一种脊柱侧凸三维推力矫正装置及其应用的制作方法

本发明属于医疗矫正器械领域，更具体地，涉及一种脊柱侧凸三维推力矫正装置及其应用。

背景技术：

脊柱侧凸发病率约为1％-3％，其中以青少年特发性脊柱侧凸最为常见。如不及时诊治，脊柱侧凸的程度会随发育逐渐加重，严重者可能导致瘫痪。相反，如果早期诊治，可以减缓疾病的进展，避免手术。

目前，国内针对脊柱侧凸的康复治疗主要包括：手法治疗，矫正体操、电刺激、矫形支具、牵引等。其中临床上使用的牵引治疗，往往为单纯的轴向牵引，而脊柱侧凸病人常同时合并有椎体的旋转以及前后凸畸形，单纯轴向牵引治疗效果欠佳。

部分增加了横向牵引矫正的仪器，在使用中存在对胸部压迫难以耐受等问题。并且目前国内也尚未见针对脊柱侧凸的智能三维推力矫正装置的出现。因此，急需要研制一种新型的小型轻便、安全简单可广泛应用于临床和家庭的脊柱侧凸智能三维推力矫正装置，来实现对脊柱侧凸各个方面的矫正。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种脊柱侧凸三维推力矫正装置及其应用，其中该装置通过设置两组固定档杆组件和两组气缸推杆组件，并对其固定方式进行优化，使其能够沿竖直方向和水平方向任意调节，进而根据不同体型不同侧弯类型的用户调整支撑力和驱动力的大小和方向，不仅有效提高了推力矫正装置的适用性，并且能够产生旋转推力，帮助矫正脊柱侧凸旋转，因而尤其适用于脊柱侧凸矫正的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种脊柱侧凸三维推力矫正装置，该装置包括框架单元以及固定在所述框架单元上的座椅单元、颈部固定单元、滑动单元、气动单元和控制单元，其中：

所述座椅单元固定在所述框架单元的底部，用于对骨盆进行固定；

所述颈部固定单元固定在所述框架单元的顶部，用于牵引用户头部；

所述滑动单元包括滑动导轨组件、固定档杆组件、气缸推杆组件和扶手板，所述滑动导轨组件设置在所述框架单元的两侧，用于固定所述气缸推杆组件、固定档杆组件和扶手板，以带动其上下移动；两组所述固定档杆组件分别设置在所述座椅单元的左右两侧，用于为用户提供支撑力；同时一组所述气缸推杆组件设置在该侧固定档杆组件的上方，另一组所述气缸推杆组件设置在另一侧固定档杆组件的下方，用于为用户提供驱动力；所述固定档杆组件和气缸推杆组件能够在其水平面上进行移动和旋转，以此改变作用力方向，从而针对用户的脊柱侧凸实施三维推力矫正；

所述气动单元在所述控制单元的控制下调节所述气动推杆组件的施力过程和施力大小。

作为进一步优选地，所述座椅单元包括座椅板、立柱、可控气弹簧、骨盆固定组件和手轮，其中所述立柱和可控气弹簧分别设置在所述座椅板底部的左右两侧，通过所述可控气弹簧的伸缩实现所述座椅板的左右倾斜，以矫正骨盆倾斜的问题；两组所述骨盆固定组件对称设置在所述座椅板的上方，并利用所述手轮控制所述骨盆固定组件进行左右平移，以此实现骨盆固定。

作为进一步优选地，所述颈部固定单元包括金属牵引架、牵引拉绳、颈部牵引带和测力计，其中所述金属牵引架固定在所述框架单元的顶部，并通过所述牵引拉绳与所述颈部牵引带连接；所述测力计设置在所述牵引拉绳和颈部牵引带之间，用于测定颈部牵引力；工作时通过所述颈部牵引带的上下移动调节所述颈部牵引力的大小。

作为进一步优选地，两组所述固定档杆组件的结构相同，每组所述固定档杆组件均包括第一调节模块和档杆，其中所述第一调节模块包括第一底板、夹紧固件和第一螺钉，所述第一底板固定在所述滑动导轨组件的横梁上，从而在滑块的带动下进行上下移动，同时能够沿该横梁进行前后移动，并进行水平方向旋转；所述夹紧固件固定在该第一底板上，所述档杆穿过所述夹紧固件进行固定，通过所述夹紧固件能够调节所述档杆沿座椅单元的左右方向移动。

