本發(fā)明涉及醫(yī)用康復(fù)輔助器具，特別涉及一種具有多點支撐的可調(diào)式模塊化脊柱側(cè)凸矯形裝置及其方法。

背景技術(shù)：

1、脊柱側(cè)凸是一種復(fù)雜的脊柱三維結(jié)構(gòu)性畸形，矯形器治療是脊柱側(cè)凸的主要治療方法之一，通過三點力學(xué)或四點力學(xué)原理在脊柱上施加相反方向的力和力矩，改變脊柱的負(fù)荷。

2、公開號為cn?111067686a的專利，提出了一種脊柱矯形裝置，該矯形裝置僅適用于采用三點矯形原理的c型脊柱側(cè)彎，無法同時對采用四點矯形原理的s型脊柱側(cè)彎進行治療；公開號為cn?112137786a的專利，提出了一種用于脊柱側(cè)彎的矯形器及其制造方法，該設(shè)備矯形力的實現(xiàn)仍通過綁帶形式來控制，無法實時精準(zhǔn)的獲取矯形力的大小并及時進行修正，同時通過綁帶拉伸實現(xiàn)的矯形力也極易引起位置滑移，影響矯形效果；公開號為cn110246219?a的專利，提出了一種脊柱側(cè)彎矯形器，該發(fā)明雖能夠通過模塊化的形式進行矯形器部件的替換，但只能在身體橫向冠狀面方向施加矯形力，忽略了身體縱向矢狀面的牽引力作用，矯形過程中易導(dǎo)致脊柱骨骼在未拉伸的情況下被硬性推回，從而引發(fā)不適。

3、針對上述問題，本發(fā)明提出一種具有多點支撐的可調(diào)式模塊化脊柱側(cè)凸矯形裝置及方法，多點支撐在本發(fā)明指的是三點支撐或者四點支撐，主要是結(jié)合不同個體差異進行適配的同時來實現(xiàn)三點或者四點矯形力的精準(zhǔn)施加以及縱向牽引的功能協(xié)同。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種具有多點支撐的可調(diào)式模塊化脊柱側(cè)凸矯形裝置及方法，通過將第一矯形結(jié)構(gòu)組件、第二矯形結(jié)構(gòu)組件和第三矯形結(jié)構(gòu)組件組合使用來適配不同的脊柱側(cè)凸從而完成支撐，相鄰的兩個矯形結(jié)構(gòu)組件通過彈性滑軌模塊連接，通過改變彈性滑軌插片在彈性滑軌槽的不同位置，從而獲得可調(diào)節(jié)施力，滿足不同矯形治療過程的矯治力，通過調(diào)節(jié)位于第二矯形結(jié)構(gòu)組件兩側(cè)的牽引螺紋模塊中牽引螺紋桿和固定螺紋槽之間的相對距離，從而施加不同的縱向牽引力，最終實現(xiàn)矯形裝置通用適配、矯治力方便調(diào)節(jié)的目的。

2、本發(fā)明提供了一種具有多點支撐的可調(diào)式模塊化脊柱側(cè)凸矯形裝置，其包括矯形模塊、彈性滑軌模塊、牽引螺紋模塊、壓力傳感模塊和氣控壓力模塊。所述矯形模塊，其包括第一矯形結(jié)構(gòu)組件、第二矯形結(jié)構(gòu)組件和第三矯形結(jié)構(gòu)組件，所述第一矯形結(jié)構(gòu)組件的固定錨點通過彈性滑軌模塊和所述第二矯形結(jié)構(gòu)組件中第一安裝端的固定錨點連接，所述第二矯形結(jié)構(gòu)組件中第二安裝端的固定錨點通過彈性滑軌模塊和所述第三矯形結(jié)構(gòu)組件的固定錨點連接，所述第二矯形結(jié)構(gòu)組件的兩側(cè)對稱設(shè)置有牽引螺紋模塊，所述第一矯形結(jié)構(gòu)組件和所述第三矯形結(jié)構(gòu)組件的兩側(cè)分別對稱設(shè)有鏤空孔和防滑墊。所述彈性滑軌模塊，其包括彈性滑軌槽和彈性滑軌插片，所述彈性滑軌槽中的插片卡槽的第一安裝端和所述彈性滑軌插片的安裝端連接，所述彈性滑軌插片的調(diào)節(jié)端和所述矯形模塊上的固定錨點可拆卸連接；所述彈性滑軌槽，其包括彈性滑軌槽外殼、調(diào)節(jié)螺栓、彈簧和插片卡槽，所述調(diào)節(jié)螺栓的固定端和所述彈性滑軌槽外殼的安裝端連接，所述調(diào)節(jié)螺栓的支撐端通過彈簧和所述插片卡槽的第二安裝端連接；所述牽引螺紋模塊，其包括牽引螺紋桿、固定螺紋槽和防松螺紋帽，所述牽引螺紋桿的兩端的螺紋部分依次設(shè)有固定螺紋槽和防松螺紋帽。所述壓力傳感模塊位于安裝于第一矯形結(jié)構(gòu)組件中氣囊袋分布位置的中部，其包括薄膜壓力傳感器、信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集存儲模塊和電源；所述氣控壓力模塊，其包括氣囊袋和充氣閥口，所述氣囊袋位于所述矯形模塊中內(nèi)側(cè)的中部，所述充氣閥口位于所述矯形模塊的外側(cè)的中部。

