具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，下面通过实施例对本发明所公开的一种膝关节三维牵引装置进行详细介绍。

参照图1，本实施例提供了一种膝关节三维牵引装置，包括安装在患肢两侧的安装座40、安装在安装座40下方并垫于患肢后方的腿托50、以及安装在安装座40上并同时作用于膝关节的顶推构件、牵拉构件和抓取构件；其中，牵拉构件同时向上拉大腿远端以及向下拉小腿近端，顶推构件在内外侧方向上顶推膝关节，抓取构件向前方抓提髌骨。

具体实施时，患者平卧在病床上，将安装座40放置或固定在病床上，将患肢放置在腿托50上表面。如图2所示，腿托50包括主垫501和多个弹力带502。主垫501可以是纺织布与海绵垫组成的长方形的垫子，确保使用时的舒适度。在主垫501的边缘通过多个弹力带502与安装座40固定相连，弹力带502具有弹力，能够满足不同粗细的患肢的放置。

安装座40安装在患肢的两侧，腿托50垫于患肢的“后方”，这里的“后方”是解剖学方位术语，即：靠近头部的为上，靠近足部的为下，靠近腹侧的为前，靠近背侧的为后，靠近身体正中面的为内侧，远离身体正中面的为外侧，四肢靠近躯干部分的为近侧，四肢远离躯干部分位远侧。“向上”拉大腿“远端”、“向下”拉小腿“近端”，顶推构件在“内外侧方向”上顶推膝关节，抓取构件向“前”方抓提髌骨，均采用的是解剖学方位术语为基础。

在安装座40的侧壁固定有带有内螺纹的管（参照图2和图3中的下管404），顶推构件顶端设有与膝关节侧面外形适配的推动锤，顶推构件上还设有与内螺纹适配的外螺纹，通过转动顶推构件实现顶推构件的前进，进而使得推动锤推动膝关节。可在膝关节的两侧均设置与髌骨侧面适配的髌骨推动锤和与膝关节在大小腿交界处的大小腿推动锤，使用时，髌骨推动锤和大小腿推动锤可相对运动，进而实现膝关节内外侧的牵引。

牵拉构件用于实现同时向上拉大腿远端以及向下拉小腿近端，远端和近端均为解剖学术语。牵拉构件分别通过绑带将大腿远端和小腿近端绑上，并将连接杆连接在转轴210和绑带之间，转轴210与连接杆齿合以实现连接杆的移动，从而实现与连接杆相连的绑带的移动，进而实现大小腿方向的牵引。

抓取构件包括外套筒、固定组件、多根抓骨爪、连接柱和转筒，本实施例的抓骨爪柔软有力，能够紧固住髌骨，并能够对髌骨进行向前（“前”为解剖学方位术语）的牵引、拉伸；外套筒与转筒螺纹连接，转动转筒能够相对于外套筒上升或者下降，同时转筒通过固定盘与抓骨爪相连，从而使得转筒带动抓骨爪上升或下降。

本实施例能够对膝关节的髌骨进行牵引，方便了医护人员；能够持续作用于髌骨，康复效果佳；结构简单，操作方便，省时省力。

参照图1和图4，抓取构件包括外套筒101、固定组件、多根抓骨爪107、连接柱106和转筒102；外套筒101安装在安装座40上，固定组件安装在外套筒101的底部，多根抓骨爪107的一端固定在固定组件上，多根抓骨爪107的另一端从外套筒101的底部穿出至外套筒101外；转筒102位于固定组件上方，连接柱106的顶端与转筒102的底端固定连接，连接柱106的底端与固定组件相连；转筒102与外套筒101的上部螺纹连接。

具体地，抓骨爪107用于抓取髌骨，固定组件用于固定抓骨爪107，而连接柱106用于分别连接固定组件和转筒102。转筒102设有外螺纹，与之连接的外套筒101上部设有内螺纹；这样，转动转筒102，转筒102会相对于外套筒101上升或者下降；同时，转筒102如果上升，会带动连接柱106、固定组件、固定组件上的抓骨爪107一起上升，从而起到提拉髌骨的作用。

