用于医疗装置的双向热致动部件的制作方法

用于医疗装置的双向热致动部件
1.交叉引用内容
2.本技术要求在2020年2月14日提交的申请序列号为62/976,841、名称为“用于医疗装置的双向热致动部件”的美国临时专利申请的权益和优先权，其全部内容通过引用结合于本技术中。
技术领域
3.本发明涉及一种用于医疗装置的双向热致动部件。更具体地，本发明涉及一种致动器部件，该致动器部件通过施加或产生热量而被启用，以便可按照预测的方式膨胀或收缩，从而调节医疗装置。虽然优选用于医疗装置，该部件也可以用于其他应用。


背景技术：

4.现有多种用于驱动、校正或进行方向上的对准和/或为患者提供压缩和/或牵引的医疗装置。其中许多传统装置仅为手动致动的调节元件，例如旋转螺丝扣等。一些装置使用由电池驱动的电动机和减速机实现对准或进行压缩和牵引，这些电动装置通常复杂且昂贵。此外，这些装置失误率高，不限于失控的灾难性失误。在某些情况下，用户可能会出现错误或不完整输入，进而可能导致不正确的操作。在某些情况下，电动机或减速机可能会出现故障或失灵。即使用户输入正确，装置也可能未能成功接收输入或未能正确输出。在不同情况下，装置可能根本无法运行，或过度运行。电动机可能会在相对无限制的行程范围内继续运行(或无法运行)，进而可能会对用户造成不利影响。事实上，这类错误不易被察觉，直到用户下一次看病由医生直接观察，或者通过一系列x射线来评估是否一切正常。
5.在使用手动驱动的操纵器时，用户可能会忘记按要求输入或者输入错误。这类错误通常只能在下一次看病时才被发现。
6.因此，有必要提供一种用于医疗装置的致动器部件，以及使用该致动器的医疗装置，或者解决上述和其他问题的其他应用。


技术实现要素：

7.本发明的目的之一是提供一种双向热致动部件，该部件安全性高并且相对于输入输出有限。在实施例中，该组件输出有限，消除了发生严重或甚至可能灾难性错误的可能性。
8.在实施例中，双向热致动部件可以使用随温度变化在固体和液体之间转变形态的材料，并且可以像蜡笔或石蜡等材料一样无害。
9.在实施例中，双向热致动部件安全性高，并且可以传送数据，以便确认给定的输入能够获得正确的输出。在实施例中，数据可以通过互联网或其他通信系统或网络与医生或其他医疗专业人员共享，以便于对患者的远程监控，从而可以减少多次就诊和x射线的需要和成本，并可进行调整。
10.根据本公开的实施例的热致动部件包括：柔性容器元件，所述柔性容器元件能够
在第一方向上膨胀到膨胀位置，并被偏置以返回到缩回位置；热响应材料，所述热响应材料储存在所述柔性容器中；和加热元件，所述加热元件被定位成使得当所述加热元件被启用时，由所述加热元件产生的热量熔化所述热响应材料，使得所述柔性容器膨胀到所述膨胀位置，并且当所述加热元件被停用时，所述热响应材料随着冷却而收缩，使得所述柔性容器返回到所述缩回位置。
11.在实施例中，所述热响应材料为共晶蜡。
12.在实施例中，所述柔性容器包括至少一个形成于其中的第一开口。
13.在实施例中，所述第一开口被配置成接纳所述第一加热元件的至少一部分。
14.在实施例中，所述热致动部件还包括活塞，所述活塞被定位于所述第一开口中，以将所述热响应材料保持在所述柔性容器中。
15.在实施例中，所述活塞还包括形成于其中并且被配置成接纳所述加热元件的通道。
16.在实施例中，所述热致动部件还包括至少一个电源，所述至少一个电源可操作地连接到所述加热元件，以选择性地启用所述加热元件，使得所述柔性容器膨胀和收缩。
17.在实施例中，所述电源为感应电源。
18.根据本公开的实施例的髓内延长钉包括：中空主体；轴，所述轴延伸穿过所述中空主体并且能够在所述中空主体中滑动；张力杆，所述张力杆接合在所述轴中；双向泵，所述双向泵安装在具有第一容积的第一腔和具有第二容积的第二腔之间的所述中空主体中，其中所述第一腔设置在所述双向泵和所述轴之间，所述第二腔被定位于所述双向泵和活塞之间，并且所述第一腔和所述第二腔包含液体；和控制电路，所述控制电路可操作地连接到所述双向泵并被配置成控制所述泵的操作；其中所述控制电路控制所述泵将液体从所述第一腔移动到所述第二腔中以使所述活塞缩回，并且所述控制电路控制所述泵将所述液体从所述第二腔移动到所述第一腔，以使所述张力杆和所述轴延伸。
19.在实施例中，所述双向泵包括：第一热致动部件，所述第一热致动部件被定位成将所述液体从所述第一腔移动到所述第二腔；第二热致动部件，所述第二热致动部件被定位成将所述液体从所述第二腔移动到所述第一腔；和中间区段，所述中间区段位于所述第一热致动部件和所述第二热致动部件之间。
20.在实施例中，所述髓内延长钉包括第一线圈，所述第一线圈被定位于所述中间区段周围，并且电连接到所述控制电路和所述双向泵，以至少向所述控制电路和所述双向泵提供电力。
21.在实施例中，所述控制电路设置在所述中间区段中。
22.在实施例中，所述控制电路被安装在封装材料中，以实现防水性。