3、可優(yōu)選的是，所述矯形模塊的材料為abs塑料、光敏樹脂、形狀記憶合金、pvc塑料中的一種或多種組合，所述第一矯形結(jié)構(gòu)組件、所述第二矯形結(jié)構(gòu)組件和所述第三矯形結(jié)構(gòu)組件均為半環(huán)形帶狀結(jié)構(gòu)。

4、可優(yōu)選的是，針對三點矯形時，所述矯形模塊，其包括一組第一矯形結(jié)構(gòu)組件、一組第二矯形結(jié)構(gòu)組件和一組第三矯形結(jié)構(gòu)組件；針對四點矯形時，所述矯形模塊，其包括一組第一矯形結(jié)構(gòu)組件、兩組第二矯形結(jié)構(gòu)組件和一組第三矯形結(jié)構(gòu)組件。

5、可優(yōu)選的是，所述矯形模塊的尺寸，其包括第一類尺寸、第二類尺寸、第三類尺寸、第四類尺寸、第五類尺寸和定制尺寸，所述第一類尺寸中，所述第一矯形結(jié)構(gòu)組件的可圍尺寸小于55±0.5cm，所述第二矯形結(jié)構(gòu)組件和所述第三矯形結(jié)構(gòu)組件的可圍尺寸小于50±0.5cm；所述第二類尺寸中，所述第一矯形結(jié)構(gòu)組件的可圍尺寸55～65±0.5cm，所述第二矯形結(jié)構(gòu)組件和所述第三矯形結(jié)構(gòu)組件的可圍尺寸50～60±0.5cm；所述第三類尺寸中，所述第一矯形結(jié)構(gòu)組件的可圍尺寸65～75±0.5cm，所述第二矯形結(jié)構(gòu)組件和所述第三矯形結(jié)構(gòu)組件的可圍尺寸60～70±0.5cm；所述第四類尺寸中，所述第一矯形結(jié)構(gòu)組件的可圍尺寸75～85±0.5cm，所述第二矯形結(jié)構(gòu)組件和所述第三矯形結(jié)構(gòu)組件的可圍尺寸70～80±0.5cm；所述第五類尺寸中，所述第一矯形結(jié)構(gòu)組件的可圍尺寸大于85±0.5cm，所述第二矯形結(jié)構(gòu)組件和所述第三矯形結(jié)構(gòu)組件的可圍尺寸大于80±0.5cm。

6、可優(yōu)選的是，所述鏤空孔的截面形狀為圓形、三角形或者菱形之一，所述防滑墊的形狀為圓形或者橢圓形之一。

7、本發(fā)明的第二方面，提供一種用于具有多點支撐的可調(diào)式模塊化脊柱側(cè)凸矯形方法，其包括以下步驟：

8、s1、確定矯形的形式，并組裝矯形裝置。

9、s2、將薄膜壓力傳感器安裝于所述矯形模塊施加矯治力的部位，同時將薄膜壓力傳感器的輸出端依次與信號調(diào)理模塊和數(shù)據(jù)采集存儲模塊連接，獲得壓力數(shù)據(jù)。

10、s3、校核薄膜壓力傳感器，將步驟s2獲得的壓力數(shù)據(jù)分別與第一設(shè)定值和第二設(shè)定值進行比較，若壓力數(shù)據(jù)大于第一設(shè)定值且小于第二設(shè)定值時，則保持矯形模塊的施加的矯治力不變，若壓力數(shù)據(jù)小于第一設(shè)定值或者大于第二設(shè)定值時，則判斷壓力數(shù)據(jù)是否大于第二設(shè)定值，若壓力數(shù)據(jù)大于第二設(shè)定值時，則通過彈性滑軌模塊減小矯治力，直至壓力數(shù)據(jù)大于第一設(shè)定值且小于第二設(shè)定值；若壓力數(shù)據(jù)小于第二設(shè)定值時，則判斷壓力數(shù)據(jù)是否小于第一設(shè)定值，若壓力數(shù)據(jù)小于第一設(shè)定值時，則通過彈性滑軌模塊增大矯治力，直至壓力數(shù)據(jù)大于第一設(shè)定值且小于第二設(shè)定值。

