压力反馈多模式微动外固定架的制作方法

文档序号:1181489阅读:152来源:国知局
专利名称:压力反馈多模式微动外固定架的制作方法
技术领域
本发明属于医疗器械的骨折治疗用外固定装置,具体涉及一种压力反馈多模式微动外固定架。
背景技术
通常治疗肢体骨折,可采用髓针、钢板内固定技术和夹板、石膏固定、金属外固定 架等外固定技术。临床观察发现,过于坚强的固定(包括内固定和外固定)会导致骨折愈 合缓慢,而不稳定的固定会导致骨折愈合延迟,甚至不愈合。保持基本稳定的前提下,适当 的微动或压力可促进骨折的愈合。通常通过肢体锻炼、负重等方式,对骨折断端施加微动或压力刺激。但是这些方式 对骨折断端的刺激无法量化观察。而且患者活动能力和疼痛刺激等因素也影响锻炼的实 施。且内固定条件下,肢体负重的压力大多由内固定物承受,对断端的力学刺激不确实。临 床需要对骨折断端进行可控动态加压的装置,促进骨愈合。国内外学者采用外固定架结合机械结构的方式,使外固定架主动循环压缩,对断 端施加动态压力。他们的出发点以及设计思想和采用的动力方式、结构、装配等不尽相同。 以考虑频率、振幅为主。这些研究获得了初步的经验,同时也发现一些问题。如国内张先龙 等通过外固定架给予骨折断端0. 25mm不同频率的微动刺激,发现早期对骨痂形成有促进 作用。近期Jogodzinski总结国外相关研究成果,发现早期断端微动刺激,可促进骨痂的形 成,晚期微动刺激则抑制骨痂生长。其原因与晚期刚性较强的骨性骨痂形成,不能承受过大 的变形,而发生破坏有关。但是,临床观察发现骨折晚期通过负重,对断端加压对骨折愈合 起到加速作用。微动刺激实验与临床观察说明骨折晚期不适合微动刺激,只需给予一定压 力刺激,不需要明显形变,即可起到促进愈合作用。现在,国内的学者也研制出不同结构类型电动式的微动康复装置,但都存在一定 缺陷或不足。据国内文献和一些专利介绍过采用电动式的微动装置。有的利用凸轮机构实现往 复运动,频率依靠电机转速变化。往复运动的行程(微动幅度)由凸轮升程所决定。其只 能依靠更换凸轮来调节微动幅度,实用性差,并且骨折断端所获得的压力是无法确定的。也有采用微型直流电机带动丝杠使机构实现往复运动的(中国专利申请号 021371775. X)。该装置在骨折康复期间的切入点是频率、时间和振幅为主,实现了周期性微 动,但其仅仅实现了位移刺激(也即上述的微动刺激)的调节,并且丝杠结构可能存在一定 间隙,不利于精确调控。最重要的是该装置无法确定断端压力。综上说明只可施加应变刺激(即断端微动)的外固定架(例如中国专利 02137175. X)并不能满足骨折愈合各个阶段的需要,而且有可能起到抑制愈合的反作用。因 此根据愈合阶段采用不同的力学刺激方式,针对性治疗才可达到好的治疗效果。如何判断愈合阶段是另一重要难题。骨折愈合分血肿形成、纤维骨痂、软骨骨痂、 骨性骨痂多个阶段。现有实验结果均采用长骨横断模型或横骨折患者,骨折一致性很好,可通过时间判断愈合阶段。而临床应用时,由于个体差异、骨折类型不同等原因,即使恢复时 间相同,不同个体骨折愈合情况差异也会很大。而且临床上,除骨性骨痂可在X线片上观察 夕卜,其他阶段常规方法无法有效识别。利用现有骨折微动外固定系统均无法判断愈合阶段, 因而不能制定针对性力学刺激治疗方案。为应用于临床,提高治疗效果,判断骨折愈合阶段 是必须解决的问题。

发明内容
