一種后置式腦癱兒童下肢康復(fù)助行器設(shè)計的探討

朱鳴飛 曹成明

摘?要：兒童腦性癱瘓是一種慢性疾病，需要綜合、協(xié)調(diào)性的治療和技術(shù)支持，讓腦癱兒的肢體功能得到恢復(fù)。腦癱兒童的下肢恢復(fù)離不開下肢助行器的幫助，下肢助行器能讓腦癱患兒在長期的治療中能夠起到很大的幫助。通過分散受力點減輕下肢壓力，減小腋部的壓力從而減輕關(guān)節(jié)處的磨損。下肢助行器支撐下肢進行小幅度的活動，鍛煉患兒的肌肉和關(guān)節(jié)的靈活度，目前市場的腦癱兒童助行器大多數(shù)是簡易式的前置式助行器很少有后置式助行器。

關(guān)鍵詞：腦癱兒童;下肢;后置式助行器

根據(jù)患兒自主控制能力、肌力、肌痙章程度、病度程度，將患者分為三級：1級，輕度痙率，多為偏癱型，無剪式步態(tài)，或很輕微，無伸肌客變，沒有陣章，手可以主動握伸，基本上能自主控制。中等程度痙攣，偶有輕度伸肌痙攣，剪式步態(tài)，持續(xù)陣率，手可握伸但不隨意，控制能力差。[1]腦癱患兒無法正常站立行走導(dǎo)致無法運動，讓患兒不能正常的鍛煉和恢復(fù)，下肢痙攣導(dǎo)致患兒不能正常站立行走，左右前后搖晃。

患兒在進行治療分過程中康復(fù)時間占用了整個治療的大部份時間，如果使用以往的前置式助行器很容易導(dǎo)致關(guān)節(jié)組織磨損，患兒的下肢不能得到應(yīng)有的保護措施。后置式腦癱兒童助行器的優(yōu)點是相對于前置助行器更加方便，在鍛煉行走的過程中能更有效的活動關(guān)節(jié)和肌肉組織。前置式的特點是能夠讓身體處于前傾的狀態(tài)，促使兒童能夠向前行走，缺點是在帶有滑輪的情況下不容易控制，很容易導(dǎo)致患兒身體不受控身體前傾摔倒。前置式助行器在患兒在與人交往的過程中容易產(chǎn)生隔閡，中間設(shè)備的阻擋讓患兒不能正常的與人進行肢體交流，容易讓患兒產(chǎn)生自卑心理。新型的腦癱兒童下肢助行器不僅僅要實現(xiàn)在運動外觀上的美觀，更要在這個基礎(chǔ)上能夠?qū)δX癱兒童下肢運動中各個關(guān)節(jié)的活動上進行有效控制，達到鍛煉效果。在助行器運動的過程中用拐杖的支撐力減輕單足著地時的對腿部的壓迫力。足部后跟的彈簧為身體向前移動提供動力支持。

后置式腦癱兒童助行器主要是由腿部支架、拐杖、連桿、支架、腰帶和靠背組成的。其特點在于能夠在保證腦癱兒童向前行走的過程中防止患兒前傾或者后仰摔傷，拐杖能夠讓患兒通過上肢發(fā)力帶動下肢前行，同時防止重心前移;助行器的下端帶有支撐桿防止腦癱患兒重心后仰;在關(guān)節(jié)處采用助力原理，減輕患兒運動時阻力過大消耗的體力。

在后置式腦癱兒童助行器的設(shè)計上主要針對患兒的心理反應(yīng)和下肢臨床表現(xiàn)，設(shè)計思路上將前置式助行器前面的器械轉(zhuǎn)移到患兒的身體后方，下肢的腿部支架一直延申到足部，并且在足部設(shè)計固定鞋底;腿部支架和鞋底設(shè)計有固定腿部和足部的扣環(huán)，防止器械和患兒身體脫離導(dǎo)致危險發(fā)生。腿部支架加入伸縮功能，增加后置式助行器對人體的容錯率，保證適合多個年齡段的患兒使用鍛煉。

靠背擋板一方面支撐著患兒的腰部，材質(zhì)采用軟纖維，保護腰部不受傷害，讓腰部跟靠背擋板更緊密的貼合提高身體的協(xié)調(diào)性更好的讓腰部發(fā)力。

