CN111386092B - 具有集成的远程患者监测技术的支架及其使用方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种配置用于附接至对象的关节的支架。支架包括具有第一端和第二端的第一臂。支架包括具有第一端和第二端的第二臂。所述支架包括铰链组件，该铰链组件将第一臂的第一端与第二臂的第一端耦接，使得第一臂和第二臂可移动至不同的相对角方位。支架包括耦接至铰链组件的电位计。还提供了一种监测支架的第一臂相对于支架的第二臂的相对角方位的方法。该方法包括监测耦接至第一臂和第二臂的其中一个臂的电位计的输出。

Description

具有集成的远程患者监测技术的支架及其使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年11月7日提交的美国临时申请第62/582,863号和2017年11月8日提交的美国临时申请第62/583,168号的优先权，其整个内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开总体涉及具有集成的远程患者监测技术的支架及其使用方法。

背景技术

关节的韧带、软骨、肌腱受损并不罕见，尤其是在今天对体育锻炼和身体状况的重视的情况下。很少有损伤会比膝盖损伤更加影响移动。膝盖损伤约占所有与运动相关的损伤的60％，这些损伤的近一半发生在ACL。ACL损伤在15岁至45岁的患者中最为普遍(每1750人中有1人)，很大程度上在于他们更加积极的生活方式以及对运动的更高参与度。ACL撕裂的人在ACL重建后最初两个月内遭受二次ACL损伤的风险高达15倍，并且另一边膝盖ACL损伤的风险是重建膝盖的两倍。

存在将膝盖保持在一起的四个主要韧带：前交叉韧带(ACL)、后交叉韧带(PCL)、内侧副韧带(MCL)和外侧副韧带(LCL)。在美国，每年发生超过20万ACL损伤。约50％的ACL损伤与膝盖的其他结构的损伤一起出现。虽然不如ACL损伤常见，PCL损伤占所有膝盖韧带损伤的3％至20％。副韧带(MCL和LCL)占竞技运动员的膝盖损伤的25％。

ACL和其他韧带损伤的治疗包括手术和非手术选择，在韧带痊愈时，采用支架来促进支撑和稳定。在ACL手术的情况下，新ACL的移植强度在前12个月期间大大弱于原生ACL，因此在此早期间，支架帮助保护其免受日常生活或者体育活动中产生的有害力。

发明内容

提供了一种支架，配置为用于附接至对象的关节。支架包括具有第一端和第二端的第一臂。支架包括具有第一端和第二端的第二臂。支架包括将第一臂的第一端与第二臂的第一端耦接的铰链，使得第一臂和第二臂可移动至不同的相对角方位。支架包括耦接至铰链的电位计。

提供了一种监测支架的第一臂相对于支架的第二臂的相对角方位的方法。该方法包括监测耦接至第一臂和第二臂的其中一个臂的电位计的输出。

附图说明

图1图示了根据一些实施例的包括具有集成的远程患者监测设备的支架的系统；

图2A图示了根据一些实施例的支架的内侧透视图；

图2B图示了图2A的支架的侧面的透视图；

图3A图示了根据一些实施例的图2A和图2B的支架的铰链组件的分解透视图；

图3B图示了根据一些实施例的示例性模拟电位计；

图3C图示了根据一些实施例的示例性数字电位计；

图4图示了根据一些实施例的图2A和图2B的支架的第一臂和第二臂的相应的第一旋转轴和第二旋转轴的透视图；

图5A图示了根据一些实施例的图2A和图2B的支架的部分的剖视图；

图5B图示了根据一些实施例的支架的部分的剖视图；

图6图示了根据一些实施例的配置为监测患者关节移动的至少一方面的支架的电气线路的示意图；

图7A图示了根据一些实施例的处于未固定方位的图2A和图2B的支架的包套；

图7B图示了根据一些实施例的处于固定方位的图7A的包套；

图8A图示了根据一些实施例的支架的内侧的透视图；

图8B图示了图8A的支架的侧面的透视图；

图9A图示了根据一些实施例的支架的侧面的透视图；

图9B图示了根据一些实施例的图9A的支架，还包括大腿垫和胫骨垫，的侧面的透视图；

图10图示了根据一些实施例的监测支架的第一臂相对于支架的第二臂的相对角方位的方法的流程图。

具体实施方式

本公开的实施例涉及用于治疗膝盖、或其他关节和周围韧带的各种损伤的矫形支架。更具体地，本文公开的支架的实施例可旨在用于患有ACL缺陷、侧副韧带缺陷、过伸损伤患者的日常生活活动，或用于预防性用途。

矫正支架和支撑可以通过安全的关节活动范围(ROM)的自然移动的益处促进愈合和健康。然而，这种紧绷和支撑在促进愈合和健康方面的功效可能至少部分取决于是否告知患者他们是否按预期使用支架，恢复是否按预期进展，和/或是否按照主治医生的指示达到预定目标。另外，医生指导患者术后康复的能力可能至少部分取决于医生是否被告知患者是否按预期使用支架，康复是否按预期进展，和/或患者在康复过程中的参与程度。因此，需要向患者和主治医生中的一个或两个提供此类反馈的解决方案。

如本文所述和/或要求保护的支架通过向医生提供一种方法至少部分地解决了现有技术设备的缺点，该方法通过附接到或集成在术后支架上的集成的患者活动监控器来更有效地管理和跟踪患者术后护理和康复，该集成患者活动监控器间歇地或连续地捕获、跟踪和报告患者的移动性、活动性和方案遵从性，允许此类医生为需要额外术后支持的高危患者提供虚拟治疗和预警。

