一种促通式下肢踝膝关节运动功能康复训练装置及训练方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种促通式下肢踝膝关节运动功能康复训练装置及训练方法，本发明专利技术通过对坐姿或仰卧姿前伸微膝屈下肢的踝关节施加基于脚跟上下旋转的急剧加速的被动跖屈，使目标背伸肌肉（前胫骨肌）伸张，肌肉紧张增大后立刻引起背伸运动，进而诱导出患者主动的目标随意背伸动作并带动膝关节的主动屈膝，从而对背伸运动相关的神经回路施加刺激，通过反复训练达到目标神经回路促通的效果；采用基于脚跟上下旋转运动来实现诱发踝关节背伸运动及屈膝运动，从而达到诱导目标随意背伸动作及屈膝动作和反复训练的康复效果。

A rehabilitation training device and training method for promoting the movement function of ankle and knee joint of lower limbs

【技术实现步骤摘要】
一种促通式下肢踝膝关节运动功能康复训练装置及训练方法
：本专利技术涉及一种促通式下肢踝膝关节运动功能康复训练装置及训练方法。
技术介绍
：社会老龄化的加剧和脑卒中发病率的提高，使得脑卒中成为导致老年人肢体残疾的首要原因。由于中枢神经系统受到损伤，脑卒中患者在急性期后会伴随着偏瘫和运动机能缺失等后遗症，给患者个人、家庭和社会带来沉重负担。康复医学临床实践表明，由于神经可塑性的存在，在病情稳定后尽早开展肢体功能康复，通过反复训练，能够促进相关神经回路重建，明显提高患者的运动功能康复程度。因此，康复治疗成为脑卒中患者治疗过程中的重要环节。传统的康复治疗主要由治疗师手把手地对患者进行一对一的训练，这种方式耗时耗力，训练效果易受到治疗师主观因素的影响。目前，我国非常紧缺的康复医疗资源难以满足大量患者的治疗需求。将机器人技术应用于康复领域，利用康复机器人进行辅助治疗，具有提高康复训练效率和改善康复效果的潜力，有望有效缓解康复医疗资源紧缺矛盾。瑞士苏黎世联邦理工学院研制的Lokomat是下肢康复机器人的典型代表例，它是一种外骨骼机器人系统，在康复临床上得到广泛应用。虽然Lokoma通过机械腿带动，可以为患者提供自然、重复性、激励性的步态训练，但它的造价昂贵，而且不能进行单一关节的康复训练。LokoHelp等末端型下肢康复机器人，虽然结构相对简单，但仍然是针对整体步态训练的。目前临床上常用的下肢关节CPM（ContinuousPassiveMotion）康复器，只是通过患者的连续被动运动，达到防止关节黏连、肌肉萎缩、关节炎发生的效果，缺乏患者的主动参与。而康复临床研究指出，患者按运动意图主动参与的康复训练才能有助于神经回路促通和运动功能恢复。由于行走步态的复杂性，对于卒中偏瘫患者来说，单个关节的康复训练是必不可少的治疗环节。而目前尚没有使患者主动参与、有益于神经回路重建的下肢踝膝关节运动功能康复训练装置和方法，能够满足临床康复的需求。
技术实现思路
