8带动患者的脚、腿做步行运动。
[0035] 通过调整步进电机控制调节带齿条提杆上下移动速度和摆动幅度，来适应不同康 复阶段的患者的需要。这种结构还能使大腿、膝关节、小腿、脚踝、足都受到适当的纵向力， 加强了对肌肉的锻炼强度，加快肌肉的恢复速度。这些功能特点可以让患者在完全仿真的 情况下进行康复训练，有助于患者尽快恢复下肢运动能力。
[0036] 结束过程：训练结束，将下肢体伸直固定在床板5上。通过按住控制开关控制液压 缸2工作，拉动活塞支杆3将床板5慢慢翻转放平。旋松横向螺母16,将上肢支架7收回， 扭紧横向螺母16。将患者推回病房，从下肢体康复器平移至普通病床上。
[0037] 令受试者的肢体任一关节被动或主动地定位于某一屈曲的角度，然后令受试者通 过被动运动或主动运动并依靠自我判断重新建立上述角度，并对角度重建的精确度进行测 量。包括主动重现和被动重现两种模式。设备主要由控制器和测试装置构成，受试者由机 器被动屈曲膝关节到设定的角度（分别为0°、30°和45° )，5s时间记忆角度，然后装置 会将节放置到最大伸直位，15s后受试者要主动重现之前设定的角度，从而得到重现角度与 设定角度之间的差值，通过位移传感器的记录，通过控制器的控制，精确地测量关节的固定 位置和移动位移及速度与加速度的数值，客观的量化评价关节的位置觉和运动觉。
[0038] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置，其特征在于，该人体关节位置觉 和运动觉康复评估测试装置包括：控制器和测试装置，测试装置包括传动系统和内置传感 器系统；控制器连接测试装置； 传动系统包括：床支架、液压缸、活塞支杆、翻转轴、床板、安全带、上肢支架、脚踏板、仿 形下肢、第一步进电机、扇形齿轮驱动齿轮、带齿条提杆、带拨销扇形齿轮、扇形齿轮驱动齿 轮、第二步进电机、横轴、垫片、横向螺母、手轮、径向球轴承、丝杠、止推锥轴承； 坚向螺母镶嵌在床板滑道槽中并与丝杠配合形成螺旋副，由固定在床板上的径向球轴 承与止推锥轴承支撑丝杠，阶梯的横轴上套装垫片、上肢支架，用横向螺母压紧，上肢支架 伸出在床板的正面，阶梯的横轴的两端则分别与坚向螺母键连接，通过旋转丝杠上的手轮， 对阶梯的横轴带动上肢支架进行上下调节，液压缸通过铰连接设置在床支架的中间位置， 活塞支杆的一端连接液压缸，活塞支杆的另一端连接床板，床支架通过翻转轴连接床板，安 全带设置在床板上； 仿形下肢固定在床板上，仿形下肢与脚踏板铰接，脚踏板与带齿条提杆下端铰接，带 齿条提杆中上部开有长槽，安装在床板上的第一步进电机驱动与齿条相啮合的齿条驱动齿 轮，另一安装在床板上的第二步进电机驱动与带拨动销扇形齿轮啮合的扇形齿轮驱动齿 轮，带拨动销扇形齿轮上带有的拨动销，插在带齿条提杆的长槽中，拨动带齿条提杆前后摆 动。
2. 如权利要求1所述的人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置，其特征在于，传 动系统还包括：床支架上装有的电气与液压控制箱、电控开关，与液压缸和活塞支杆铰接； 床板的正面装有扶手和腰带，床板的背面与液压缸的活塞支杆铰接。
3. 如权利要求1所述的人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置，其特征在于，传 感器系统设置通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电 压输出的位移传感器。
4. 如权利要求3所述的人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置，其特征在于，位 移传感器的可动电刷与被测物体相连。
5. 如权利要求3所述的人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置，其特征在于，位 置传感器包括：传动连杆、电路盒、信号电缆、屏蔽罩、螺管线圈和滑环； 传动连杆设置在屏蔽罩的上端，传动连杆连接滑环，滑环设置在螺管线圈上，螺管线圈 设置在屏蔽罩的内部，电路盒设置在屏蔽罩的右端，信号电缆连接电路盒。
6. 如权利要求1所述的人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置，其特征在于，仿 形下肢通过三孔支座固定在床板上。
7. 如权利要求1所述的人体关节位置觉和运动觉康复评估测试装置，其特征在于，仿 形下肢与脚踏板采用上下铰接的方式实现连接。
【文档编号】A63B23/04GK203885802SQ201420241239
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】杨晓龙, 王琳, 周雅媛, 王家仲, 于涛, 张庆宇, 王志彬 申请人:杨晓龙