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    1.2 课题研究现状

    1.2.1 国外研究现状

    1.2.2 国内研究现状

    1.3 膝关节支具的组成及分类

    大部分膝关节支具主要由中心铰链和腿部护具两部分组成，中心铰链用于传动控制，而护具用于对腿部形成支撑。对于某些以套类护具（见2.2.1）为主的膝关节支具可能会缺失中心铰链这一部分。

    1984年，根据膝关节支具的不同用途，美国矫形外科学会对膝关节支具进行了分类[2]（见表1-1）。从表中可以看出，膝关节支具主要分为预防用膝关节支具、功能用膝关节支具和康复用膝关节支具三大类，其中本课题所研究的康复用膝关节支具主要用于保护受损伤或手术后的膝关节，使其运动在合理可控范围内。表中还列举了各类膝关节支具的典型产品。

    表1-1  膝关节支具的分类

    分 类 用 途 举 例

    预防用膝关节支具 用于防止或减轻膝关节损伤严重程度，对于抵抗内外侧副韧带撕裂有帮助 McDavid支具、安德森膝关节稳定器、DonJoy公司的PKG支具

    功能用膝关节支具 用于排除或减轻韧带损伤给膝关节带来的不稳定性，减少膝盖的旋转和过度伸展的机会，增加支撑稳定性和灵活性 DonJoy公司的Defiance支具、Lenox Hill支具

    康复用膝关节支具 用于保护受损伤或手术后的膝关节，使其运动在合理可控范围内 DonJoy公司的IROM支具文献综述

    1.4 本课题主要研究内容和关键问题

    1.4.1 主要研究内容

    根据1.3中的分析，确定本课题需要在满足康复用膝关节支具的功能用途前提下，对膝关节支具的中心铰链和腿部护具两部分分别进行研制。主要研究内容如下：

    （1） 确定中心铰链和腿部护具的设计方案并进行三维建模；

    （2） 对关键零部件进行以强度校核为主的可靠性分析；

    （3） 完成支具的制作及装配，测试相关功能。

    1.4.2 拟解决的关键问题

    通过调查分析，在康复用膝关节支撑工具的研制中，拟解决的关键问题主要包括以下几个方面：

    （1） 在有效限制膝关节屈曲角度的前提下如何设计铰链的结构；

    （2） 下肢数字化尺寸数据的获得及三维建模。

    2 膝关节支具总体设计

    2.1 中心铰链设计方案的确定

    膝关节支具主要由中心铰链和腿部护具两部分组成，中心铰链用于传动控制，而护具用于对腿部提供支撑。对于中心铰链设计方案的确定，首先需要对膝关节的构造和运动学特点进行分析，针对其运动特点确定铰链传动方案，并在此基础上就如何更好地保护膝关节作进一步研究。来!自~751论-文|网www.751com.cn

    2.1.1 膝关节解剖学分析

    如图2-1所示，膝关节由股骨下端、胫骨上端和髌骨构成，内外两侧有侧副韧带加固，以限制膝关节的外翻或内翻。前、后交叉韧带位于关节腔内，可以防止股骨和胫骨前后移位。半月板则介于股骨与胫骨平台之间，起稳定膝关节、传布负荷的作用。

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