本发明为了解决现有技术中骨折康复外固定架不能判断愈合阶段,不能全面提供 各愈合阶段骨折断端所需的刺激,甚至会起到抑制愈合的不良作用的问题,提供了一种数 字化自动控制的压力反馈多模式微动外固定架。本发明采用如下的技术方案实现压力反馈多模式微动外固定架,包括与断骨连接的两个夹针固定器,可使两个夹 针固定器产生相对位移的机械加压装置,其特征在于所述机械加压装置上设置压力反馈装 置,压力反馈装置连接控制器,控制器又与机械加压装置的驱动连接。所述的机械加压装置包括与两夹针固定器分别连接的导柱、导套,导柱上安装机 械加压装置的驱动,导套上安装压力反馈装置,压力反馈装置上安装与驱动输出端连接的 往复运动元件连接。所述的机械加压装置的驱动可以为直线电机,压力反馈装置为压力传感器,往复 运动元件为压力杆,控制器为DSP,导柱上安装有直线电机座,用于固定由控制器控制的直 线电机,导套上安装传感器座,传感器座上安装有可向控制器传输信号的压力传感器,压力 传感器上安装与直线电机的输出端连接的压力杆。直线电机输出端通过左右旋螺纹联轴器 连接压力杆。所述的机械加压装置的驱动可以为步进电机,压力反馈装置为压力传感器,往复 运动元件为滚珠丝杆螺母副,控制器为DSP,导柱上安装有步进电机座,用于固定由控制器 控制的步进电机,导套上安装传感器座,传感器座上安装有可向控制器传输信号的压力传 感器,压力传感器上安装与步进电机的输出端连接的滚珠丝杆螺母副。步进电机的输出端 与滚珠丝杆通过弹性联轴器连接。夹针固定器通过球面万向节分别与导柱、导套连接。压力反馈装置感受压力,传输到控制器(如DSP、单片机等),控制器根据设定条件调节控制驱动,驱动带动往复运动元件达到设定压力或位移,压力数据和位移数据均通过 控制器显示。在动力执行元件(步进电机)、滚珠丝杠螺母副以及压力反馈装置的选用和总体 结构的考虑等等均采取了先进的、易普及的、低成本的且容易实现数字化控制、高精度的元 器件和设计。步进电机、滚珠丝杠螺母副是实现数字化控制的常用配置。由于采用步进电 机,因此,可以方便的使用DSP等控制器对其控制。滚珠丝杠螺母副无间隙、摩擦系数小、 机械效率高等良好表现为获得准确数据提供了基本保障。而直线电机也是近些年发展为 成熟、先进的产品;控制也容易实现;可直接实现往复直线运动,可减少一些运动的转换机 构;为各种不同使用者提供更广泛的选择空间。由于骨折愈合各阶段力学性质(如弹性模量)有很大不同(血肿阶段最软,纤维骨痂,软骨骨痂到骨性骨痂硬度逐渐增加),本发明采用加压后测量形变或形变后测压(控 制器和传感器配合作用,控制施加压力测量断端处组织的形变,或者控制断端处组织的形 变测量其产生的抗力),所获得形变数据或者压力数据就可以反映骨折断端的力学性质,判 断愈合阶段,从而给予针对性的力学刺激方案,提高疗效。刺激方案可采用设定位移模式,也可采用设定压力模式(设定压力条件下控制器 根据压力传感器数据调节电机工作达到设定压力,设定位移条件下控制器根据设定距离直 接调节电机工作达到设定距离)。其他相关参数(如频率、时间等)均可通过控制器编程 设定。本发明所述的装置,综合考虑到骨折断端的复杂性、随机性,可根据患者在不同的康复阶段,准确获知骨折断端的力学性质,判断愈合阶段,根据获得的断端信息,进行力学 刺激。除可采用控制位移的模式进行加压外,还可采用控制压力进行加压的模式,对断端施 加动态压力,避免某些阶段位移模式对骨痂生长的抑制。各种刺激模式的各项参数均可调 节,可实现力学刺激方式的个体化应用。如上所述,本发明与现有技术相比首先通过动态加压而获取的信息,测定断端力 学性质,判断骨折愈合的不同阶段,然后分别给予不同模式(位移刺激模式或压力刺激模 式)的周期性力学刺激。克服了现有设计无法判断断端愈合阶段情况,无法针对性调整力 学刺激的弊端。并且实现了动态压力刺激模式,克服了单独位移刺激模式在骨折愈合后期 导致骨痂破坏的缺陷。各种刺激模式的频率、压力、振幅等参数均可通过控制器调节,实现 治疗方案的个体化、数字化,容易获得令人满意的疗效。