本文所述和/或要求保护的支架还为患者提供了一种针对其术后方案和工具来跟踪其进展，以更好地管理其物理治疗的方法。如下面将更详细地描述的，在一些实施例中，移动智能设备与虚拟治疗平台、常见问题(FAQ)和移动支持相结合可允许此类患者在就诊之前更好地自我管理护理并跟踪康复进展，这可以提供更大的灵活性来提醒并与他们的医生有效沟通他们的术后护理。

可以从结合附图阅读的以下描述中收集对本公开的各种特征的更好理解，在附图中，在合理适用的情况下，相同的参考符号指的是相同的元件。虽然本公开可能易于受到各种修改和替代构造的影响，但在附图中示出了某些示例性特征，并在下面详细描述。然而，应当理解，并非旨在将本公开限制于所公开的具体实施例，但相反，其意图是涵盖本公开的精神和范围内的所有修改、替代构造、组合和等同物。

此外，应理解，除非本公开中明确定义具有所述含义的某一术语，否则并非旨在将该术语的含义明确或间接限制在其普通和通常含义之外。

为了便于理解矫形设备的公开特征，如本文所使用的，“近端”具有其通常的含义，并且是指设于附着点或原点或中心点旁边或附近的位置，或者位于朝向身体中心的位置。同样，“远端”一词也有其通常含义，指远离附着点、原点或中心点，或远离身体中心的位置。“内侧”一词是指离身体中线较近的位置，而术语“侧面”是指离身体中线较远的位置。术语“上部”和“下部”将某些元件的位置描述为支架组件的铰链部分的上方或下方。“上部”元件位于铰链和膝盖或其他关节上方，而“下部”元件位于铰链和膝盖或其他关节下方。“后位”一词也有其通常含义，指位于另一位置或特征之后或后面的位置。最后，“前位”一词有其通常含义，是指位于另一位置或特征之前或前面的位置。

术语“刚性”、“柔性”、“可延展性”和“弹性”可在本文中用于区分矫形设备的某些特征的多个部分。“刚性”一词意指设备的元件通常或基本上不可弯曲的。在“刚性”的框架或支撑构件或壳的上下文中，旨在指示它们在施加力时不会失去其整体形状。相比之下，术语“柔性”或“可延展性”旨在包含能够在负载下弯曲或挠曲的特征。

图1图示了根据一些实施例的包括具有集成的远程患者监测设备102的支架100的系统。图1还图示了用户智能电话110或其他合适的通信设备、基于云的数据库、门户和/或通信网络120、以及用户和/或医生通信设备130，其中每一个可以如下所述配置。

远程患者监测设备102可包括测角仪(图1中未示出)，该测角仪被配置为测量角度、旋转、活动范围度、用户关节的角速度和/或加速度，或者这些方面的任一方面的平均值、峰值、最小值或最大值。如下所述，设备102还可单独地或与其他类型传感器的测量结合利用此类测量来确定所采取的步骤数、行进的距离、地面接触力或患者站立并开始行走所花费的时间段，以及其他确定。

在一些实施例中，设备102还可包括：一个或多个加速计，配置为测量用户肢体的一部分的加速度；陀螺仪，配置为测量用户肢体的一部分的方位和/或该方位上的变化；接触式和/或非接触式温度计，配置为测量皮肤温度和/或环境温度；电容式和/或磁性接近传感器；湿度和/或湿气传感器，配置为测量支架100的一部分的环境湿度水平或湿气水平，和/或光传感器，配置为测量环境光水平。在一些实施例中，设备102的防水性能至少可以满足IPX7标准。

因此，设备102可被配置为单独测量、确定或估计诸如，步态期间的峰值内翻和/或外翻力、屈曲和/或伸展期间的旋转力和/或轴移力、平均和/或峰值活动范围度和/或关节角度的参数，或将其作为术后时间、ACL剪切、支架移动和/或滑动、地面反作用力、股四头肌与腿筋的力量比、患者的加速度和/或速度、患者肢体的一部分、或支架100、和/或患者的关节的任何其他术后物理治疗和/或康复所需的特征的函数。

设备102可由一个或多个可更换、不可更换、可再充电、不可再充电电池(图1中未示出)或任何其他合适的电源供电。因此，一旦启用，设备102可被配置为监测并记录连续操作，超过30天无需来自患者的实质性交互，例如，无需电池再充电或更换。在一些实施例中，这种电池的再充电可通过标准AC或DC充电系统，或通过内置的能量收集设备，诸如太阳能、振动、热、动力和/或磁感应充电设备(图1中也未示出)来完成。设备102被配置为实时采集、存储并间歇地、周期性地或连续地向智能电话110或其它合适的通信设备发送与上述患者活动和物理治疗依从性的指示相关的数据。

智能电话110或其他合适的通信设备可使一个或多个应用在其上运行，这些应用被配置为接收并显示设备102发送的上述数据。在一些实施例中，智能电话110可通过这样的一个或多个应用被配置为连续地、周期地或间歇地将上述数据发送到基于云的数据库、门户和/或通信网络120。

智能电话110或其他合适的通信设备还可通过这样一个或多个应用配置为提供患者账户设置功能、患者登录功能、通过有线或无线连接与设备102连接并从其下载上述患者活动和物理治疗依从性数据的能力。智能电话110或其他合适的通信设备还可通过这样一个或多个应用配置为允许患者查看活动和依从性数据，查看和比较规定的活动和依从性目标与实际活动和依从性指示，和/或比较个人康复率与类似情况的一般人群的康复率。

