一种基于生物力学的脊柱矫形装置及其支撑调节方法

本发明涉及康复辅具护理，具体涉及一种用于矫正脊柱结构性后凸的脊柱矫形设备及其支撑调节方法。

背景技术：

1、脊柱异常姿态影响人体姿态功能与生活质量，临床常采用矫形器进行保守干预。

2、现有脊柱矫形器多采用刚性背板、弹性束带或固定式支撑结构，通过限制躯干运动或对局部区域施加约束力实现姿态矫正。然而，现有矫形装置在实际应用中仍存在一定不足。首先，传统矫形装置的支撑背板通常采用整体式刚性结构，其形态固定，难以根据不同使用者背部曲面差异产生适应性变形，导致矫形装置与人体贴合性不足，影响佩戴舒适性和长期使用依从性。

3、为改善矫形装置与人体背部之间的贴合性，部分现有矫形装置引入气囊结构，通过气囊充放气改变人体与支撑部件之间的接触压力。然而，该类结构主要通过局部压力调节实现柔性支撑，其调节对象主要为接触界面的压力分布，对支撑结构自身的整体几何形态及力传递路径

4、的主动调节能力有限，也难以实现不同支撑区域之间基于结构形态变化的协同调整。因此，对于需要根据人体背部曲面及矫形需求动态调整支撑姿态的应用场景，即使引入气囊结构，现有矫形装置仍存在一定局限。

5、此外，现有矫形装置的矫形力输出方式多依赖被动约束或固定支撑，支撑状态难以根据人体姿态变化和矫形需求进行调节，导致矫形作用的精准性和适应性不足。

技术实现思路

1、针对上述现有技术缺陷，本发明提出一种基于生物力学的脊柱矫形装置。

2、本发明为解决技术问题采用如下技术方案：一种基于生物力学的脊柱矫形装置，支撑背板上连接有约束组件，所述支撑背板包括各沿脊柱走向延伸设置的支撑模块，相邻的所述支撑模块之间留设模块间隙，并通过柔性铰链连接；

3、所述支撑背板通过所述约束组件穿戴固定于人体背部。

4、进一步的，还设有气囊组件及用于所述气囊组件充放气的供气组件；

5、所述气囊组件通过充放气的体积变化驱动所述柔性铰链形变，以调节模块间隙及支撑背板的形态。

6、进一步的，所述气囊组件包括分别设于各所述模块间隙内的各气囊单元，所述气囊单元设于一对相邻的所述支撑模块之间，至少与相邻的任一所述支撑模块安装固定，并与所述供气组件连通。

7、进一步的，所述支撑背板上设有魔术贴，所述气囊单元外设安装部，所述安装部与所述魔术贴粘合，将所述气囊单元可拆卸固定于模块间隙内。

8、进一步的，各所述气囊单元与所述供气组件独立连通控制，或分组连通控制。

9、进一步的，所述供气组件包括气源、阀和压力传感器；

10、所述气源通过气路与各所述气囊单元独立或分组连通，所述气路上设有所述阀和所述压力传感器。

11、进一步的，所述支撑模块朝向人体背部的一面具有与人体背部曲面相匹配的支撑面。

12、进一步的，所述约束组件包括肩部约束组件和腰部约束组件，所述肩部约束组件和所述腰部约束组件分别与所述支撑背板顶部及底部设置的连接部连接；

13、所述肩部约束组件和所述腰部约束组件采用长度可调的柔性结构。

14、一种脊柱矫形装置的支撑调节方法，用于调节上述基于生物力学的脊柱矫形装置，所述装置的支撑背板上部设有一个用于采集使用者脊柱姿态的姿态传感器或上部和下部各设有一个用于采集使用者脊柱姿态的姿态传感器，各气囊单元设于位于矫形支撑区域内的各模块间隙中，其中，矫形支撑区域基于生物力学分析确定，所述方法包括以下过程：

15、s1，姿态传感器采集信息，确认使用者的初始脊柱姿态；

16、s2，根据初始脊柱姿态与预设的目标姿态范围的差异，分别调节各所述气囊单元的压力，使使用者的脊柱姿态趋近目标姿态范围；调节过程中姿态传感器保持信息的采集和反馈，直至脊柱姿态达到目标姿态范围，随后各所述气囊单元独立以当前压力作为自身矫形压力保压；

