牵引式下肢关节被动活动康复器的研制

牵引式下肢关节被动活动康复器的研制

杨孝 1 李敏 1 杨学知 2 张弘 1 张安仁 1 *

同济大学附属上海市第四人民医院 1 上海市 200434

三六三医院² 四川成都 611731

四川省科技创新（苗子工程）培育及小发明小创造项目（2019134）：牵引式下肢关节被动活动康复器研究

【摘要】以卧床患者下肢关节被动活动的康复需求为核心，设计一种牵引式下肢关节被动活动康复器。该康复器主要由下肢关节可活动长支具、牵引绳和支架等构成。模拟提线木偶的活动方式，通过支撑箱体内部的绕绳装置和电机控制牵引绳的长度来活动卧床患者的下肢关节，在一定程度上替代了康复治疗师及家属的工作，减少压疮、下肢静脉血栓等卧床并发症，促进下肢功能康复。

【关键词】下肢关节；康复器；卧床并发症；研制

截止2020年11月1日,我国60岁及以上老年人口达到2.64亿人,老年人口占比达到18.7%，65岁及以上老年人口1.9亿人,占比13.5%，人口老龄化程度持续加深^[1]。老年人全身各系统都会发生退行性变化，特别是视力、听力、注意力、记忆力、反应力、肌力等下降，其适应能力降低、活动乏力使卧床老人的人数不断增长^[2]；而脑卒中、外伤、脊髓损伤、手术制动等的影响，使青壮年卧床的人数也不断增加，给家庭和社会带来沉重负担。

1 牵引式下肢关节被动活动康复器的设计

1.1设计原理

牵引式下肢关节被动活动康复器，主要由下肢关节可活动长支具、牵引绳和支架组成。下肢关节可活动长支具由脚部托板1、小腿托板2和大腿托板3组成。其中小腿托板2和大腿托板3的截面呈U形，脚部托板1与人体脚部外形相吻合，其对应的脚背处设有开口，便于将人体下肢放置在下肢关节可活动长支具上。脚部托板1与小腿托板2活动连接，小腿托板2与大腿托板3活动连接，脚部托板1对应的脚尖处连接有第一牵引绳，脚部托板1或小腿托板2对应的踝关节处连接有第二牵引绳，小腿托板2或大腿托板3对应的膝关节处连接有第三牵引绳，且大腿托板3端部（对应人体大腿中部位置）连接有第四牵引绳。

支架主要包括支撑箱体4、支撑竖杆5、支撑横杆6和高度调节杆8。支撑箱体4底部设置有可锁定的万向轮，便于将康复器推到卧床病人的病床前。支撑竖杆5与支撑箱体4连接，支撑横杆6与支撑竖杆5连接，支撑横杆6和支撑竖杆5均设置有滑轮7。高度调节杆8上设有螺纹，且高度调节杆8安装于设置在支撑横杆6上的螺纹孔内，高度调节杆8转动连接有导向轮9，第一牵引绳、第二牵引绳、第三牵引绳和第四牵引绳依次经过所述导向轮9、支撑横杆6上的滑轮7和支撑竖杆5的滑轮7分别与一个绕绳装置连接，且各绕绳装置均设置在支撑箱体4内部。

绕绳装置包括电机，电机的输出轴前端连接有工字轮。通过旋转高度调节杆8调节导向轮9的高度，通过改变第一牵引绳、第二牵引绳、第三牵引绳和第四牵引绳上端受力点高度，减小第一牵引绳、第二牵引绳、第三牵引绳和第四牵引绳悬空的长度，从而避免了下肢关节可活动长支具存在较大的晃动。

