踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究

黃 夏， 劉志輝

(東華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 上海 201620)

踝關(guān)節(jié)損傷是一種常見(jiàn)病癥。人在行走、跑跳運(yùn)動(dòng)時(shí)，踝關(guān)節(jié)意外失穩(wěn)受傷的概率極大，居全身關(guān)節(jié)損傷首位[1]。人們?cè)趶氖履承┻\(yùn)動(dòng)項(xiàng)目如籃球、羽毛球、健美操時(shí)，踝關(guān)節(jié)損傷發(fā)生概率更大[2-4]，約30%的運(yùn)動(dòng)損傷來(lái)源于踝關(guān)節(jié)損傷，是造成運(yùn)動(dòng)員無(wú)法比賽的首要原因[5]。在針對(duì)關(guān)節(jié)功能康復(fù)訓(xùn)練的臨床治療上，相對(duì)于近端關(guān)節(jié)，遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)的研究較少，尤其是踝關(guān)節(jié)[6]。踝關(guān)節(jié)的康復(fù)是患者下地行走的前提，是進(jìn)行步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)。患者出現(xiàn)廢用性肌萎縮、攣縮畸形、足下垂等病癥，往往與忽視踝關(guān)節(jié)康復(fù)有關(guān)[7]。因此，對(duì)踝關(guān)節(jié)損傷人群來(lái)說(shuō)，踝關(guān)節(jié)的康復(fù)對(duì)人的整體運(yùn)動(dòng)機(jī)能的康復(fù)有著極其重要的意義[8]。

現(xiàn)有的踝關(guān)節(jié)康復(fù)設(shè)備仍存在一定弊端：高端康復(fù)設(shè)備價(jià)格高，患者使用設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間排隊(duì)等候，并承擔(dān)高昂醫(yī)療費(fèi)；低端康復(fù)設(shè)備缺乏人機(jī)工程方面的研究，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)與人體運(yùn)動(dòng)機(jī)理結(jié)合度不夠高。本文在研究市面現(xiàn)有踝關(guān)節(jié)康復(fù)裝置運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，從人體康復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)理的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)一種新的踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，該裝置從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行了再設(shè)計(jì)，裝置設(shè)計(jì)完成后將其與市面上同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，以驗(yàn)證優(yōu)化模型的可靠性。

1 踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置現(xiàn)狀

踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置多用于踝關(guān)節(jié)外傷術(shù)后的恢復(fù)治療過(guò)程。當(dāng)前市場(chǎng)現(xiàn)有且具有代表性的踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的綜合分析結(jié)果如表1所示。

表1 代表性踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置綜合分析Table 1 Comprehensive analysis of representative ankle joint rehabilitation training devices

續(xù)表1

通過(guò)對(duì)市場(chǎng)踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有裝置主要存在以下問(wèn)題：(1)大多適合在康復(fù)醫(yī)院等壞境使用，可家用的較少；(2)在設(shè)計(jì)上多為功能化設(shè)計(jì)，對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)關(guān)注較少；(3)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸多為3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正交旋轉(zhuǎn)軸，與生活中踝關(guān)節(jié)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)存在偏差。

2 踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置運(yùn)動(dòng)方式與運(yùn)動(dòng)范圍規(guī)劃

目前醫(yī)學(xué)上用于描述踝部與足部運(yùn)動(dòng)的術(shù)語(yǔ)包含兩套：基本術(shù)語(yǔ)和應(yīng)用術(shù)語(yǔ)。其中，基本術(shù)語(yǔ)描述足部或踝部發(fā)生的與3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)軸正交的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)對(duì)踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的市場(chǎng)競(jìng)品進(jìn)行分析，并走訪(fǎng)上海養(yǎng)志康復(fù)醫(yī)院進(jìn)行實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)市面上大部分踝關(guān)節(jié)康復(fù)運(yùn)動(dòng)設(shè)備都是以此為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，且具備輔助踝關(guān)節(jié)背屈、跖屈功能的較多，而具備輔助踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻、外翻功能的較少。由于踝部與足部由踝關(guān)節(jié)、距下關(guān)節(jié)、跗橫關(guān)節(jié)等3個(gè)主要關(guān)節(jié)組成，在這些關(guān)節(jié)處發(fā)生的多數(shù)運(yùn)動(dòng)圍繞的是運(yùn)動(dòng)定義描述的旋轉(zhuǎn)斜軸(旋轉(zhuǎn)斜軸的方向因主要關(guān)節(jié)而異)，而不是3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正交旋轉(zhuǎn)軸，所以上文所述的基本術(shù)語(yǔ)是不充分的。基本運(yùn)動(dòng)定義與應(yīng)用運(yùn)動(dòng)定義旋轉(zhuǎn)軸如圖1所示。