23.在实施例中，所述第一热致动部件包括：第一柔性容器元件，所述第一柔性容器元件能够在第一方向上膨胀到膨胀位置，并被偏置以返回到缩回位置；第一热响应材料，所述第一热响应材料储存在所述柔性容器中；和第一加热元件，所述第一加热元件被定位成使得当所述第一加热元件被启用时，由所述第一加热元件产生的热量熔化所述热响应材料，使得所述第一柔性容器膨胀到所述膨胀位置，并且当所述第一加热元件被停用时，所述热响应材料随着冷却而收缩，使得所述第一柔性容器返回到所述缩回位置，其中，所述第一柔性容器的膨胀和收缩用于将所述液体从所述第一腔泵送到所述第二腔。
24.在实施例中，所述第一加热元件可操作地连接到所述控制电路，并且由所述控制电路选择性地启用，以使所述第一柔性容器膨胀和收缩。
25.在实施例中，所述第一加热元件电连接到所述线圈，并且在所述线圈中感应出电流的情况下被选择性地启用。
26.在实施例中，所述第二热致动部件包括：第二柔性容器元件，所述第二柔性容器元件能够在第一方向上膨胀到膨胀位置，并被偏置以返回到缩回位置；第二热响应材料，所述第二热响应材料储存在所述柔性容器中；和第二加热元件，所述第二加热元件被定位使得当所述第二加热元件被启用时，由所述第二加热元件产生的热量熔化所述热响应材料，使得所述第二柔性容器膨胀到所述膨胀位置，并且当所述第二加热元件被停用时，所述热响应材料随着冷却而收缩，使得所述第二柔性容器返回到所述缩回位置，其中，所述第二柔性容器的膨胀和收缩用于将所述液体从所述第二腔泵送到所述第一腔。
27.在实施例中，所述第二加热元件可操作地连接到所述控制电路，并且由所述控制电路选择性地启用，以使所述第二柔性容器膨胀和收缩。
28.在实施例中，所述第二加热元件电连接到所述线圈，并且在所述线圈中感应出电流的情况下被选择性地启用，以使所述第二柔性容器膨胀和收缩。
29.在实施例中，所述髓内延长钉包括第三腔，所述第三腔设置在所述中间区段中，并且与所述双向泵以及所述第一腔和所述第二腔液体连通，使得在所述第一腔和所述第二腔之间移动的液体以及从所述第二腔移动到所述第一腔的液体可以临时储存在其中。
30.根据本公开的实施例的髓内延长钉包括：主体；电源，所述电源安装在所述主体中；控制电路，所述控制电路安装在所述主体中并电连接到所述电源；第一隔板，所述第一隔板被定位于所述控制电路和所述主体中的第一开放空间之间；第二隔板，所述第二隔板在与所述控制电路相反的方向上与所述第一隔板间隔开；共晶蜡，所述共晶蜡被定位于所述第一隔板和所述第二隔板之间；活塞，所述活塞安装在所述共晶蜡中并延伸穿过所述第二隔板，所述活塞可移动地安装以延伸穿过所述第二隔板并从中缩回；加热元件，所述加热元件电连接到所述控制电路，使得所述加热元件由所述控制电路选择性地启用，并且被定位成使得由所述加热元件产生的热量熔化所述蜡，使得所述活塞延伸，其中，当所述加热元件被停用并且所述共晶蜡硬化时，所述活塞被偏置到缩回位置，从而返回到所述缩回位置；以及延伸杆，所述延伸杆可操作地连接到所述活塞，使得在所述活塞延伸时，所述延伸杆延伸。
31.在实施例中，所述延伸杆可操作地连接到所述活塞，以使所述活塞缩回时，所述延伸杆也缩回。
32.在实施例中，所述电源为缠绕在所述主体周围的感应线圈。
附图说明
33.结合附图并参考本发明的以下优选的且说明性的实施例的详细描述，将更全面地理解本公开的上述和相关目的、特征和优点。其中：
34.图1示出了根据本技术实施例的一种双向热致动部件的示例性剖视图；
35.图2示出了根据本技术的实施例的使用图1的双向热致动部件的液压系统；
36.图3示出了根据本技术的另一个实施例的适用于双向热致动部件的示例性髓内延
长钉；
37.图4示出了根据本技术实施例的图3中的髓内延长钉的剖视图；
38.图4a示出了处于膨胀位置的图3中的髓内延长钉的示例性实施例；
39.图5示出了图4中的髓内延长钉的驱动部分的更详细的视图；
40.图6示出了图5中的髓内延长钉的驱动部分的剖视图；
41.图7示出了图4中的髓内延长钉的另一驱动部分的更详细的视图；
42.图7a示出了图7中提供的详细视图的扩展视图；
43.图8示出了图4中的髓内延长钉的顶丝部分的更详细的视图；
44.图9示出了图6中的驱动部分的分解图；
45.图10示出了根据本技术的另一个实施例的使用图1中部件的液压系统；
46.图11示出了根据本技术的另一个实施例的双向热致动部件；
47.图12示出了图11中的髓内延长钉的部分透明视图，示出了其中包括的双向泵；
48.图13为图12中的双向泵的更详细的视图；
49.图14示出了图12中的髓内延长钉的部分透明视图；
50.图15示出了图12中的髓内延长钉的级间段的详细视图；
51.图16示出了图12中的髓内延长钉的级间段的分解图；
52.图17示出了图12中的髓内延长钉中使用的泵机构的详细视图；
53.图18示出了图17中的泵机构的分解图；
54.图19示出了图17-18的泵机构的蜡囊的详细视图；
