本发明涉及一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置，属于人体穿着防护技术领域。
背景技术：
残酷的现实问题。我外婆、母亲、岳母都是在刚刚80岁时在室内行走时跌倒遭遇髋关节股骨颈骨折，外婆因此十多年卧床不起，母亲前后不到一周在等待手术过程中突发大面积脑梗塞而救治无效去世，岳母因之手术身体衰弱到了极点。为什么这么多原本好好的健康人，就因为一个跌倒就能股骨颈骨折而失去了性命。后来在多家医院骨科医生哪里得知，老年人股骨颈骨折在世界上不是小概率，而且因为股骨颈骨折长期卧床致老人脑梗塞、肺栓塞的一年亡故率更是大概率事件。老年髋关节骨折又被医学界称为人生最后一次骨折，听来都令人毛骨悚然。所以如何能简易有效地防止老年髋关节股骨颈骨折，确实是一个亟待解决的社会问题。
从骨科学得知，人体髋关节受力情况非常复杂，日常承受着人体除下肢外的全部重量，特殊的运动需求又使相对细弱的股骨颈承受着各种状态的弯矩，是全身最容易受伤的一个薄弱关节，再加上老年人骨质疏松，所以老年人髋关节股骨颈骨折确实是一个非常严峻的客观现实。
目前，直接利用弹性、塑性装置缓冲减载的人体防护设备如护腰、护膝、护腕等比比皆是，防护髋关节跌倒摔伤的装置，各种技术方案也很多，但真正有效实施者较少。究其原因，主要还是髋关节的构造异常特殊，跌倒撞击动能很大，防护难度很大，穿戴使用很不方便。
技术实现要素：
研究一种髋关节防护装置，总体要求：
在结构上，一是要适应髋关节构造特点，穿脱洗换方便，平时老人能一直穿在身上，实施全天候防护；二是要能有效缓解跌倒时髋关节骨头的直接刚性撞击；三是要轻柔透气，立体通风，适合四季穿着，特别是在炎热夏季不捂身。
在功能上，一是对可能导致髋关节跌倒损伤的各种复杂受力状况要有足够考虑；二是要尽量实现动势能的高效转换，缓冲减载效率高，分解转载效果好；三是在主要防护相对脆弱的髋关节的同时，对容易扭伤、摔伤的腰骶关节、骶髋关节、尾骨也能兼具防护效果。
解决上述问题所采取的技术方案，主要体现在技术原理和技术特征。
技术原理及关键技术
首先分析跌倒碰撞的瞬时力。人体倒地时骨头与地面的碰撞基本上是属于刚性碰撞，碰撞的基本特征就是在极短的时间内，产生极大的相互碰撞作用力-瞬时力。由能量守恒定理知，人站立时的重力势能，在倒地碰撞的瞬间将转化为撞击地面的动能，
碰撞平均瞬时力与碰撞时间的关系。由
通过通常的直接设置、安放各种缓冲垫的形式，实现单维度轴力的弹性、塑性变形缓冲减载，确实可以把部分碰撞动能转换为变形势能而释放。但是，通过以上计算分析看，相对于人体倒地的巨大动能，其单一维度轴向的弹性、塑性缓冲减载装置就不可能做的太小太轻太薄，而要保证穿戴舒适，特别是在炎热的夏天，又不能做的太大太重太厚，这就是问题的关键所在和需要解决的主要矛盾。
从大量的老年人髋关节摔伤情况看，基本上不是股骨颈骨折就是股骨粗隆(大腿上端最外侧硬凸出部位)骨折，股骨颈构造相对纤弱容易造成骨折可以理解，那么股骨粗隆相对粗壮又为什么也容易造成骨折呢？这可以从人体解剖学得到答案，股骨粗隆是人体髋部两侧最凸出的骨头，而且其外面就是一层薄薄的皮肤覆盖而几乎没有厚实的肌肉包裹，人一旦侧面倒地，最凸出的股骨粗隆首先着地，而且是几乎没有肌肉、脂肪层缓冲的刚性碰撞，因而最容易骨折，同时也可能传导致股骨颈骨折。
人侧面倒地首先容易造成股骨颈和股骨粗隆骨折，同理，人后坐倒地时的坐骨结节刚性着地和两腿滑脱劈叉倒地也最容易传导至股骨颈骨折。
比较令人欣慰的，一是髋关节、股骨粗隆、坐骨结节周围都由厚实的肌肉层围绕，而且两腿劈叉角度也是可以限制的。利用力的合成与分解和太极避实就虚的原理，如果能设法将关节凸出部位的硬骨头可能受到的直接撞击力，能充分进行力的分解转载至其周边柔软厚实的肌肉组织承担，定能起到以柔克刚的神奇效果；二是填充体在受到某一方位的轴向压力时，为保持填充体内压力的均衡传递，如果能使其发生整体的三维伸缩变形，使单维度的撞击动能转换为立体三维的变形势能，就会产生立体三次方的缓冲减载效果，但这只有填充流体才能做得到，而确实又不能用水、气、油类的既不透气而又容易破损的流体物质。
经过三年多的理论研究和实验探索，最终选择设计一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置的技术方案，关键是要填充的松散颗粒物质既要有流体的流动性质，又要轻柔、透气、不漏和具有一定程度的弹塑性功能。
主要技术特征：
1.构造特征：一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置，其包括腰部系带(1)，填充袋(2)，网格线(3)，髋关节外展限位系带(4)。腰部系带(1)系于裤带外面，填充袋(2)为内部填充轻柔透气松散颗粒物质的节段柱形布袋，填充袋(2)以腰部系带(1)为纲向下以格栅状分布于腰骶椎、髋关节两侧周围，填充袋(2)下端连接限位带(4)，限位带(4)位于裆下环绕两大腿形成闭环连接，网格线(3)用于填充袋(2)的定位连接。见附图1、2、3、4、5.