智能电话110或其他合适的通信设备还可通过这样的一个或多个应用配置为从基于云的数据库、门户和/或通信网络120或其他来源下载活动监控器固件，并通过有线或无线通信将固件传送至设备102。智能电话110或其他合适的通信设备还可通过这样的一个或多个应用配置为从基于云的数据库、门户和/或通信网络120下载活动监控器操作参数，并将这些参数传送至设备102。

基于云的数据库、门户和/或通信网络120可被配置为存储从至少设备102、智能电话110或其他合适的通信设备和/或设备130接收的任何数据。

设备130可包括计算机、移动设备或任何其他合适的通信设备，并可被配置为运行一个或多个应用，该应用允许设备130利用标准网页浏览器(例如因特网浏览器)访问基于云的数据库、门户和/或通信网络120。利用这样的一个或多个应用，设备130可提供账户设置功能、患者账户登录功能和/或处方医生或其他从业者登录功能。设备130可向患者和/或处方医生提供以下能力：接收诸如患者活动和依从性数据、关于患者活动范围度、步数和/或活动水平的进展的警报，将其安全地存储并格式化以供远程查看，向患者发送和接收来自患者的消息，甚至从患者接收伤口的照片或视频。在远程查看此类患者活动和依从性数据时，处方医生可有利地向患者提供关于已建立的医生处方目标的反馈，鼓励并且跟踪患者对此类目标的依从性，和/或更新或更改此类目标和方案。

因此，结合图1描述的系统可允许患者接收关于他们是否按预期使用支架、恢复是否按预期进展和/或他们是否达到他们医生指示的目标的反馈。此外，医生可收到关于患者是否按预期使用支架100、患者是否按预期进展和/或患者在康复过程中的参与程度的反馈。此类优势减少了患者与其医疗保健提供者之间的接触点的数量，缩短了住院时间，减少了对医疗保健提供者的复诊和额外就诊，降低了物理治疗成本，并提高了患者满意度。

现在将结合至少图2A至图10描述与图1的支架100相对应的支架的几个实施例。

图2A图示了根据一些实施例的支架200的内侧透视图，而图2B图示了根据一些实施例的支架200的侧面的透视图。下面将一起描述图2A和图2B。

支架200包括经由内侧铰链组件226耦接至第二内侧臂224的第一内侧臂222。本文中使用的术语“铰链”或“铰链组件”是指将支架的两个臂捆在一起，同时允许通过两个臂的纵轴的不同角度方位的旋转运动的机械耦合器。使用时，支架的铰链通常接近于被支撑的解剖关节。第一内侧臂222可被配置为沿着患者大腿的内侧布置。因此，在一些实施例中，当内侧铰链组件226被布置在患者膝盖内侧或邻近患者膝盖内侧时，第一内侧臂222可弯曲成允许第一内侧臂222这样布置的角度。第二内侧臂224可被配置为沿着患者小腿的内侧布置。因此，在一些实施例中，当内侧铰链组件226被布置在患者膝盖内侧或邻近患者膝盖内侧时，第二内侧臂224可弯曲成允许第二内侧臂224这样布置的角度。在一些实施例中，第一内侧臂222和第二内侧臂224可包括金属(例如铝)或任何其他基本上坚硬的材料。在一些实施例中，第一内侧臂222和第二内侧臂224中的每一个臂可以是约0.625英寸宽、约0.100英寸厚并且从铰链中心到杆端约5.25英寸长。然而，本发明并不局限于此，并且第一内侧臂222和第二内侧臂224可以具有任何合适的尺寸，可以彼此相同或不同。

支架200还可包括内侧髁垫228，该内侧髁垫被配置为设置在内侧铰链组件226和患者膝盖内侧之间。在一些实施例中，内侧髁垫228可包括泡沫、橡胶、弹性体、塑料、2#EVA、莱卡层压板、刷尼龙(brush nylon)或热成型或其他方式形成的任何其他合适材料，用于在内侧铰链组件226和患者膝盖内侧之间提供缓冲。在一些实施例中，内侧髁垫228可通过任何合适的方法(例如，钩环紧固件、卡扣、夹子、铆钉、粘合剂等)固定到铰链组件226。

支架200还可包括包套210，该包套被配置为包裹并且固定在患者的大腿、膝盖和小腿的至少部分周围。包套210包括配置为接收并且固定第一内侧臂222的至少一部分的第一口袋212和配置为接收并且固定第二内侧臂224的至少一部分的第二口袋214。包套210可包括透气泡沫、莱卡、尼龙或任何其他合适的材料。

支架200还包括经由侧铰链组件256耦接至第二侧臂254的第一侧臂252。第一侧臂252可被配置为沿着患者大腿的侧面布置。因此，在一些实施例中，当侧铰链组件256被布置在患者膝盖的侧面时，第一侧臂252可弯曲成允许第一侧臂252这样布置的角度。第二侧臂254可被配置为沿着患者小腿的侧面布置。因此，在一些实施例中，当侧铰链组件256布置在患者膝盖的侧面或邻近患者膝盖侧面时，第二侧臂254可弯曲成允许第二侧臂254这样布置的角度。在一些实施例中，第一侧臂252和第二侧臂254可包括金属(例如铝)或任何其他基本上坚硬的材料。在一些实施例中，第一侧臂252和第二侧臂254中的每一个臂可以是约0.625英寸宽、约0.100英寸厚和从铰链中心到杆端约5.25英寸长。然而，本公开并不局限于此，并且第一侧臂252和第二侧臂254可以具有任何合适的尺寸，可以彼此相同或不同。如结合下面的图3A和图5A至图6以及前面的图1所述，侧铰链组件256可包括集成的远程患者监测设备102，该集成的远程患者监测设备被配置为测量用户关节的角度、旋转、活动范围度、角速度和/或加速度中的一种或多种。

