一种基于弹簧式铰链的3D打印足下垂矫形器的制作方法

一种基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器
技术领域
1.本技术涉及一种足下垂矫形器技术领域，特别是涉及一种基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器。


背景技术：

2.足下垂是指患者坐位下肢自然悬垂，足处于跖屈位且不能主动背屈与内、外翻的现象，是骨外科体征之一。患者足尖着地、拖拽，行走时呈现典型的“画圈步态”，对患者的日常行走带来很大的不便。
3.目前，足下垂矫形器主要分为固定式踝关节和活动性踝关节两种。固定式踝关节矫形器结构简单，能使足部与小腿保持在相互垂直的位置，只需穿戴矫形器到鞋中即可。活动性踝关节矫形器的踝关节通过铰链固定，具有一定的活动度，通过弹力带将足部与小腿固定在相应角度，弹力带具有一定的弹性，既可保持踝关节的活动性，又可防止足下垂。
4.综上所述，目前已有的几种矫形器能够对足下垂患者辅助行走起到一定的作用，但均存在局限。固定式踝关节矫形器由于足部与小腿角度固定，人行走时，无法进行足部背曲，无法达到满意的康复结果；而活动性踝关节矫形器使用的弹力带操作比较复杂，穿戴比较繁琐，并且弹力大小不易控制。现有矫形器共存的缺点是批量化、大众化、疗效差，不能满足患者个性化的特征。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺陷，本技术提供一种基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器，用于解决现有技术中矫形器存在大众化、批量化、疗效差的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器，包括：小腿部件，佩戴于患者小腿；足踝部件，佩戴于患者足部；弹簧铰链，连接所述小腿部件与足踝部件；其中，所述弹簧铰链中设有平面涡卷弹簧，以用于保持踝关节具有一定活动度的同时，阻止患者因足下垂引起的足踝部件位移。
7.于本技术一实施例中，所述弹簧铰链包括：上固定杆、下固定杆、外环、支撑杆、中心固定柱、及平面涡卷弹簧。
8.于本技术一实施例中，所述平面涡卷弹簧的内端固定于所述中心固定柱的外侧，所述平面涡卷弹簧的外端固定于所述外环的内侧。
9.于本技术一实施例中，所述平面涡卷弹簧可根据患者症状程度调整不同弹力的弹簧。
10.于本技术一实施例中，所述支撑杆的中心固定于所述中心固定柱的中心；所述支撑杆的两端分别固定于所述外环上。
11.于本技术一实施例中，所述上固定杆分别固定于所述中心固定柱的中心、及所述小腿部件；所述下固定杆分别固定于所述外环的外则、及所述足踝部件；所述上固定杆与所述下固定杆在初始时为平行。
12.于本技术一实施例中，所述中心固定柱的中心设有固定孔，通过固定轴分别固定所述支撑杆的中心、及上固定杆的下端。
13.于本技术一实施例中，所述固定轴包括：与所述中心固定柱的固定孔向适配的内轴、供所述支撑杆转动的转动轴、及与所述上固定杆固定的外轴。
14.于本技术一实施例中，所述小腿部件、及足踝部件是通过对患者进行光学扫描所获取到的足部尺寸数据并适配进行3d打印得到的。
15.于本技术一实施例中，所述3d打印技术所采用的材料包括：聚氨酯、聚乳酸、尼龙塑料、光敏树脂、硅胶、橡胶、乳胶、abs塑料、pvc塑料、有机硅树脂、丙烯基树脂中任意的一种。
16.综上所述，本技术提供的一种基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器，包括：小腿部件，佩戴于患者小腿；足踝部件，佩戴于患者足部；弹簧铰链，连接所述小腿部件与足踝部件；其中，所述弹簧铰链中设有平面涡卷弹簧，以用于保持踝关节具有一定活动度的同时，阻止患者因足下垂引起的足踝部件位移。
17.达到了以下有益效果：
18.本技术根据患者小腿和足踝的形态个性化定制矫形器，误差小，皮肤贴合度好，患者体验感高，可保护足部皮肤不被挤压和磨损；通过铰链将小腿部与足踝部固定在一起，通过平面涡卷弹簧为静力性铰链提供动力，使关节保持一个固定的位置，从而可保持踝关节的活动度，也可以矫正足下垂，不会对行走造成影响，还可放于正常的鞋内，不会对行走造成影响，可达到动态矫正，方便舒适，矫形效果显著，成功率高。
附图说明
19.图1为本技术于一实施例中的一种基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器的结构示意图。
20.图2为本技术于一实施例中的弹簧铰链的结构示意图。
21.图3为本技术于一实施例中的固定轴的结构示意图。
具体实施方式
22.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
23.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，虽然图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，但其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