1.2改进措施

小腿托板2和大腿托板3均设置有固定带，将人体下肢固定在肢关节可活动长支具上。固定带通过魔术贴分别与小腿托板2和大腿托板3进行固定。

滑轮7设置有四个沟槽，第一牵引绳、第二牵引绳、第三牵引绳和第四牵引绳设置在不同的沟槽内，避免在牵引时，牵引绳之间产生干涉。

高度调节杆8下部设有防滑套，便于转动高度调节杆8。

导向轮9设有两个，且并排设置在固定架10上，导向轮9与固定架10转动连接。固定架10与高度调节杆8转动连接，使固定架10能够在水平面内进行旋转，避免转动高度调节杆8时，牵引绳发生缠绕；第一牵引绳、第二牵引绳、第三牵引绳和第四牵引绳均从两个导向轮9之间的空隙经过，有效避免了牵引绳容易从导向轮9滑落的问题。

牵引绳的前端呈“Y”字形，包括主绳11、与主绳11连接的第一固定绳12和第二固定绳13，第一固定绳12和第二固定绳13分别固定在脚部托板1的两侧，有效避免了下肢关节可活动长支具发生倾斜。且第一牵引绳上设置有活动扣14，通过调节活动扣14的位置，调节第一固定绳12和第二固定绳13的长度，更有利于将下肢固定在下肢关节可活动长支具上。第二牵引绳、第三牵引绳、第四牵引绳和第一牵引绳的结构相同，第二牵引绳、第三牵引绳和第四牵引绳前端的两条固定绳分别固定在下肢关节可活动长支具的两侧。

康复器还设置有控制组件，通过控制组件控制各绕绳装置牵引第一牵引绳、第二牵引绳、第三牵引绳和第四牵引绳。四条牵引绳的牵引速度和拉力均可通过控制组件调节，避免速度和压力过大将臀部上抬。卧床患者能自行通过遥控器连接控制组件进行操作，降低医疗成本，节省人力物力，减轻陪护及家属的护理工作。

图1 图2

2 工作模式

模式A（髋关节被动活动）：第一牵引绳、第二牵引绳、第三牵引绳和第四牵引绳同时牵引时，下肢逐渐抬高，进行髋关节的前屈被动活动，活动范围0-90°。

模式B（膝关节被动活动）：第三牵引绳和第四牵引绳牵引悬空，第一牵引绳和第二牵引绳牵引、放松交替进行，小腿抬高或在重力下降低，从而进行膝关节屈曲的被动活动，活动范围0-90°。

模式C（踝关节被动活动）：第二牵引绳、第三牵引绳和第四牵引绳牵引悬空，第一牵引绳牵引、放松交替进行，从而进行踝关节背伸及跖屈的被动活动。

3 创新点

该牵引式下肢关节被动活动康复器装置结构简单、操作简便、方便制作使用，主要的创新点在于可以实现下肢髋、膝、踝不同关节的活动，可根据每个人的具体情况,设定不同的关节活动训练动作以及次数、运动速度、周期、幅度等多种参数。弥补了临床现有下肢康复技术的不足。

4 讨论

很多患者没有机会进行有效的早期康复，而对于瘫痪、昏迷、手术后等长期卧床患者的持续康复，更是难以维持，极大地影响着生活质量。本团队研制的牵引式下肢关节被动活动康复器，使用时可推至床旁，满足长期卧床患者的日常的关节被动活动多元化需求，模仿正常关节的被动运动，契合滑膜关节持续被动活动理论，在一定程度上替代了康复治疗师及家属的工作，达到了减少压疮、下肢静脉血栓等并发症和促进下肢功能康复的目的，减轻康复治疗师及家属的工作强度，为患者及家属提供更多元化选择。

【参考文献】

[1] 李璐. 从七普数据看我国人口老龄化[J]. 中国经贸导刊,2021(15):62-64.

[2]王玉川,李柏志.基于人口老龄化现状对医疗服务管理的挑战及对策[J].中国老年学杂志,2019,39(13):3341-3343.

[3]Di Girolamo FG, Fiotti N, Milanović Z, et al. The Aging Muscle in Experimental Bed Rest: A Systematic Review and Meta-Analysis. Front Nutr. 2021 Aug 4;8:633987.