为了避免转筒102转动时，抓骨爪107也随之转动，连接柱106的底端与固定组件之间为非固定连接，即活动连接。

图4中的多根抓骨爪107在末端可以设置防滑组件，例如，抓骨爪107与皮肤的接触端可设置成具有防滑纹理的硅胶垫。

多根抓骨爪107的另一端从外套筒101的底部穿出至外套筒101外，穿出的多根抓骨抓的末端用于抓取髌骨；外套筒101的底部应具有穿出孔或者穿出缝，方便抓骨爪107穿出；即外套筒101的底部可以设置成具有穿出孔的网格状或者具有穿出缝隙的斜纹状。另外，本实施例的抓骨爪107能够进行前后方向（大腿及小腿方向）的拉伸、内外侧方向（膝盖内外侧）的拉伸、上下方向的拉伸。

本实施例的抓骨爪107柔软有力，能够紧固住髌骨，并对髌骨进行多个方向的牵引、拉伸；设有的转筒102能够对抓骨爪107进行向上提升，增大抓取力；本实施例能够对髌骨进行牵引，方便了医护人员；相较于手法按摩，本实施例的装置能够持续作用于髌骨，康复效果佳；另外，本实施例结构简单，便于安装，操作方便，省时省力。

优选地，固定组件包括内套筒105和固定盘104，内套筒105安装在外套筒101内、转筒102的下方，连接柱106的底端与内套筒105的顶端相连；固定盘104安装在内套筒105底部；多根抓骨爪7的一端固定在固定盘104上，多根抓骨爪107的另一端依次穿出内套筒105和外套筒101底部。

在这里，如图4和图5所示，固定组件包括内套筒105和固定盘104，固定盘104用于与抓骨爪107连接。如图5所示，固定盘104位于内套筒105内，固定盘104的边缘可开设多个孔，将多根抓骨爪107穿入多个孔内以固定在固定盘104上。连接柱106的上端设有螺母110，螺母110与转筒102螺纹连接，使得连接柱106固定在转筒102上。连接柱106的下端呈T形，以使得连接柱106的下端与内套筒105顶端活动连接，即连接柱106沿轴向自转时，不会带动内套筒105随之转动；这样，在转动转筒102时，与固定盘104相连的抓骨爪107也不会随转筒102的转动而转动。

优选地，还包括多维力传感器103和显示模块，多维力传感器103安装在内套筒105底部，多维力传感器103与固定盘104的底面抵接；多维力传感器103的数据输出端与显示模块相连。

在这里，多维力传感器103可以是三维力传感器，也可以是六维力传感器。本实施例使用三维力传感器，检测三个方向的力。

本实施例中，固定盘104底面与三维力传感器抵接，即固定盘104与三维力传感器均设置在内套筒105内，而抓骨爪107则分别穿出内套筒105底部和外套筒101底部。本实施例通过设置内套筒105，从而支撑三维力传感器的底面，便于三维力传感器的顶面与固定盘104抵接，从而便于检测固定盘104的受力情况；而固定盘104被抓骨爪107牵拉，从而间接检测抓骨爪107的受力情况。因此，三维力传感器通过检测固定盘104在三个方向上施加的压力，进而检测抓骨爪107牵引髌骨的力。

本实施例的三维力传感器为圆柱体形，其数据输出端位于侧面，具体实施时，还需在内套筒105和外套筒101的侧壁分别设置穿入数据线的孔，方便数据线与三维力传感器的数据输出端相连。显示模块通过数据线与三维力传感器相连，用于接收三维力传感器检测的三个方向的力信号，并进行显示。医护人员在操作时，实时关注三个方向的力，从而避免施加的某一方向的力过大或过小。

如8所示，显示模块包括第一调理模块、控制器、按键模块和LCD显示屏，多维力传感器103与第一调理模块相连，第一调理模块、按键模块和LCD显示屏分别与控制器相连。其中，控制器可以采用STC89C52单片机。如图6所示，LCD显示屏可以安装在安装座40的顶面。

还需说明的是，针对多维力传感器，例如，三维力传感器；有些传感器输出xyz三个方向的力中z为法线方向力，这时，本实施例所需检测的三个方向的力与其重合，无需进行坐标系转换；而有些传感器检测的xyz三个方向的力中z为与受力面垂直的方向力，这时需要进行坐标系的转换，或者增加方向传感器以辅助进行坐标系的转换。

另外，在具体实施时，医生可预先开好治疗单，该治疗单上可分别写明每个方向的力的大小及牵引时长。护士根据医生的治疗单使用本发明的装置进行髌骨的牵引，操作时，护士可以根据显示模块显示的数据及时调整施加的力的大小及方向。