圖1 基本運(yùn)動(dòng)定義與應(yīng)用運(yùn)動(dòng)定義旋轉(zhuǎn)軸示意圖Fig.1 Rotation axis diagram of basic motion definition and application motion definition

從肌肉和關(guān)節(jié)相互作用的角度分析踝關(guān)節(jié)的內(nèi)翻、外翻運(yùn)動(dòng)發(fā)現(xiàn)，脛前肌控制背屈的同時(shí)伴隨內(nèi)翻與內(nèi)收，腓腸肌與腓短肌控制外翻的同時(shí)伴隨跖屈與外展[9]。由此可見(jiàn)，踝關(guān)節(jié)在日常生活中所做的運(yùn)動(dòng)多為復(fù)合運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)以此為基礎(chǔ)，對(duì)踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的內(nèi)翻、外翻運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

一個(gè)合理的踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置應(yīng)將人機(jī)工程學(xué)與踝關(guān)節(jié)生理結(jié)構(gòu)以及其運(yùn)動(dòng)機(jī)理相結(jié)合。踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻、背屈、內(nèi)收3個(gè)運(yùn)動(dòng)互為伴隨運(yùn)動(dòng)，外翻、跖屈、外展3個(gè)運(yùn)動(dòng)互為伴隨運(yùn)動(dòng)。裝置的運(yùn)動(dòng)方式規(guī)劃為：裝置在內(nèi)翻時(shí)伴隨背屈、內(nèi)收，在外翻時(shí)伴隨跖屈、外展。根據(jù)表1可知，市面輔助踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻、外翻運(yùn)動(dòng)的裝置所占比例不高。故本設(shè)計(jì)以踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻、外翻運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，并伴隨一定背屈、跖屈、內(nèi)收、外展運(yùn)動(dòng)。由于相關(guān)文獻(xiàn)較少，為規(guī)劃運(yùn)動(dòng)時(shí)各個(gè)角度的選用，招募3名在校大學(xué)生進(jìn)行踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻、外翻時(shí)各個(gè)方向上的角度測(cè)量，測(cè)量工具為醫(yī)用骨頭關(guān)節(jié)尺，將被測(cè)者的踝部分別用手固定到其內(nèi)翻、外翻的極限位置后對(duì)各個(gè)方向的角度進(jìn)行測(cè)量，為便于裝置設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行取整處理。踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的運(yùn)動(dòng)角度范圍如表2所示，其設(shè)計(jì)方案框架模型如圖2所示。

表2 踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置運(yùn)動(dòng)角度范圍

圖2 踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置框架示意圖Fig.2 Schematic diagram of ankle joint rehabilitation training device frame

3 踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文裝置的使用功能定位在踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練前期，為踝關(guān)節(jié)活動(dòng)受限患者做被動(dòng)牽伸訓(xùn)練，因此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)應(yīng)具備牽伸訓(xùn)練的功能。踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)如圖3所示。

由圖3可知，在裝置的底座尾端設(shè)計(jì)了3處可動(dòng)結(jié)構(gòu)，底座首端設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)軌跡控制結(jié)構(gòu)。其中，底座尾端的3處可動(dòng)結(jié)構(gòu)分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)翻/外翻與背屈/跖屈運(yùn)動(dòng)、內(nèi)收/外展運(yùn)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)軸心固定。

圖3 踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)圖Fig.3 Structure detail drawing of ankle joint rehabilitation training device

圖3中編號(hào)①的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡。其中，零件3控制運(yùn)動(dòng)軌跡，零件1、零件2與彈簧的組合結(jié)構(gòu)控制裝置的使用角度。零件1與連接件1前端的小孔進(jìn)行過(guò)盈安裝，將彈簧與零件2固定在連接件1上，通過(guò)移動(dòng)編號(hào)①的結(jié)構(gòu)來(lái)控制裝置尾端各方向的聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的伴隨運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)①?gòu)膱D3所示位置向上移動(dòng)則發(fā)生內(nèi)翻、背屈、內(nèi)收的聯(lián)動(dòng)，反之發(fā)生外翻、跖屈、外展的聯(lián)動(dòng)；上移位置越多，內(nèi)翻角度越大、伴隨運(yùn)動(dòng)角度越大，反之同理。

