手肘關節復健機之研究與製作

1

手肘關節復健機之研究與製作

1

陳佳萬、

2

_張至宏、

1

章勳、

1

游文瑞

1

亞東技術學院機械系

2

亞東醫院外科部骨科

摘要

本研究設備是依據亞東紀念醫院骨科及復健

科醫師對手肘關節手術或創傷之後.對手肘復健的 動作及功能需求設計一部手肘復健機，其功能包含 有屈曲(flexion)及伸展(extension)的動作。本復 健設備的特點是機構設計簡單成本低，輕巧，操作 簡單，可讓患者在任何位置如床上或輪椅上使上， 同時可結合醫院使用之靜態式可調整式支架一起 使用，對患者而言不但方便且可節省成本。

緣由與目的

肘關節是人體最容易僵化關節，特別是在手術 或創傷之後. 在手術或創傷之後肘關節可分為四 期：第一期是在手術或創傷之後，幾個小時之內它 是由出血所引起的。第二期是在幾個小時到幾天之 後，它是因為水腫所引起的，出血和水腫都會導致 關節旁組織的腫脹減少了關節的柔軟度。因此，就 會導致關節活動減少使得關節更加疼痛，因此在第 一期和第二期的時候，要避免僵化最重要的就是防 止腫脹的產生。因此要如何避免腫脹呢？在開刀或 受傷之後開始給肘關節整個關節活動範圍的運 動。此時就需要用到持續性的被動運動復健機，肘 關節僵化的第三期：是在幾天到幾個禮拜之後，因 為疤痕組織開始產生，在這個時期它的僵化組織還 是柔軟的, 此時，就必須用到靜態式可調整式支架 (static adjustable splint)來獲得關節的活動度. 肘關節僵的第四期，是因為纖維化所引起的，這個 時候治療方法就必須用到靜態式可調整式支架或 者手術方法來治療. 第一期與第二期，要用到持續 性被動式的運動必須用到復健機，在第三期、第四 期要用靜態式可調整式支架 因此本研究的目的：是將靜態式可調整式支架 與復健機結合，如此可以同時達到第一、二、三、 四期的治療效果。第一、二期靜態式可調整式支架 加上一個驅動馬達，可以做為一個復健機到了第三 期第四期去除掉驅動馬達之後就可以做為一個靜 態式可調整式支架，如此可以節省成本並且可以即 早為病人所運用.在臨床上的運用, 首先在受傷或 開完刀之後先將手肘用石膏固定在完全伸直的狀 態並且給予適當的引流，以免在關節內有積血，接 下來就給予去除石膏之夾板之後開始持給予持續 性被動式的運動。持續性被動式的運動可以給予關 節內一些壓力這樣子可以以去除多於的血塊，還有 積液，可以避免將來水腫的產生.在剛開完刀或剛 受傷 24 小時之內, 腫脹很快就會產生, 此時就開 始使用復健機.第一天必須用到 24 個小時, 隨後可 以慢慢將始同時間縮短、等到到了第三、四期就可 以做為靜態式可調整式支架，或者是被動式運動復 健機，可以讓病人帶回家使用，因此在住院期間使 用之外還可將治療帶回家去也可以達到治療效果。 手肘開刀後復健方法： 復健師對手肘開刀後復健的方法(如圖 1 所示)如下 (1) 屈曲(flexion)：彎曲肘部，將小臂朝肩 部彎屈。 (2) 伸展(extension)：將小臂回復的中心位 置，即將手臂伸直。

2 現有的復健設備 現有的復健設備並沒有針對手肘關節作單一 的復健，而是針對手部的復健如圖 2 及圖 3 所示， 設備昂貴，因此目前醫院非常少在使用。 依據以上復健師的復健標準及參照骨科醫師 的意見定出手肘持續式被動式關節復健機的功能 標準，再收集各種患者的手部形狀及大小設計出壹 部符合功能及人體工學的上肢復健機，使患者能夠 在穩定及舒適的人機介面下作上肢的復健，為了使 患者能夠不必到醫院或復健中心而每天能夠作 2-3 次的復建工作，因此在設計上力求簡單使成本降 低，如此將可使一般的家庭買得起，或以月租的方 式供患者在家裡復健，而造福更多的病患使其能夠 早日恢復其上肢的功能。

機構設計方法

如圖 4 及圖 5 所示分別是本研發復健機在彎曲與伸 展時之機構設計，包含靜態式可旋轉式支架與驅動 器兩部份，分別說明如下： 圖 1 手肘關節復健方法 圖 3 機器人式的復健機 旋轉式支架 驅動器 圖 4 手肘關節復健機(彎曲) 旋轉式支架 驅動器 圖 5 手肘關節復健機(伸展) 圖 2 手部復健機