55.图20示出了图11中的双向热致动部件的部分透明视图；
56.图21a示出了处于延伸状态的波纹管结构的示例性实施例；
57.图21b示出了处于缩回状态的波纹管结构的示例性实施例；并且
58.图22示出了根据本公开实施例的示例性植入物装置，其可包括热致动元件。
具体实施方式
59.在实施例中，使用双向热致动的致动器部件的医疗装置可以在至少两个实施例中实现。在第一实施例中，医疗装置可包括利用液压方法的热致动双向致动器部件，其中可利用工作液体来提供运动和结构支撑，该工作液体通过热致动器的膨胀和由此产生的压力变化而在活塞组件的两侧之间选择性地传递。在另一个实施例中，该装置可以使用具有机械方法的热致动的致动器部件，其中机构将热致动器部件的膨胀和收缩所产生的线性运动和力转换成旋转运动以驱动螺丝。在实施例中，旋转运动可用于旋转顶丝。在这两个实施例中，捕获的共晶蜡可用于波纹管结构、气囊或与活塞结合的任何封闭容积中。
60.图1示出了示例性双向热致动的致动器部件10的剖面图。在实施例中，双向热致动的致动器部件10可以包括金属波纹管结构12，蜡材料14被接纳和储存在该波纹管结构中。在实施例中，电加热元件16也可以设置在金属波纹管结构12中，并且与蜡材料14接触。在实施例中，电加热元件16可设置邻近蜡材料，但不与其接触，加热元件产生的热量熔化蜡材料14。虽然使用了术语金属波纹管，但是在实施例中，波纹管结构16并一定为金属材质。在实施例中，波纹管结构12可以是柔性的可膨胀的囊。在实施例中，波纹管结构12可以是任何合适的容器，该容器是可膨胀并且具有弹性在膨胀后返回到其初始状态。
61.在实施例中，加热元件16可以是电阻加热元件。在实施例中，活塞18可以设置在金属波纹管结构12的基部，以将蜡材料14保持在波纹管结构内部。在实施例中，活塞18可以具有开口，以提供进入波纹管结构12的入口，从而允许加热元件16穿过进入波纹管结构12的内部。在实施例中，可以在活塞18的开口周围设置密封件18a，以允许加热元件16通过，同时防止蜡泄漏。在实施例中，可以不使用活塞18，并且加热元件16可以进入金属波纹管结构12，经由金属波纹管结构穿设的开口。在实施例中，金属波纹管结构12中的开口可以被配置成牢固地接纳加热元件16以避免泄漏。在实施例中，加热元件16可以为陶瓷或其他类型的加热元件。在实施例中，加热元件16可以使用近场充电器或其他感应电源来通电。在实施例中，近场充电器根据电感耦合或电变换的原理工作。在实施例中，交流电可以施加到放置在次级线圈附近的初级线圈(未示出)。
62.在实施例中，初级线圈可以位于用户身体外部，而次级线圈可以位于植入物内，植入物包括用户身体中的致动器部件10。在实施例中，次级线圈可以集成到致动器部件10中。在实施例中，次级线圈可以是或者可以电连接到加热元件16，以通电启用加热元件。在实施例中，双向热致动的致动器部件10可以包括在用户体内的植入物中，便于调节植入物。在实施例中，可以基于植入物在用户体内的位置定位初级线圈，以确保在次级线圈中感应出电流，该电流可以用于启用植入物和热致动的致动器部件10。在实施例中，可优化初级线圈和次级线圈的定位，以基于植入物在用户身体中的位置来最大化感应耦合。在实施例中，初级线圈和次级线圈可以同轴叠置，如手机充电垫一样。在实施例中，初级线圈和次级线圈可以平行放置。无论采用何种方式，磁性材料可用于根据体内植入物的位置来聚焦磁通量。在实施例中，加热元件16可以电连接到一个或多个其他电源，例如电池或电容器等。在实施例中，可以有线电连接到诸如交流(ac)线电压。在实施例中，电源可以包括变压器，以提供适用于加热元件16的适当电压。在实施例中，加热元件16可以连接到处理器、微处理器或其他控制装置或控制电路，其可以用于启用和停用加热元件。在实施例中，加热元件16优选地被选择性地启用和停用，以便启用致动器部件10。
63.在实施例中，金属波纹管结构12可被配置成允许如图1中的箭头所示的线性方向的膨胀。在操作时，当在加热元件16中感应或以其他方式提供电流时，加热元件16产生热量熔化蜡材料14，蜡材料膨胀以沿图1中箭头的方向移动金属波纹管结构12。图21a提供了处于缩回位置的金属波纹管结构12的示例性图示，而图21b示出了处于延伸位置的金属波纹管结构。当关闭电源时，加热元件16和蜡材料冷却，蜡材料硬化时收缩，波纹管结构12沿箭头的相反方向收缩到其初始状态。在实施例中，金属波纹管结构12可被偏置到缩回状态，使得一旦蜡材料硬化，波纹管结构将返回到缩回状态或基本上返回到缩回状态。在实施例中，金属波纹管12具有弹性，并且具有足以允许波纹管在蜡硬化后返回到其初始缩回状态的弹簧刚度。在实施例中，虽然更高的弹簧刚度可以使波纹管结构12更快地返回到其缩回状态，但是，更高的弹簧刚度也可能需要额外的压力实现波纹管的膨胀。在实施例中，优选最小化膨胀所需的压力值。在实施例中，波纹管12的弹簧刚度可以根据其相关应用而变化。在实施例中，同时使用往复式的膨胀和收缩，弹簧刚度可以被设置成使得净输出力在两个阶段都相等。在一个实例中，其中蜡致动器用于基于体积膨胀提供100lbf，在实施例中，波纹管12的弹簧力可以具有50lbf的初始弹簧载荷和零刚度，使得在完全延伸时仍将有50lbf的初始弹簧载荷和50lbf的可用致动器输出。在实施例中，在缩回时，将有50lbf的弹簧载荷一直作