作为进一步优选地，两组所述气缸推杆组件的结构相同，每组所述气缸推杆组件均包括第二调节模块、传感器和推杆，其中所述第二调节模块包括第二底板和气缸，所述第二底板固定在所述滑动导轨组件的横梁上，从而在滑块的带动下进行上下移动，同时能够沿该横梁进行前后移动，并进行水平方向旋转；所述气缸固定在该第二底板上，并与所述推杆连接，以带动所述推杆沿座椅单元的左右方向移动，进而调整驱动力的大小。

作为进一步优选地，所述固定档杆组件或气缸推杆组件还包括传感器，用于实时测量支撑力或驱动力的大小。

作为进一步优选地，所述脊柱侧凸三维推力矫正装置还包括移动单元，所述移动单元设置在所述框架单元的下方，以实现所述脊柱侧凸三维推力矫正装置的移动。

按照本发明的另一方面，提供了一种上述脊柱侧凸三维推力矫正装置在脊柱侧凸矫正中的应用。

作为进一步优选地，针对脊柱c弯用户，利用一组所述气缸推杆组件作用于用户的侧凸顶锥，同时利用两组所述固定档杆组件作用于用户的上下端椎，进而形成三点力以矫正脊柱侧凸；针对脊柱s弯用户，利用两组所述气缸推杆组件作用于用户的侧凸顶锥，同时利用两组所述固定档杆组件作用与用户的上下端椎，进而形成四点力以矫正脊柱侧凸；针对锥体旋转用户，利用一组所述气缸推杆组件在肋隆凸后方给予由背侧向腹侧的推力，利用另一组所述气缸推杆组件在肋隆凸的对侧给予由腹侧向背侧的推力，进而形成两对力以矫正锥体旋转；针对骨盆倾斜用户，通过调整座椅单元的倾斜角度以矫正骨盆倾斜。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明提供了一种脊柱侧凸三维推力矫正装置，该装置利用滑动单元中的滑动导轨组件、固定档杆组件和气缸推杆组件，能够根据不同体型不同侧弯类型的用户调整支撑力和驱动力的大小和方向，同时利用座椅单元和扶手板保证用户相对固定，进而实现脊柱侧凸三维推力矫正，大大提高了推力矫正装置的适用性，具有较好的治疗效果，并且避免了传统设备采用拉带对用户胸部带来的压迫；同时通过设置两组固定档杆组件和两组气缸推杆组件，可以实现三点力、四点力矫正，用于纠正s型脊柱侧凸；此外固定档杆组件和气缸推杆组件能够在其水平面上进行移动和旋转，从而产生旋转推力，进而帮助纠正脊柱侧凸旋转；

2.尤其是，本发明通过对座椅单元的结构进行优化，通过在座椅板的底部设置可控气弹簧，通过其伸缩实现座椅板的左右倾斜，从而实现矫正骨盆倾斜的作用；

3.此外，本发明提供了该脊柱侧凸三维推力矫正装置在脊柱侧凸矫正中的应用，针对脊柱c弯用户、脊柱s弯用户、锥体旋转用户以及骨盆倾斜用户提供了不同的矫正方式，能够有效提高矫正效果。

附图说明

图1是按照本发明优选实施例构建的脊柱侧凸三维推力矫正装置的正视图；

图2是按照本发明优选实施例构建的脊柱侧凸三维推力矫正装置的左视图；

图3是按照本发明优选实施例构建的脊柱侧凸三维推力矫正装置的斜视图；

图4是本发明提供的脊柱侧凸三维推力矫正装置使用中的正视图；

图5是本发明提供的脊柱侧凸三维推力矫正装置使用中的斜视图；

图6是本发明提供的脊柱侧凸三维推力矫正装置中启动单元的控制系统图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1：框架单元，2：移动单元，3：座椅单元，4：颈部固定单元，5：滑动单元，6：气动单元，7：控制单元，1-1：顶部横梁，1-2：钢板，2-1：水平调节脚轮，3-1：立柱，3-2：可控气弹簧，3-3：座椅板，3-4：骨盆固定组件，3-5：可控开关，3-6：手轮，4-1：颈部牵引带，4-2：颈部牵引带挂钩，4-3：牵引拉绳，4-4：金属牵引架，4-5：牵引架固定端，4-6：测力计，5-1：滑动导轨组件，5-2：第一调节模块，5-2-1：夹紧固件，5-2-2：夹紧固件开关，5-2-3：第一底板，5-2-4：第一梅花螺钉，5-3：第二调节模块，5-3-1：气缸，5-3-2：法兰连接件，5-3-3：第二底板，5-3-4：第二梅花螺钉，5-4：挡杆，5-5：推杆，5-6：传感器，5-7：扶手板，5-9：手柄，7-1控制面板，7-2：监控面板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～3所示，本发明实施例一种脊柱侧凸三维推力矫正装置，该装置包括框架单元1以及固定在框架单元上的座椅单元3、颈部固定单元4、滑动单元5、气动单元6和控制单元，其中：

