[发明专利]增强下肢离轴神经肌肉控制能力的训练系统及方法

说明书

相关美国申请数据

临时专利申请号：60/919,401，提交日期：2007年3月22日

技术领域

本发明涉及到运动训练及损伤预防和伤后康复领域。

背景技术

下肢肌肉骨骼往往在激烈的运动和娱乐活动中受到损伤。其中膝 关节是最常见的受伤部位，而以前十字交叉韧带(ACL)的损伤最为 普遍。美国每年因前十字交叉韧带撕裂的人数约8至25万人，所带来 的治疗费用达近10亿美元(Griffin et al.Am J Sports Med.34， 1512-32)。受伤率最高的是年龄在15至25岁参加有下肢旋转运动的 青年人。由于下肢可在矢状面内自由活动(如膝关节弯曲/伸展，脚踝 背屈/跖屈)，通常这种矢状面内的关节运动运动不会导致肌肉韧带损 伤；然而，在副轴(或称离轴，人体冠状平面和横向面)上，下肢关 节的运动(如膝关节外翻/内翻，即内转/外转，胫骨旋转，踝关节内 翻/外翻即内转/外转)可动自由度很有限；在冠状平面和横向面上的 下肢关节的过度扭转或超负荷运动则容易导致肌肉韧带损伤。例如前 十字交叉韧带就是最常见的在运动中因下肢过度旋转和外翻活动导致 的一种损伤。因此提高在冠状平面和横向面上的下肢关节运动的神经 肌肉控制(例如，控制胫骨旋转/膝关节外翻)，以减少或避免肌肉韧 带受伤就显得尤为重要。然而，现有的训练和康复器械(如椭圆机， 跑步机，登梯机)多强调在矢状面内的运动，而缺乏便利有效的器械 和方法来训练人们承受和控制在冠状平面和横向面上高负荷高强度的 离轴运动。单独的在冠状平面和横向面上运动训练，例如坐在椅子上 做胫骨旋转或外翻运动，可能是低效的及与功能运动无关的。因此， 在矢状面上的步进/跑步运动中，训练强调特定的在冠状平面和横向面 上离轴运动的控制将有助于预防在训练和体育活动中下肢肌肉韧带损 伤的发生以及帮助伤后康复。

发明内容

这里所描述的是一种离轴训练和评估机制，旨在帮助提高人体的 神经肌肉对下肢离轴运动的控制，其中包括胫骨的内转/外转，内翻/ 外翻，左右及前后方向上的滑动，以及这些运动的复合运动(改变可 变因素，从而减少前十字交叉韧带和其它下肢损伤的风险)。实际上， 由于坐姿下单独的胫骨旋转或是冠状面内翻/外翻抵抗阻力的运动与 功能性负重活动没有太大联系，所以训练效果可能不明显或低效。因 此，离轴训练结合下肢在矢状面上运动，可以使下肢训练变得更为实 际有效。在实际操作中，离轴训练(如小腿旋转和脚的滑动)机制可 以与各种矢状面运动的练习器械相结合，如椭圆机，登梯机和运动自 行车等。更进一步，离轴训练(如旋转和滑动)有多种实现方法，如 单独的旋转机制，单独的滑动机制，或是两个方向轴上的组合：旋转 复合滑动机制。

附图说明

图1(A)一种旋转-滑动机制，受控的胫骨旋转和左右滑动的组 合。可结合任何矢状面运动器械进行矢状面及离轴运动的训练和评估。 左右脚踏板的旋转和左右的滑动由两个电机控制，可有各种扰动灵活 组合。(B)旋转-滑动机制的俯视图。(C)实现旋转-滑动机制的椭圆 机。在矢状面的步进/跑步运动中，配合受控的胫骨旋转和左右滑动(膝 关节外翻/内翻)。

图2旋转-滑动椭圆机训练的实时反馈。在矢状面运动过程中，受 试者脚的位置包括脚尖指向需保持在用户界面上箭头或滑条的指示 位置。摄像头用来捕捉和实时显示下肢姿势，这有助于受试者适当调 整额状面的运动。箭头指示的下肢和鞋的目标位置可用来帮助受试者 达到期望的运动位置。

图3(A)在矢状面走跑运动同时做可控旋转运动(胫骨旋转)的 旋转椭圆机。通过线缆驱动矢状面和离轴的组合(步进-旋转)运动， 即滑轮在斜坡道上的运动伴随着旋转踏盘旋转。(B)实现训练胫骨旋 转运动的登梯机。通过线缆驱动，登梯机的步进运动伴随踏板的耦合 旋转。螺旋扣可用来调整线缆的拉力，协调在矢状面上的登梯和离轴 上的旋转运动。

图4实现胫骨旋转的可控旋转机制。这种旋转可配合各种练习器 械在矢状面的运动。踏板的旋转由一个电机控制。电机可对踏板添加 多种扰动，也可以使其处于低阻力和低摩擦力模式或自由转动模式。

图5实现左右方向滑动的受控滑动机制。这种滑动可配合各种练 习器械在矢状面的运动。踏板的滑动可由线性电机控制。电机可对踏 板添加多种扰动，也可以使其处于低阻力和低摩擦力模式或自由滑动 模式。