用到完全缩回。在实施例中，可以定制初始弹簧载荷和刚度，将与所需功保持相关的可用功最大化，并且力、距离和方向之间是否平衡可能高度依赖于临床应用和设计选择。
64.在实施例中，部件10的波纹管12中的蜡14的循环加热(膨胀)和冷却(收缩)可用于提供如图2所示的液压系统50使用的射流泵。在实施例中，部件10可以与液压缸20结合使用，如图2所示。在实施例中，液压缸20可以包括位于封闭缸20内的活塞22。在实施例中，活塞22可以连接到杆24，杆延伸穿过封闭缸20的一端，并且随着活塞在缸中移动而延伸和缩回。在实施例中，动态密封件26可以设置在活塞22的周围和位于缸20端部的圆柱形开口20a周围，杆24通过该开口退出以将缸体20分成两个隔离容积v1、v2。在实施例中，将液体转移到一个容积中，同时从另一个容积中移除，将沿着缸20的轴线在朝向低压容积的方向上驱动活塞22。第一容积被记作v1，第二容积被记作v2。第一容积v1和第二容积v2中的每一个容积中的工作液体的量将作为活塞平移的函数增加或减少，但增加或减少速率不同，因为容积v1位于活塞22的扫过面积上，而第二容积v2位于由活塞22的扫过面积减去杆24的面积所限定的面积中。总容积v1+v2将随着杆24伸出而增加，并将随着杆缩回而减少。
65.在实施例中，可以使用第三连接可变容积v3。在实施例中，该第三容积v3可以被称为“杆式蓄液器”，并且可以使用缸中的弹簧加载活塞来构造。在实施例中，“杆式蓄液器”可以是包含气体的柔性密封波纹管。在实施例中，杆式蓄液器可以是缸中的气囊或活塞。在实施例中,“杆式蓄液器”可以是被动式装置，仅用于当杆24延伸和缩回时适应v1和v2之间的不同容积变化。这种不同容积变化是由于当杆从v2伸出和缩回时必须考虑杆24的圆柱形容积，而v1不具有该类容积。在实施例中，为了将杆24锁定在给定位置，容积v1、v2和v3可以彼此隔离，形成3个封闭的容积。在实施例中，容积v1、v2、v3的隔离可以使用简易的截流阀s1来实现。在实施例中，打开阀s1允许液体按需流动，以允许杆24自由定位。
66.在实施例中，为了使杆24通过延伸或缩回来实现运动，可以使用蜡材料(例如石蜡或共晶蜡)类的致动器来配置两个泵，也可使用图1的部件10或包括图1的部件10。在实施例中，热致动部件10可以分别包含在封闭的容积v4和v5中。在容积v5中设置止回阀cv2和cv5。在容积v4中设置止回阀cv4和cv1以及压力启用泄压阀parv2。在实施例中，这些泵被称为“延伸泵”和“收缩泵”。
67.在实施例中，活塞24的延伸可能受到电输入v1in处施加的电压的影响。在实施例中，电压可用于给上述电加热器16供电，该电加热器用于使蜡熔化并导致容积v4内的致动器10膨胀，从而增加容积v4内的压力。在实施例中，电压v1in可用于给控制器或控制电路供电，该控制器或控制电路可用于控制加热器16的热量产生。或者，控制器或控制电路可用于选择性地向加热器提供电压v1。在实施例中，电压v1in可以由电源施加，例如上文中的电感耦合或任何其他合适的电源，例如直流电源。在实施例中，当v4中的压力超过预定值时，止回阀cv1允许液体在缸20中从v4流向v1。在实施例中，预定值将取决于在用于给定的诸如植入式医疗装置的设备或装置时的致动器部件10的外部施加的载荷和横截面积。在实施例中，共晶蜡致动器，例如致动器部件10，在由熔化过程导致的膨胀期间可以产生高达3000psi左右的压力。在实施例中，当未施加任何显著的载荷时，将在低压下膨胀。在实施例中，v4中增加的压力同时被施加到泄压阀parv2，该阀使得液体从容积v2流入容积v3。在实施例中，当液体从容积v4流入容积v1时，容积v1中的压力增加，并且当液体从容积v2流入容积v3时，容积v2中的压力减小，使得活塞22向上移动并使得杆24延伸。在实施例中，一旦解
除电压v1in，可以停用加热元件，并且容积v4中的致动器10内的蜡开始收缩，降低容积v4中的压力，导致止回阀cv1关闭并且止回阀cv4打开，允许液体从容积v3流入容积v4。一旦容积v4中的致动器10完全收缩到其初始状态，容积v4中的压力可以通过从容积v3中吸收液体而返回到其在致动循环之前的数值。在实施例中，容积v1、v2、v3和v4的相对容积可以根据部件10和其所提供的植入物的尺寸以及单个膨胀循环所需的延伸量而变化。