11、s4、將氣囊袋上的壓力傳感器的輸出端和充氣控制系統(tǒng)連接，并校核壓力傳感器，通過氣控壓力模塊中的充氣控制系統(tǒng)采集單個運動周期內(nèi)矯治力的數(shù)據(jù)，與預(yù)設(shè)值進行對比，得到壓差數(shù)據(jù)；

12、所述充氣控制系統(tǒng)的補償壓力系統(tǒng)的分?jǐn)?shù)階模型表達式為：

13、dαp(t)+a1dβp(t)+a0p(t)＝b0u(t)

14、其中，p(t)表示補償壓力，u(t)表示氣囊袋的控制輸入，dα、dβ分別表示分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)，a1、a0、b0分別是系統(tǒng)參數(shù)；

15、所述氣囊袋的控制輸入表達式為：

16、u(t)＝kpe(t)+kid-λe(t)+kddμe(t)

17、其中，e(t)＝pset(t)-p(t)表示充氣控制系統(tǒng)的壓力差，pset(t)是設(shè)定壓力，kp、ki、kd分別是比例、積分和微分增益，d-λ和dμ分別表示分?jǐn)?shù)階積分和分?jǐn)?shù)階微分，積分階數(shù)為λ，微分階數(shù)為μ。

18、s5、根據(jù)步驟s4獲得的壓差信號，控制氣囊袋的壓力，使矯形模塊的作用壓差趨于零。

19、可優(yōu)選的是，所述氣囊袋的形狀為圓形、橢圓形、e字形或者川字形之一，所述氣囊袋的補償壓力為0～0.1mpa。

20、可優(yōu)選的是，在步驟s4中，所述充氣控制系統(tǒng)的性能評價指標(biāo)j的表達式為：

21、

22、其中，α是權(quán)重因子。

23、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：

24、1.本發(fā)明通過對矯形裝置采用模塊化設(shè)計，實現(xiàn)了適用于c型脊柱側(cè)凸和s型脊柱側(cè)凸的通用型矯形裝置的設(shè)計，且在整個矯形過程中無需反復(fù)更換矯形器，解決當(dāng)前脊柱矯形領(lǐng)域無論是個性化定制還是通用型矯形器，均無法實現(xiàn)根據(jù)不同側(cè)凸類型的模塊化互換和調(diào)整的難題。

25、2.本發(fā)明矯形模塊采用半環(huán)形帶狀形式，且各模塊之間采用滑軌形式進行施力，實現(xiàn)矯形周期內(nèi)伴隨脊柱畸形變化矯形力的調(diào)節(jié)，同時滑軌結(jié)構(gòu)具備穩(wěn)定施力特性，有效避免運動過程中矯形器產(chǎn)生較大滑移的情況發(fā)生。相比于以往采用彈性綁帶的形式，彈性滑軌模塊所提供的矯形力更加穩(wěn)定且不易產(chǎn)生滑移，更有利于矯形力的準(zhǔn)確施加。矯形模塊半包裹的形式可提升矯形過程中貼合性，在滿足矯形功能的基礎(chǔ)上提升依從性。

26、3.本發(fā)明通過在矯形模塊中增加牽引螺紋模塊，通過旋轉(zhuǎn)固定螺紋槽來調(diào)節(jié)第二矯形結(jié)構(gòu)組件中兩側(cè)u型開槽的間隙，進而實現(xiàn)脊柱矯形過程中縱向牽引作用，通過縱向牽引使脊柱間隙增加，從而有助于橫向矯形力的施加。

27、4.本發(fā)明矯形模塊內(nèi)部設(shè)置有壓力傳感模塊，通過對矯形施力點壓力的實時監(jiān)測，實現(xiàn)脊柱側(cè)凸部位矯形力的精準(zhǔn)施加，避免矯形力施加不準(zhǔn)確。

28、5.本發(fā)明矯形模塊內(nèi)部設(shè)置有氣囊袋，通過對氣囊袋的內(nèi)部壓力調(diào)整實現(xiàn)與脊柱側(cè)凸使用者身體貼合部位接觸壓力的調(diào)節(jié)。