本实施例通过增设三维力传感器及显示模块，从而能够检测抓骨爪7所施加的三个方向的力，便于医护人员直观连接牵引效果，也便于医护人员预先定量制定治疗计划。

进一步地，转筒102的顶端固定连接有第一把手109。

具体的，如图4所示，本实施例在转筒2的顶端设置第一把手109，方便医护人员把持第一把手109转动转筒102进行操作。同时，具体实施时，第一把手109可以与转筒102连为一体。

优选地，外套筒101底端还分别固定连接有多根支撑爪108。

具体的，为了确保抓骨爪107在抓取髌骨时整个装置的稳固性，本实施例在外套筒101外固定设置了支撑爪108，支撑爪108略长于抓骨爪107，其作用面积也略大于抓骨爪107，支撑爪108的末端可作用在膝盖四周及大小腿上；本实施例的支撑爪108能够在保证整个装置固定稳固的前提下提高患者的舒适度。

可选地，如图1所示，还包括L形的支撑架112和支撑架底座111，支撑架底座111固定在安装座40上，支撑架112的底端与支撑架底座111转动连接；支撑架112的顶端与外套筒101可拆卸连接。

在这里，本实施例在使用时，需要患者平躺，为了减少人力，将抓取构件安装在安装座40上有利于抓骨爪7平稳的抓取患者髌骨的支撑架112和支撑架底座111。如图2所示，本实施例的支撑架112包括横杆和竖杆，外套筒101固定在横杆上。竖杆为伸缩式，也可以使得横杆与竖杆为活动连接（或可拆卸式）以使得横杆安装在竖杆上的高度可调节。

本实施例使用时，医护人员调试好支撑架112的高度，使用抓骨爪107抓取髌骨后，旋转转筒102，调试抓骨爪107的抓取方向和力度即可；本实施例能够持续作用于髌骨，提升了康复效果；降低了医护人员的劳动力，提升了医护人员的工作效率。

综上，本实施例的外套筒101与转筒102螺纹连接，通过旋转动作转换为上升动作，从而能增大与转筒102间接相连的抓骨爪107的抓取力，紧固住髌骨；第一把手109、支撑爪108配合，能够保持使用时的位置稳定；设有的支撑架112和支撑架底座111，便于将装置安装在安装座40上，方便了医护人员的同时，能够保证装置持续作用于髌骨，提升了康复效果；设有多维力传感器103和显示模块，能够检测抓骨爪107多个方向的受力情况，方便医护人员设定或调整作用力的大小及方向，实现定量化理疗，进一步提升康复效果。

如图1、图2和图3所示，牵拉构件包括绑在大腿远端的大腿绑带231、绑在小腿近端的小腿绑带221以及分别在安装座40的两侧对称布置的转轴210、第一连接带232和第二连接带222；转轴210上固定有以转轴210为轴心转动的至少一个第一齿轮；第一连接带232的一侧与大腿绑带231固定相连，第一连接带232的一端与第一支撑柱233相连，第一连接带232的另一端设有与第一齿轮齿合的第二齿轮225；第二连接带222的一侧与小腿绑带221固定相连，第二连接带222的一端与第二支撑柱223相连，第二连接带222的另一端设有与第一齿轮齿合的第三齿轮235；其中，第一支撑柱233和第二支撑柱223分别固定在安装座40的两端。

具体地，如图2和图3所示，位于患肢两侧的安装座40是内部中空的长方体形框体。在两个安装座40的中部分别设置一转轴210，转轴210底端嵌入固定座211中，固定座211固定在安装座40底部。转轴210上分别齿合有位于下侧的第一连接带232和位于上侧的第二连接带222；在安装座40的内部一端固定有第一支撑柱233，用于将第一连接带232的另一端绕在第一支撑柱233上；同理，在安装座40的内部另一端固定有第二支撑柱223，用于将第二连接带222的另一端绕在第二支撑柱223上。

如图2所示，第一连接带232的外侧通过至少一个第一连接柱234与大腿绑带231固定相连，第二连接带222的内侧通过至少一个第二连接柱224与小腿绑带221固定相连。具体地，第二连接柱224穿入第二连接带222的内侧，在第二连接带222的内侧两边通过螺母将第二连接柱224固定在第二连接带222的内侧。

