专利名称：仿生护膝支具的制作方法人体关节的骨端覆盖有一层致密的结缔组织，即关节软骨，其具有渗透性、粘弹性、润滑性等力学性质，所形成的生物力学调节系统对润滑关节减少相邻两骨的磨擦、传导载荷、吸收震荡和缓冲应力等均有深刻意义。膝关节作为人体最大最复杂的关节，由胫股关节和髌股关节组成，关节内有半月板、关节软骨、交叉韧带等组织结构。半月板位于胫股关节之间，可以把股骨传来的压力分散到胫骨平台上，具有均勻分布承重和稳定膝关节的功能。膝关节的运动常常可同时发生于额状面、矢状面、横状面等三个面上。因此膝关节有一个构成运动轴的即刻中心，或称之为瞬息中心，相当于在一定规则下不断变化行程而稳定的链环横轴，以维持膝关节的力学动态平衡。同时膝关节又位于身体两个最长的杠杆臂之间，承受较大的负荷，容易受到急性创伤和慢性损伤。病理上包括半月板断裂、磨损，软骨纤裂、碎裂、软骨退变、软骨下骨质裸露，即刻中心紊乱等，最终可导致膝关节的损坏。对于膝关节急慢性损伤的治疗，不论是选择手术和非手术治疗都牵涉到力学问题，即要对抗持续存在的压应力，充分减少膝关节的负荷，但又必须在非功能替代的前提下，在治疗早期进行膝关节功能锻炼活动，才有希望获得关节内组织、骨骼和支撑面的功能愈合，尤其是康复期软骨面的愈合。目前减少膝关节压应力的非手术治疗有，扶拐、卧床与石膏固定、支具护膝等。手术方法有肌腱切断延长，增加关节负重面和人工膝关节植换。然而所通用的非手术治疗主要是功能替代方式，为了稳定膝关节使得膝关节始终处于直挺非活动状态状态，往往产生关节癍用性改变和肌肉萎缩等不良后果，虽然非手术治疗方法中也有采用膝关节支具的，采用膝关节支具能使膝关节进行早期的功能性锻炼活动，但其仅能控制膝关节的活动角度，不能模仿膝关节内半月板和软骨面的功能，消除膝关节负荷的作用效果不明显。而手术治疗是不得以的选择，不为多数人接受。因此对膝关节急慢性损伤的治疗，需要一种既能使膝关节进行早期的功能性锻炼活动，又能充分消除膝关节的负荷的骨科医疗器械。
本发明所要解决的技术问题是提供一种仿生护膝支具，在膝关节急慢性损伤的治疗中，既能使膝关节进行早期的功能性锻炼活动，又能充分消除膝关节的负荷。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种仿生护膝支具，包括通过绑带固定在人体下肢两侧的两支具夹板，所述各支具夹板包括与大腿连接的大腿支撑板以及与小腿连接的小腿支撑板，所述大腿支撑板和小腿支撑板在位于人体膝关节的位置转动连接，所述护膝支具还包括能产生半月板功能的仿半月板结构，其一端与所述大腿支撑板连接，另一端与所述小腿支撑板连接，将来自股骨的重力传导至小腿。所述大腿支撑板在位于人体膝关节的端部为仿股骨髁结构，所述小腿支撑板在位于人体膝关节的端部为仿胫骨平台结构，仿股骨髁结构和仿胫骨平台结构之间转动连接， 所述仿半月板结构一端与所述仿胫骨平台结构连接，另一端与所述仿股骨髁结构连接。所述仿半月板结构包括弹性元件I和与所述仿股骨髁结构面接触的摩擦片，所述弹性元件I 一端与所述摩擦片连接，另一端与所述仿胫骨平台结构连接。