一种可调节的单手指匀速被动运动装置及单手指肌张力检测方法转让专利
申请号 : CN201811577753.3
文献号 : CN109674483B
文献日 : 2021-11-05
发明人 : 赵翠莲 , 邹文 , 赵轶钦
申请人 : 上海大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种可调节的单手指匀速被动运动装置,包括机架组件(1)、位置调节组件(2)、检测与控制组件(3)和手指外骨骼固定组件(4),其特征在于:有一根引导线(39)起于检测与控制组件(3),经过位置调节组件(2),止于手指外骨骼固定组件(4),位置调节组件(2)固定于机架组件(1)上,检测与控制组件(3)固定于位置调节组件(2)上;基于仿生学原理,模拟手指匀速牵张即伸展运动,通过引导线(39)给予内收手指一个外力,使手指在外力作用下被动地缓慢匀速伸展,引导线(39)上的张力与肌张力的外部表现力在大小上相等,通过连接在引导线一端的一个拉压力传感器(36)检测引导线张力的大小,从而间接得到手指最大肌张力;针对单手指的肌张力检测,且适用于拇指与四指的肌张力检测。
2.根据权利要求1所述的可调节的单手指匀速被动运动装置,其特征在于:可分别检测各手指的最大肌张力;可通过改变手指外骨骼固定组件中的指关节包覆件的数量,使该装置可以适用于拇指与四指的最大肌张力检测。
3.一种单手指肌张力检测方法,应用权利要求1所述的可调节的单手指匀速被动运动装置进行检测,其特征在于具体检测操作步骤如下:
1)固定手掌:将患者所有的内收手指伸展至手掌平面,然后将手掌放置在机架组件(1)的掌托上,确保待检测的手指指向与Y方向平行,然后用绑带将手掌固定;
2)手指固定:在手指外骨骼固定组件(4)中,根据检测手指的不同,选择相应的指关节包覆件的数量,然后将指关节包覆件的指夹具张开一定的角度,再将指关节包覆件由上至下放置在待检测手指背面上方,闭合指夹具使之分别固定在手指关节两端指骨的侧面,并通过指关节包覆件的铰链机构进行调整以确保铰链机构的轴心与指关节的轴心重合,最后以同样的方法将指尖固定件与指尖固定,手指固定完成后,通过患者自行或给予外力刺激将所有手指恢复内收状态;
3)位置调节:在位置调节组件(2)中,位置调节组件(2)中的导轨底板(21)固定于机架组件(1)的上横梁(12),导轨滑块机构的导轨(22)固定于导轨底板(21),T型滑块(23)在导轨(22)中作直线运动,第一螺钉(27)用来固定T型滑块(23),连接板(24)与T型滑块(23)固连,双铰链联动机构(25)固定于连接板(24),双铰链联动机构(25)中的调整第二螺钉(28)用来调节双铰链联动机构(25)的位置,滑轮(26)固定于双铰链联动机构(25);移动导轨滑块机构的T型滑块(23),当滑轮(26)与待检测手指处在同一垂直平面时,停止移动T型滑块(23)并用第一螺钉(27)将T型滑块(23)固定,固定后再根据患者手指的长短,通过调整第二螺钉(28)调节双铰链联动机构,直至调节到合适的检测位置;将引导线的一端固定在引导线固定件上,然后将引导线依次穿过滑轮(26)、指关节包覆件的中间通孔,最后固定在指尖固定件的通孔上;
