一種具有促進兒童髖關節頭臼塑形的訓練器的研制

馮啟圳， 黃燦峰， 邱騰雄， 陳海誠， 丘永亮

（1.廣東工貿職業技術學院，廣州510510；2.廣州中醫藥大學 第一附屬醫院，廣州509528）

0 引言

兒童髖關節發育不良等髖關節病為兒童發育難治性疾病，其特征是髖部不適，髖臼球窩變淺及髖臼上緣變陡峭，股骨頭近端畸形，表現出不同程度的股骨頭半脫位，導致髖周疼痛加劇，具體為活動后大轉子及腹股溝處疼痛，且外展及旋轉受限，過早發展為髖關節炎，現有的治療手段是通過年齡變化制定，通常包括pavlik吊帶治療、手法復位、髖關節人類位石膏固定、各類截骨手術及髖關節置換手術等方式，但是這些治療方式多為有創治療，未能從動態發育的角度介入治療且療效欠佳。除此之外，部分髖關節發育不良的患者還可以通過口服藥物來進行治療，但患者的髖關節活動功能仍然會受到限制，髖關節的長期制動容易導致患兒髖臼球窩發育較常變淺且髖臼上緣變陡峭[1-2]。

在兒童生長發育期間，患兒在髖外展45°、髖臼及股骨頭對位對線的條件下運動，就能使得髖臼球窩發育變深且使股骨頭發育變成球形，并刺激到該髖臼上緣變平緩圓滑化，避免患兒股骨頭在腔內進行發育變扁平，避免股骨頭不同程度的半脫位情況的發生，促進患兒出現髖關節頭臼發育逐步匹配的過程。目前市面上還缺乏對于兒童髖關節頭臼塑形運動治療行之有效的器械，因此，研究制造一種能夠幫助兒童髖臼球窩深化發育且對髖臼上緣塑形修復訓練的器械成為當前的迫切需要。

目前國內對于兒童髖關節頭臼塑形運動治療行之有效的器械尚屬于空白，該產品的設計及研究，通過醫校合作、醫工互補的方式，由臨床醫生團隊提出醫療建議、設計需要與盲點及符合病理要求，由學校設計團隊完成產品需求調研、設計符合人體工程學的機械結構及傳動。設計制造一種能夠幫助兒童髖臼球窩深化發育且對髖臼上緣塑形修復訓練的器械，這對于髖關節發育不良的臨床治療和前瞻性的試驗將有極大的幫助。

1 產品設計的基本思路

該產品是針對髖關節發育不良的患兒設計一種有治療意義的訓練器材，幫助其股骨頭的修復及成長，并刺激到該髖臼上緣變平緩圓滑化，避免患兒股骨頭在腔內進行發育變扁平，避免股骨頭不同程度的半脫位情況的發生。

兒童髖關節發育不良（DDH）等髖關節病為兒童常見發育難治性疾病，在我國其發病率為3.9‰，其特征是髖部不適、髖臼球窩變淺及髖臼上緣變陡峭、股骨頭近端畸形，表現出不同程度的股骨頭半脫位，導致髖周疼痛、活動受限、步態異常，過早發展為髖關節炎。目前現有的治療手段中多為有創治療，未能從兒童動態發育的角度介入治療且其康復療效欠佳[3-4]。

經過廣州中醫藥大學第一附屬醫院三骨科多年臨床觀察發現，在兒童生長發育期間，患兒髖外展20°～45°，此時，若在髖臼及股骨頭處于對位對線的條件下進行大量的運動，則可對兒童發育不良的髖關節頭臼進行有效的康復治療。但由于兒童心智尚不成熟，難以堅持枯燥的反復性鍛煉，而目前市面上也還缺乏針對兒童髖關節頭臼塑形運動治療行之有效的器械，設計一種構造簡單且能將反復性及治療性運動化為兒童較感興趣的玩樂設備，變得迫切需要。