支架200还可包括侧髁垫258，该侧髁垫被配置为布置在侧铰链组件256与患者膝盖的侧面之间。在一些实施例中，侧髁垫258可包括泡沫、橡胶、弹性体、塑料、2#EVA、莱卡层压板、刷尼龙或以热成型或其他方式形成的任何其他合适材料，用于在侧铰链组件256与患者膝盖的侧面之间提供缓冲。在一些实施例中，可以通过任何合适的方法(例如，钩环紧固件、卡扣、夹子、铆钉、粘合剂等)将侧髁垫258固定到铰链组件256。

支架200还可包括上垫262，该上垫被配置为设置在第一侧臂252与患者大腿的侧面之间。上垫262可包括泡沫、橡胶、弹性体、塑料、2#EVA、莱卡层压板、刷尼龙或以热成型或其他方式形成的任何其他合适材料，用于在第一侧臂252与患者大腿的侧面之间提供缓冲。在一些实施例中，可以通过任何合适的方法(例如，钩环紧固件、卡扣、夹子、铆钉、粘合剂等)将上垫262固定到第一侧臂252。

支架200还可包括配置为设置在第二侧臂254与患者小腿的侧面之间的下垫264。下垫264可包括泡沫、橡胶、弹性体、塑料、2#EVA、莱卡层压板、刷尼龙或以热成型或其他方式形成的任何其他合适材料，用于在第二侧臂254和患者小腿的侧面之间提供缓冲。在一些实施例中，可以通过任何合适的方法(例如，钩环紧固件、卡扣、夹子、铆钉、粘合剂等)将下垫264固定到第二侧臂254。

支架200还可包括上束带230，该上束带被配置为将上垫262、第一侧臂252和上内侧臂222中的一个或多个固定至患者大腿。在一些实施例中，上束带230可包括“Y”形带，该“Y”形带包括在接合处分支以形成第二端234和第三端236中的每一个端的第一端232。第一端232、第二端234和第三端236中的每一个端可经由各自的紧固元件272、274、276固定至上垫262和第一侧臂252中的至少一个。在一些实施例中，紧固元件272、274、276可包括D形环。然而，本公开并不局限于此，并且上束带230可包括通过任何合适方法固定至上垫262和第一侧臂252的一个或多个的任何合适类型的约束元件。如图2A和图2B所示，上束带230可包裹患者大腿，使得第一端232布置在患者大腿的后部，而第二端234和第三端236布置在患者大腿的前部。然而，本公开不受此限制，并且上束带230可被配置为如图2A和图2B所示的相反方位。在一些实施例中，上束带230可修剪成适合患者的长度。

在一些实施例中，支架200还可包括大腿垫238，该大腿垫被配置为布置在上束带230与患者大腿之间并且由上束带230固定到位。大腿垫238可包括泡沫、橡胶、弹性体、塑料、2#EVA、莱卡层压板、刷尼龙或以热成型或其他方式形成的任何其他合适材料，用于在上束带230和患者大腿之间提供缓冲。

支架200还可包括下束带240，该下束带被配置为将下垫264、第二侧臂254和下内侧臂224中的一个或多个固定至患者小腿。在一些实施例中，下束带240可包括“Y”形带，该“Y”形带包括在接合处分支以形成第二端244和第三端246中的每一个端的第一端242。第一端242、第二端244和第三端246中的每一个端可经由各自的紧固元件282、284、286固定至下垫262和第一侧臂252中的至少一个。在一些实施例中，紧固元件282、284、286可包括D形环。然而，本公开并不局限于此，并且下束带240可包括通过任何合适方法固定至下垫262和第一侧臂252中的一个或多个的任何合适类型的约束元件。如图2A和图2B所示，下束带240可包裹患者小腿，使得第一端242布置在患者小腿的前部，而第二端244和第三端246布置在患者小腿的后部。然而，本公开并不局限于此，并且下束带240可配置在如图2A和图2B所示的相反方位上。在一些实施例中，下束带240可修剪成适合患者的长度。

在一些实施例中，支架200还可包括小腿垫248，该小腿垫被配置为设置在下束带240与患者小腿之间并且由下束带240固定到位。小腿垫248可包括泡沫、橡胶、弹性体、塑料、2#EVA、莱卡层压板、刷尼龙或以热成型或其他方式形成的任何其他合适材料，用于在下束带240和患者小腿之间提供缓冲。

现在将结合下面的图3A更详细地描述侧铰链组件256的一个示例实施方式。尽管结合图3描述了第一侧臂252、第二侧臂254和侧铰链组件256，但第一内侧臂232、第二内侧臂234和内侧铰链组件236也可以或备选地包括基本上相似或相同的特征。此外，尽管针对第一侧臂252描述了某些功能，但这些功能可备选地应用于第二侧臂254或第二内侧臂234。

图3A图示了根据一些实施例的图2B的支架200的侧铰链组件256的分解透视图。侧铰链组件256包括上壳体306，该上壳体被配置为覆盖侧铰链组件256的外表面。侧铰链组件256还包括至少一个印刷电路板(PCB)308，该至少一个印刷电路板包括安装在PCB308上的旋转/角编码器，该旋转/角编码器被配置为测量和/或跟踪本公开中所述的连接功能的一个或多个方面。如将结合图3B至图3C和图5A至图6详细描述，在一些实施例中，旋转/角编码器310可以是模拟机械电位计、数字电位计或配置为提供基于旋转/角编码器310的可转轴的位置而变化的电阻的任何其他类型的电子电位计或旋转编码器。在一些实施例中，包括旋转/角编码器310的PCB308可形成如先前结合图1所述的远程患者监测设备102的至少一部分。因此，在一些实施例中，PCB308还可包括如先前结合图1所述的传感器和/或元件中的一个或多个以及本说明书中所描述的任何功能所需的任何附加电路系统。