图1为本发明直线式结构的示意2为图1的侧视3为本发明步进式结构的示意4为图3的侧视中1-直线电机,2-螺栓I,3-螺母,4-直线电机座,5-导柱,6-左右旋螺纹联轴 器,7-压力杆,8-锁紧螺母,9-螺栓II,10-传感器座,11-压力传感器,12-螺栓III,13-侧 压板,14-球面万向节,15-夹针固定器,16-传感器座压板,17-导柱和导套座压板,18-导 套,19-导柱和导套座,20-电机座压板,21-步进电机,22-步进电机座,23-弹性联轴器, 24-滚珠丝杠螺母副。
具体实施例方式结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明。压力反馈多模式微动外固定架,包括与断骨连接的两个夹针固定器15,可使两个 夹针固定器产生相对位移的机械加压装置,其特征在于所述机械加压装置上设置压力反馈 装置,压力反馈装置连接控制器,控制器又与机械加压装置的驱动连接。所述的机械加压装置包括与两夹针固定器分别连接的导柱5、导套18,导柱5上安 装机械加压装置的驱动,导套上安装压力反馈装置,压力反馈装置上安装与驱动输出端连 接的往复运动元件连接。机械加压装置的驱动可为直线电机1、步进电机21或者变频电机等。压力反馈装置为各种类型的压力传感器11。往复运动元件和驱动配合。控制器为DSP、 单片机或者微电脑。所述的机械加压装置的驱动为直线电机1时,压力反馈装置为压力传感器11,往 复运动元件为压力杆7,控制器为DSP,导柱5上安装有直线电机座4,用于固定由控制器控 制的直线电机1,导套18上安装传感器座10,传感器座10上安装有可向控制器传输信号的 压力传感器11,压力传感器11上安装与直线电机1的输出端连接的压力杆7。在临床装配 时,当特制固定板15与断骨连接好后,旋入球面万向节14,将导柱、导套座19的凹型球面与 球面万向节配和并将侧压板13用螺栓连接,然后分别安装导柱、导套压板17压牢。之后将 直线电机座4、传感器座10用电机座压板20、传感器座压板16及螺栓分别和导柱、导套连 接。在直线电机座上安装直线电机,在传感器座上安装压力传感器11。由压力传感器孔穿 入压力杆7,并旋紧锁紧螺母8及左右旋螺纹联轴器6。
机械加压装置的驱动为步进电机21时,压力反馈装置为压力传感器11,往复运动 元件为滚珠丝杆螺母副24,控制器为DSP,导柱5上安装有步进电机座22,用于固定由控制 器控制的步进电机21,导套18上安装传感器座10,传感器座10上安装有可向控制器传输 信号的压力传感器11,压力传感器11上安装与步进电机21的输出端连接的滚珠丝杆螺母 副24。在临床装配时,当夹针固定器15连接打入骨内螺纹针或骨圆针后,旋入球面万向节 14,将导柱和导套座19的凹型球面与球面万向节相配合,并将侧压板13用螺栓连接,然后 分别安装导柱5、导套18。之后将步进电机座22及传感器座10用电机座压板20和传感器 座压板16及螺栓分别与导柱、导套连接。在步进电机座22上安装步进电机21,在传感器座 10上安装压力传感器11。在压力传感器11上安装滚珠丝杠螺母副24,旋转滚珠丝杠逐渐 接近步进电机轴时、安装弹性联轴器23与步进电机的输出轴连接。用微电机作为成熟的动力执行元件已有许多使用经验。除体积小、重量轻,还有噪 声小,易控制,精度高,低压、安全等等优势被广泛使用在各行各业。所以本发明采用微电机 带动往复运动元件实现直线往复运动,如直线电机带动压力杆,步进电机带动滚珠丝杠螺 母副。控制电机的快慢及行程即可达到所需频率、振幅要求。压力范围0-500N;频率范围 0. 25-5Hz ;振幅0. 25-3mm。三项参数指标可分段任意组合。在临床应用时,采用先加压后测量形变,获得骨断端的力学性质,判断愈合阶段, 然后给予针对性的力学刺激方案,达到辨症施治的效果。除可采用控制位移的模式进行加 压外,还可采用控制压力进行加压的模式,对断端施加动态压力,避免骨愈合后期位移模式 对骨痂生长的抑制。各种刺激模式的各项参数均可调节,实现了力学刺激方式的多样性,并 实现自动控制。
