一种骨块间轴向加压力可调的骨折外固定架的制作方法

本发明属于医疗器械设备技术领域，具体涉及一种骨块间轴向加压力可调的骨折外固定架。

背景技术：

骨折临床治疗时需要将骨折复位并固定，恢复骨折块间的解剖关系，重建骨骼的稳定性，恢复骨骼作为人体支架的生理功能；同时需要为骨折愈合提供适宜的生物学环境，例如尽量减少对软组织和骨膜的破坏、保持充足的血液循环、保持骨折块间适度加压，以促进骨折愈合。现代骨折治疗在ao原则的基础上提出新的bo（biologicalosteosynthesis）理念，在重视骨折固定的机械力学特性的同时，更加重视固定的生物学特性，使用间接复位方式来降低手术创伤，以比较弹性的固定方式促进骨痂的形成。骨折治疗的早期ao原则要求坚强固定、绝对稳定，新的ao原则改变为要求稳定的固定、相对稳定，认为弹性固定中骨折端的微动能刺激骨痂快速生长，并且减少过于坚强的固定引起的并发症。以现有的骨折固定器材（骨折外固定支架、髓内钉或内固定接骨板）对骨折进行弹性固定时，如果固定强度适度，骨折获得稳定固定的同时，骨折块间产生适度微动，能够刺激骨痂形成进而骨折愈合；如果固定强度过低，稳定性不足，骨折块间活动度过大，虽然有大量骨痂，仍然会出现骨折不愈合（增生性骨折不愈合）；如果固定强度过高，骨折块间过于稳定，不能产生有效微动，则无法有效刺激骨痂生长，形成骨折不愈合（萎缩性骨折不愈合）。采用现有的这些骨折固定器材对骨折进行弹性固定时，提高骨折固定的稳定性与保存骨块间的微动这两者间是矛盾的。通常的做法是牺牲部分稳定性来使骨折块间获得一定的微动，例如目前应用广泛的锁定接骨板（lcp）在应用于骨折固定时，由于锁定钉固定的稳定性高，以较短钢板对骨折进行小跨度固定时，对骨折的固定过于坚强，会引起应力遮挡，骨折块间微动不足出现萎缩性骨折不愈合，同时应力集中增加钢板断裂的机会。为减少应力遮挡，使骨块间获得一定的微动，多采用桥接技术，即选择更长钢板，增加跨度，减少固定螺钉。这样以来，在跨度加大后，通过接骨板的变形，允许骨折处微动，这种技术实际上牺牲了使用更长钢板带来的稳定性的一部分，来获得骨折块间的一定程度的微动，但是使用更长钢板实际上也加大了手术创伤。这种折中的做法却并不是总能够成功，在更为复杂的情况下时常难以兼顾骨折稳定性与保持骨折块间微动这两者，例如以现有的单侧外固定架固定长骨的复杂的粉碎骨折时，骨折端的稳定性时常不足，容易出现侧方移位、成角移位与旋转移位，有些骨科医生会在以外固定架固定骨折的同时加用有限的内固定（以较短的内置钢板固定骨折端两侧的有限区域）以加强稳定性，这是因为在骨折本身十分不稳定的情况下，即便完全不顾及骨折块间的微动，重建骨骼的稳定性已经极其困难，但是加用有限内固定必然也限制了骨折端的骨块间的微动，容易引起萎缩性的骨折不愈合。近年来有医生尝试将lcp作为外支架放置于体外用于固定骨折，也取得较好的治疗效果，但是提高固定的稳定性与保留骨块间适度微动之间的矛盾是同样存在的。以现有的外固定支架固定骨折时的情况与将锁定接骨板作为外支架使用时的情况是类似。需要说明的是，在骨折固定中，骨块间的轴向压力使骨折块间适当加压有利于刺激骨痂生长，促进骨折愈合，而其他形式的移位倾向(侧方移位、分离移位、旋转移位)被认为对于骨痂形成骨折愈合是不利的；例如uhthoff领导的研究小组认为：唯一可以提高板下骨折愈合的方法是构建骨折点的微动，但微动必须限制在长轴方向上，要限制弯曲、扭转、剪切运动（backmand,uhthoffh,poitrasp,etal.mechanicalperformanceofafractureplateincorporatingbioresorbableinserts[j].jbonejointsurgproceedbr,2004,86(suppl):300.）；所谓保持骨折块间适度微动，即是要保留骨折块间的适度轴向加压。采用现有骨折固定器材对骨折进行固定时的矛盾之处在于：假如对骨折端进行牢固的固定，会产生应力遮挡；在限制了骨块之间的有害的横向、分离及旋转移位的同时，骨折块间轴向加压力同样减小，无法有效刺激骨痂生长，骨痂生成量不足将引起骨折不愈合（萎缩性骨折不愈合）；假如牺牲部分稳定性使骨折端的骨块间获得微动，又会增加横向、分离及旋转移位倾向，容易引起骨块间缝隙加大，继而出现骨折对位不良，虽然有骨痂形成，却无法愈合（增生性骨折不愈合）。综上所述，采用现有的骨折固定器具对骨折进行弹性固定时，提高骨折固定的稳定性与保存骨块间的微动这两者间是矛盾的，在保持固定足够稳定的同时常无法保持骨折端的骨块间适度轴向加压，造成骨折不易愈合。

