基于多功能踝关节运动辅具的设计与制作

刘海生



基于多功能踝关节运动辅具的设计与制作

刘海生

体育人口数量急剧增加，运动损伤也随之而来，踝关节损伤占所有运动损伤的30%以上。通过分析踝关节解剖结构和损伤机制，在比较现有踝关节运动辅具背景下设计出一款多功能踝关节运动辅具，产品使用简易，安全性能高，能有效防止运动时踝关节损伤。

踝关节；运动辅具；设计制作

1 研制背景

1.1 研制的意义

在经济快速发展的背景下，体育运动项目呈职业化、大众化和多样化发展，越来越多运动爱好者参与各种体育项目，以此同时，运动损伤成为各项运动的困扰。有研究表明在所有的运动受伤中，踝关节扭伤约占30%，踝关节外侧韧带是最容易发生扭伤的韧带[1]。踝关节损伤危害极大，受伤程度较轻者造成肿痛和行走不便，重者将无法行走导致踝关节稳定性下降，甚至造成韧带撕裂或断裂。踝关节损伤还可引起胫腓骨神经的受损[2]。积极提倡健康中国的背景下，运动参与人数不断增加，通过开发多功能踝关节运动辅具，可为广大运动爱好者踝关节损伤起到很好的预防效果。并将研究成果转化成新的产品装备，不断开拓运动辅具市场，增加经济效益和社会效益，最终对保护其踝关节具有重要的现实意义。

1.2 现有踝护具产品优劣分析

图1图2

图3

踝护具可以减少69%的踝关节扭伤，而对于有旧伤的运动员，可以减少71%的扭伤[3]。在现有踝护具产品中主要分为三类(见图1-3)。第一类：固定套入式护踝，类似于袜子，前端和后脚跟部分裸露。优点：直接套入即可，穿戴方便且价格便宜。缺点：不能调节，在前期使用过于紧绷，后期容易出现松动无弹性。第二类：绷带缠绕式护踝，类似于弹力性绷带，两端缝有粘扣带，使用时，相仿医用包扎方式进行缠绕。优点：一定程度上可调节松紧程度。缺点：稳定性不足，易脱落移位。第三类：套入绷带式护踝，主要是前面两者的结合。优点：具有前面两者的优势，即易穿戴和调节的功能。缺点：结构较前面两者复杂，层数多，布料厚，会造成臃肿不适等。

2 踝关节解剖结构和生物力学分析

2.1 解剖结构特点及生物力学分析

踝关节是由距骨、胫骨和腓骨的远端组成,内踝为胫骨远端内侧向下突起的部分,外踝为腓骨内远端的突出部分,内踝比外踝宽而短,内外踝构成的踝穴中镶嵌着距骨,被坚韧的胫腓骨韧带将胫腓骨远端紧密联结在一起[4](如图4)。踝关节内侧有强大的内侧韧带可限制足过度外翻,内侧韧带起自胫骨内踝,呈扇形向下止于距、跟足舟骨的内侧;踝关节外侧的韧带有距腓前韧带、跟腓韧带和距腓后韧带,可限制足过度内翻和防止小腿移位,但三条韧带均较薄弱。由于距骨滑车前宽后窄,当趾屈时,较窄的后部进入较宽大的关节窝中,足可做轻度的外展内收运动;外踝低内踝高,韧带内侧强外侧弱等原因,足的内翻幅度大以外翻,足在过度内翻时外侧韧带易于损伤[5]。

图4

图5

2.2 损伤原因

人体在进行激烈运动时在跳起或腾空是身体重心不稳定，在落地的瞬间通常会以足部的前外侧接触地面，进而过度到整个脚掌。足部踝关节因外部力量受到内翻或外翻范围过大时，将使踝关节受到损伤(如图5)。这种损伤主要为人体在进行奔跑、起跳、转体、踩踏坑凹地面、脚掌受到垫撑等原因引起[6]。例如在篮球运动中通常在跳起落地时踩踏别人的脚上导致踝关节受损。

3 基本功能与优点分析

传统踝关节运动辅具款式多样性，在一定程度上其辅助功能受到限制，考虑为更多运动爱好者提供一款更加完善的踝关节运动辅具，本研究设计出新型多功能踝关节运动辅具，其具备以下几点功能：