所述仿股骨髁结构包括凸轮形本体、弹性元件II和横轴，在所述凸轮形本体上设有沿所述大腿支撑板长度方向布置的滑槽，所述横轴穿过所述滑槽与所述仿胫骨平台结构连接，所述弹性元件II设在所述滑槽内，其一端抵住所述横轴，另一端抵住所述滑槽内壁， 所述护膝支具由伸直状态到屈曲状态变化过程中，所述仿胫骨平台结构绕所述横轴转动并使横轴在所述滑槽内产生沿滑槽长度方向的移动。所述仿胫骨平台结构的顶面为弧形，所述摩擦片与所述凸轮形本体的底部曲面相贴合。在所述仿胫骨平台结构上设有限定所述大腿支撑板与小腿支撑板之间转动角度的限位件，在所述限位件靠近所述大腿支撑板的部位设有缓冲弹簧。所述弹性元件I和弹性元件II为压缩弹簧。所述大腿支撑板和小腿支撑板上设有拉力指示器和多个绑带环，所述绑带一端连接所述拉力指示器，另一端依次穿过所述各绑带环，最后穿过拉力指示器上的绑带环并粘紧。所述大腿支撑板和小腿支撑板材质为生物复合材料，在所述大腿支撑板和小腿支撑板上与人体皮肤接触的部位设有医用纺织材料层。所述横轴轴颈处套接有轴承。本发明采用上述技术方案，仿半月板结构能模仿产生半月板的功能，以模仿人体膝关节的运动，将来自股骨的重力以递减的方式均勻传导至小腿，避免了集中载荷和减少胫股关节的压应力，在膝关节急慢性损伤的治疗中，既能使膝关节进行早期的功能性锻炼活动，又能充分消除膝关节的负荷，仿股骨髁结构、仿半月板结构和仿胫骨平台结构构成模仿人体膝关节运动的机构，模拟了膝关节软骨面受压相对弹性变形的特征，以非功能替代的形式缓冲瞬间冲击力对关节面的再损伤，为膝关节创伤面的修复提供了良好的力学环境，并起到稳定的保护作用。图1为本发明结构示意图；图2为本发明单侧夹板的侧视结构示意图；图3为本发明的仿股骨髁结构和仿胫骨平台结构内部连接处放大结构示意图；图4为本发明仿胫骨平台结构放大示意图；图5为本发明仿股骨髁结构放大示意图；上述图中的标记均为1、大腿支撑板；2、小腿支撑板；3、横轴；4、仿股骨髁结构； 5、仿胫骨平台结构；6、拉力指示器；7、绑带；8、限位件；9、弹性元件I ；10、弹性元件II ；11、凸轮形本体；12、摩擦片；13、固定片；14、支撑块；15、缓冲弹簧；16、轴承；17、第一段圆弧； 18、第二段圆弧。5轮形本体11的第二段圆弧18形成的曲面相贴合。摩擦片12与凸轮形本体11之间面接触，增大承载面积，形成对仿股骨髁结构4较好的支撑，便于力的传递，避免了载荷的集中， 为了固定摩擦片12，其一端与仿胫骨平台结构5连接。仿股骨髁结构4插入仿胫骨平台结构5内，在仿胫骨平台结构5的两侧设有突出部形成仿胫骨平台结构5的支撑块14，在两支撑块14的中间形成夹槽，仿股骨髁结构4的凸轮形本体11插入此夹槽内，夹槽的宽度与凸轮形本体11厚度相同，为0. 5 2. 0cm，支撑板直径为3 10cm，相应此夹槽的顶面为曲面，在此夹槽的顶面上设有向下的凹槽，用于放置弹性元件19，弹性元件19高出夹槽顶面 0. 3 0. 6cm,弹性元件19 一端与摩擦片12固定连接，另一端抵在夹槽的凹槽内，此弹性元件19为压缩弹簧，共设有两根，以产生足够的作用力，此两根压缩弹簧并通过固定片13相连接，以稳定两压缩弹簧。弹性元件19除采用压缩弹簧外，也可采用其它具有弹性变形的弹性件。