68.在实施例中，杆24的收缩可能受到电输入v2in处施加的电压的影响。该电压可以通过上文中的感应线圈或其他电源提供。在实施例中，电压v2in可以启用容积v5中的第二致动器部件10内的加热元件16。在实施例中，如上所述，致动器部件可以通过直流电供电。在实施例中，电压v2in的施加导致容积v5中的第二致动器部件10内的加热元件16加热蜡并且膨胀致动器以增加容积v5内的压力。在实施例中，当容积v5中的压力超过特定值时，止回阀cv2允许液体在缸20中从容积v5流入容积v2。在实施例中，具体值是期望应用的函数，并且释放压力将取决于所施加的外部载荷。在实施例中，止回阀可以在足以消除回流的非常低的压差下操作。在实施例中，v5中增加的压力同时被施加到压力驱动泄压阀parv1，该阀允许液体从容积v1流入容积v3。在实施例中，容积v2中压力的增加和容积v1中压力的降低导致活塞22向下移动并使得杆24缩回。在实施例中，一旦电压v2in被解除，容积v5中的致动器部件10开始收缩回到其初始状态，降低v5中的压力，导致止回阀cv2关闭并且止回阀cv5打开，从而允许液体从容积v3流入容积v5。在实施例中，一旦容积v5中的致动器部件10完全收缩到其初始状态，容积v5中的压力通过从容积v3中吸收液体而返回到其在致动循环之前的数值。不同容积中的压力可以是所施加的外部载荷的函数。共晶蜡优选能够产生3000psi以上的压力，该压力可以施加在给定的期望横截面积上，以支撑外部施加的载荷。
69.在实施例中，如上所述的膨胀循环或收缩循环可以根据需要重复多次，以将杆24移动到任何增量位置。该方式的优点在于，当该类致动器用于植入物或矫正医疗装置时，每一次调节都被限制在杆24的延伸长度内，从而不可能出现失控或灾难性故障。在实施例中，每次移动的增量大小可以基于组件10膨胀的限制量来设置。如上所述，在实施例中，膨胀量可以变化。在实施例中，不同尺寸或容积的致动器部件10可以用于不同的应用中。在实施例中，容积可取决于部件10和/或使用其的植入物或装置的尺寸以及单个膨胀循环所需的延伸量。
70.在实施例中，考虑将遵循杆延伸的可预测关系，可以使用位置或压力传感器来反馈杆位置，该位置或压力传感器用于测量容积中的杆式蓄液器(图2中的容积v3)的状态。在实施例中，可以使用简易的位置传感器，其工作原理与电位计相同，其中线性电阻材料带可以耦合到滑动触点。在实施例中，电阻是沿着线性带的接触位置的已知函数。在实施例中，对于压力实施例，杆式蓄液器(例如，图2中的容积v3)可包括可压缩气体的封闭容积，其压力是封闭容积的容积函数。当该容积减少时，压力增加，反之亦然。这种关系的特征在于杆的延伸，杆的位置可以基于杆式蓄液器中的压力来确定。在实施例中，压力传感器可以放置在杆式蓄液器的封闭容积内。该类压力传感器有许多不同的形式，包括基于应变计类到压电元件。可以基于特定的应用选择不同的传感器类型。在实施例中，位置传感器可以设置在杆24和缸20之间，以通过诸如使用上述电阻传感器确定上述两者各自的相对位置。在实施例中，如使用称重传感器，传感器可以串联放置在缸壁、弹簧和杆之间。当杆24移动时，弹簧的长度导致弹簧力的变化，该变化将会由称重传感器感知。可以建立载荷和行程之间的相
关性来测量相对位置。在实施例中，如上所述收集的位置信息可被传送给医生或其他医疗保健专业人员，并用于确认使用液压系统50的装置调节恰当并向患者体内提供期望的矫正力等情况。也就是说，在实施例中，液压系统50可以集成到植入物1000(例如，参见图22)或其他医疗装置中，并植入患者体内以提供矫正治疗。
71.在实施例中，位置信息可用于提供反馈，该反馈可用于确保调整恰当。在实施例中，控制电路或控制器可以设置在或协作地连接到植入物1000上。图22示出了植入物1000的示例性框图，该植入物可以结合如图2所示的液压泵系统50，该液压泵系统可以包括两个上述热致动部件10。在实施例中，如上所述，控制电路1010或任何其他合适的控制元件可以设置在或可操作地连接到植入物1000上，并控制杆24的延伸和缩回。在实施例中，杆24可以是或可操作地连接到支架或其他矫正结构，并用于对其进行调节，调节方式可控和调节程度受限，从而避免上述危险。
72.在实施例中，植入物1000还可包括一个或多个收发器(发射器/接收器)或其他通信器件1020，其被配置成接收控制信号或与植入物1000的操作相关的其他信息和/或传送关于植入物的操作的信息，例如上述关于杆24的位置的反馈位置信息。如上所述，例如，液压系统50可以包括一个或多个传感器，以提供与杆24的位置相关的反馈。在实施例中，该反馈信息可被提供给医生或其他医疗保健专业人员，可适当定位和调整植入物1000。在实施例中，电源1030可以设置在植入物1000上，并且可操作地连接到液压系统50以及控制电路1010和/或包括在液压系统中的各个致动器部件10。在实施例中，电源1030可以是上述次级线圈或任何其他感应电源。在实施例中，电源1030可以是任何合适的供电元件，例如电池或直流电源。如上所述，例如，致动器部件10可以由控制电路1010控制。在实施例中，关于植入物1000的操作的反馈信息，包括杆24在液压系统50中的位置，可以定期或不定期地发送给医生或医疗保健专业人员，或者一个或多个计算机系统或与其相关联的通信器件。在实施例中，医生或医疗保健专业人员可通过计算机系统或与之相关联的通信器件经由收发器1030向控制电路1010提供与植入物1000的操作相关联的指令，以调节杆24的位置。