技术实现要素：

为了解决了使用现有骨折固定器材对骨折进行稳固固定时，常无法使骨折块间适度加压这一问题。本发明提供一种骨块间轴向加压力可调的骨折外固定架，在对骨折进行稳定固定的同时，能够避免过度的应力遮挡，对骨块间的轴向加压力实现灵活的量化调控，使其处于适宜水平，促进骨折愈合。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将架杆（可以是钢板或连杆）分段（分为两段或两段以上），每段架杆的一端或两端带有插头或接口，插头或接口内带有弹簧装置（金属弹簧、气弹簧、弹性物质垫中的一种或几种），插头与接口插接后构成可调节骨块间轴向加压力的连接装置，通过这一连接装置将分段的架杆组成整体性的组合架杆，将此组合架杆作为外固定架的主支架使用。以钢板作为架杆的外固定架，其钢板上的开孔为锁定孔，使用的螺钉为锁定螺钉，通过将锁定螺钉尾部拧紧于锁定孔，使螺钉与钢板连接固定。以连杆作为架杆的外固定架，其螺钉通过夹子与连杆连接固定。通过调节弹簧装置的弹力大小，可以调节此连接装置对其两侧的两段架杆在长轴方向上的作用力，进而调节骨块间轴向加压力。弹簧装置可以是金属弹簧，可以是气弹簧，可以是弹性物质垫，也可以将上述三种弹簧装置中的两者或三者组合使用，构成组合式的弹簧装置。弹簧装置可以不与传动装置连接而单独使用（例如图5、图6、图11中气弹簧作为弹簧装置，无传动装置）；也可以与传动装置连接（例如图7中金属弹簧作为弹簧装置，连接液压传动装置；图8中金属弹簧作为弹簧装置，连接机械传动装置；图9中弹性物质垫作为弹簧装置，连接液压传动装置；图10中弹性物质垫作为弹簧装置，连接机械传动装置），通过传动装置完成力的传导，并通过传动装置更加方便的调整弹簧装置的弹力大小。插头的外形与接口内壁的形状为非正圆形（图12中优选八角形），接触面光滑并紧密贴合，以消除相互间的旋转移位和成角移位，允许相互间在长轴方向上滑动；接口的外壁为圆形，带有螺纹，接口的外径与盖形定位螺帽5的内径相适应，盖形定位螺帽5为一个带盖的螺帽，其盖面上带有开孔，其内壁螺纹与接口外壁的螺纹相适应，盖形定位螺帽盖面上的开孔允许架杆通过，较大的插头无法通过，当插头与接口插接后，使盖形定位螺帽沿着螺纹移动至适当位置，盖形定位螺帽将会限定插头与接口的相对位置，限制插头相对于接口的超过这一位置的分离移位，而不限制插头与接口间的相向滑动。由分段的架杆通过连接装置组合形成的整体性的组合架杆，作为主支架可以单独使用（例如图3），也可以安装副支架后使用（例如图4），以增加螺钉的固定角度，扩大固定范围，增加固定强度。当骨折完成复位并以组合架杆完成固定后，根据骨折处承受的负荷的大小，调节连接装置中弹簧装置的弹力至适当水平，使骨折端的骨块间加压（例如肢体骨折手术后静息休息期，肢体承受的负荷小，可以调节弹簧装置的弹力为拉力，使两段架杆间加压，即可使骨块间适度加压；例如肢体骨折手术后功能锻炼期，肢体承受较大强度的负荷，可以调节弹簧装置的弹力为压力，在肢体承受的轴向加压负荷小于弹簧压力时，弹簧装置无压缩，负荷全部通过架杆由肢体的一端传导至肢体另一端，骨折端骨块间无加压，而当骨骼承受的轴向加压负荷超过弹簧压力时，弹簧装置压缩，超出的负荷可以部分的传导至骨折端的骨块间，使骨块间轴向加压，根据肢体承受的轴向负荷的强度，调节弹簧的压力，可以使传导至骨折端的负荷处于适宜的水平，就可以使骨块间的轴向压力保持在适宜水平）。