4)肌张力检测:在检测与控制组件(3)中,检测与控制组件(3)中的导轨(31)固定于位置调节组件(2)中的连接板(24),步进电机(32)固定于导轨(31),丝杆(33)与步进电机(32)连接,滑块(34)与丝杆(33)组成丝杆螺母副,传感器支座(35)固定于滑块(34)上,数据处理存储单位集成在传感器支座(35)中,拉压力传感器(36)固定于传感器支座(35),引导线固定件(37)固定于拉压力传感器(36),引导线(39)的一端与引导线固定件(37)固定;开启步进电机(32),步进电机(32)带动丝杆(33)匀速旋转,丝杆(33)匀速转动通过丝杆螺母副带动滑块(34)做匀速直线运动,并确保速度低于5mm/s,滑块(34)的运动通过引导线(39)使手指从内收状态向伸展状态运动,当手指伸展至手掌平面时,关闭步进电机(32);在这一匀速运动过程中,引导线(39)上的张力与肌张力的外部表现力在大小上相等,通过与引导线(39)末端的引导线固定件(37)连接的拉压力传感器(36),检测该张力的大小,从而得到肌张力的大小;
5)最大肌张力的获取:检测过程中,拉压力传感器将引导线张力的变化转变为电压的变化,经数据处理后将数据存储在SD卡中,检测完成后,在上位机中读取SD卡中的数据,取出最大值即为最大肌张力。
说明书 :
一种可调节的单手指匀速被动运动装置及单手指肌张力检测
方法
技术领域
背景技术
指不易掰开,患者手掌的皮会出现溃烂,难闻的气味。有研究证明,主动伸指能够减少手痉
挛患者手指的肌张力,缓解痉挛病情,加速康复过程。而在设计主动伸指器具时,最大肌张
力是一个很重要的参数,所以需要设计一种装置来准确的定量检测手指肌张力。手指肌张
力检测的关键是:手指的运动是在外力的作用下的被动运动,以及手指在运动的过程中肌
肉的收缩是缓慢且匀速的。
等人,设计一种上肢等速被动牵拉运动的装置,分别检测上肢在高速和低速的运动模式下
的运动参数,并提供计算公式来计算肌张力。 G.Lindberg等人借鉴上述方法,简化了
实验装置,只利用电机驱动平台,带动患者手腕部做等速的被动牵拉运动,检测了患者肢体
被动运动过程中的阻力,定量分析了弹性力,肌紧张,腱反射等,定量测试出患者在药物治
疗前后的手腕部肌张力。喻洪流等人设计的手指痉挛张力测试装置只能检测静止状态下手
指的张力,并不能反映肌张力的大小。
不方便且透气性比较差。
方法。
发明内容
设计提供依据。
腱牵引关节形成一个内收手指的力矩从而使手指内收。根据仿生原理,通过引导线给予指
尖固定件一个力FT1,指尖固定件会对内收手指产生一个外力F2,内收手指在外力F2所产生
的力矩作用下被动地缓慢匀速伸展,同时给予指尖固定件一个反作用力F′2,内收手指在匀
速伸展的过程中,由于肌张力的作用,指屈肌拉伸指屈肌腱从而对手指产生一个力F1抵抗
手指伸展,同时指伸肌腱由于处于伸长状态也会对手指产生一个力F3;指尖固定件对手指
的力F2所产生的力矩与手指肌腱产生的合力矩满足关系:F1·b/2=(F2+F3)·b/2,其中b为
手指的厚度;引导线会对连接在其一端的拉压力传感器产生一个力FT2,这6个力在数值上满
足关系:FT2=FT1=F′2=F2=F1‑F3,其中F1‑F3为手指肌张力的外部表现力,通过检测拉压力
传感器所受的力FT2,从而间接得到最大肌张力的大小。
调节组件,止于手指外骨骼固定组件,位置调节组件固定于机架组件上,检测与控制组件固
定于位置调节组件上;基于仿生学原理,模拟手指匀速牵张即伸展运动,通过引导线给予内
收手指一个外力,使手指在外力作用下被动地缓慢匀速伸展,引导线上的张力与肌张力的
外部表现力在大小上相等,通过连接在引导线一端的一个拉压力传感器检测引导线张力的
大小,从而间接得到手指最大肌张力;针对单手指的肌张力检测,且适用于拇指与四指的肌
张力检测。
拉伸,拉压力传感器用来检测肌张力,数据处理存储单位将传感器检测的数据经过处理后