将第一连接带232的外侧与大腿绑带231相连，将第二连接带222的内侧与小腿绑带221相连，其目的是，便于使用一个转轴210间接控制大腿绑带231和小腿绑带221的相对移动。在具体实施时，也可以在一个安装座40上设置两个转轴210，一个转轴210与第一连接带232相连，另一个转轴210与第二连接带222相连，分别转轴210两个转轴210实现大腿绑带231和小腿绑带221的相对移动。

第一连接柱234的外端和第二连接柱224的外端分别穿出安装座40的侧壁，如图1所示，在安装座40的侧壁上还开有便于第一连接柱234左右滑动的第一滑动缝401，和便于第二连接柱224左右滑动的第二滑动缝402。在第一连接柱234的外端固定有第五把手236，在第二连接柱224的外端固定有第六把手226。

可选地，如图1所示，转轴210顶端固定有便于转动转轴210的第二把手212，第二把手212外设有与牵拉力度相对应的刻度。

在这里，转轴210露出安装座40的顶端，并且转轴210顶端安装有第二把手212，如图6所示，在安装座40上、第二把手212对饮位置还设有刻度线；该刻度线与转动第二把手212时，大腿绑带231和小腿绑带221对大小腿的牵拉力相对应。

具体实施时，预先测量转轴210转动单位角度时第一连接带232对大腿绑带231的拉力或者第二连接带222对小腿绑带221的拉力，然后在安装座40上表面的刻度线上标注相应的力值。

如图1、图2和图3所示，顶推构件包括对称安装在安装座40上膝关节对应位置的大小腿推动锤和髌骨推动锤；大小腿推动锤位于髌骨推动锤的下方，大小腿推动锤包括依次相连的第三把手323、带有外螺纹的第一输出轴321和第一推动锤322，髌骨推动锤包括依次相连的第四把手313、带有外螺纹的第二输出轴311和第二推动锤312，安装座40上分别固定有与第一输出轴321螺纹连接的下管404和与第二输出轴311适配的上管403。

如图7所示，大小腿推动锤包括第三把手323、第一输出轴321和第一推动锤322，第三把手323呈圆形。此处，第一推动锤322的外形与大小腿连接处的侧面外形适配。第一输出轴321的两端分别设有外螺纹，第三把手323与第一输出轴321的一端螺纹连接，第一推动锤322与第一输出轴321的另一端螺纹连接。在第一输出轴321的中部靠第一推动锤322的一侧设有外螺纹，此处的外螺纹与下管404中的内螺纹适配。

在大小腿推动锤上方还设有髌骨推动锤，髌骨推动锤包括第四把手313、第二输出轴311和第二推动锤312，此处，第二推动锤312的外形与髌骨侧面外形适配。第二输出轴311的两端分别设有外螺纹，第四把手313与第二输出轴311的一端螺纹连接，第二推动锤312与第二输出轴311的另一端螺纹连接。在第二输出轴311的中部靠第二推动锤312的一侧设有外螺纹，此处的外螺纹与下管404中的内螺纹适配。

可选地，第一推动锤322上和第二推动锤312上分别安装有第一压力传感器和第二压力传感器，安装座40上安装有分别显示第一压力传感器测得的第一压力值和第二压力传感器测得的第二压力值的显示器。

在前述实施例中，如图6所示，在安装座40上安装有LCD显示屏601；在这里，在每个安装座40上可以安装一显示模块，如图8所示每个安装座40上的第一压力传感器和第二压力传感器分别经第二调理模块和第三调理模块与各自安装座40上的控制器相连。第一压力传感器检测第一推动锤322推动大小腿侧面时的压力信号，第二压力传感器检测第二推动锤312推动髌骨侧面时的压力信号；这两个压力信号分别发送至控制器进行预处理后，控制器将要显示的压力值发送至LCD显示屏601进行显示，如图7所示。另外，还需要说明的是，还可以在转轴210上、或者转轴210与连接带之间、或者连接带与绑带之间安装第三压力传感器，检测牵拉构件同时向上拉大腿远端以及向下拉小腿近端的拉力，第三压力传感器检测到的压力信号经第四调理模块发送至控制器。

综上，本实施例的装置组合起来组成CPM机（关节恢复器），满足患者的膝关节牵引复位需求。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。