2.力学功能特征：一是松散颗粒填充袋可实现压强的等值传递，产生三维挤压变形动势能转换的高效减载，二是在关节周围厚实肌肉处布置填充袋，可较好地实现将直接撞击骨头关节力的力分解至周围肌肉，实现避实就虚的高效转载。
本发明的工作原理：形象地比喻就是因地制宜，分而化之，避实就虚，线面受力，统筹兼顾。
因地制宜，就是适应腰髋部结构和运动特征，在腰髋部关键部位布置节段柱状填充袋，轻柔、灵活、舒适、方便。
分而化之就是松散颗粒填充袋在受力时能产生三维伸缩变形，使碰撞动能最大程度上转化三维立体的为形变势能。
避实就虚就是将节段填充袋布置在骨关节周围厚实肌肉处，老人跌倒时，填充袋首先着地将撞击力分解转载传递给周围柔韧厚实肌肉层承担，避免骨关节与地面的直接碰撞，实现节段填充袋与肌肉脂肪层的双重变形减载转载。
线面受力就是，之所以将节段柱状填充袋横截面制成包括圆形、椭圆形和梭形，是因为其具有以下几何特征及力学特性：一是在平时不受力时松散颗粒填充袋与人体皮肤为线性接触，通透性和柔韧性好；二是其在受力时逐渐由与人体的线性小面积接触渐变为大面积的面接触，碰撞力峰值小。
统筹兼顾就是设置限位带的初衷，限位而不限行。髋关节的生理构造特征是承受体重并能前后行走和侧向挪移，所以在常态时髋关节前后平面旋转自由度大，其它方位运动自由度小。老人跌倒时的瞬间，意识一般是模糊的，大腿有可能处于随意崴扭的弯扭组合状态而不能自制，使原本薄弱的股骨颈受力状态恶化，所以老年股骨颈骨折中有相当一部分是弯扭崴断的。髋关节外展限位系带是设于裆部稍下位置环绕两大腿的限位装置，平时不限制老人的正常步态行走运动，一旦人体重心失稳大腿前后左右失控过度外崴，就会通过限位系带受到另一条腿的牵涉制约，防止髋关节过度外展弯曲折断股骨颈。
卫生安全性：构成防护装置的所有材料均环保无毒无味，能够达到国家穿着和劳保用品的卫生健康标准要求。
产品特性：设计新颖，构造简单，科学受力，穿着舒适，洗换方便，立体轻柔透气，分解转载缓冲效果好，能有效缓解或防范老年人跌倒髋关节损伤问题。
本发明的创新性：
一是在老年人安全防护问题上统筹应用《人体解剖学》、《流体力学》、《动力学》原理，创新性地将实属非液体、气体形态的松散颗粒物质等同为“流体”，将可透气、透水的布袋等同为“密闭容器”，这样就能在某种程度上适用《流体力学》、《帕斯卡定理》，“在一个施加一定压力的密闭容器内，液体将压力向各个方向等值传递”的力学原理，一个个松散颗粒填充布袋实质上就是一个个在一定程度上可以产生一定压缩变形的弹性密闭容器，具有压强向三维方向等压传递、三维立体变形的神奇功能。
二是创新提出转载减载髋关节防护技术方案。设计在髋关节周围厚实肌肉处设置松散颗粒填充袋和髋关节外展限位装置，变髋关节股骨刚性直接受力为松散颗粒填充袋三维挤压伸缩变形，首先将单向冲击动能转变为三维立体形变势能缓冲减载，同时又将减载后的能量转载至关节周围肌肉脂肪层弹性间接受力。三维立体变形减载 避实就虚弹性转载，能有效缓解普遍存在的老年人髋关节跌倒损伤突出实际问题。在老年人髋关节防护机理、防护装置构造和防护效果上都具有独特的创造性和意想不到的实质性进步。
本发明的积极效果：积极有效地预防老年人跌倒时髋关节的撞击损伤，使老年人远离跌倒股骨颈骨折病魔的困扰，避免或减轻病人痛苦和病患家庭负担，提高老年人、老年家庭和全社会的幸福生活指数。
附图说明
图1为本发明一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置示意图正视图；
图2为本发明一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置示意图左视图；
图3为本发明一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置示意图俯视图；
图4为本发明一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置填充袋(2)的一种纵断面剖视图。
图5为本发明一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置填充袋(2)的几种填充方式横断面示意图。