圖3中編號(hào)②的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)踩板內(nèi)翻/外翻與背屈/跖屈運(yùn)動(dòng)，該結(jié)構(gòu)選用直齒錐齒輪。其中，錐齒輪1與錐齒輪2之間相互嚙合并通過(guò)連接件1傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)踩板的內(nèi)翻/外翻與背屈/跖屈運(yùn)動(dòng)。直齒錐齒輪選用的參數(shù)如表3所示。

表3 直齒錐齒輪選用參數(shù)Table 3 Selection parameters of spur bevel gears

圖3中編號(hào)③的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸心固定，該結(jié)構(gòu)中的零件4與零件5將連接件1與連接件2同支架互相固定。其中，連接件1與連接件2的交點(diǎn)是錐齒輪1旋轉(zhuǎn)的圓心、錐齒輪2的圓心、內(nèi)翻/外翻與背屈/跖屈運(yùn)動(dòng)的中心點(diǎn)、內(nèi)收/外展旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的中心點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)在整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)中具有非常重要的作用與意義。

圖3中編號(hào)④的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)踩板內(nèi)收/外展運(yùn)動(dòng)，該結(jié)構(gòu)中的支架與底座相配合從而實(shí)現(xiàn)此運(yùn)動(dòng)。

4 踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的工業(yè)設(shè)計(jì)

一個(gè)成熟的產(chǎn)品僅有結(jié)構(gòu)和功能是不完整的，也要充分考慮用戶(hù)的需求和人機(jī)交互的關(guān)系，從造型和色彩上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，這就需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行合理的工業(yè)設(shè)計(jì)。產(chǎn)品功能列表是用戶(hù)需求的集合，通過(guò)整理用戶(hù)需求并結(jié)合市場(chǎng)現(xiàn)有踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品調(diào)研得到產(chǎn)品功能列表，如表4所示。

表4 產(chǎn)品功能列表Table 4 Product feature list

由表1中相關(guān)產(chǎn)品調(diào)研發(fā)現(xiàn)，市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品外觀(guān)大多比較死板，造型及顏色較為單一，基本上以實(shí)現(xiàn)功能為主。在設(shè)備具備基本功能并確保其強(qiáng)度與穩(wěn)定性的前提下，產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)需做一定的線(xiàn)條柔化處理，以在視覺(jué)上給人親近感。

踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的使用人群為踝關(guān)節(jié)損傷患者，從患者角度出發(fā)不宜選用太過(guò)鮮艷的暖色調(diào)顏色，從醫(yī)療裝備行業(yè)屬性來(lái)說(shuō)色彩要體現(xiàn)產(chǎn)品帶來(lái)的安全感與專(zhuān)業(yè)感，故裝置設(shè)計(jì)采用藍(lán)白作為產(chǎn)品主色調(diào)。踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的效果圖如圖4所示。

圖4 踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置效果圖Fig.4 Effect picture of ankle joint rehabilitation training device

5 對(duì)照試驗(yàn)

足底壓力分析在康復(fù)醫(yī)學(xué)、鞋品制造與優(yōu)化設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛運(yùn)用[10]。目前應(yīng)用較多的足底壓力測(cè)試技術(shù)有單點(diǎn)壓力、力板壓力、壓力鞋與鞋墊等測(cè)試技術(shù)[11]。足底壓力測(cè)試試驗(yàn)可以從足部壓力反饋中推理出很多人體生理信息[12]。研究表明，人機(jī)界面(足底與接觸面)壓力大小可以反映穿戴式設(shè)備人機(jī)工程學(xué)的優(yōu)良程度。人體足部姿態(tài)在穿戴裝置的尺寸、關(guān)節(jié)角度、結(jié)構(gòu)硬度等參數(shù)發(fā)生改變時(shí)會(huì)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，從而導(dǎo)致足底壓力分布狀態(tài)的改變。在同等穿戴條件下，足底壓力越小、壓力分布越均勻，則說(shuō)明該穿戴設(shè)備的人機(jī)工程學(xué)角度評(píng)估更優(yōu)。所以足底壓力是一個(gè)反饋穿戴狀態(tài)的很直觀(guān)的參考[13]。