17、s3，按照预设的调节周期t进行每个所述气囊单元压力的周期性调节；

18、调节周期t由依次设置的第一阶段和第二阶段组成，第一阶段内所述气囊单元按自身矫形压力保压，第二阶段内所述气囊单元减压，使使用者主动维持良好脊柱姿态。

19、进一步的，第三步中，第二阶段的持续时间为3～10min，第一阶段的持续时间为，且；

20、所述方法还包括第四步，随着使用者主动维持良好脊柱姿态能力提高，保持调节周期t不变或增大调节周期t，逐渐增长并缩短，或逐渐增长保持不变，以增加使用者主动维持良好脊柱姿态的时间，尽量减少装置被动矫正时间。

21、本发明提供了一种基于生物力学的脊柱矫形装置，具有以下有益效果：

22、1、本发明采用多个支撑模块以柔性铰链连接的模块化支撑结构，利用供气组件对气囊组件的充气、放气及保压调整或维持支撑模块之间的相对姿态，对支撑背板自身的整体几何形态进行调整，使支撑背板相应于人体背部曲面适应性形变，并实现支撑背板部分区域的支撑状态的主动调整及区域之间的协同姿态调整，能够有效解决现有脊柱矫形装置存在的结构适应性不足、人体曲面贴合能力有限、矫形作用状态难以调整以及佩戴舒适性不足等问题。

23、2、本发明中的气囊组件主要作为支撑背板调整的驱动元件，而非作为人体与支撑结构之间的柔性填充元件；矫形装置能够利用气囊组件主动调整支撑背板的形态，以实现支撑背板对人体作用力位置、方向的主动调整，相较现有技术中直接作为柔性填充元件的气囊结构，其支撑作用力方向被动受气囊布置位置及膨胀方向影响，本发明的矫形装置能更好地适应人体背部曲面贴合及矫形的支撑姿态动态调整的应用场景。

24、3、本发明的气囊组件中各气囊单元能够独立或分组控制，使矫形支撑区域的调整具备理想的灵活性和适应性。

1.一种基于生物力学的脊柱矫形装置，支撑背板（200）上连接有约束组件（300），其特征在于：所述支撑背板（200）包括各沿脊柱走向延伸设置的支撑模块（210），相邻的所述支撑模块（210）之间留设模块间隙，并通过柔性铰链（220）连接；

2.根据权利要求1所述的一种基于生物力学的脊柱矫形装置，其特征在于：还设有气囊组件（400）及用于所述气囊组件（400）充放气的供气组件（500）；

3.根据权利要求2所述的一种基于生物力学的脊柱矫形装置，其特征在于：所述气囊组件（400）包括分别设于各所述模块间隙内的各气囊单元（410），所述气囊单元（410）设于一对相邻的所述支撑模块（210）之间，至少与相邻的任一所述支撑模块（210）安装固定，并与所述供气组件（500）连通。

4.根据权利要求3所述的一种基于生物力学的脊柱矫形装置，其特征在于：所述支撑背板（200）上设有魔术贴，所述气囊单元（410）外设安装部，所述安装部与所述魔术贴粘合，将所述气囊单元（410）可拆卸固定于模块间隙内。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于生物力学的脊柱矫形装置，其特征在于：各所述气囊单元（410）与所述供气组件（500）独立连通控制，或分组连通控制。

6.根据权利要求3或4所述的一种基于生物力学的脊柱矫形装置，其特征在于：所述供气组件（500）包括气源、阀和压力传感器；

7.根据权利要求1所述的一种基于生物力学的脊柱矫形装置，其特征在于：所述支撑模块（210）朝向人体背部的一面具有与人体背部曲面相匹配的支撑面。

8.根据权利要求1所述的一种基于生物力学的脊柱矫形装置，其特征在于：所述约束组件（300）包括肩部约束组件（310）和腰部约束组件（320），所述肩部约束组件（310）和所述腰部约束组件（320）分别与所述支撑背板（200）顶部及底部设置的连接部连接；

9.一种脊柱矫形装置的支撑调节方法，用于调节如权利要求3～6中任一项所述的基于生物力学的脊柱矫形装置，所述装置的支撑背板（200）上部设有一个用于采集使用者脊柱姿态的姿态传感器或上部和下部各设有一个用于采集使用者脊柱姿态的姿态传感器，各气囊单元（410）设于位于矫形支撑区域内的各模块间隙中，其特征在于，所述方法包括以下过程：

10.根据权利要求9所述的一种脊柱矫形装置的支撑调节方法，其特征在于：第三步中，第二阶段的持续时间为3～10min，第一阶段的持续时间为，且；