框架单元1包括长方体框架、钢板1-2和顶部横梁1-1，其中长方体框架可由8080型材拼装得到，并且通过螺钉固定于钢板1-2上，同时顶部横梁1-1固定在长方体框架的上方；

座椅单元3固定在钢板1-2上，用于对骨盆进行固定，并通过改变其左右倾斜的角度以矫正骨盆倾斜的问题；该座椅单元3包括座椅板3-3、立柱3-1、可控气弹簧3-2、骨盆固定组件3-4和手轮3-6，其中立柱3-1和可控气弹簧3-2分别设置在座椅板3-3底部的左右两侧，其另一端通过螺钉固定于钢板1-2上，通过调节可控开关3-5来控制可控气弹簧3-2的伸缩，以此实现座椅板3-3的左右倾斜；两组骨盆固定组件3-4通过螺钉对称设置在座椅板3-3的上方，并通过转动手轮3-6控制骨盆固定组件3-4进行左右平移，以此实现骨盆固定；

颈部固定单元4固定在框架单元1的顶部，用于牵引用户头部；该颈部固定单元4包括金属牵引架4-4、牵引拉绳4-3、颈部牵引带4-1和测力计4-6，金属牵引架4-4通过牵引架固定端4-5固定于顶部横梁1-1上，并2通过牵引拉绳4-3、颈部牵引带挂钩4-2与颈部牵引带4-1连接；测力计4-6设置在牵引拉绳4-3和颈部牵引带4-1之间，用于测定颈部牵引力；工作时通过颈部牵引带4-1的上下移动调节颈部牵引力的大小；

滑动单元5包括滑动导轨组件5-1、固定档杆组件、气缸推杆组件和扶手板5-7，滑动导轨组件5-1设置在长方体框架的两侧，用于固定气缸推杆组件、固定档杆组件和扶手板5-7，通过调节手柄5-9的松紧能够带动其上下移动；两组固定档杆组件分别设置在座椅单元3的左右两侧，用于为用户提供支撑力；同时一组气缸推杆组件设置在该侧固定档杆组件的上方，另一组气缸推杆组件设置在另一侧固定档杆组件的下方，用于为用户提供驱动力；固定档杆组件和气缸推杆组件能够在其水平面上进行移动和旋转，以此改变作用力方向，从而针对用户的脊柱侧凸实施三维推力矫正；

如图6所示，气动单元6在控制单元7的控制下调节气动推杆组件的施力过程和施力大小，气动单元6包括气泵、过滤减压阀、油雾分离阀、电磁阀、换向阀、电气比例阀、泄压阀和气缸，工作时压缩空气从气泵发出，通过过滤减压阀、油雾分离阀、电气比例阀、换向阀到达气缸，换向阀控制气体进入的方向从而控制气缸的左右移动，电磁阀控制气缸端锁的打开与关闭从而控制气缸是否锁死；气动单元6通过调节泄压阀，限制气缸最大气压，当系统的气压由于特殊的故障超过安全气压，泄压阀就会打开，从而让气压排除，避免了气压过大出现安全问题，使得加力过程安全可靠；

控制单元7通过控制面板7-1对装置进行控制，并利用监控面板7-2实时监控施力情况，工作时通过控制面板7-1设置驱动力的最大安全值，并调节驱动力的大小以及时间；控制单元设计安全界面防止误操作，只有通过输入密码才能进入操作界面；设计安全保护程序，当输入值超过安全值时，装置不会做出反应，同时安全值可针对不同体型患者进行更改；断电时气缸端锁自动闭合，气缸抱死使推杆停留在原位置不伤害患者；控制单元可以实现间歇性治疗功能，监控面板7-2可以实时显示治疗参数和状态。