如图3A所示，第一侧臂252包括第一端252a和第二端252b，并且第二侧臂254包括第一端254a和第二端254b。侧铰链组件256还可包括铰链板312，该铰链板被配置为分别经由第一轴314和第二轴316将第一侧臂252的第一端252a与第二侧臂254的第一端254a耦接，使得在一些实施例中，第一侧臂252和第二侧臂254可相对于铰链组件256移动至不同的相对角方位。在一些实施例中，第一轴314可对应于或备选地耦接至旋转/角编码器310的可转轴。旋转/角编码器310的可旋转轴314的部分314a可被键控或以其他方式成形以旋转地接合第一侧臂252的第一端252a中的配合孔318，从而将可旋转轴314耦接至第一侧臂252的第一端252a。因此，可旋转轴314相对于第一侧臂252的第一端252a可具有固定的角方位。此外，第二轴316可被配置为适配在第二侧臂254的第一端254a中的第二孔320内。

在一些实施例中，第一侧臂252的第一端252a可包括至少一个挡块302，该至少一个挡块被配置为限制患者关节绕侧铰链组件256的伸展和/或屈曲。类似地，在一些实施例中，第二侧臂254的第一端254a可包括至少一个挡块304，该至少一个挡块被配置为限制患者关节关于侧铰链组件256的伸展和/或屈曲。在一些实施例中，第一端252a、254a中的一个或两个可包括位于与各个挡块302、304大致相反位置的附加挡块(未示出)，所述附加挡块被配置为限制患者关节在相反方向上的伸展和/或屈曲。

侧铰链组件256还可包括后盖322。在一些实施例中，侧铰链组件256还可包括灯，例如蓝色发光二极管(LED)(未示出)，该灯被配置为指示PCB308的电子器件当前是通电还是断电。

在一个有利的实施例中，旋转/角编码器包括电位计。现在结合图3B和图3C描述电位计的示例。出于本公开的目的，电位计是一个电组件或一组互连组件，其充当可变三端电阻器和/或在这三个端子之间提供分压器功能。

图3B图示了根据一些实施例的作为模拟电位计的旋转/角编码器310。模拟电位计的示例包括但不限于滑条电位计、指轮电位计和微调电位计。如图3B所示，电位计310包括耦接至电阻元件350的第一端的第一端子354、耦接至电阻元件350的第二端的第二端子358和耦接至滑动触点352的第三端子356。滑动触点352耦接至可旋转轴314，并且被配置为依据可旋转轴314的角方位在一位置处与电阻元件350接触。在一些实施例中，电阻元件350可具有基本上半圆形的形状，使得滑动触点352可以在围绕由可旋转轴314的轴心限定的轴线旋转的同时沿电阻元件350在任何点处进行接触。在一些其它实施例中，电阻元件350可以基本上是线性形状，滑动触点352可以在围绕由可旋转轴314的轴心限定的轴线旋转的同时沿电阻元件350在任何点处进行接触。在一些实施例中，电阻元件350可包括石墨、电阻丝、悬浮在塑料中的碳颗粒、陶瓷/金属混合物、电阻聚合物或树脂糊或任何其它合适的相对高电阻导电材料中的任何一种或多种。在一些实施例中，电阻元件350在第一端子354和第三端子356之间提供的电阻可随着可旋转轴314的角方位线性增加。在一些其他实施例中，电阻元件350在第一端子354和第三端子356之间提供的电阻可随着可旋转轴314的角方位以非线性方式(例如，指数、对数或任何其他非线性方式)增加。

如将结合图6更详细地描述的，在操作中，在第一端子354和第二端子358上提供第一电压。滑动触点352基于可旋转轴314的角方位与电阻元件350上的单个可变位置接触。因此，电阻元件350在第一端子354与第三端子356之间的电通路中的部分提供第一可变电阻，电阻元件350在第三端子356与第二端子358之间的电通路中的部分提供第二可变电阻，其中第一可变电阻和第二可变电阻之和通常等于电阻元件350的总电阻。出现在第三端子356与第二端子358之间的第二电压与第二可变电阻与电阻元件350的总电阻之间的比率相关和/或成比例。替代地，出现在第一端子354和第三端子356上的第三电压与第一可变电阻与电阻元件350的总电阻之间的比率相关和/或成比例。因此，电位计310用作分压器，其中第二电压或第三电压可以随可旋转轴314的角方位而变化，并且用作可旋转轴314的角方位的指示器。由于图2A至图3A的第一侧臂252附接至可旋转轴314，第二电压或第三电压可随第一侧臂252和患者关节的角方位而变化，并且用作可旋转轴314与固定在支架200中的患者的关节的角方位的指示器。