73.图10示出了液压系统150的替代实施例，类似于上述可用于植入物1000的系统50。在实施例中，如图2所示，液压缸20可以包括位于封闭缸20内的活塞22。在实施例中，活塞22可以连接到杆24，杆延伸穿过封闭缸20的两端，并且随着活塞在缸中移动而延伸和缩回。在实施例中，动态密封件26可以设置在活塞22的周围。在实施例中，可以在缸20的端部处的圆柱形开口20a周围提供额外的动态密封件，杆24通过该开口退出。如图所示，缸20可被活塞和动态密封件26分成两个隔离的容积v1、v2。在实施例中，将液体转移到一个容积中，同时从另一个容积中移除，将沿着缸20的轴线在朝向低压容积的方向上驱动活塞22,按照上述关于图2描述的类似方式驱动。第一容积被记作v1，第二容积被记作v2。第一容积v1和第二容积v2将作为活塞平移的函数增加或减少。鉴于杆同时伸入容积v1和容积v2中，随着杆24伸出和缩回，总容积v1+v2基本保持恒定。
74.在实施例中，活塞24的延伸可能受到电输入v1in处施加的电压的影响。在实施例中，电压可用于给上述电加热器16供电，该电加热器用于使蜡熔化并导致容积v1a内的致动器10膨胀，从而增加容积v1a内的压力。在实施例中，电压v1in可用于给控制器或控制电路供电，该控制器或控制电路可用于控制加热器16。在实施例中，电压v1in可以使用电感耦合来施加，或者可以是直流电源。在实施例中，当v1s中的压力超过特定值时，止回阀cv1允许
液体在缸20中从v1s流向v1。在实施例中，特定值将取决于在用于给定设备的致动器的外部施加的载荷和横截面积。在实施例中，v1s中增加的压力同时被施加到泄压阀parv2，该阀使得液体从容积v2流入容积v3,v3即为蓄液器器。在实施例中，当液体从容积v1s流入容积v1时，容积v1中的压力增加，并且当液体从容积v2流入容积v3时，容积v2中的压力减小，使得活塞22向上移动并使得杆24向上延伸。在实施例中，一旦解除电压v1in，容积v4中的致动器10内的蜡开始收缩，降低容积v1s中的压力，导致止回阀cv1关闭并且止回阀cv1a打开，允许液体从容积v3流入容积v1s。一旦容积v1s中的致动器10完全收缩到其缩回状态，容积v1s中的压力通过(如需)从容积v3中吸收液体而返回到其在致动循环之前的数值，。在实施例中,相对容积将取决于植入物的尺寸和单个膨胀循环所需的延伸量。
75.在实施例中，杆24的收缩可能受到电输入v2in处施加的电压的影响。可以提供电压以在容积v2s中的致动器部件10中感应电流，或者可以被用于提供直流电流。在实施例中，电压的施加导致容积v2s中的致动器部件10内的加热元件16加热蜡并且膨胀致动器以增加容积v2s内的压力。在实施例中，当容积v2s中的压力超过特定值时，止回阀cv2允许液体在缸20中从容积v2s流入容积v2。在实施例中，具体值是期望应用的函数，并且释放压力将取决于所施加的外部载荷。在实施例中，止回阀可以在足以消除回流的非常低的压差下操作。在实施例中，v2s中增加的压力同时被施加到压力驱动泄压阀parv1，该阀允许液体从容积v1流入容积v3。在实施例中，容积v2中压力的增加和容积v1中压力的降低导致活塞22向下移动并使得杆24从顶部缩回并穿过底部。在实施例中，一旦电压v2in被解除，容积v2s中的致动器部件10开始收缩回到其初始状态，降低v2s中的压力，导致止回阀cv2关闭并且止回阀cv2a打开，从而允许液体从容积v3流入容积v2s。在实施例中，一旦容积v2s中的致动器部件10完全收缩到其初始状态，容积v2s中的压力通过从容积v3中吸收液体而返回到其在致动循环之前的数值。各个容积中的压力仅仅是所施加的外部载荷的函数。
76.在实施例中，如上所述的膨胀循环或收缩循环可以根据需要重复多次，以将杆24移动到任何增量位置。在实施例中，每次移动的增量大小可以基于组件10膨胀的限制量来设置。在实施例中，不同尺寸或容积的致动器部件10可以用于不同的应用中。在实施例中，容积可取决于植入物的尺寸和单个膨胀循环所需的延伸量。在图10的实施例中，由于杆24同时延伸出缸20的底部和顶部，杆式蓄液器的容积acc可以小于上面图2所述的容积。在图10的实施例中，杆24的延伸或缩回导致容积v1和容积v2基本相同的容积变化，并且蓄液器acc仅需要包含单个容积变化循环。在实施例中，液压系统150可用于植入物1000中，如上所述代替液压系统50。否则，植入物1000将以与上述基本相同的方式运行。