綜合以上問題，提出研制一種促進兒童髖關節頭臼塑形的訓練器，既可以避免髖關節發育不良的患兒進行有創治療，又考慮了兒童愛玩的特性，對患兒進行有針對性的康復治療。該產品提供一種限制固定角度的運動模式及特殊的力學運動軌跡，使患兒進行特定運動平面（即髖外展20°～45°的運動平面，具體的角度將根據患兒的實際情況調節訓練器確定）的外展踏行運動，觀測患兒髖關節發育情況是否改善，患者進行的特定運動平面的外展踏行運動，將出現髖臼球窩發育變深且使股骨頭發育變球形，并刺激到該髖臼上緣變平緩圓滑化，避免股骨頭不同程度的半脫位情況的發生，促進患兒出現髖關節頭臼發育逐步匹配的過程，進行持續有效的康復，同時也可保證患兒長期訓練時的易于接受、舒適性和安全性。

該產品初步設計外觀效果如圖1所示，初步設計的結構如圖2所示。兒童髖關節頭臼塑形訓練器與兒童自行車相結合，可供患兒騎行玩耍，在患兒玩耍的過程中實現對其康復治療，并可根據使用者身高的不同來調整訓練器高度。除此之外，訓練器也可與其它如室內單車相結合使用。包括截面呈U形的坐板1、可旋轉地位于坐板1的左右兩側的用于對使用者的大腿根部進行支撐的支撐板2，在使用時，坐板1的U形開口朝下，使用者坐在U形的中間部位，支撐板2的上邊緣可旋轉地固定在U形的兩側且靠近中間部位的位置處，坐板1的前后兩側向上翹起，使坐板1呈馬鞍形，以便于使用者坐在上面。支撐板2呈朝向坐板1彎曲的弧形以保證對腿部的支撐更加舒適。訓練器還包括用以調節支撐板2相對坐板1張開角度的角度調節結構。角度調節結構具有兩組，分別設置在訓練器的前后方向的兩側。每個角度調節結構包括位于坐板1的U形內的調節筒3及分別位于調節筒3的兩端且可沿調節筒3的軸線來回移動的兩調節桿4，兩調節桿4的一端從對應的調節筒3的端部穿出并抵靠在支撐板2上，通過控制調節桿4從調節筒3伸出的長度能夠調節支撐板2相對坐板1的張開角度。滑槽6上下延伸，在每個調節桿4的伸出調節筒3的端部設置有銷子5，銷子5的兩端從對應的兩滑槽6穿過，這樣通過調節桿4的來回移動，通過銷子5能夠推動支撐板2相對坐板1旋轉，并且在支撐板2旋轉的過程中，銷子5在滑槽6中滑動，避免發生干涉。調節筒3的兩端設置有內螺紋，在調節桿4的至少與調節筒3配合的部分設置有外螺紋，內螺紋與外螺紋配合，通過旋轉調節筒3能夠實現對支撐板2張開角度的調節。調節筒3的兩端抵靠在坐板1的U形的兩側，這樣能夠避免調節筒3的左右移動。在坐板1的對應調節桿4的位置處設置有限位筒7，限位筒7從坐板1向外側延伸，調節桿4從限位筒7穿過，并且在限位筒7的內表面設置有沿著其軸線方向延伸的凸起，在調節桿7上設置有與凸起配合的凹槽，通過凸起與凹槽的配合能夠避免調節筒3在旋轉時調節桿4跟隨調節筒3旋轉。坐板1的前后兩側向上翹起使坐板呈馬鞍形，支撐板呈朝向坐板彎曲的弧形結構。訓練器還包括用以調節支撐板相對坐板張開角度的角度調節結構，每個角度調節結構包括位于坐板的U形內的調節筒及分別位于調節筒的兩端且可沿調節筒的軸線來回移動的兩調節桿，兩調節桿的一端從對應的調節筒的端部穿出并抵靠在支撐板上。