图3C图示了根据一些实施例的作为数字电位计的电位计310。如图3C所示，电位计310包括耦接至电阻元件的第一端的第一端子354，该电阻元件包括多个串联电阻器350a、350b、350c_…350y、350z(这里也称为电阻梯)，耦接至电阻元件的第二端的第二端子358，和第三端子356。相邻电阻器350a至350z的端子之间以及电阻梯与第一端子254和第二端子258之间的连接点包括电阻梯的独特节点。多个开关360a、360b、360c_...360y中的每一个连接在电阻梯的相应节点与第三端子356之间。开关360a至360z可以是继电器、晶体管或任何其他形式的电可控开关。滑动触点352耦接至可旋转轴314，并且被配置成与开关360a至360z中的一个开关的控制端子电接触，特定控制端子取决于可旋转轴314的角方位。在一些实施例中，电阻器350a至350z中的每一个电阻器的电阻可以基本上相同，使得在第一端子354和第三端子356之间提供的电阻可以随着可旋转轴314的角方位逐步线性递增。在一些其他实施例中，电阻器350a至350z中的每一个电阻器的电阻可以基本上不相同，使得第一端子354和第三端子356之间提供的电阻可以随着可旋转轴314的角方位以非线性方式(例如，指数、对数或任何其他非线性方式)逐步递增。电阻梯中的梯级的数量与梯中的电阻的数量有关。本公开考虑电阻梯的任何数量的梯级。

如将结合图6更详细地描述的，在操作中，在第一端子354和第二端子358上提供第一电压。基于可旋转轴314的角方位，滑动触点352(其可耦接至电压或适合作为使能信号的信号)与开关360a至360z的其中一个开关的控制端子电接触，关闭该开关并提供在第一端子354和第三端子356之间具有第一可变电阻的电通路和在第三端子356和第二端子354之间具有第二可变电阻的电通路。第一可变电阻和第二可变电阻之和通常等于整个电阻梯的总电阻。出现在第三端子356与第二端子358之间的第二电压与第二可变电阻与电阻梯的总电阻之间的比率相关和/或成比例。替代地，出现在第一端子354和第三端子356上的第三电压与第一可变电阻与电阻梯的总电阻之间的比率相关和/或成比例。因此，电位计310用作分压器，其中第二电压或第三电压可以随可旋转轴314的角方位而变化，并且用作可旋转轴314的角方位的指示器。由于图2A至图3A的第一侧臂252附接至可旋转轴314，第二电压或第三电压可以随第一侧臂252和支架200中的患者的关节的角方位而变化，并且用作可旋转轴314和支架200中的患者的关节的角方位的指示器。

如图4所示，第一侧臂252的第一旋转轴线402基本上穿过配合孔318的中心，而第二侧臂254的第二旋转轴线404基本上穿过孔320的中心。第一轴线402图示为与第二轴线404平行且在空间上(例如，侧向地)与第二轴线404分开固定距离“d”。如图4中进一步图示的，侧臂252限定纵轴线420，侧臂254限定纵轴线440。相对于如上所述的铰链内的印刷电路板308，当两个纵轴线420和440的相对角方位改变时，印刷电路板308的方位将关于开口318和320改变相同的量。如果电位计310的轴314诸如通过在一个或多个边上具有其它配合特征的平面而旋转地固定在开口318中，而电位计的主体固定在印刷电路板308上，那么调整臂252和254的方位将调整电位计轴的旋转位置，改变电位计的检测电阻。

图5A图示了根据一些实施例的图2A和图2B的支架的部分的剖视图。示出了侧铰链组件256的若干部分，包括PCB308、电位计310、第一侧臂252和第二侧臂254。电位计310的可旋转轴314图示为限制第一侧臂252绕第一轴线402旋转，而第二轴316图示为限制第二侧臂254绕第二轴线404旋转。如先前结合图3B所描述的那样图示了电位计310，除其他特征外，至少包括电阻元件350和滑动触点352。然而，还考虑例如，如先前结合图3C所描述的数字实施例。滑动触点352耦接至可旋转轴314，并被配置为取决于可旋转轴314和滑动触点352的角旋转，在一位置处与电阻元件350电接触，而电阻元件350可具有相对于电位计310和侧铰链组件256的固定方位。如前所述，可旋转轴314可耦接至第一侧臂252，使得当第一侧臂252绕轴线402旋转(进出图5A)时，可旋转轴314和滑动触点352也将绕轴线402旋转，如双向箭头所示。因此，滑动触点352将在不同位置接触电阻元件350，使得电位计提供相应不同的电阻。因此，电位计的输出指示第一侧臂252相对于第二侧臂254的相对角方位。此外，由于电阻元件350具有相对于电位计310和侧铰链组件256的固定方位，所以当第一侧臂252使可旋转轴314和滑动触点352旋转时，电阻元件350被配置成相对于第一侧臂252的第一端252a旋转(或至少改变方位)。

在一些其他实施例中，图5B图示了一个备选实施例，其中第一侧臂252和第二侧臂254都被配置为绕同一第一轴线402旋转，而不是第一侧臂252绕第一轴线402旋转和第二侧臂254绕第二轴线404旋转。因此，如前所述，第一侧臂252可固定至可旋转轴314上，而第二侧臂254未固定至可旋转轴314上，而是在印刷电路板的方位通过例如支座520固定至侧臂254时，被可旋转轴314限制为仅绕第一轴线402自由旋转。在这些实施例中，所有其他功能可以如前面所述。

图6图示了根据一些实施例的、配置为监测患者关节移动的至少一个方面的支架的示例电气线路600的示意图。尽管在图6中公开了一个实施例，但是本公开并不局限于此，并且考虑提供如本公开所述的功能的任何电路或布置。

如前所述，PCB308可包括电路600。电路600可包括电池602、平滑电容器606、第一电阻器604和第二电阻器608、具有第一端子354、第二端子358和第三端子356的电位计310、电阻元件350和滑动触点352、缓冲器616、具有传送和接收能力的控制器618，及天线620。尽管如先前结合图3B所述图示了电位计310(例如，模拟电位计)，但电位计310也可以是如先前结合图3C所述的(例如，数字电位计)。

