“多功能下肢康复治疗仪”的制作及其技术原理和运动仿真※

许明 祁芳 倪伟 许意 张泓 曾序求 艾坤谭洁

（湖南中医药大学针灸推拿学院，长沙410208）

针推启学

“多功能下肢康复治疗仪”的制作及其技术原理和运动仿真※

许明 祁芳 倪伟 许意 张泓 曾序求 艾坤*谭洁

（湖南中医药大学针灸推拿学院，长沙410208）

目的设计一种主要针对下肢内收肌进行牵张训练的仪器，用于治疗下肢痉挛性瘫痪导致的运动性功能障碍。方法通过固定装置、放松装置、牵张装置、足底反射治疗装置和穴位磁疗装置改善和纠正患者下肢运动功能障碍问题，并利用3-D MAX的仿真模块对人体双侧下肢进行仿真运动分析。结果仿真结果证明本研究设计的多功能下肢康复治疗仪能够满足下肢牵张的要求。结论证明了仪器设计的科学性及实用性，可用于下肢运动功能障碍患者进行康复训练。

运动功能障碍；牵张；脑卒中；运动仿真

多功能下肢康复治疗仪是结合现代康复医学肌肉牵张治疗理论和传统中医穴位磁疗理论，克服传统牵引器械体积庞大和使用不便的缺点设计的一种康复设备［1］。我国康复医疗器械市场随着康复事业的发展而迅速发展，但对于运动功能障碍导致的瘫痪治疗方法比较单一，尤缺少对下肢内收肌痉挛和挛缩导致下肢功能障碍的矫正及治疗方法，也缺少相应的牵伸器械［2］。一些简单康复器械远远不能满足市场对智能化、人机工程化康复器械的需求，有待进一步的研究和发展。

本文从使用的角度把人体下肢内收肌对下肢运动功能障碍患者的影响进行了分析，设计出了一种下肢内收肌的牵张系统，用于心脑血管疾病致瘫或者意外事故所造成下肢损伤的患者作牵张训练。本设计包括两组腿脚固定装置，在两组腿脚固定装置之间设有气囊，与充气装置连通。有效地提高了下肢挛缩患者的治愈效果，在很大程度上缩短了康复疗程，提高了康复疗效，从而以更有效、方便、安全的手段为广大下肢瘫痪患者提供有针对性的牵张康复治疗。

1 人体下肢内收肌对步态稳定性的作用

人体下肢内收肌主要包括股内收肌群和小腿内收肌群［3］。脑外伤或者截瘫患者由于中枢神经受损，导致异常的姿势模式，出现下肢“剪刀步态”，足部的“跖屈内翻”，并随之出现步态周期的支撑相障碍：1）支撑面异常：足内翻、足外翻、单纯踝内翻和踝内翻伴足内翻、单纯踝外翻和踝外翻伴足外翻、足趾屈曲、拇趾背伸。2）躯干不稳：一般为髋、膝、踝关节异常或者力线改变导致的代偿性改变。下肢支撑相的活动属于闭链运动，足、踝、膝、髋、骨盆、躯干、上肢、颈、头均参与步行姿势。闭链系统的任何改变都将引起整个运动链的改变，远端承重轴（踝关节）对整体姿态的影响最大［4］。

另外，运动员大腿内收肌群的损伤已经越来越引起教练员和运动员的注意，尤其是在球类、柔道、散打和武术等对抗性项目中大腿内收肌群损伤的情况屡见不鲜［5］。从生理学和运动生物力学上讲，大腿内收肌损伤的原因主要是内收肌主动的收缩超过了肌肉本身的负担，或突然被动地过度拉长，超过了它的伸展范围。

2 多功能下肢康复治疗仪的制作及其技术原理

多功能下肢康复治疗仪主要包括固定装置、牵张装置、足底反射治疗装置以及脉冲电刺激装置。本产品先后申请并获得了两个国家实用新型专利，分别为“下肢内收肌牵张仪”（ZL.201220105215.6）和“多功能下肢康复治疗仪”（ZL.20132061957.X）。

固定装置主要包括半环形气囊，加固环带。半环形气囊采用优质无毒无味的PVC材料，根据人体下肢的生理曲度及长度设计，内置微型充气机，充气后具有一定的弹性。脚踝与脚掌的环带有助于与足底反射治疗装置结合得更紧密。

图1 “多功能下肢瘫痪康复治疗仪”结构模式图

牵张装置由分隔的气囊，环带，充气机，输气软管组成。五个相互独立的子气囊由一根橡胶输气软管横贯其中，相邻子气囊间的输气管内部气压瓣膜，需要一定的压强才能打开，通过控制充气量灵活自如地调整气囊大小，达到最佳的牵引治疗效果。

足底反射治疗装置，在固定装置的近足部设计滚珠，通过滚珠的滚动，对相应的反射区进行刺激，可舒缓肌肉，减轻肌肉僵硬，有效减轻瘫痪及末梢麻痹。从而对足底各反射区进行有效的点按刺激，改善瘫痪患者卧床带来的一系列不良影响，实现更加有效的治疗。