5.1 試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)采用FS-INS-W99-V1型足底壓力測(cè)試系統(tǒng)，該設(shè)備有99個(gè)相互獨(dú)立感應(yīng)區(qū)，采用15行7列感應(yīng)區(qū)布局，當(dāng)感應(yīng)區(qū)受壓時(shí)，底層彼此分離的線(xiàn)路導(dǎo)通，感應(yīng)區(qū)的輸出電阻隨著壓力變化發(fā)生相應(yīng)變化。設(shè)備主板將鞋墊的壓力信息經(jīng)矩陣算法計(jì)算后將數(shù)據(jù)通過(guò)2.4 G無(wú)線(xiàn)接收器傳輸?shù)街鳈C(jī)上。

5.2 試驗(yàn)器材

試驗(yàn)器材1為自制踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，如圖5所示。

圖5 自制踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置Fig.5 Self-made ankle joint rehabilitation training device

試驗(yàn)器材2為試驗(yàn)對(duì)比參照組，選用市面上同等功能、性能、價(jià)格并應(yīng)用較廣的品牌裝置——德度光電科技研發(fā)的DDXL-H-02型踝關(guān)節(jié)康復(fù)運(yùn)動(dòng)器，如圖6所示。

圖6 德度DDXL-H-02型踝關(guān)節(jié)康復(fù)運(yùn)動(dòng)器Fig.6 Dedu DDXL-H-02 ankle joint rehabilitation exercise device

5.3 試驗(yàn)對(duì)象

本次試驗(yàn)共招募測(cè)試者30人，其中，男性18人，女性12人。年齡為22～26歲，身高為150～182 cm，體重為42～86 kg，鞋子尺碼(中國(guó)標(biāo)準(zhǔn))為34～44，接受測(cè)試時(shí)踝關(guān)節(jié)健康且未受損傷。

5.4 試驗(yàn)內(nèi)容

每位測(cè)試者都將進(jìn)行兩組試驗(yàn)，分別為試驗(yàn)1、試驗(yàn)2。

試驗(yàn)1：測(cè)試者用左腳穿戴DDXL-H-02型踝關(guān)節(jié)康復(fù)運(yùn)動(dòng)器。佩戴好足壓檢測(cè)裝置，將訓(xùn)練裝置內(nèi)翻、外翻角度分別調(diào)整為0°、10°、20°、30°。每個(gè)角度保持靜止?fàn)顟B(tài)5 min，并采集記錄足壓數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)2：測(cè)試者用左腳穿戴本課題設(shè)計(jì)的踝關(guān)節(jié)訓(xùn)練裝置。佩戴好足壓檢測(cè)裝置，將訓(xùn)練裝置內(nèi)翻、外翻角度分別調(diào)整為0°、10°、20°、30°。每個(gè)角度保持靜止?fàn)顟B(tài)5 min，并采集記錄足壓數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)過(guò)程與環(huán)境如圖7所示。

圖7 試驗(yàn)過(guò)程與環(huán)境Fig.7 Experimental process and environment

6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

將試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB-2020a軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。為方便實(shí)施與統(tǒng)計(jì)，將自制踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置與德度DDXL-H-02型踝關(guān)節(jié)康復(fù)運(yùn)動(dòng)器分別命名為自制裝置與對(duì)照裝置。

對(duì)受試者在同一角度不同裝置下的壓力值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。隨機(jī)抽取5個(gè)樣本分別在0°、內(nèi)翻10°、內(nèi)翻20°、內(nèi)翻30°、外翻10°、外翻20°、外翻30°時(shí)使用兩個(gè)試驗(yàn)裝置測(cè)得的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖8所示，其中，橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)分別代表對(duì)照裝置與自制裝置的足壓數(shù)據(jù)數(shù)值大小，足壓數(shù)據(jù)為足底壓力測(cè)試鞋墊反饋出的數(shù)據(jù)，無(wú)具體的標(biāo)準(zhǔn)單位。由于每次測(cè)量的足部受力數(shù)據(jù)點(diǎn)存在一定差異，無(wú)法用兩個(gè)裝置相對(duì)應(yīng)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接對(duì)比。為對(duì)比兩者的受力情況，將測(cè)量的兩組數(shù)據(jù)由大到小重新排序，根據(jù)排序順序逐點(diǎn)進(jìn)行比較。數(shù)據(jù)點(diǎn)在參照線(xiàn)下方，則受試者使用自制裝置比使用對(duì)照裝置受力小，反之為使用自制裝置比使用對(duì)照裝置受力大。