：本专利技术是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种促通式下肢踝膝关节运动功能康复训练装置及训练方法。本专利技术所采用的技术方案有：本专利技术一种促通式下肢踝膝关节运动功能康复训练装置的训练方法，其功能包括：踝关节和膝关节屈的被动屈伸：对装置的脚踏板施加外部旋转运动，通过脚踏板对坐姿或仰卧姿前伸微膝屈下肢的偏瘫踝关节施加以脚跟为旋转中心的外部旋转运动使其被动跖屈或背伸，并带动膝关节的伸膝或屈膝；主动背伸和主动屈膝的运动促通刺激：对坐姿或仰卧姿前伸微膝屈下肢的偏瘫踝关节施加诱发主动运动的促通刺激使偏瘫踝关节能产生自主意志的主动背伸，并带动膝关节的主动屈膝；能动辅助主动背伸和主动屈膝运动：通过传感知偏瘫踝关节的主动运动意图，实施对偏瘫踝关节自主背伸运动的能动助力辅助，并辅助膝关节的主动屈膝运动。进一步地，对坐姿或仰卧姿前伸微膝屈下肢的偏瘫踝关节施加以脚跟为旋转中心的由第一阶段低速和第二阶段高速的外部旋转速度由低到高的二阶段急剧加速被动跖屈运动，来实施促通刺激以诱发偏瘫踝关节产生自主意志的主动背伸以及膝关节的主动屈膝。一种促通式下肢踝膝关节运动功能康复训练装置，包括训练平台主机、控制器和系统软件，所述训练平台主机与控制器电性连接，系统软件与控制器配合；所述训练平台主机包括底座、脚踏板、脚踏板旋转角度限位机构和设有扭力传感器的驱动轴，以脚跟为旋转中心的脚踏板固定在驱动轴上，驱动轴与固定于底座上的驱动电机相连接，所述驱动电机驱动驱动轴旋转，使脚踏板能够围绕脚跟旋转中心来回旋转，所述脚踏板旋转角度限位机构连接在底座上，限定脚踏板的旋转角度。进一步地，所述底座上的驱动电机为伺服电机，所述伺服电机的后端安装有编码器。进一步地，所述脚踏板上安装有LED灯和蜂鸣器。进一步地，所述脚踏板和底座中的外壳上均设有刺激接口，固定在患者腿部的振动刺激器或电刺激电极通过所述刺激接口与所述控制器连接。进一步地，所述控制器包括计算机、电源模块、主控电路模块和电机驱动模块，所述计算机运行所述系统软件，并通过触摸屏为用户提供操作界面；所述主控电路模块负责扭力传感器信号处理、振动刺激器控制、蜂鸣器控制、LED灯控制；所述电源模块和电机驱动模块分别对应为电机提供驱动电源和转速控制。进一步地，所述系统软件包括驱动轴运动控制和用户操作交互界面两大功能。进一步地，所述驱动轴运动控制是指根据训练模式和扭力传感器的检测信息按照设定的控制算法控制所述驱动轴的旋转方向和速度。进一步地，所述用户操作交互界面包括患者信息输入与管理、训练模式与参数设定、运动分析与评价和控制参数设定。本专利技术具有如下有益效果：1）卒中偏瘫患者，尤其是早期患者，几乎完全丧失主动踝关节背伸功能，难以按照自己意愿主动产生背伸动作参与康复训练；本专利技术具有被动跖屈和背伸功能：通过对坐姿或仰卧姿前伸微膝屈下肢的偏瘫踝关节施加围绕脚跟的外部旋转运动使其被动跖屈或背伸，并带动膝关节的主动屈膝；本专利技术具有主动背伸的运动促通刺激功能：对坐姿或仰卧姿前伸微膝屈下肢的偏瘫踝关节施加诱发主动运动的促通刺激使偏瘫踝关节能产生自主意志的主动背伸；主动背伸是对偏瘫踝关节施加由第一阶段低速（第一匀速区）和第二阶段高速（加速区）的外部速度由低到高的二阶段急剧加速被动跖屈运动，来实施促通刺激以诱发偏瘫踝关节产生自主意志的主动背伸，并带动膝关节的主动屈膝。本专利技术具有能动辅助主动背伸运动和主动屈膝功能，通过扭力传感器判断脚踏板往复运动过程中的扭力变化进而得知偏瘫踝关节的主动运动意图。若扭力传感器力矩变大时，则偏瘫踝关节的主动意识强，则增大驱动电机作用力，实施对偏瘫踝关节自主背伸运动的能动助力辅助，并辅助带动膝关节的主动屈膝。2）本专利技术中的角度限制单元是用过机械的相互联动来实现，结构调节方便，且脚踏板的上摆极限位置处和下摆极限位置处的角度限制单元的调节为相互独立的单元，使用灵活，可以单独调整控制，使用及其方便；不同致残程度和不同康复阶段的受训者，踝关节活动度不同，也就是踝关节背曲和趾屈角度不同，为了避免程序失控造成过度旋转，设置角度限制单元，训练前测量受训者踝关节活动度，通过移动滑块位置调整限位臂的限制角度，限位臂将转动臂的旋转角度限制在一定范围内。