本发明的有益效果是，在对骨折进行稳定固定的同时，能够避免过度的应力遮挡，对骨块间的轴向加压力实现灵活的量化调控，使其处于适宜水平，促进骨折愈合。既可以使骨折得到高稳定性的固定，又同时保持骨折块间的适度微动（适度轴向加压）。保持骨折块间适度微动的同时保持骨折得到高稳定性，使发生骨折的骨骼能够早期活动，减轻骨折固定后肢体废用引起的肌肉萎缩、关节僵硬、废用性骨质疏松。骨折得到高稳定性固定的同时不会出现骨折端的应力遮挡，使骨折端的骨块间适度加压，生成的骨痂质量好，强度高，降低了去除内固定后再发骨折的风险。由于骨块间轴向加压力可调，功能锻炼的强度并不会影响骨折块间的轴向加压，康复训练量可以按照不同病人的个体差异灵活安排。以本发明固定同一肢体发生的多处骨折时，由于骨块间轴向加压力可调，每一处骨折都可以根据固定后的稳定性与骨痂生长情况设定不同强度的轴向加压力，同一强度下的肢体功能锻炼不会引起不同骨折部位的不同愈合过程间的相互干扰。以本发明固定骨折时，由于获得骨折高稳定性的同时不会失去骨折块间适度微动，可以允许更高强度的固定，可以加用副支架增加固定角度，扩大固定范围，增加固定稳定性。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步详细描述。