由圖8可以看出，受力小時(shí)，自制裝置明顯較優(yōu)，受力增加時(shí)，兩者近乎趨同。分析其中原因，受力大的數(shù)據(jù)來(lái)自足部與裝置的主要接觸面，其所承受重量與測(cè)試者的自身體重(或腿重)有關(guān)，因此呈現(xiàn)出大受力值趨同現(xiàn)象。在其他(輔助)受力處，自制裝置可以有效緩解受力狀況，而對(duì)照裝置依舊會(huì)產(chǎn)生較大的受力，因此受力小的時(shí)候自制裝置明顯較優(yōu)。

圖8 單個(gè)樣本在不同角度下使用不同裝置測(cè)得的足壓數(shù)據(jù)對(duì)比(隨機(jī)抽取5個(gè)樣本)Fig.8 Comparison of foot pressure data before and after using different equipment for a single sample at different angles (five random samples)

對(duì)照裝置和自制裝置的30個(gè)樣本分別在0°、內(nèi)翻10°、內(nèi)翻20°、內(nèi)翻30°、外翻10°、外翻20°、外翻30°時(shí)剔除均值小于1的數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均足壓值域分布情況如圖9和10所示，其中，紅點(diǎn)虛線(xiàn)μ1、μ2分別表示對(duì)照裝置與自制裝置上30個(gè)試驗(yàn)樣本在不同角度下的整體足壓數(shù)據(jù)平均值。

當(dāng)足壓為0～200時(shí)，由圖9和圖10可知：內(nèi)翻10°、20°、30°時(shí)對(duì)照裝置足壓小的數(shù)據(jù)量比自制裝置多，這是由于被測(cè)試者使用自制裝置時(shí)在一些輔助受力處產(chǎn)生了部分副受力點(diǎn)；外翻10°、20°、30°時(shí)自制裝置足壓小的數(shù)據(jù)量比對(duì)照裝置多，并且在區(qū)間內(nèi)分布更廣，這是由被測(cè)試者在使用自制裝置時(shí)其他(輔助)受力處所受壓力更小更均勻所導(dǎo)致的；在受力值大的區(qū)域兩裝置的足壓大小及分布數(shù)量趨同，分析其原因應(yīng)與被測(cè)試者自身體重(或腿重)有關(guān)。

圖9 對(duì)照裝置不同角度全部樣本足壓數(shù)據(jù)整體分布對(duì)比Fig.9 Comparison of the overall distribution of foot pressure data of all samples from different angles of the control device

圖10 自制裝置不同角度全部樣本足壓數(shù)據(jù)整體分布對(duì)比Fig.10 Comparison of the overall distribution of foot pressure data of all samples from different angles of the self-made device

由此可以看出：在外翻10°、外翻20°、外翻30°時(shí)，與對(duì)照裝置相比，自制裝置檢測(cè)的平均足底壓力更小；在內(nèi)翻10°、內(nèi)翻20°、內(nèi)翻30°時(shí)，自制裝置與對(duì)照裝置檢測(cè)的平均足底壓力較為接近。

整體來(lái)看，自制裝置和對(duì)照裝置足底總壓力均值波動(dòng)分別為17.97和41.61。因此，與對(duì)照裝置相比，自制裝置在使用過(guò)程中總體足底壓力更小并且壓力值波動(dòng)較小，更符合踝關(guān)節(jié)生理結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)機(jī)理。

7 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)目前踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置使用情況不佳的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一款康復(fù)訓(xùn)練裝置，該裝置從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)上對(duì)康復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了優(yōu)化，改變了傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)正交三旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)模式。通過(guò)足壓對(duì)比試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的康復(fù)訓(xùn)練裝置較市面主流產(chǎn)品在足底壓力上的表現(xiàn)更好，表明該裝置設(shè)計(jì)更符合踝關(guān)節(jié)的生理結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)機(jī)理，為踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置設(shè)計(jì)提供了新思路。若僅從內(nèi)翻角度表現(xiàn)來(lái)看，自制裝置與對(duì)照裝置的試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)相似，未表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析及受試人員信息反饋可知，造成此結(jié)果的原因是自制裝置內(nèi)翻時(shí)伴隨的背屈角度選擇較大。后續(xù)研究可對(duì)其角度進(jìn)行改進(jìn)并在此運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入踝關(guān)節(jié)復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)各分運(yùn)動(dòng)間的角度變化研究，并以足底壓力數(shù)據(jù)為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，確定更優(yōu)的相互運(yùn)動(dòng)角度范圍。