权利要求
一种压力反馈多模式微动外固定架,包括与断骨连接的两个夹针固定器(15),可使两个夹针固定器产生相对位移的机械加压装置,其特征在于所述机械加压装置上设置压力反馈装置,压力反馈装置连接控制器,控制器又与机械加压装置的驱动连接。
2.根据权利要求1所述的压力反馈多模式微动外固定架,其特征在于所述的机械加压 装置包括与两夹针固定器分别连接的导柱(5)、导套(18),导柱(5)上安装机械加压装置的 驱动,导套上安装压力反馈装置,压力反馈装置上安装与驱动输出端连接的往复运动元件 连接。
3.根据权利要求2所述的压力反馈多模式微动外固定架,其特征在于所述的机械加 压装置的驱动为直线电机(1),压力反馈装置为压力传感器(11),往复运动元件为压力杆 (7),控制器为DSP,导柱(5)上安装有直线电机座(4),用于固定由控制器控制的直线电机 (1),导套(18)上安装传感器座(10),传感器座(10)上安装有可向控制器传输信号的压力 传感器(11),压力传感器(11)上安装与直线电机⑴的输出端连接的压力杆(7)。
4.根据权利要求2所述的压力反馈多模式微动外固定架,其特征在于机械加压装置的 驱动为步进电机(21),压力反馈装置为压力传感器(11),往复运动元件为滚珠丝杆螺母副 (24),控制器为DSP,导柱(5)上安装有步进电机座(22),用于固定由控制器控制的步进电 机(21),导套(18)上安装传感器座(10),传感器座(10)上安装有可向控制器传输信号的 压力传感器(11),压力传感器(11)上安装与步进电机(21)的输出端连接的滚珠丝杆螺母 副(24)。
5.根据权利要求3所述的压力反馈多模式微动外固定架,其特征在于直线电机(1)输 出端通过左右旋螺纹联轴器(6)连接压力杆(7)。
6.根据权利要求4所述的压力反馈多模式微动外固定架,其特征在于步进电机(21)的 输出端与滚珠丝杆通过弹性联轴器(23)连接。
7.根据权利要求5或6所述的压力反馈多模式微动外固定架,其特征在于夹针固定器 (15)通过球面万向节(14)分别与导柱(5)、导套(18)连接。
全文摘要
本发明属于医疗器械的骨折治疗用外固定装置,具体涉及一种压力反馈多模式微动外固定架,解决了现有骨折康复外固定架不能判断愈合阶段,不能全面提供各愈合阶段骨折断端所需的刺激,甚至会起到抑制愈合的问题。其包括与断骨连接的两个夹针固定器,可使两个夹针固定器产生相对位移的机械加压装置,所述机械加压装置上设置压力反馈装置,压力反馈装置连接控制器,控制器又与机械加压装置的驱动连接。本发明克服了现有设计无法判断断端愈合阶段情况,无法针对性调整力学刺激的弊端,实现动态压力刺激模式,克服了单独位移刺激模式在骨折愈合后期导致骨痂破坏的缺陷,实现治疗方案的个体化、数字化,容易获得令人满意的疗效。
文档编号A61B17/60GK101797176SQ20101010666
公开日2010年8月11日 申请日期2010年1月31日 优先权日2010年1月31日
发明者卫小春, 李凯, 翟宁 申请人:卫小春;李凯;翟宁
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