进行存储。
的,可以根据不同患者手指的长度进行调节,也可以通过改变手指外骨骼固定组件中的指
关节包覆件的数量,使该装置可以适用于拇指与四指的肌张力检测。
方,闭合指夹具使之分别固定在手指关节两端指骨的侧面,并通过指关节包覆件的铰链机
构进行调整以确保铰链机构的轴心与指关节的轴心重合,最后以同样的方法将指尖固定件
与指尖固定,手指固定完成后,通过患者自行或给予外力刺激将所有手指恢复内收状态。
通过调整螺钉调节双铰链联动机构,直至调节到合适的检测位置。将引导线的一端固定在
引导线固定件上,然后将引导线依次穿过滑轮、指关节包覆件的中间通孔,最后固定在指尖
固定件的通孔上。
从内收状态向伸展状态运动,当手指伸展至手掌平面时,关闭步进电机;在这一匀速运动过
程中,引导线上的张力与肌张力的外部表现力在大小上相等,通过与引导线末端的引导线
固定件连接的拉压力传感器,可检测该张力的大小,从而得到肌张力的大小。
据,取出最大值即为最大肌张力。
手痉挛等患者康复器具的设计提供依据,也填补了肌张力检测在手指方面的空白。该装置
是检测单手指的肌张力,能分别检测不同手指的肌张力,此外,该装置是可调节的,可以根
据不同患者手指的长度通过导轨滑块与双铰链联动机构进行调节,也可以通过改变手指外
骨骼固定组件中的指关节包覆件的数量,使该装置可以适用于拇指与四指的最大肌张力检
测。检测装置结构简单,占地面积小,安全可靠。
附图说明
具体实施方式
控制组件3,经过位置调节组件2,止于手指外骨骼固定组件4,位置调节组件2固定于机架组
件1上,检测与控制组件3固定于位置调节组件2上;基于仿生学原理,模拟手指匀速牵张即
伸展运动,通过引导线39给予内收手指一个外力,使手指在外力作用下被动地缓慢匀速伸
展,引导线39上的张力与肌张力的外部表现力在大小上相等,通过连接在引导线39一端的
一个拉压力传感器36检测引导线39张力的大小,从而间接得到手指最大肌张力;针对单手
指的肌张力检测,且适用于拇指与四指的肌张力检测。
接板24与T型滑块23固连,双铰链联动机构25固定于连接板24,双铰链联动机构25中的调整
螺钉28用来调节双铰链联动机构25的位置,滑轮26固定于双铰链联动机构25;
定于滑块34,数据处理存储单位集成在传感器支座35中,拉压力传感器36固定于传感器支
座35,引导线固定件37固定于拉压力传感器36,引导线39的一端与引导线固定件37固定;
关节两端指骨的侧面,并通过指关节包覆件41各自的铰链机构43进行调整以确保铰链机构
43的轴心与各指关节的轴心重合,以同样的方法将指尖固定件45与指尖固定,中指固定完
成后,使所有手指恢复内收状态。
根据患者右手中指的长短通过调整螺钉28调节双铰链联动机构25从而实现位置调节组件2
在Y,Z方向的调节,直至调节到合适的检测位置。将引导线39的一端固定在引导线固定件37
上,然后将引导线39依次穿过3个滑轮26、2个指关节包覆件41的中间通孔42,最后固定在指
尖固定件45的通孔46上。
的运动通过引导线39使中指从内收状态向伸展状态运动,当中指伸展至手掌平面时,关闭
步进电机32;在这一匀速运动过程中,引导线39上的张力与肌张力的外部表现力在大小上
相等,通过与引导线39末端的引导线固定件37连接的拉压力传感器36,可检测该张力的大
小,从而得到肌张力的大小。
数据,取出最大值即为中指最大肌张力。
通过指关节包覆件41的铰链机构43进行调整以确保铰链机构43的轴心与指关节的轴心重
合,以同样的方法将指尖固定件45与指尖固定,拇指固定完成后,使所有手指恢复内收状
态。