3 靜態式可旋轉式支架 如圖 6 所示，本固定器包含有手的前肢與後 肢固定器，前肢與後肢固定器是以旋轉軸連接，可 以此旋轉軸自由轉動，另有一長度調整桿連接在前 肢與後肢固定器上，可用來調整及固定手臂在任意 角度上。 驅動器 如圖 7 所示，驅動器包含有本體 1、馬達固定 座 2、馬達 9、導螺桿 5、滑塊 4、滑桿 10 及推桿 7 等等。將馬達 9 固定在馬達固定座 2 上，導螺桿 5 的一端是利用螺絲將固定在馬達 9 心軸上，另一端 利用軸承固定在本體軸套 6 上，滑塊 10 是在兩根 滑桿 10 上滑動，其移動的動力是在滑塊 4 內有一 螺紋孔，此螺紋孔與導螺桿 5 配合，推桿 7 是固定 在滑塊 4 上。當馬達旋轉時會驅動螺桿旋轉，使得 在螺桿上的滑塊帶動推桿前進與後退，而使手腕作 彎曲與伸展運動。 當手肘受傷開刀之後，利用靜態式可調整式支架先 給於固定(如圖 8 所示)，當要做持續性被動運動 時，首先將醫院使用之靜態式可調整式支架上的長 度調整桿取下(如圖 9 所示)，將本研究之驅動器放 置在長度調整桿的固定位置如(圖 10 所示)。傳動 的方式是當馬達正反轉時，馬達會帶動滑塊前後移 動，而滑塊前後移動會驅動推桿推桿，因推桿是利 用螺絲固定在靜態式可調整式支架，因此推桿會使 手臂以手腕為中心作旋轉運動達到手腕關節復健 的效果(如圖 11 所示)。 圖 7 驅動器組合圖 圖 8 醫院使用之靜態式可調整式支架 圖 9 將靜態式可調整式支架上之長度 調整桿取下情形 圖 10 利用手肘復健機取代長度調整桿 前手臂固定器 後手臂固定器 旋轉軸 圖 6 可旋轉式支架

4 控制功能 功能包含有 1.復健時間可隨復健者的需求而 自由設定，當時間到達後會自動回歸原點並發出聲 響通知護理人員或看護者前來處理。2.復健角度可 隨復健者的需求而自由設定，其運動的範圍以水平 為基準，往上 90 度。3.復健速度可隨復健者的需 求而自由設定。4.控制部份分為手動及自動，開始 時以手動測試病人所能承受的最大角度之後，再以 此參考直作為復健的角度或依復健師需求設定，設 定完成之後將按鍵轉為自動，再按下啟動即可依設 定的速度、角度及時間作復健。5.安全裝置，在控 制面板上設有緊急按鈕裝置供護士使用，另有一筆 型緊急按鈕供患者使用，當患者覺得無法承受時可 按此扭使機器完全停止並發出聲響。

結論

本手肘關節復健機的功能與安全性經亞東紀 念醫院骨科醫師測試之後以能初步達到醫師的要 求，接者將會安排交由亞東紀念醫院骨科醫師試 用，依試用的情況作修改，直到功能符合醫院使用 為止。 本設備的優點是(1).操作簡單，任何人都可操 作。(2).機器設備輕小，醫院護士使用始可隨意攜 帶。(3).可與線在醫院使用的靜態式可調整式支架 配合使用，為醫院及使用者節省成本。(4).不需要 專用的場地(現有設備體積大要有專屬的地方)，可 在任何地方病床、輪椅、坐椅或家庭的床上均可使 用本設備，不受限制。(5).機構簡單，成本低，一 般家庭都能買得起回家自己做復健。

參考文獻

1.’新編復健護理’，合記圖書出版社 2.’腦中風病友醫療照顧暨社會福利手冊’，亞東紀 念醫院 3.’醫用機器物理學’，依日光編譯；復漢出版社印 修 4.’醫事電子計測技術’，依日光編譯；復漢出版社 印修 5.’醫用電子工學’，依日光編譯；復漢出版社印修 6.Green.D.P., and McCoy,H.:Turnbuckle “Orthotic

correction of elbow-flexion contracture after acute.”. J. Bone Joint Surg. 61A:1092,1979.

7.Broberg, M. A., and Morrey, B. F.: “Results of treatment of fracture dislocations of the elbow.”. Clin.Orthop.216:109,1987.

8.Breen. T. F., Gelberman R. H., Ackerman, G. N.: “Elbow Flexion Contractures Treatment by Anterior Release and Continous Passive Motion.”. J. Hand Surg. 13-B: 286,1988

Fabrication of continuous passive motion

machine of elbow joint for post-surgical

rehabilitation

1

Jia-Wine Chen 、

2

Chih-Hung Chang

1

Department of Mechanical Engineering

2

Division of Orthopedics, Department of

Surgery, Far Eastern Memorial Hospital

ABSTRACT

This device is based on the clinical requirement from orthopedic and rehabilitation department of Far Eastern Memorial Hospital. The device is a continuous passive motion machine of elbow joint for post-surgical or post-traumatic rehabilitation. The device is simple, low cost and easy to use. The patient can use this device either on bed or wheel chair. If combine with the static adjustable splint, it is more convenient and can reduce the cost.