进一步，两组固定档杆组件的结构相同，每组固定档杆组件均包括第一调节模块5-2和档杆5-4，其中第一调节模块5-2包括第一底板5-2-3、夹紧固件5-2-1和第一螺钉5-2-4，第一底板5-2-3通过第一梅花螺钉5-2-4固定在滑动导轨组件5-1的横梁上，从而在滑块的带动下进行上下移动，同时通过调节第一梅花螺钉5-2-4的松紧能够沿该横梁进行前后移动，并进行水平方向旋转；夹紧固件5-2-1固定在该第一底板5-2-3上，档杆5-4穿过夹紧固件5-2-1进行固定，通过调节夹紧固件开关5-2-2，能够调节档杆5-4沿座椅单元3的左右方向移动。

两组气缸推杆组件的结构相同，每组气缸推杆组件均包括第二调节模块5-3、传感器5-6和推杆5-5，其中第二调节模块5-3包括第二底板5-3-3和气缸5-3-1，第二底板5-3-3通过第二梅花螺钉5-3-4固定在滑动导轨组件5-1的横梁上，从而在滑块的带动下进行上下移动，同时通过调节第二梅花螺钉5-3-4的松紧能够沿该横梁进行前后移动，并进行水平方向旋转；气缸固定在该第二底板5-3-3上，并与推杆5-5通过法兰连接件5-3-2连接，以带动推杆5-5沿座椅单元3的左右方向移动，进而调整驱动力的大小；选用带有端锁的气缸5-3-1提供动力，以使推杆5-5可以被锁紧，由于采用空气作为工作介质，气体压力级小，可以保证装置在对患者进行治疗时安全可靠；

固定档杆组件和气缸推杆组件还包括传感器5-6，用于实时测量支撑力或驱动力的大小。档杆5-4和推杆5-5的前端设置有弧形加力装置，用于与用户接触从而施加支撑力或驱动力，传感器5-6设置在弧形加力装置的后方，从而测量接触面的受力大小。

进一步，工作时利用stm32-p01作为工控机对装置进行控制，通过控制单元7在屏幕输入治疗各项参数，按下开始键开始治疗后，单片机发出两个电流信号控制比例阀的气压，气动单元6供气使气缸产生一定的推力作用在用户特定关节处进行治疗；控制器对外输出两个电流信号控制比例阀的气压从而控制推杆输出的力，控制器对外输出两个io信号控制电磁阀的开关从而控制气缸端锁的开与关，控制器对外输出两个io信号控制换向阀的开关从而控制气缸伸缩；通过调节比例阀来调节气缸内部气压大小进而控制加力装置对外输出的力的大小，通过控制比例阀缓慢调节进而控制加力装置缓慢加力和减力。

进一步，脊柱侧凸三维推力矫正装置还包括移动单元2，移动单元2设置在框架单元1的下方，利用水平调节脚轮2-1来实现脊柱侧凸三维推力矫正装置的移动。

按照本发明的另一方面，如图4或5所示，提供了一种上述脊柱侧凸三维推力矫正装置在脊柱侧凸矫正中的应用。

针对脊柱c弯用户，利用一组气缸推杆组件作用于用户的侧凸顶锥，同时利用两组固定档杆组件作用于用户的上下端椎，进而形成三点力以矫正脊柱侧凸。

针对脊柱s弯用户，用户坐于座椅板3-3上，两组推杆5-5固定于侧凸顶锥，沿侧凸的反方向推动锥体，同时利用两组固定档杆组件作用与用户的上下端椎，进而形成四点力，然后调节到用户可以耐受的力度后矫正脊柱侧凸。

当脊柱侧凸的用户伴有旋转时，可以在水平面旋转推杆5-5，使两组推杆5-5成对角线放置，借此来帮助脊柱侧凸的旋转；以肋隆凸为例，利用一组气缸推杆组件在肋隆凸后方给予由背侧向腹侧的推力，利用另一组气缸推杆组件在肋隆凸的对侧给予由腹侧向背侧的推力，使得两组推杆5-5成对角线放置，进而形成两对力以矫正锥体旋转。

针对骨盆倾斜用户，通过调整座椅单元3的倾斜角度以矫正骨盆倾斜。以右侧骨盆高于左侧为例，通过调整座椅板3-3的倾斜角度，使得座椅板3-2的左侧高于右侧，进而纠正骨盆高低不对称。

本发明改善了单纯的垂直牵引方式，增加了水平推力、旋转校正以及骨盆矫正，并且推力的方向和力度都可以根据脊柱侧凸病人的具体情况进行调节，使得治疗更加个体化。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。