图中1-腰部系带，2-填充袋，3-网格线，4-限位带。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式附图作进一步详述：
参见图1、图2、图3、图4、图5
单独制成一种简易轻便通透的松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置。其包括腰部系带(1)，填充袋(2)，网格线(3)，限位带(4)。腰部系带(1)系于腰部，填充袋(2)为节段近似圆柱形，内部填充经久耐用、轻柔透气、洗涤方便、弹塑性良好的松散颗粒物质(包括自然植物种子皮壳和高分子弹性物质)的布袋，填充袋(2)以腰部系带(1)为纲向下以节段圆柱状格栅分布于腰骶椎、髋关节两侧周围，填充袋(2)下端连接限位带(4)，限位带(4)设于裆部稍下位置环绕两大腿形成闭环连接，网格线(3)采用高强耐磨的芳纶线或布条，用于填充袋(2)格栅之间的连接定位。腰部系带(1)和限位带(4)设计为带有尼龙粘扣型，便于穿脱使用方便。填充袋(2)自身三维弹塑性减载效果好，以填充直径60mm厚荞麦皮的节段圆柱袋为例，用加速度测量仪模拟试验测得，人体跌倒着地时的加速度可由无转载减载时的a＝40m/s2，能减少大约1/2左右，防护效果明显。
一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置，既可如上述制成自成一体制成简易轻便通透的格栅、网状、蒲团通透型式，也可在此基础上饰加里衬料和美观外挂面料，或与裤子、短裤、裙裤、围裙一体成型为成衣制品。
本实施例图中显示的填充袋的布局只是其中一例，可根据人体身高、胖瘦、体重和自我感受等情况，优化布局，增减设置。
以上实施例中见图4、图5，松散颗粒填充袋的纵断面形状可制成节段圆形、柱形、锥柱复合形，其填充袋单元横断面形状可制成圆形、椭圆形、扁圆形、梭形，单从力学结构上分析，球串形填充袋受力及材料利用最好，但制作工艺相对复杂，制作成本较高；扁圆形、梭形断面材料利用率相对较低，与体肤接触面积相对较大，通透性相对较差；节段圆柱形应该综合性能最好。
1.一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置，其包括腰部系带(1)，填充袋(2)，网格线(3)，限位带(4)，腰部系带(1)系于腰部，填充袋(2)为内部填充轻柔透气松散颗粒物质的节段柱形布袋，填充袋(2)以腰部系带(1)为纲向下以格栅状分布于腰骶椎、髋关节两侧周围厚实肌肉处，填充袋(2)下端连接限位带(4)，限位带(4)在裆部环绕两大腿成闭环连接，网格线(3)用于填充袋(2)之间及与系带(1)、限位带(4)的定位连接。
2.权利要求1所述的一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置，其填充袋(2)内部填充的轻柔透气松散颗粒物质，包括天然植物皮壳类或合成高分子弹性物质。
3.权利要求1所述的一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置，其中，轻柔透气松散颗粒物质为荞麦皮。
4.权利要求1所述的一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置，其填充袋(2)节段柱形布袋的横截面形状包括圆形、椭圆形、梭形或多边形。
5.权利要求1所述的一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置，其限位带(4)和坐骨结节防护格栅为可拆分附属装置，非必需配属。
6.权利要求1所述的一种松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置，包括可制成自成一体的格栅、网格、蒲团状通透简易形和对其饰加里衬、外挂面料形及与裤子、短裤、裙裤、围裙一体成型的服装形。
7.一种权利要求1所述松散颗粒填充袋转载减载髋关节防护装置在人体穿着防护技术上的应用。
技术总结