附图说明

图1：为以钢板作为架杆、以连接装置连接的外固定架的外观图；

图2：为以连杆作为架杆、以连接装置连接的外固定架的外观图；

图3：为采用三段钢板组合为整体性的组合架杆（作为主支架）固定同一长骨上的两处骨折的实施例的示意图；

图4：为以两段钢板组合为整体性的组合架杆（作为主支架），安放副支架（增加固定角度，扩大固定范围）固定靠近干骺端的骨折的实施例的示意图；

图5：为采用带有气弹簧的连接装置连接两段钢板，组合为整体性的组合架杆的外固定架的剖面图；

图6：为以气弹簧作为弹簧装置的连接装置的剖面图；

图7：为采用液压传动并以金属弹簧作为弹簧装置的连接装置的剖面图；

图8：为采用机械传动并以金属弹簧作为弹簧装置的连接装置的剖面图；

图9：为采用液压传动并以弹性物质垫作为弹簧装置的连接装置的剖面图；

图10：为采用机械传动并以弹性物质垫作为弹簧装置的连接装置的剖面图；

图11：为采用组合式的弹簧装置（气弹簧与弹性物质垫组合构成）的连接装置的剖面图；图12：为插头与接口插接后的横截面的示意图；

图13：为盖形定位螺帽的盖面示意图；

图14：为以钢板作为架杆的外固定架的主支架横截面图；

图15：为以钢板作为架杆的外固定架的副支架横截面图；

图16：为以钢板作为架杆的外固定架的主支架与副支架组合使用时的横截面图。

附图标记说明：

1—连接装置的接口；2—连接装置的插头；3—气弹簧（充有空气的气压缸）；

3.1—充有液体的液压缸；4—充气（液）孔；5—盖形定位螺帽；

6—金属弹簧；6.1—弹性物质垫；7—传动板；7.1—机械传动装置的传动板

8—加压螺母；9—承压滚珠轴承；10—以钢板作为架杆的外固定架的主支架；

11—以钢板作为架杆的外固定架的副支架；12—螺钉；13—骨；

14—以连杆作为架杆的主连杆；15—用以连接连杆与螺钉的夹子；16—螺钉。

具体实施方式：

在实施例1中，以钢板作为架杆的主支架10（将两段钢板以带有气弹簧的连接装置组合成整体性的组合架杆），与螺钉16连接，参见图1、图5，共同构成外固定架。钢板分为两段，分别带有连接装置的接口1与连接装置的插头2，插头与接口插接后构成连接装置，其中的密闭空间为充有空气的气压缸3，由于空气的可压缩性，封闭的充有空气的气压缸3即成为空气弹簧装置，通过充气孔4，可以充入或抽出空气，使空气弹簧的弹力改变，通过充气孔（也可以在气压缸上另外开孔）可以连接气压计，测定空气室内的气体压强，结合气弹簧横截面积可以推定气弹簧的弹力，从而对弹力进行定量控制。接口的外壁为圆形，带有螺纹，接口的外径与盖形定位螺帽5的内径相适应，盖形定位螺帽5为一个带盖的螺帽，其盖面上带有开孔，其内壁螺纹与接口外壁的螺纹相适应，盖形定位螺帽盖面上的开孔允许架杆通过，较大的插头无法通过，当插头与接口插接后，使盖形定位螺帽沿着螺纹移动至适当位置，盖形定位螺帽将会限定插头与接口的相对位置，限制插头相对于接口的超过这一位置的分离移位，而不限制插头与接口间的相向滑动，因此空气弹簧不能超出这一位置进一步伸长，只可以缩短。分段的钢板通过连接装置组合成为整体性的组合架杆，组合架杆作为主支架用来固定骨折时，首先在气压缸内预留一定量的空气，当骨折完成复位，如同使用其它外固定架固定骨折时那样将骨骼与组合架杆通过螺钉固定在一起（锁定螺钉的尾部拧入钢板上的锁定孔），完成固定（需要注意将架杆的长轴与骨骼的长轴保持平行），然后根据肢体承受的轴向负荷大小，调节空气弹簧的弹力，使骨折端的骨折块间的加压。例如在手术后患肢保持静息状态时（肢体不承受轴向负荷或承受少量轴向负荷），可以通过充气孔抽出部分空气，使空气弹簧输出拉力，拉动连接装置两侧的两段钢板在长轴方向上相互靠近，可以使复位后的骨折端骨块间更为严密的对合，并且获得轴向加压，这时将盖形定位螺帽适当拧紧，固定插头的位置，确保插头与接口间不会发生超过这一位置的分离移位，通过充气孔（也可以在气压缸上另外开孔）可以连接气压计，测定空气压强，推算出弹簧装置输出的拉力大小，实现对骨折块间轴向加压力的定量控制。例如在骨折固定术后开始肢体功能锻炼时（肢体承受一定量的轴向加压负荷），首先确认盖形定位螺帽已拧紧，连接装置两端的钢板无分离移位，然后调整空气弹簧的弹力，通过充气孔充入空气，使空气弹簧输出压力（由于盖形定位螺帽的限制，空气弹簧输出的压力不会使连接装置两端的钢板发生分离移位，骨折块间也就不会发生分离移位），在肢体承受的轴向加压负荷小于气弹簧压力时，空气弹簧无压缩，负荷全部通过架杆由肢体的一端传导至肢体另一端，骨折端骨块间无加压，而当骨骼承受的轴向加压负荷超过气弹簧压力时，空气弹簧压缩，超出的负荷可以部分的传导至骨折端的骨块间，使骨块间轴向加压，根据肢体承受的轴向负荷的强度，调节空气弹簧的压力，可以使传导至骨折端的负荷处于适宜的水平，就可以使骨块间的轴向压力保持在适宜水平。

在实施例2中，以钢板作为架杆的主支架10（将两段钢板以连接装置组合成整体性的组合架杆，连接装置内带有的弹簧装置可以是气弹簧3，参见图5、图6；可以是金属弹簧6，参见图7、图8；可以是弹性物质垫6.1，参见图9、图10；也可以将上述三种弹簧装置中的两者或三者组合使用，构成组合式的弹簧装置，参加图11），与螺钉16连接，参见图1，共同构成外固定架。

在实施例3中，以连杆作为架杆的主支架10（将两段连杆以连接装置组合成整体性的组合架杆，连接装置内带有的弹簧装置可以是气弹簧3，参见图5、图6；可以是金属弹簧6，参见图7、图8；可以是弹性物质垫6.1，参见图9、图10；也可以将上述三种弹簧装置中的两者或三者组合使用，构成组合式的弹簧装置，参加图11），与螺钉16连接，参见图2，共同构成外固定架。