24.在通篇说明书中，当说某部分与另一部分“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部分“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素，排除在外，而是意味
着可以还包括其它构成要素。
25.其中提到的第一、第二及第三等术语是为了说明多样的部分、成分、区域、层及/或段而使用的，但并非限定于此。这些术语只用于把某部分、成分、区域、层或段区别于其它部分、成分、区域、层或段。因此，以下叙述的第一部分、成分、区域、层或段在不超出本技术范围的范围内，可以言及到第二部分、成分、区域、层或段。
26.再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
27.针对现有的足下垂矫形器存在的大众化、批量化、疗效差等缺陷，本技术提供一种基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器，主要包括：小腿部件、足踝部件、及连接二者的弹簧铰链，本技术所述的3d打印足下垂矫形器根据患者小腿和足踝的形态个性化定制矫形器，误差小，皮肤贴合度好，患者体验感高，可保护足部皮肤不被挤压和磨损；通过铰链将小腿部与足踝部固定在一起，通过平面涡卷弹簧为静力性铰链提供动力，使关节保持一个固定的位置，从而可保持踝关节的活动度，也可以矫正足下垂，不会对行走造成影响，可达到动态矫正，方便舒适，矫形效果显著，成功率高。
28.如图1所示，展示本技术实施例中的一种基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器的结构示意图。如图所示，所述基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器包括：
29.小腿部件1，佩戴于患者小腿；足踝部件2，佩戴于患者足部；弹簧铰链3，连接所述小腿部件1与足踝部件2；其中，所述弹簧铰链3中设有平面涡卷弹簧36，以用于保持踝关节具有一定活动度的同时，阻止患者因足下垂引起的足部位移。
30.于本技术的一实施例中，所述小腿部件1、及足踝部件2是通过对患者进行光学扫描所获取到的足部尺寸数据并适配进行3d打印得到的。
31.本技术所述的基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器通过使用光学三维扫描仪扫描小腿、及足踝获取对应的三维数据，采用3d打印技术一体化成型打印而成。通过3d方式打印成型的所述足下垂矫形器能够符合患者下肢的解剖特征，患者佩戴舒服，无不适感，依从性高，有效预防和矫正足下垂。
32.举例来说，通过获取患者小腿、及足踝部的三维扫描图像数据，如x光片和ct等，从而获得小腿、及足踝部的空间坐标。相对于传统定制工艺而言，光学三维扫描收集简单、方便、准确；然后导入三维建模软件并描绘出患者小腿、及足踝部的具体情况，通过获取静止状态小腿、及足踝部形态的大小，使用计算机进行建模设计并进行3d打印。
33.另外，非接触式光学扫描仪对人体没有危害，不存在辐射，能采集高精度的点云数据，可以做到量体裁衣，将相应数据导入三维建模软件，根据患者的小腿、及足踝部尺寸、计划达到的矫正程度，进行计算机设计，并通过3d打印得到，可以达到更好的治疗效果。
34.于本技术的一实施例中，所述3d打印技术所采用的材料包括：聚氨酯、聚乳酸、尼龙塑料、光敏树脂、硅胶、橡胶、乳胶、abs塑料、pvc塑料、有机硅树脂、丙烯基树脂中任意的
一种。
35.本技术所述基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器通过使用光学三维扫描仪扫描小腿、及足踝部获取对应的三维数据，优选地采用tpu材料进行3d一体化成型打印而成。
36.其中，tpu(thermoplastic polyurethanes)名称为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。主要分为聚酯型和聚醚型，它硬度范围宽(60ha-85hd)、耐磨、耐油，透明，弹性好，在日用品、体育用品、玩具、装饰材料等领域得到广泛应用，无卤阻燃tpu还可以代替软质pvc以满足越来越多领域的环保要求。所谓弹性体是指玻璃化温度低于室温度，断裂伸长率》50％，外力撤除后复原性比较好的高分子材料。聚氨酯弹性体是弹性体中比较特殊的一大类，聚氨酯弹性体的硬度范围很宽，性能范围很宽，所以聚氨酯弹性体是介于橡胶和塑料的一类高分子材料。可加热塑化，化学结构上没有或很少交联，其分子基本是线性的，然而却存在一定的物理交联。这类聚氨酯称为tpu。
37.在一或多个可实现的实施例中，所述tpu打印材料性能好，易一体成型，材料利用率高，总体价格经济实惠，不污染环境。
