一种中药热敷康复及被动拉伸3D打印外骨骼系统

本发明涉及康复医疗器械，具体涉及一种集成中药热敷功能与被动拉伸功能的3d打印外骨骼系统。

背景技术：

1、随着人口老龄化进程加速及运动损伤发生率上升，关节及肢体功能障碍的康复需求日益增长。目前，市面上已有的康复设备主要存在以下技术局限：

2、1.传统外骨骼设备的局限性：现有的康复外骨骼主要分为大型主动式外骨骼与被动式外骨骼两类。大型主动式外骨骼（如电机驱动型）康复效果虽好，但结构复杂、价格昂贵，通常只能在医院由专业人士操作，无法满足患者日常家庭康复的连续性需求。此外，这类设备体积庞大、外型笨重，对患者在日常生活中辅助作用有限。

3、2.传统石膏与支具的缺陷：传统的石膏或医用支具仅能起到固定作用，存在透气性差、笨重、不可拆卸等突出问题。长期佩戴会给患处皮肤带来不适，甚至引发皮肤疾病。虽然近年来出现了3d打印网状外骨骼技术，改善了透气性问题，但其功能仍局限于单纯的机械固定与支撑，缺乏主动治疗功能。

4、3.现有外骨骼缺乏中医理疗功能：中药热敷作为一种传统中医外治法，具有温经通络、活血化瘀的确切疗效。然而，传统的热敷方式通常采用毛巾或药包，难以固定于关节活动部位，且热量消散快，无法在关节活动的动态过程中保持持续的药效渗透。

5、4.现有被动外骨骼功能单一：近年来，利用弹性元件储能的被动式外骨骼逐渐兴起，出现了基于柔性材料3d打印的手部康复装置以及仿生人造肌肉等创新产品。然而，这些设备通常仅提供力学支撑或助力功能，缺乏与物理治疗（热疗、药疗）的整合设计。

6、综上所述，亟需一种轻便、个性化、且能同时实现"热敷药疗"与"被动拉伸"的一体化康复系统。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种中药热敷康复及被动拉伸3d打印外骨骼系统，以解决现有康复设备功能单一、无法实现药物热敷与机械拉伸协同治疗的技术问题。本发明通过3d打印技术定制与患者肢体完美贴合的外骨骼支架，在被动拉伸关节的同时，通过内置的热敷层加速中药渗透，实现"热-药-力"三维协同康复。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种中药热敷康复及被动拉伸3d打印外骨骼系统，其特征在于，包括：3d打印外骨骼支架、热敷及给药模块、被动驱动模块、控制系统；

4、所述的热敷模块设置于所述外骨骼支架的内侧，所述的热敷模块包括加热元件及用于承载中药的储药层；所述的被动驱动模块连接于所述外骨骼支架的关节部位，所述的被动驱动模块用于施加使关节趋向于伸展或屈曲的持续作用力；当所述系统穿戴于人体时，所述热敷模块作用于患处皮肤并促进中药成分渗透，同时所述被动驱动模块对关节进行持续的被动拉伸。

5、进一步，所述被动驱动模块为基于弹性元件的储能释放机构，所述弹性元件为扭簧、拉簧、弹力带中的一种或多种，且该模块包含用于调节拉伸角度的多档位棘轮调节器或滑动式调节旋钮。

6、进一步，所述热敷模块中的加热元件为石墨烯发热膜或柔性电热片，加热温度控制在38-50℃范围内可调；所述储药层为可拆卸更换的网袋、插口式药包夹层或多孔夹层结构。

7、进一步，所述3d打印外骨骼支架的主体结构为仿生网状镂空结构，且根据有限元拓扑优化方法进行最优化布局，在保证支撑强度的同时减少材料用量及重量。

8、进一步，还包括传感器系统，所述传感器系统包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器设置于热敷模块与皮肤接触面，当温度超过预设阈值或压力过大时，控制系统发出报警或自动断电。

9、进一步，所述外骨骼支架为通过3d打印技术定制的、与人体肢体解剖轮廓相适配的外骨骼支架，外骨骼支架采用多材料3d打印工艺制造，关节处的柔性包裹部分采用tpu材料，支架主体采用pla或尼龙材料；所述的外骨骼支架采用仿生网状镂空结构设计，包含至少一个第一刚性支架（近端固定部）和一个第二刚性支架（远端固定部），两支架之间通过旋转关节轴枢接。

10、进一步，所述被动驱动模块还包括阻尼调节阀，用于控制关节伸展速度。

11、进一步，还包括无线通信模块及移动终端app，用于设定治疗参数、监控使用状态及记录康复数据。

12、本发明所述系统的控制方法包括以下步骤：

13、步骤一：采集患者肢体三维数据，利用3d打印技术生成所述外骨骼支架；

14、步骤二：根据患者病情严重程度，调节被动驱动模块的初始力矩及拉伸角度；

15、步骤三：启动热敷模块，将加热温度控制在38℃-50℃之间；

16、步骤四：在热敷持续5-15分钟后，由被动驱动模块带动关节进行低强度、长时间的静态牵伸；所述步骤四中，被动拉伸采用间歇式工作模式：拉伸持续3-5分钟，放松1-2分钟，循环进行；

17、步骤五：温度传感器实时监测并反馈温度，当温度超过阈值时自动调节或断电。

18、具体结构如下：

19、1.3d打印外骨骼支架基于患者患肢的三维扫描数据建模，采用仿生网状镂空结构设计。该外骨骼支架包含至少一个第一刚性支架（近端固定部）和一个第二刚性支架（远端固定部），两支架之间通过旋转关节轴枢接。所述网状结构的最优化布局依据有限元拓扑优化方法确定，在保证支撑强度的同时实现轻量化。

20、2.热敷模块

21、该热敷模块贴合于所述外骨骼支架的内壁，包括加热元件及用于承载中药的储药层。其中，所述加热元件为石墨烯发热膜或柔性电热片，加热温度控制在38-50℃范围内可调；所述储药层为可拆卸更换的网袋、插口式药包夹层或多孔夹层结构，用于承载中药包或中药膏。

22、3.被动驱动模块

23、设置于所述旋转关节处，所述被动驱动模块为基于弹性元件的储能释放机构，所述弹性元件为扭簧、拉簧、弹力带中的一种或多种，用于提供持续的被动拉伸力。

24、4.控制系统

25、包括微型电池、mcu主控芯片、体感控制开关及无线通信模块。所述mcu主控芯片与温度传感器、加热层电连接，根据预设温度阈值控制加热启停。

26、工作原理

27、穿戴时，外骨骼通过绑带固定于患肢，网状镂空结构保证透气性。在康复治疗过程中，控制系统启动柔性加热层，对患肢进行加热（38-50℃可控），热效应扩张毛孔、促进局部血液循环；同时，中药储药层中的药物成分在热力驱动下加速挥发与透皮吸收（热效应与药物渗透协同作用）。

28、与此同时，被动驱动模块中的弹性元件施加持续的、轻柔的扭矩，迫使关节维持在伸展状态或缓慢向伸展方向运动，对抗肌肉挛缩与关节僵硬。

29、温度传感器实时反馈接触面温度，当温度超过预设安全阈值（如50℃）时自动断电，防止烫伤。

30、优选项，所述3d打印材料为pla、tpu或尼龙的复合材料，其中关节处的柔性包裹部分采用tpu材料以提高舒适度，支架主体采用pla或尼龙以保证结构强度。

31、所述被动驱动模块还包括一个速度控制阻尼器，用于限制关节伸展速度。

32、所述系统还包括手机app控制端，通过蓝牙与控制系统连接，用于设定温度、定时、查看使用记录。