电池602具有与接地电位电连接的负极端子和与第一电阻器604的第一端子电连接的正极端子。平滑电容器606具有与地电位电连接的第一端子和与第一电阻器604的第二端子和第二电阻器608的第一端子电连接的第二端子。第二电阻器608具有与电位计310的第一端子354(例如，电阻元件350的第一端子)电连接的第二端子，该第二端子可被视为电位计310的输入。电位计310的第二端子358(例如，电阻元件350的第二端子)与控制器618的电位计使能输出端电连接。电位计310的滑动触点352与电阻元件350上的一物理位置电接触，并且与电位计310的第三端子356电接触，该物理位置取决于耦接至滑动触点352的可旋转轴的方位。第三端子356与缓冲器616的第一输入端子电接触。缓冲器616的输出端子电连接至缓冲器616的第二输入端子和控制器618的电位计输入端。控制器618的天线端子与天线620电接触。因此，电位计310的输入(例如，第一端子354)通过第一电阻器604和第二电阻器608电耦接至电池602。尽管未示出，缓冲器616和控制器618也可分别耦接至电池602并从电池602接收电力，并且可另外适当地耦接至接地电位以完成电气线路。

在操作电池602中，当激活控制器618的电位计使能输入端时(例如，电耦接至接地电位或电路600内的任何其他电位)，平滑电容器606和第一电阻器604和第二电阻器608跨电位计310的第一端子354和第二端子358(例如，跨电阻元件350)提供预定电压。由于滑动触点352根据基于患者关节的屈曲度或伸展度的电位计310的可旋转轴的角方位，与电阻元件350上的不同物理位置电接触，所以电位计310用作输出可变比例的预定电压至滑动触点352、第三端子356和缓冲器616的分压器。因此，如前所述，在电位计310的输入端子和输出端子之间提供的可变电阻以及在滑动触点352处提供的可变电压与第一侧臂252和第二侧臂254之间的相对角方位成比例并指示该相对角方位。

缓冲器616在其输入端提供高阻抗至控制器618的电位计输入端，其输出等于滑动触点352处的电压。电阻元件350的高电阻值和缓冲器616的相对高输入阻抗的组合还允许电路600从电池602吸取极少量的电流，因而吸取极少量的电力，允许电路600在相对较长的时间段(例如，6个月或更长)内不间断地工作，无需更换电池602或对电池602进行重新充电。这在术后恢复的环境中是一个特别有利的特征。通常，这种支架在手术后会佩戴几个月。利用基于低功率电位计的旋转感应电路，用户无需重新充电或更换铰链中的电池即可进行连续或接近连续的旋转监测。就用户而言，支架上的铰链与没有测量能力的传统铰链完全相同，在恢复期内无需任何维护。

控制器618可被配置为将从缓冲器616的输出端接收的电压转换为指示接收到的电压的信号，并驱动天线620将该信号发送到例如用户智能电话110或其他合适的通信设备，如先前结合图1所述的。因此，如前所述，控制器618单独地或与天线620结合，可包括无线发射器，该无线发射器被配置为向用户智能电话110或其他合适的通信设备发送支架200的第一侧臂252和第二侧臂254之间根据时间并基于所接收的电压的相对角方位的指示。在一些实施例中，控制器618还可被配置为接收从例如用户智能电话110或其他合适的通信设备发送的、来自天线620的信号，并对其进行适当地处理，如先前结合至少图1所述的。

图7A图示了根据一些实施例的处于未固定方位的图2A和图2B的支架200的包套210。包套210可以包括一个或多个配置为将包套210的上部固定在患者大腿周围的上紧固元件712。包套210还可包括一个或多个配置为将包套210的下部固定在患者小腿周围的下紧固元件714。紧固元件712和714可包括钩环紧固件、卡扣、夹子或可移动地紧固患者肢体周围的包套210的任何其他元件。包套210还可包括开口710，该开口被配置成与患者髌骨对齐，从而提供更高的舒适度以及包套210与患者的腿更稳定的对齐。图7B图示了图7A的包套，其中上紧固元件712和下紧固元件714具有围绕患者的腿的稳固的包套210。

图8A图示了根据一些实施例的支架800的内侧的透视图，除了包套210或第一内侧臂222、第二内侧臂224和内侧铰链组件，其基本上与支架200相同。图8B图示出图8A的支架800的侧面的透视图。如图所示，除了省略包套210、第一内侧臂222、第二内侧臂224和内侧铰链组件之外，支架800包括先前描述的支架200的所有特征。所有其他功能如先前针对支架200所述的。

图9A图示了根据一些实施例的支架900的侧面的透视图。如图所示，除了大腿垫238、小腿垫248以及下面进一步描述的，支架900包括先前结合图8A和8B所述的支架800的所有特征。

支架900可包括下垫964，该下垫被配置为设置在第二侧臂254与患者小腿的侧面之间，与如先前结合图2A和2B所述的下垫264成镜像配置。因此，紧固元件282、284、286可被固定至下垫964和第二侧臂254中的至少一个，与先前结合图2A和2B所述的成镜像配置。下垫964可包括泡沫、橡胶、弹性体、塑料、2#EVA、莱卡层压板、刷尼龙或以热成型或其他方式形成的任何其他合适材料，用于在第二侧臂254和患者小腿的侧面之间提供缓冲。在一些实施例中，可以通过任何合适的方法(例如，钩环紧固件、卡扣、夹子、铆钉、粘合剂等)将下垫964固定至第二侧臂254。