77.图3-8示出了髓内延长钉110的实施例，该髓内延长钉可以使用双向热致动部件110，该双向热致动部件按照与上述致动部件10相同的方式运行。在实施例中，植入物1000可以是髓内延长钉110。图3示出了利用热致动的致动器部件的机械延伸的髓内延长钉110的实施例。图4示出了髓内延长钉110沿着截面a-a的剖视图。在实施例中，髓内延长钉110通过基于一个或多个热致动的致动器元件的运行驱动典型顶丝装置的螺杆部分或螺母部分而延伸，该致动器元件以类似于上述致动器部件10中使用的方式使用加热元件。在实施例中，驱动机构可以设置在装置110的相对端，如图4的圆圈b和d所示。在图5和图7中更详细地示出了这些部分的实施例。图2的圆圈c中示出了示例性的顶丝装置，图8中更详细地示出了该装置。
78.在实施例中，在图3中用圆圈b和d突出显示并在图5和7中更详细示出的驱动部分可以包括主体101，该主体包括在覆盖物118下面的感应拾波线圈119。在实施例中，该感应拾波线圈119可以是上述的电源1030。在实施例中，当外部波动电磁场被带到拾波线圈119附近时，在拾波线圈内会感应出电流。在实施例中，外部波动电磁场可以经由初级线圈来提供，如上所述，并且可以在可植入髓内钉110的用户体外提供。在实施例中，电流可以被施加到内部控制电子设备121，内部控制电子设备可以是或者包括上述的控制电路1010。在实施例中，控制电子设备121可用于开启和关闭加热元件120。在实施例中，加热元件120围绕被截留在隔板114和115之间的共晶蜡材料130。加热元件120可以是类似于上述加热元件116的电阻加热元件或任何其它合适的加热装置。在实施例中，活塞116可以被封装在蜡材料130内，并通过隔板114退出。在实施例中，密封件117可防止蜡材料130从隔板114、115之间的封闭容积中逸出，并允许活塞116进出封闭容积。在实施例中，当加热元件120加热蜡材料130时，蜡熔化并膨胀，产生大约3000psi的内部压力。在实施例中，蜡的膨胀迫使活塞116延伸穿过隔板114，以压在外螺旋花键103上。在实施例中，花键103在固定到主体101的内螺旋花键102内滑动。在实施例中，在被活塞116迫使以线性方式移动时，花键103的螺旋特性导致花键旋转。在实施例中，这种旋转操作图6所示的滚柱离合器。在实施例中，滚柱离合器可包括花键103内的孔，该孔具有位于其内的轴104。在实施例中，轴104可以包括在加工到轴中的斜槽中的辊阵列105。在实施例中，使用线簧104a将辊105偏压到斜槽的窄侧。在实施例中，当沿逆时针方向旋转时，离合器驱动轴104与驱动花键103同步旋转。在实施例中，该旋转在活塞116延伸时发生。也就是说，活塞的线性延伸转化为旋转。
79.在实施例中，当活塞116缩回时，花键103沿顺时针方向旋转。在实施例中，在此情况发生时，轴104不再与花键103接合。在实施例中，轴104驱动整体螺母111(见图8)。在实施例中，螺母111的逆时针旋转导致杆113延伸。在实施例中，为了使活塞116和外螺旋花键103返回到初始状态，使用复位弹簧107。在实施例中，复位弹簧107在隔板112(见图8)和活塞116之间操作。在实施例中，隔板112固定到主体101。在实施例中，复位弹簧107通过推力轴承109、110施加力，使得外花键103在其前后线性移动时自由旋转。
80.在实施例中，在图8中可以更详细地看到的顶丝机构包括轴104、螺母111和顶丝113。在实施例中，轴104可以被支撑在一对固定到主体101的推力轴承110a之间。在实施例中，顶丝113被线性固定，但相对于钉杆108自由旋转。在实施例中，额外的轴承110a可以被限定在物品108和113之间以提供旋转。在实施例中，轴承座圈123可以固定到钉杆108。在图7a中可以看到钉子110的弹头部126。在实施例中，弹头部126可以是静止部分，并且可以附接到轴108。参照图7可以看出，例如，在圆圈d中突出显示并在图7中详细示出的驱动机构具有与图5所示类似的结构和操作，除了活塞116沿相反方向移动。
81.在操作中，髓内延长钉110可以伸出或缩回。延伸时，在实施例中，圆圈b和图5中所示的机构使得轴104相对于顶丝113逆时针旋转，这使得顶丝根据螺母111的螺距延伸出轴。缩回时，在实施例中，圆圈d和图7中描述的机构使得顶丝113相对于轴104顺时针旋转，这使得顶丝根据螺母111的螺距向轴4内缩回。图4a示出了处于延伸位置的髓内延长钉110。
82.在实施例中，可以向/由植入物1000提供电力和数据通信，植入物可以是髓内延长钉110。在实施例中，例如，可以由收发器1020通过与移动电话直接连接进行直接通信。在实施例中，可以利用充电电缆、usb数据线或其他有线连接方式进行直接连接。在实施例中，例
如，充电电缆可用于提供电力和接收或传送活塞124的操作相关的位置数据。在实施例中，可基于使用近场感应耦合式感应提供电力，如上文关于电源1030的相关内容。在实施例中，也可以通过感应耦合传输命令和交换位置数据。在实施例中，该信息可以经由收发器1020无线传输。