38.所述tpu材料打印而成的所述基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器具有一定的韧性，患者在步行过程，不仅能够得到矫形力的作用，而且极大减少不适感，不影响正常行走。另外，本技术提供的所述基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器通过增材制造技术打印，还能具有轻便透气、符合解剖结构、舒适美观等优点，且其表面精度高，极大地提高了患者佩戴的依从性。
39.如图2所示，展示为本技术于一实施例中弹簧铰链的结构示意图，如图所示，所述弹簧铰链3包括：上固定杆31、下固定杆32、外环33、支撑杆34、中心固定柱35、及平面涡卷弹簧36。
40.其中，所述平面涡卷弹簧36的内端固定于所述中心固定柱35的外侧，所述平面涡卷弹簧36的外端固定于所述外环33的内侧。所述平面涡卷弹簧36可根据患者症状程度调整不同弹力的弹簧。
41.本技术能够根据不同患者的情况装配不同力量的弹簧铰链3，使其不会对行走造成影响，可达到动态矫正，方便舒适，实现个性化、精准化的治疗。
42.另外，所述支撑杆的中心固定于所述中心固定柱35的中心；所述支撑杆的两端分别固定于所述外环33上。所述上固定杆31分别固定于所述中心固定柱35的中心、及所述小腿部件1；所述下固定杆32分别固定于所述外环33的外则、及所述足踝部件2；所述上固定杆31与所述下固定杆32在初始时为平行。所述中心固定柱35的中心设有固定孔，通过固定轴4分别固定所述支撑杆34的中心、及上固定杆31的下端。
43.优选地，所述上固定杆31可为宽3cm、长25cm、厚0.3cm的长方体，其上端与小腿部件1固定，其下端通过边长1.5cm的正方形孔洞与中心固定柱35相连，将中心固定柱35固定在相应位置。
44.优选地，所述外环33为一圆环，外环33直径可为25cm，宽3cm，厚0.3cm，其内侧与平面涡卷弹簧36相连，外侧与下固定杆32相连，为主要活动部分，以供围绕中心固定柱35进行圆周运动。
45.优选地，所述支撑杆34可为宽3cm、长25cm、厚0.3cm的长方体，中心处为一半径1cm的圆孔与中心固定柱35相连，以加强外环33与中心固定柱35的相对固定，并使外环33围绕
同一个圆心进行圆周运动。
46.优选地，所述下固定杆32可为宽3cm、长25cm、厚0.3cm的长方体，其下端与足踝部件2固定，其上端与外环33相连，以供将足踝部件2与外环33连为一体，当足踝部件2活动时带动外环33共同运动。
47.优选地，所述中心固定柱35可为高3cm、半径4cm的圆柱体，其中心有边长为1.5cm的正方形孔洞，固定轴4通过正方形孔洞将中心固定柱35、上固定杆31、支撑杆34固定在一起；中心固定柱35与平面涡卷弹簧36相连，当平面涡卷弹簧36发生形变时，中心固定柱35提供固定点。
48.优选地，所述平面涡卷弹簧36的内端与中心固定柱35相连起固定作用，外端与外环33相连为活动端，是主要的弹力结构，还可根据患者的症状程度制作不同材料、大小、弹力的平面涡卷弹簧36。
49.优选地，所述足踝部件2是主要的承力结构，与下固定杆32、外环33、平面涡卷弹簧36连为一体，当其足下垂引起足踝部件2发生移动后，使平面涡卷弹簧36发生形变从而产生弹力，阻止足下垂的继续，并产生力使足回到功能位。
50.优选地，所述小腿部件1与上固定杆31、中心固定柱35、平面涡卷弹簧36相连，为主要的固定部分，为平面涡卷弹簧36的形变构建一个固定点。
51.如图3所示，展示为本技术于一实施例中固定轴的结构示意图，如图所示，所述固定轴4包括：与所述中心固定柱35的固定孔向适配的内轴41、供所述支撑杆34转动的转动轴42、及与所述上固定杆31固定的外轴43。
52.优选地，所述内轴41可为边长1.5cm、长3cm的长方体，与中心固定柱35相适配，起固定作用；所述转动轴42可为半径1cm、高0.4cm的圆柱，与支撑杆34相连，可进行转动；所述外轴43可为边长1.5cm的正方体，与上固定杆31相连，起固定作用。
53.综上所述，本技术提供的一种基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器。包括：小腿部件，佩戴于患者小腿；足踝部件，佩戴于患者足部；弹簧铰链，连接所述小腿部件与足踝部件；其中，所述弹簧铰链中设有平面涡卷弹簧，以用于保持踝关节具有一定活动度的同时，阻止患者因足下垂引起的足踝部件位移。
54.本技术所述的基于弹簧式铰链的3d打印足下垂矫形器采用3d打印技术，通过对患者进行光学扫描获取患者的足部尺寸数据，为患者量身定做矫形器，贴合度高。本实用新型具有结构简单、使用方便、个性化定制、舒适度高等优点；在结合处使用平面涡卷弹簧，使铰链在活动时具备弹性储能，可自动矫正患者步行过程中的足下垂状态；比较弹力绷带更加便捷，易于穿戴；可根据使用材料的不同，制作弹力大小不同的弹簧，可根据患者的情况进行更换；另外，本技术还可放于正常的鞋内，不会对行走造成影响，可达到动态矫正，方便舒适。
55.本技术有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
56.上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。