手指持续被动运动仪

摘要

本发明公开了一种手指持续被动运动仪，包括壳体，在所述壳体中设置第一牵拉装置和动力装置，动力装置与第一牵拉装置连接，第一牵拉装置与手指连接，在壳体外设置第二牵拉装置，该第二牵拉装置与手指连接。本发明简便轻巧、成本低、制造简单，特别适合患者休息时（特别是晚上）使用。

说明书

技术领域

本发明涉及肢体康复装置，尤其涉及一种手指持续被动运动仪。 

背景技术

众所周知，手的正常运动在人类日常生活工作中具有重要作用。手具有复杂的解剖结构和精细的运动功能，其中包括21个自由度（DOF,degree of freedom），每只手指4个DOF，拇指具有5个DOF。对于每个手指来说，掌指关节（MP）具有2个DOF，近端指间关节（PIP）及远端指间关节（DIP）只有1个DOF（拇指掌指关节具有3个DOF）。然而，手是一个极易损伤的器官，手部损伤在所有创伤中占了较高的比例，约40%的急诊手术或骨科病例都是手部损伤，包括手指肌腱、韧带损伤。除此之外，脑卒中的病人也会有手指功能障碍，同样需要进行长时间的治疗。手具有精细的解剖结构，且只有极少的肌肉附着，因此手部损伤的康复相当困难。通常来说，手损伤康复耗时较长，功能恢复并不理想。关节创伤的治疗大多需要较长时间的固定，往往因肌肉萎缩、关节挛缩及关节内粘连等因素的影响而妨碍关节功能的恢复，导致关节僵硬。手功能的康复主要包括三种治疗方法：首先是物理治疗，如热疗、超声波治疗、电疗等；其次是进行主动或被动的运动疗法；最后是维持神经功能及正常肌肉肌腱的活性。其中较为重要且需长期坚持的便是主动或被动的运动。 

近年来，康复机器人的发展为众多神经或骨骼肌肉系统损伤患者的康复过程带来了巨大的进步，其中就包括以被动运动为基本原理的连续被动运动仪(CPM,continuous passive motion)。不过，最初CPM主要针对人体大的关节，例如髋关节、膝关节、肘关节等。如今，已有专门用于指间关节这样的小关节 的手指持续被动运动仪器，且具有更精细的控制能力，包括对指间关节的运动角度、力矩、角速度等的控制以及运动维度，其应用于手部损伤康复能减轻手部水肿，减少粘连，促进损伤恢复，维持关节活动度。 

由于手指肌腱韧带的精细小巧，较小的粘连都会引起手部功能下降，特别是手指肌腱重建后的患者，病人夜晚入睡后手指长时间维持在某一角度，会造成手指细小韧带肌腱的粘连，次日整个手指的活动度又会退步。然而，现有的手指被动运动仪器设计复杂，体积较大，不方便患者晚上休息时佩戴进行治疗，另外电源、造价，治疗费用等因素，也无法使患者持续使用。 

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种手指持续被动运动仪，方便患者持续使用并且可在晚上休息时佩戴使用。 

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种手指持续被动运动仪，包括壳体，在所述壳体中设置第一牵拉装置和动力装置，动力装置与第一牵拉装置连接，第一牵拉装置与手指连接，在壳体外设置第二牵拉装置，该第二牵拉装置与手指连接。 

优选地，所述壳体为一可拆卸的塑料盒体。 

优选地，所述动力装置包括电机和电源，电机和电源电性连接。 

优选地，所述电源为电池。 

优选地，所述动力装置还包括一分别与所述电机、电源连接的电位器。 

优选地，所述第一牵拉装置包括转盘和棉线，在转盘上设置连接柱，棉线的后端与连接柱连接，棉线的前端穿过所述壳体上开设的一通孔后与手指的指尖连接。 

优选地，在所述转盘上沿径向设置复数个供所述连接柱插入的调节孔。 

优选地，所述第二牵拉装置包括橡皮筋与细长棍，橡皮筋的前端与手指的指尖连接，橡皮筋的后端与细长棍的前端连接，同时细长棍的后端固定在手背上。 

优选地，在手指的指尖上套设供连接用的连接件。 

优选地，所述壳体固定在上肢的前臂或者手腕上。 

与现有技术相比，本发明的有益效果为：（1）体积小，装置大部分固定在盒子里，可以借助前臂矫形器固定于患者前臂，美观大方，方便佩戴，由于体积的小巧，患者可以真正长时间佩戴，并且在休息的时候也一直佩戴，实现真正的持续被动运动治疗；（2）组成部件简单，不需要外接电源，只要电池供电，方便患者的使用，并且也更适合用于夜晚休息的时候；（3）具有可调节性，包括关节活动角速度、活动角度、频率快慢，一开始活动幅度要求PIP从0°到50°-90°，DIP从0°到20°，掌指关节从60°到90°的范围进行运动。可调节性为针对不同严重程度的病人及病人不同时期的选择性治疗提供了可能；（4）电气方面的故障率低，细绳、橡皮筋等部件不会对患者手指构成威胁，而某些由电子电路控制的CPM，则有可能因为某些原因导致电动机失去控制进而对手指的肌腱肌肉等造成不可挽回的损失。 