(1)安全性强：在原有踝关节辅具基础上进行优点吸收和改良，对易受伤的部位进行包裹固定防护，减少踝关节外部内翻的活动角度。

(2)防脱落：采用一体式设计，将传统踝关节护具和袜子使用原理两者相结合，可避免运动者在激烈运动时辅具脱落。

(3)可调节装置：考虑安全性能的角度下，摒除传统套入式护具缺少调节装置的设计，加入松紧调节装置可以保持弹性增加产品使用寿命。

(4)穿戴简易：由于本产品为一体式设计，因此在穿戴时直接套入袜子后收紧即可，避免传统在穿戴时需穿上袜子后再穿戴。

(5)舒适度高：传统运动辅具设计为外戴式，即袜子和辅具分离，难免造成层数多而臃肿不适，本产品为一体式穿戴，舒适程度高。

(6)易洗速干：原材料选取天美龙纤维物质，天美龙纤维本身具有吸汗易挥发的功能，在设计上结构不复杂，清洗时可进行手洗和机洗，可避免传统辅具不易清洗的麻烦。

(7)单次使用周期长：普通运动袜子使用时间为一次一换，而本产品可连续使用多次。

4 设计方案及使用原理

4.1 选材与制作(效果模型见图6-7)

4.1.1 内层设计主要为常用运动袜(高筒袜踝关节10CM以上)，弹性适中。选取材料为特质的含高效Ag抗菌因子的精梳棉纤维[7]，将纳米银牢固地粘结到纤维表面，极大提高了纳米银使用的耐久性，可以在高达7-10天不间断穿着情况下不产生臭脚和抑制细菌的效果，经历上百次次水洗后，仍然保持95%以上的抗菌性能。

4.1.2 外层设计将具有弹性天美龙纤维[8]绷带在脚掌中部底端往两侧向上包裹，向上包裹两根绷带具有高度弹性和包裹性，从底端起两边包裹的宽度设为8cm，在向上包裹范围超过胫腓骨与距骨关节处后宽度逐渐缩小为5cm，两侧绷带总长度达10cm,最大拉伸范围为20CM。

4.1.3 两侧绷带末端和袜子中筒位置连接大面积魔力粘，绷带底部与袜子无缝连接。

4.2 使用方法

在运动前穿戴多功能踝关节运动辅具后即可穿上鞋子，将两侧绷带调整到相对松弛的状态，当运动热身完毕后，收紧两侧绷带，开始高强度运动，在运动完放松阶段时再次将绷带调整为松弛状态。运动结束后将辅具放置通风处晾干，可重复使用三至四次后清洗。

图6 侧面效果

图7 立体效果

[1] 关国平,孟强,牛文鑫,王璐.踝关节扭伤防护及其康复研究进展[J].医用生物力学,2016,(01):78-82.

[2] HuntGC．Injuriesofperipheralnervesofthelegfootandankle:Anoftenunrecognizedconsequenceofanklesprains[J]．Foot，2003，13(1):14-18．

[3] DizonJMReyesJJ．Asystematicreviewon theeffectivenessofexternalanklesupportsinthepreventionofinversionanklesprainsamonge liteandrecreationalplayers[J]．JSciMedSport，2010，13(3):309-317．

[4] 张路萍,陈国耀.运动创伤学、推拿与按摩[M].广西师范大学出版社,2000.

[5] 陈琳,胡柳,张建营,王飞,潘翌.踝关节损伤及其预防[J].临床和实验医学杂志,2006,(09):1375.

[6] 刘勇.踝关节韧带损伤因素与防治[J].中国临床康复,2003,(04):647.

[7] 百科.防臭袜[DB/OL].http://baike.so.com/doc/7276577-7505957.html，2017.

[8] 百科.天美龙纤维[DB/OL].http://baike.so.com/doc/7538943-7813036.html,2017.

Design and Manufacture of Multi-function Ankle Movement Protector

Liu Haisheng

With the dramatically increase of sports population, sports injury follows to come. Ankle injury covers 30% of all sport injuries. By analyzing the anatomical structure and injury mechanism of ankle joint, a multi-function ankle protectors is designed under the background of comparing exist protectors with the features of easy and safe to use, which can prevent ankle injuries effectively.

ankle; movement protector; design and production

广东省大学生科技创新培育专项资金项目(项目编号：pdjh2017b0282)

刘海生(1992-)，男，广东紫金人，在读硕士研究生，研究方向：体育教育训练学。

广州体育学院，广东 广州 510500 Guangzhou Sport University, Guangzhou 510500, Guangdong, China.

G804.53

A

1005-0256(2017)08-0019-2

10.19379/j.cnki.issn.1005-0256.2017.08.010