在支架上添加拐杖來確保患兒的安全，彌補后置式助行器在身體前面缺少保護的缺點，支撐患兒的身體行走和站立。拐杖設(shè)計為伸縮式拐杖，方便患兒調(diào)整身體體位。拐杖上面的把手材質(zhì)采用防滑性軟性塑料，在防滑的同時保護患兒的手不被器材傷害。

助行器的后面帶有蓄電池，蓄電池的功能主要是為關(guān)節(jié)處的發(fā)電機提供動力，蓄電池可拆卸充電，蓄電池與外殼有隔離板相隔，防止線路故障失火傷害患兒;蓄電池的續(xù)航時間控制在10-12小時內(nèi)，因為電池的重量與容量相關(guān)，電池過重會增加助行器的重量，沉重的助行器不能為患兒帶來良好的質(zhì)量效果反而會增加患兒的負(fù)擔(dān)，讓助行器更加笨重。

助行器的關(guān)節(jié)處安裝發(fā)電機，發(fā)電機運用電動車助力原理;在患兒運動的過程中帶動患兒的身體走動，可以幫助因為下肢痙攣無法用力的患兒運動;關(guān)節(jié)處加入可調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)彎曲角度設(shè)計，調(diào)節(jié)機械擺動幅度，控制患兒行走時的運動幅度，讓患兒能夠循序漸進的進行鍛煉。

助行器的驅(qū)動方式必須要跟人體下骨骼運動十分相似。助行器的腿部支架上設(shè)置有固定患兒腿部的保護板，在患兒進行運動的過程中防止患兒和助行器分離后摔傷;固定患兒的腿部不僅能保護患兒不受傷害，更能在行走的過程中保護患兒的肌肉組織。助行器的踝關(guān)節(jié)出也采用小型發(fā)電機帶動，患兒的下肢包括足部都無法進行正常的活動;在小腿部分的后面加入隔板，防止碰撞傷害到患兒身體;隔板的后面加上防止后仰的支架，增加助行器的安全性。

對于足部畸形無法行走的患兒可以通過調(diào)節(jié)膝蓋關(guān)節(jié)處的關(guān)節(jié)齒輪讓助行器半蹲，讓患兒坐在助行器上進行腿部活動，同時可以休息。適用的室外場所包括人行道、公園和廣場。

在相同的條件下男性患兒身高普遍要高于女性患兒，根據(jù)查表得出大腿桿的可調(diào)節(jié)尺寸要在300～500mm，小腿桿的可調(diào)節(jié)尺寸要在300～400mm;腰部的調(diào)節(jié)尺寸要在250～400mm。在查表下獲得的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的活動角度范圍，在正常的情況下髖關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍要在-15°～35°，膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍要在0°～70°。調(diào)整好轉(zhuǎn)角來配合患兒的具體病情。

踝關(guān)節(jié)和足部至關(guān)重要;在踝關(guān)節(jié)處加上電機進行驅(qū)動，幫助患兒進行踝關(guān)節(jié)處的活動;足部的腳板采用帶有彈性的柔軟塑膠材質(zhì)，在足根部加入彈簧來增加彈性，幫助患兒進行運動。

模型的大小不僅決定產(chǎn)品的成本，也關(guān)系到對患兒身體的影響。模型簡化十分重要，它包含了一定的原則[2]。

全文總結(jié)：本文主要在制作一款依靠動力運行的后置式腦癱兒童下肢康復(fù)助行器，幫助患有腦癱后腿部痙攣性的兒童進行下肢康復(fù)治療。對現(xiàn)存的前置式腦癱兒童助行器的缺點進行了優(yōu)化改造模型;把電機加入到助行器的髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)中，把可調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)齒輪跟電機結(jié)合控制助行器的運行，幫助患兒進行康復(fù)治療。

參考文獻：

[1]張榮英.王承武.痙攣性腦癱.中華小兒外科雜志.

[2]邵子宴.下肢外骨骼機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真分析[D].揚州大學(xué)，2016.

項目：本項目是大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目“后置式多功能腦癱兒童康復(fù)器設(shè)計”，項目編號：201910595128的階段性研究成果之一