在凸轮形本体11上设有沿大腿支撑板1长度方向布置的滑槽，滑槽的长度为2 6cm，弹性元件IIlO设在滑槽内，其一端抵住横轴3，另一端抵住滑槽下端内壁，横轴3可在滑槽内滑动，其向上的极限位置位于滑槽的上端，以限制仿股骨髁结构4向下运动的距离， 滑槽在其上端的形状为圆弧形，圆弧形槽顶半径为0. 5cm。横轴3穿过滑槽与仿胫骨平台结构5连接，横轴3作为膝关节运动的即刻中心，或称之为瞬息中心，仿股骨髁结构4通过横轴3支撑在仿胫骨平台结构5的支撑块14上，为了减少横轴3与仿胫骨平台结构5的支撑块14之间的摩擦，在横轴3的轴颈处套接有轴承16，轴承16内孔径为1cm，外径为2cm， 在支撑块14的设有安装轴承16的孔。当膝关节伸直时，肢体重力通过下肢与大腿支撑板之间的摩擦力传导至仿股骨髁结构4，使其滑向仿胫骨平台结构5，仿股骨髁结构4的凸轮形本体11底部曲面压迫仿胫骨平台结构5内的弹性元件19使其向下产生压缩变形，导致弹性元件19产生向上反作用力，形成向上的支撑力，以抵抗仿股骨髁结构4继续下降，滑槽内的弹性元件IIlO同时也受压变形，当弹性元件19产生的弹性力大于弹性元件IIlO产生的弹性力大时，仿半月板结构推动仿股骨髁结构4上移，最终使膝关节稳定。在膝关节由伸直状态到屈曲状态变化过程中，仿胫骨平台结构5绕横轴3转动并产生沿滑槽长度方向的移动，弹性元件IIlO受压产生弹性变形，直至膝关节曲屈时，结构形态变位，此时摩擦片12 与凸轮形本体11的第二段圆弧18形成的曲面相贴合，凸轮形本体11底部曲面和仿胫骨平台结构5的夹槽之间的垂直距离加大，使得弹性元件19压力消失，伸直恢复原始状态，另外弹性元件IIlO释放压力，一端抵住横轴3至滑槽上端，另一端抵住滑槽牵拉仿股骨髁结构4 前移，使仿股骨髁结构4横向水平移位，最终稳定膝关节。调整大腿和小腿支撑板回位，进入下一时相的机械运动，以规则的变化，在体外纠正膝关节即刻中心的紊乱，并承受膝关节的拉张力，对交叉韧带损伤的修复具有重要意义。如图2、图4所示，在仿胫骨平台结构5上设有限定大腿支撑板1与小腿支撑板2 之间转动角度的限位件8，在限位件8靠近大腿支撑板1的部位设有缓冲弹簧15。膝关节伸直过程中，本仿生护膝支具随之伸直，仿股骨髁结构4首先碰击前方限位件8的缓冲弹簧 15，在控制仿膝关节装置伸直角度的同时产生横向阻力，通过力的传导缓冲髌股关节的撞击力，也代偿了髌股关节的反应力。限位件8连接在仿胫骨平台结构5的支撑块14上，在支撑块14的内壁上设有设有齿状槽，限位件8支撑在齿状槽上并可沿齿状槽移动，并可随意固定以控制仿股骨髁结构4伸曲范围。上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。


本发明公开了一种仿生护膝支具，包括通过绑带固定在人体下肢两侧的两支具夹板，所述各支具夹板包括与大腿连接的大腿支撑板以及与小腿连接的小腿支撑板，所述大腿支撑板和小腿支撑板在位于人体膝关节的位置转动连接，所述护膝支具还包括能产生半月板功能的仿半月板结构，其一端与所述大腿支撑板连接，另一端与所述小腿支撑板连接，采用此技术方案，仿半月板结构能模仿产生半月板的功能，以模仿人体膝关节的运动，将来自股骨的重力以递减的方式均匀传导至小腿，避免了集中载荷和减少胫股关节的压应力，在膝关节急慢性损伤的治疗中，既能使膝关节进行早期的功能性锻炼活动，又能充分消除膝关节的负荷。