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。 

图1是本发明的结构示意图。 

图2是本发明的第二牵拉装置示意图。 

图3是本发明的第一牵拉装置运动状态分析图。 

图4是本发明的手指运动纵坐标-时间曲线图。 

图5是本发明的手指运动速度-时间曲线图。 

图6是第一牵拉装置的转盘示意图。 

图7是本发明工作状态下手指伸直时的示意图。 

图8是本发明工作状态下手指弯曲时的示意图。 

具体实施方式

请参阅图1和图2，本实施例的手指持续被动运动仪包括壳体1，该壳体为 一可拆卸的塑料盒体，在壳体中设置第一牵拉装置和动力装置，动力装置包括电机2、电源3和电位器4，该电机2为微型电机，电源为电池，电机和电池电性连接，电位器分别与电机和电池电性连接，第一牵拉装置包括转盘5和棉线6，转盘5的转轴与电机2的输出轴连接，在转盘5上设置连接柱7，棉线6的后端与连接柱7连接，前端穿过壳体1上开设的一通孔8后与手指9的指尖连接，在壳体1外设置第二牵拉装置，该第二牵拉装置包括橡皮筋10与细长棍11，橡皮筋10的前端与手指9的指尖连接，后端与细长棍11的前端连接，同时细长棍的后端固定在手背或指根上，在手指的指尖上套设供棉线和橡皮筋连接用的连接件12（如假指甲片）。根据患者的具体情况，橡皮筋及棉线的前端也可与手指的其他部位连接。 

请参阅图3，电池供电时，电动机带动其上的转盘转动，由于手指有橡皮筋的约束，故在运动过程中棉线将一直保持紧绷状态，即一直有拉力存在。其中，转盘上的圆A即为转盘上的连接柱，其到转盘中心的距离为r，圆盘半径为R，线条ABC为棉线，全长为L。棉线ABC穿过主体装置中间的环，C端绑定在手指上。由于被绑定的手指亦被绑上橡皮筋，故当转盘随着发动机转动时，C端随即做往复运动。转盘中心与B处（即与圆环）的水平距离为h。设发动机转速为n，则转盘运转的角速度w=2pn。设OA与x轴的夹角为θ，则 

$\mathrm{AB}=\sqrt{{\mathrm{OA}}^2+{\mathrm{OB}}^2-2\mathrm{OAgOBg}\cos (\mathrm{wt}+\frac{2}{p})}=\sqrt{r^2+h^2+2\mathrm{rh}\sin \left(\mathrm{wt}\right)}---\left(1\right)$

BC=L-AB            （2） 

C点横坐标为0，纵坐标为 

$-h-\mathrm{BC}=\mathrm{AB}-h-L=\sqrt{r^2+h^2+2\mathrm{rh}\sin \left(\mathrm{wt}\right)}-h-L---\left(3\right)$

即C点坐标为（0，） 

C点纵坐标对t求导，即为C点运行的速度。其速度为 

$v=\frac{\mathrm{hrw}\cos \left(\mathrm{wt}\right)}{\sqrt{h^2+2\mathrm{hr}\sin \left(\mathrm{wt}\right)+r^2}}---\left(4\right)$

手指运动的行程为 

L=2r            （5） 

由图3可知，手指运动时的行程（即往复运动时单程的位移）由连接柱距离圆盘中心的距离决定，为2r。在手指的持续被动运动过程中，实际上其轨迹为一条弧线，但亦可近似为一条直线段。取手指持续被动运动单程为6cm，则r=3cm。另取圆盘运转角速度w=πrad/s，周期为T=2s，h=12cm，R=4cm，L=20cm。 

请参阅图4和图5，C点的速度曲线与正弦曲线相近，最大运行速度约为9cm/s，但仅维持极短时间，总体来看速度较为平缓，不会对手指关节及其肌腱韧带等造成较大的冲击。另外，考虑到手指被动运动时所受的拉力并不很大，一般的微型慢速电动机即可满足要求，这也在一定程度上降低了成本。 

由公式（4）可知，手指运动的速度可通过改变电位器的电阻进而改变电动机的转速或者改变连接柱与转盘中心的距离来进行调节，手指运动的行程可通过调节转盘上的连接柱与转盘中心的距离来进行。请参阅图6，转盘可设计为以下形状，连接柱下端可设计为螺旋状，与转盘上的孔洞13相配合。当插在转盘上的孔洞中时，即可设置7×4=28组不同的距离r进行调节。 

请参阅图7和图8，本发明工作步骤如下： 

（1）需进行矫形的手指贴上假指甲片（或者其它可佩戴在手指上的，有小孔可固定细绳及橡皮筋的部件），并将细长棍固定在手背； 

（2）按照病人的实际情况，佩戴前臂矫形器将封装有动力装置和第一牵拉装置的壳体固定在手臂，及选取合适长度的橡皮筋和棉线，棉线及壳体位于手指的指肚一侧，橡皮筋及细长棍位于手指的指背一侧。 

（3）打开电源开关，并调整电动机转速及连接柱到转盘中心的距离，使手指以合适的速率进行被动运动。 

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。 任何本领域的普通人员，在不脱离本发明的范围内，作些改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。