圖1 產品初步設計效果圖

圖2 兒童髖關節頭臼塑形的訓練器

2 相關理論依據及研究

兒童髖關節發育不良等髖關節病為兒童發育難治性疾病，現有的治療手段是依據患兒年齡變化來制定，通常包括pavlik吊帶治療、手法復位、髖關節人類位石膏固定、年紀較大的只能行各類截骨手術及髖關節置換手術等方式，但是這些治療方式多為靜態或有創治療，未能從動態發育的角度介入治療且療效欠佳。除此之外，部分髖關節發育不良的患者還可以通過口服藥物來進行治療，但患者的髖關節活動功能仍然會受到限制，髖關節的長期制動容易導致患兒髖臼球窩發育較常變淺且髖臼上緣變陡峭。在兒童生長發育期間，患兒在髖外展20°～45°且髖臼及股骨頭對位對線的條件下運動，刺激到該髖臼上緣變平緩圓滑化，避免患兒股骨頭在腔內進行發育變扁平，避免股骨頭不同程度的半脫位情況的發生，促進患兒出現髖關節頭臼發育逐步匹配的過程，以防止疾病的發生。

通過將支撐板設置成相對坐板的張開角度可調，從而能夠調整髖部的外展角度，通過坐墊將髖部及下肢的運動限制在髖臼和股骨頭對位對線的運動軌跡里面活動，由此提供一種限制固定角度的運動模式及特殊的運動軌跡。該產品訓練器適用的兒童年齡處于3～12歲間，小于3歲患者一般無法完成該產品訓練器所進行的康復治療，大于12歲患者由于髖臼軟骨可塑性變性也不適用（12～18歲患者髖臼軟骨，仍有部分具有可塑性，此項不同患者個體有所不同）。醫生將通過X光盆骨正位片確定如圖3所示的CE角，確定適合訓練的髖外展角度（20°～45°）。訓練器由患者在家中日常進行訓練，訓練時間為每天1～2 h，每3個月由醫生檢查判斷，并重新調整訓練器確定新的髖外展角度，整個治療過程為1 a。最終以達到髖臼覆蓋率大于2/3,實現頭臼同心運動，且沈通氏線連續。

圖3 盆骨正位片

3 臨床應用資料

該產品主要應用于兒童髖關節發育不良等髖關節病，僅髖關節發育不良在我國新生兒的發病率就達到3.9‰，目前國內政策開放二胎，新生兒的高出生率必然使兒童髖關節發育不良等髖部疾患數量增高，髖關節發育不良可能導致髖臼球窩變淺及髖臼上緣變陡峭，股骨頭近端畸形，表現出不同程度的股骨頭半脫位，導致髖周疼痛，活動受限，步態異常，過早發展為髖關節炎。該產品既可以降低患兒家庭負擔，也能使社會效應及負擔大幅降低。該產品既可以治療兒童髖關節發育不良等髖關節病，也能在兒童髖關節發育時使用，對下肢的發育協調性、運動穩定性有較大的增益作用。

由于該產品為廣東工貿職業技術學院與廣州中醫藥大學第一附屬醫院三骨科合作開發的一款產品，產品在研發過程中，有相關骨科康復專家提供理論及實踐支撐，待產品研發成功后，將在廣州中醫藥大學第一附屬醫院三骨科康復中心進行臨床治療試驗，康復治療方法成熟后，即可在廣東骨科醫院乃至全國骨科醫院進行推廣使用。

4 結語

該訓練器對大腿根部支撐的支撐板能夠相對坐板旋轉，進而能夠根據不同人或者同一人在不同時期調節支撐板相對坐板的張開角度來進行訓練。設計制造的這種能夠幫助兒童髖臼球窩深化發育且對髖臼上緣塑形修復訓練的器械，對于髖關節發育不良的臨床治療和前瞻性的試驗將有極大的幫助。該訓練器已申請國家實用新型及發明專利。