3）脚踏板中的脚板为可分离的结构，在使用时，可事先将分离的脚板绑在受训者脚部，避免直接在装置中完成受训者脚部固定，减少患者痛苦。附图说明：图1为本专利技术的结构图。图2、图3、图4、图5和图6为图1结构中用于限制脚踏板超出设定运动范围的角度限制结构图。图7和图8为本专利技术中用于限制脚踏板超出设定运动范围的角度限制结构的动作图。图9、图10和图11为实现图1结构中脚踏板分离的结构图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。实施例1：本专利技术一种促通式下肢踝膝关节运动功能康复训练装置的训练本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种促通式下肢踝膝关节运动功能康复训练装置的训练方法，其特征在于：其功能包括：/n踝关节和膝关节屈的被动屈伸：通过对坐姿或仰卧姿前伸微膝屈下肢的偏瘫踝关节施加以脚跟为旋转中心的外部旋转运动使其被动跖屈或背伸，并带动膝关节的伸膝或屈膝；/n主动背伸和主动屈膝的运动促通刺激：对坐姿或仰卧姿前伸微膝屈下肢的偏瘫踝关节施加诱发主动运动的促通刺激使偏瘫踝关节能产生自主意志的主动背伸，并带动膝关节的主动屈膝；/n能动辅助主动背伸和主动屈膝运动：通过感知偏瘫踝关节的主动运动意图，实施对偏瘫踝关节自主背伸运动的能动助力辅助，并辅助膝关节的主动屈膝运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种促通式下肢踝膝关节运动功能康复训练装置的训练方法，其特征在于：其功能包括：
踝关节和膝关节屈的被动屈伸：通过对坐姿或仰卧姿前伸微膝屈下肢的偏瘫踝关节施加以脚跟为旋转中心的外部旋转运动使其被动跖屈或背伸，并带动膝关节的伸膝或屈膝；
主动背伸和主动屈膝的运动促通刺激：对坐姿或仰卧姿前伸微膝屈下肢的偏瘫踝关节施加诱发主动运动的促通刺激使偏瘫踝关节能产生自主意志的主动背伸，并带动膝关节的主动屈膝；
能动辅助主动背伸和主动屈膝运动：通过感知偏瘫踝关节的主动运动意图，实施对偏瘫踝关节自主背伸运动的能动助力辅助，并辅助膝关节的主动屈膝运动。


2.根据1所述的促通式下肢踝膝关节运动功能康复训练装置的训练方法，其特征在于：对坐姿或仰卧姿前伸微膝屈下肢的偏瘫踝关节施加以脚跟为旋转中心的由第一阶段低速和第二阶段高速的外部旋转速度由低到高的二阶段急剧加速被动跖屈运动，来实施促通刺激以诱发偏瘫踝关节产生自主意志的主动背伸以及膝关节的主动屈膝。


3.一种促通式下肢踝膝关节运动功能康复训练装置，其特征在于：包括训练平台主机、控制器和系统软件，所述训练平台主机与控制器电性连接，系统软件与控制器配合；
所述训练平台主机包括底座、脚踏板、脚踏板旋转角度限位机构和设有扭力传感器的驱动轴，以脚跟为旋转中心的脚踏板固定在驱动轴上，驱动轴与固定于底座上的驱动电机相连接，所述驱动电机驱动驱动轴旋转，使脚踏板能够围绕脚跟旋转中心来回旋转，所述脚踏板旋转角度限位机构连接在底座上，限定脚踏板的旋转角度。

<...

【专利技术属性】
技术研发人员：余永，池申，陈峰，
申请(专利权)人：南京可信机器人研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32