[发明专利]一种提供主动辅助和被动拉伸的患肢训练装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于患肢训练的运动康复装置和控制方法，具体而言，涉及一种简化结构的(不需要使用额外力/力矩传感器元件)、依然可以实现安全有效的被动拉伸和主动辅助等多种功能的患肢训练装置。

背景技术

肢体关节的生理特性和神经协调控制对于人体的功能性运动十分重要。神经系统疾病和肌肉骨骼损伤会造成关节活动范围的减小、肌肉僵硬度增加、肌张力增高和神经协调控制能力受损。

本发明旨在解决与痉挛、挛缩、肌无力和神经控制相关的临床康复训练问题。神经损伤，包括脑卒中、脊髓损伤、多发性硬化症和脑瘫，是造成肢体运动功能障碍的主要原因之一。脑神经损伤所导致的痉挛和挛缩会对患者造成长时间的影响。肌张力过高和肌肉神经反射兴奋过度将导致肌肉其他功能的损伤，肢体运动被阻碍，并可能引起剧烈疼痛。长时间痉挛，可能伴随肌肉纤维和结缔组织结构的变化，从而可能导致进一步关节运动范围的减少。

现有临床实践中存在下述问题。

1)在传统的拉伸治疗中，物理治疗师可采用拉伸、辅助和其他物理介入手法来减轻病人肢体的痉挛和挛缩，恢复患者的平衡性、协调性以及关节和肢体的运动功能。然而，传统借助物理手法的拉伸是十分费力的，通常治疗师需要用手费力地拉伸病人痉挛的四肢；同时，手工拉伸的强度取决于治疗师的经验和主观上的感觉。

2)在诱发主动运动训练中，如果没有物理治疗师或设备的辅助，患者由于不能产生连续稳定的主动肢体运动，所以很难通过自身的运动尝试来达到完全恢复肢体运动功能的目的。此外，由于缺乏康复知识或过度训练，患者在试图进行自主肢体运动的过程中可能会导致潜在地加剧损伤程度。

3)由于治疗师资源的短缺，患者得不到足够量的运动康复训练，从而导致短期的康复训练功效不能维持很长的时间。因此，对于患者和治疗师两方面，均需要有一种经济实用、结构简单的便携式肢体运动康复设备。

现有技术存在下述方面的不足。

1)传统的被动牵拉训练装置

传统的连续被动牵拉训练器(CPM，continuous passive motion)被广泛应用在医院和病人的家中。CPM主要提供在预先指定的固定范围内的关节慢速运动，以防止关节术后粘连，减少关节僵硬。其技术局限性在于CPM机是在两个预设的关节活动位置之间以较慢的恒定速度移动肢体或关节。虽然系统可以提供很大的拉伸力矩，但在整个拉伸过程中，由于其机械结构的局限性，不能监测患肢由于痉挛产生的阻力，所以预设的运动范围通常小于关节灵活运动的范围，否则关节受损的危险会增加。在这种功能限制下，被动牵拉功能通常不拉伸至有效的肌张力较高的位置，而这个生理位置恰恰是挛缩和痉挛最明显的位置，也是真正需要实施安全并有效拉伸的生理位置。由于缺乏对人体关节阻力的探测，所以传统的连续被动牵拉训练器不能用于由于神经损伤所引起的运动功能障碍的康复治疗。

2)现有主动辅助运动训练装置

近年来，主动辅助运动训练装置已被开发出来，用于帮助提高中风和其他神经损伤后患者对肢体的主动运动的控制和神经康复。此类主动辅助运动训练设备，可以准确的测量由患肢痉挛产生的阻力或主动运动趋势。在使用特定控制方法下，机器可以提供与之相适应的辅助力，帮助患者运动到预定位置或跟随患肢自由运动。但其技术的局限性在于，整个功能和控制的实现依赖于对额外精密力/力矩传感器的使用，使得整个系统的造价增加，价格过于昂贵，不适合在医院和家庭广泛的使用。如果不使用所述力/力矩传感器，其所述主动运动控制功能将无法工作。另一个重要不足在于，由于结构组成的不同，装置只能提供主动辅助运动训练功能。在同一装置上，不能同时实现具有较大输出力矩的被动拉伸功能，忽视了主动/被动训练结合的治疗方式和训练后评估。

发明内容

本发明的目的是简化现有技术中的训练装置，改进现有控制方法，并实现多种额外的训练功能。