下束带240被配置为以与图2A和2B所述相反的方式将下垫264和第二侧臂254中的一个或多个固定至患者小腿。下束带240可缠绕患者的小腿，使得第一端242布置为围绕患者小腿的后部，而第二端244和第三端246布置为围绕患者小腿的前部。

图9B图示了根据一些实施例的图9A的支架900的侧面的透视图，还包括大腿垫938和胫骨垫948。大腿垫938被配置为布置在上束带230与患者大腿之间并通过上束带230和患者大腿固定到位。大腿垫938可以基本上类似于先前结合图2A和2B所述的大腿垫238。

在一些实施例中，支架200还可包括胫骨垫948，该胫骨垫被配置为布置在下束带240与患者胫骨之间并通过下束带240和患者胫骨固定到位。胫骨垫948可包括泡沫、橡胶、弹性体、塑料、2#EVA、莱卡层压板、刷尼龙或以热成型或其他方式形成的任何其他合适材料，用于在下束带240和患者的胫骨之间提供缓冲。

图10图示了根据一些实施例的监测支架的第一臂相对于支架的第二臂的相对角方位的方法的流程图1000。流程图1000可适用于本公开中描述的任何支架的使用。

框1002包括将电位计的轴附着至支架的第一臂和第二臂的其中一个臂。例如，电位计310的可旋转轴314可如先前结合任何附图所述的那样附着至第一侧臂252或第一内侧臂222的其中一个臂。在一些实施例中，电位计310的可旋转轴314可备选地附着至第二侧臂254或第二内侧臂224的其中一个臂，类似于先前针对至少第一侧臂252描述的且具有类似功能。

框1004包括监测电位计的输出。例如，控制器618(图6)或任何其他合适的电路或PCB308(图3)的电路系统可被配置为监测从如先前结合任何先前的图所述的电位计310的第三端子356(例如，在第二端子358与第三端子356之间)输出的电压、电流或电阻。

框1006包括无线传输电位计的输出的指示。例如，如先前结合图6所述，控制器618可被配置为将从缓冲器616的输出接收到的电压、电流或电阻转换为指示支架200的第一侧臂252和第二侧臂254之间根据时间并基于所接收的电压的相对角方位的信号。

尽管已经根据某些优选特征描述了本公开，但是鉴于本文的公开，本领域技术人员将清楚本公开的包括尺寸、结构及材料的变化的其他特征。此外，结合本文的任一方面详细说明的所有特征可适用于本文的其他方面。对不同实施例中的类似特征使用不同的术语或附图标记并不意味着除了可明确阐述的那些差异之外的差异。因此，本公开旨在仅通过参考所附权利要求来描述，并不限于本文中公开的优选实施例。

Claims (17)

1.一种被配置用于附接至对象的关节的支架，所述支架包括：

第一臂，具有第一端和第二端；

第二臂，具有第一端和第二端；

铰链组件，将所述第一臂的第一端与所述第二臂的第一端耦接，使所述第一臂和所述第二臂可移动至不同的相对角方位；以及

电位计，被耦接至所述铰链组件；

其中：

所述电位计的输入被耦接至电池，

所述电位计的输出端被连接至缓冲器的第一输入端，所述电位计的输出被配置为呈现电压，所述电压指示所述第一臂相对于所述第二臂的根据时间的相对角方位，

所述缓冲器的输出端被电连接至所述缓冲器的第二输入端；并且

所述缓冲器的所述输出端处的电压等于所述电位计的所述输出处的电压。

2.根据权利要求1所述的支架，其中所述电位计是模拟机械电位计。

3.根据权利要求1所述的支架，其中所述电位计是数字电位计。

4.根据权利要求1所述的支架，其中所述电位计包括可旋转轴，所述可旋转轴耦接至所述第一臂的第一端。

5.根据权利要求4所述的支架，其中所述可旋转轴被耦接为相对于所述第一臂的第一端具有固定角方位。

6.根据权利要求5所述的支架，其中所述电位计包括电阻元件，所述电阻元件被配置为相对于所述第一臂的第一端旋转。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的支架，其中当所述第一臂和所述第二臂相对于所述铰链组件移动至不同的角方位时，所述铰链组件使所述第一臂能够绕第一轴线旋转并且使所述第二臂能够绕第二轴线旋转，所述第一轴线与所述第二轴线平行并且与所述第二轴线空间上分离。

8.根据权利要求7所述的支架，其中所述空间上分离是固定的。

9.根据权利要求8所述的支架，其中所述电位计的所述可旋转轴被设置为绕所述第一轴线旋转。

10.根据权利要求9所述的支架，其中所述电位计的所述可旋转轴的一部分被键控并适配在所述第一臂的第一端的配合孔中。

11.根据权利要求10所述的支架，包括与所述电位计的所述轴平行的第二轴。

12.根据权利要求11所述的支架，其中所述第二轴被设置为绕所述第二轴线旋转。

13.根据权利要求1至3中的任一项所述的支架，其中所述电位计被安装至印刷电路板。

14.一种监测根据权利要求1所述的支架的所述第一臂相对于所述支架的所述第二臂的相对角方位的方法，所述方法包括：监测所述电位计的所述输出。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括将所述电位计的轴附着至所述支架的第一臂和所述第二臂中的所述一个臂。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括无线传输所述电位计的所述输出的指示。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述电位计的所述输出的所述指示包括所述第一臂相对于所述第二臂根据时间的所述相对角方位的指示。

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