电脉冲刺激装置刺激人体的相应腧穴，以疏通经络、调和阴阳，使血气流通密布而重新获得平衡，故促进人体各部分活动功能正常，达到康复各种机能的目的，它还能输注气血、濡养百阖、镇痛和安神的作用［6］。本电脉冲刺激用电磁贴取代了原有电针装置，为方波控制式间歇振荡器，本机主要由多谐振荡器及间歇振荡器两部份组成［7］。

3 使用方式及仿真分析

多功能下肢康复治疗仪，如图2所示，包括两组腿脚固定装置6，在两组腿脚固定装置6之间设有由6个相互独立的的子气囊组成的气囊8，该气囊8通过导气管9与乳胶球4连通，所述导气管9上设有总气阀3和止气阀2，可以实现定向给气。在腿脚固定装置6与气囊8之间设有振动按摩器5，通过振动按摩器5，可以加快治疗进程，使患者较快地恢复。每组所述腿脚固定装置6包括大腿支条61，与大腿支条61相连的小腿支条62，与小腿支条62相连的脚支条63，所述大腿支条61、小腿支条62和脚支条63上均设有环带1，用以将腿和脚固定在相应的支条上。

图2 多功能下肢康复治疗仪使用方式

为了方便调节大腿和小腿、小腿和脚之间的角度，所述大腿支条61与小腿支条62之间、小腿支条62与脚支条63之间通过角度调节器7相连，该角度调节器7采用现有设计，如卡盘式角度调节器。为保护膝盖和脚踝，防止在治疗过程中受伤，在大腿支条61与小腿支条62的连接处、小腿支条62与脚支条63的连接处设有半月箍。为防止两脚训练时畸形弯曲，在训练时同时对脚进行训练，脚支条63上设有限制脚相对脚支条63移动的限位条，由此，将患者的腿脚固定在相应的脚固定装置6上，然后通过充气装置向气囊内充气，根据患者的治疗需要和承受能力，适当地加大两腿之间的角度，从而更方便有效地达到治疗的效果。

4 结论

本研究从研究人体下肢内收肌的功能稳定性意义出发，设计一种用于下肢运动功能障碍的多功能下肢康复治疗仪，能够根据患者肌张力的大小及肢体长度灵活自如地调节牵张强度，持续静态牵引与动态牵引相结合利于患者肢体功能的恢复。利用3DMAX软件仿真模拟仪器的牵引强度，验证了设计的可行性，可用于下肢运动功能障碍的患者进行康复训练。

［1］2011—2015年中国医疗器械工业市场调查及发展前景分析报告［R］.北京:中华商务网产业研究中心，2011.

［2］郭艳，杨保新.我国医疗器械行业发展概况及发展趋势［J］.中国医疗器械信息，2011，7（5）:221-223.

［3］彭裕文.局部解剖学［M］.6版.北京:人民卫生出版社，2010.

［4］张国初，陶玉梅.脑卒中瘫痪下肢的运动疗法［J］.现代康复，2000，（4）:51l-517.

［5］蔡新民，李智本.运动员大腿内收肌群柔韧力量的创新性训练方法［J］.经营管理者，2010，3（5）:381.

［6］蔡宏伟.针灸治疗中风病的临床文献研究［D］.广州:广州中医药大学，2011.

［7］王卫，任莉.生物电和电刺激在医学中的应用［J］.第四军医大学学报，2001，22（S1）：55-56.

Technical Princeples and Motion Simulation of Multi-Functional Lower Limbs Therapy Instrument

XU Ming，QI Fang，NI Wei，XU Yi，ZHANG Hong，ZENG Xuqiu，AI Kun，TAN Jie
（College of acupuncture and massage，Hunan university of traditional Chinese medicine，Changsha 410208，China.）

Objective To design a training system that mainly for lower limb adductor muscle stretching for the treatment of Motor dysfunction caused by lower limb Spastic paralysis.Methods Using the fixed device，release device，traction device，plantar reflex therapy device and acupoint magneto therapy device to improve and correct the problem in patients with lower limb motor dysfunction，and the simulation module of 3-D MAX to carry out the simulation of motion analysis of human bilateral lower limb.Results The simulation results show that the research and design of multifunctional lower limb rehabilitation instrument can meet the requirements of lower limbs stretching.Conclusion Our research has proved the scientificity and practicability of the system，and it can be used for the rehabilitation training on patients with lower limb motor dysfunction.

Motor dysfunction；stretch；stroke；motion simulation

10.3969/j.issn.1672-2779.2015.02.035

1672-2779（2015）-02-0066-02

苏玲 本文校对：苏玲

2014-12-01）

国家级大学生创新创业训练计划项目（No：201210541009）；湖南省大学生研究性学习与创新性实验计划项目（No：XTJ2012-191）

*通讯作者：aikun650@qq.com