在实施例4中，连接两段架杆的连接装置内带有的弹簧装置是金属弹簧6，使用液压传动装置，参见图7，液压缸3.1内充有液体，因液体不可压缩，通过充液孔注入或抽出液体时，传动板7位置变动，使金属弹簧压缩或伸长，进而使其弹力改变。向液压室内抽出液体时，金属弹簧伸长，输出拉力，拉动连接装置两侧的两段钢板在长轴方向上相互靠近；向液压室内注入液体时，金属弹簧缩短，输出压力。通过充液孔（也可以在液压缸上另外开孔）可以连接液压计，测量两段架杆间的弹力大小。盖形定位螺帽的设置和使用与实施例1中相同。

在实施例5中，连接两段架杆的连接装置内带有的弹簧装置是金属弹簧6，使用机械传动装置，参见图8，加压螺母8位于接口后，其内壁带有螺纹，与架杆上的螺纹相适应，可以沿架杆移动，加压螺母与传动板7.1（与液压传动装置简单的传动板不同，机械传动装置的传动板更为复杂，由两块平行金属板与三根以上的支撑柱构成，支撑柱穿过接口底部的孔）之间是承压滚珠轴承9，将加压螺母的转动转变为传动板的直线运动，转动加压螺母，传动板位置变动，使金属弹簧伸长或压缩，进而使其弹力改变。通过改变加压螺母的位置，可以使金属弹簧的长度改变，调整其弹力；转动加压螺母使其远离连接装置的中心时，金属弹簧伸长，输出拉力，拉动连接装置两侧的两段钢板在长轴方向上相互靠近；转动加压螺母使其靠近连接装置的中心时，金属弹簧缩短，输出压力。盖形定位螺帽的设置和使用与实施例1中相同。

在实施例6中，连接两段架杆的连接装置内带有的弹簧装置是弹性物质垫6.1，使用液压传动装置，参见图9，液压缸3.1内充有液体，因液体不可压缩，通过充液孔注入或抽出液体时，传动板7位置变动，使弹性物质垫压缩或伸长，进而使其弹力改变。向液压室内抽出液体时，弹性物质垫伸长，输出拉力，拉动连接装置两侧的两段钢板在长轴方向上相互靠近；向液压室内注入液体时，弹性物质垫压缩，输出压力。通过充液孔（也可以在液压缸上另外开孔）可以连接液压计，测量两段架杆间的弹力大小。盖形定位螺帽的设置和使用与实施例1中相同。

在实施例7中，连接两段架杆的连接装置内带有的弹簧装置是弹性物质垫，使用机械传动装置，参见图10，加压螺母8位于接口后，其内壁带有螺纹，与架杆上的螺纹相适应，可以沿架杆移动，加压螺母与传动板7.1（与液压传动装置简单的传动板不同，机械传动装置的传动板更为复杂，由两块平行金属板与三根以上的支撑柱构成，支撑柱穿过接口底部的孔）之间是承压滚珠轴承9，将加压螺母的转动转变为传动板的直线运动，拧动加压螺母，传动板位置变动，使弹性物质垫伸长或压缩，进而使其弹力改变。通过改变加压螺母的位置，可以使弹性物质垫变形，调整其弹力；拧动加压螺母使其远离连接装置的中心时，弹性物质垫伸长，输出拉力，拉动连接装置两侧的两段钢板在长轴方向上相互靠近；拧动加压螺母使其靠近连接装置的中心时，弹性物质垫压缩，输出压力。盖形定位螺帽的设置和使用与实施例1中相同。

在实施例8中，参见图11，连接两段架杆的连接装置内带有的弹簧装置是弹性物质垫和其弹簧组合构成，通过充气孔4，可以充入或抽出空气，使空气弹簧的弹力改变，与之相连的弹性物质垫同时发生形变，相当于空气弹簧与弹性物质垫两种弹簧装置串联，构成组合式的弹簧装置。盖形定位螺帽的设置和使用与实施例1中相同。

在实施例9中，参见图3，骨骼有两处骨折，以分为三段的架杆组成的组合支架固定骨折，在肢体进行一定强度的功能锻炼时，可以依据锻炼强度以及骨折复位后的稳定程度与骨痂生长情况，分别调整两个连接装置的弹簧装置的弹力，使两处骨折的骨块间得到不同程度的轴向加压力。

在实施例10中，参见图4，架杆的一端固定于骨干，另一端加装副支架后固定于骨的干骺端，副支架提供了更大的固定范围与固定角度，固定更为稳固。