83.在实施例中，对应于上述控制电路1010的内部控制电子设备121可用于直接或通过电感耦合传递位置信息。在实施例中，控制电子设备121可以包括一个或多个处理器或微处理器或其他控制电路。在实施例中，控制电子设备121可以包括或连接到端口或活塞，便于直接连接到移动电话或其他移动设备。在实施例中，控制电子设备121可以包括收发器，例如上文中的收发器1020，用于无线发送和接收信息。在实施例中，如上所述，可以通过电感耦合进行通信。在实施例中，例如，可以使用任何收发器1020可实施的合适的无线协议或网络进行无线通信。
84.图11示出了髓内(im)延长钉210的另一个实施例，该髓内延长钉使用了类似于上述致动器部件10的双向热致动部件。在实施例中，钉体201可以是髓内钉210的主要结构元件，并且可以是容纳钉轴202的中空结构，钉轴可滑动地接合在钉体中并且由一对o形环205密封。在实施例中，可以使用其他密封件结构来代替o形环。在实施例中，主体201和轴202可以具有共同的曲率，并且可以被配置有衬套206避免旋转。在实施例中，主体201和轴202大体上为圆柱形。在实施例中，双向泵元件207可以设置并固定在钉主体201中，以防止泵相对于主体201移动。在实施例中，可以提供密封件209来防止液体从第一容积v1和第二容积v2之间通过。在实施例中，密封件209(见图14)可以是静态密封件，并且可以用于防止上述液体移动。在实施例中，张力杆211可以与钉轴202接合，并且可以继续穿过泵207并连接到活塞211，活塞可以由o形环205密封。
85.图12示出了钉主体201内的泵207和圆柱体容积v1、v2。在实施例中，泵207可以定位在主体201中，张力杆211延伸穿过泵207，如上所述。容积v1可以设置在泵207和钉轴202之间。容积v2可以设置在泵207和活塞212之间。在实施例中，泵207可以将液体从容积v1移动到容积v2，以便缩回活塞212。泵207还可以将液体从容积v2移动到容积v1，以使杆211延伸。在实施例中，杆中的套管203延伸穿过张力杆211，张力杆可滑动地接合在轴202中。在实施例中，套管203可用于促进插入导丝，这是用于将髓内钉植入患者体内的常用技术。在实施例中，髓内钉210可以是上述植入物1000的一个示例。
86.图13-14示出了双向泵207的部件。在实施例中，泵207可以包括三个主要部分。级间段221可包括电源、电子设备和蓄液器容积。在实施例中，一对热泵机构207a、207b可设置在级间段221的一端。在实施例中，泵机构207a、207b可用于迫使液体从泵207进入v1、v2容积，以实现延伸和缩回。在实施例中，除了其他物质之外，液压工作液体可以是与泵机构207a、207b中封装的热蜡致动器隔离的无菌水，并且可以包含在v2、v1的缸容积内。在实施例中，施加电压v1in或电压v2in，向诸如泵机构207a、207b中使用的蜡致动器内的上述加热元件16的加热元件供电，使得从固体到液体的相变以及蜡致动器的相关膨胀。在实施例中，类似于上面讨论的致动器部件10的热致动的致动器的这种膨胀可以移动和加压工作液体，导致泵207内工作液体压力的增加。
87.图15-16分别示出了级间段221的剖视图和分解图。级间主体221a可用作其余部件的壳体。在实施例中，一对液体通道221b可以设置在壳体221a中。在实施例中，电子设备
221c可以封装在腔内并与工作液体隔离。在实施例中，例如，电子设备221c可以包括上述的控制电路1010以及收发器1030。在实施例中，囊221e可以设置在第二腔中，并且可以用作蓄液器，以容纳在收缩容积v1、v2之间转移的液体。在实施例中，当一个容积v1减小时，另一个容积v2将相应增加，从而影响钉轴202的运动。在实施例中，线圈221f可以设置在主体221a周围。在实施例中，线圈221f可以是丝卷，并且用作感应拾波器向电子设备221c供电。在实施例中，线圈221f可以是上述的电源1030。在实施例中，线圈221f可以是上述的次级线圈。在实施例中，电子设备221c可以控制泵207的操作，并向医生、医疗保健专业人员或管理者(未示出)相关联的外部控制器或计算机设备发送信号。在实施例中，诸如蓝牙之类的近场无线充电和通信协议可用于提供电力，并用于使用上述电源1030和收发器1020进行通信，例如，收发器可并入电子设备221c中。在实施例中，与外部控制器通信的能力允许输出和监控诸如位置反馈、载荷感测、压力和温度感测的信息。
88.图17-18分别示出了泵机构207a、207b的剖视图和分解图。在实施例中，主体208a容纳其余部件，并允许隔离收缩和延伸泵机构之间的液体通道。在实施例中，静态o形环208b可以将泵207a、207b的内部容积与缸容积v1、v2隔离。在实施例中，动态o形环208c可以在泵机构207a、207b和张力杆212之间提供动态密封件。在实施例中，张力杆212可以被允许在缸容积v1、v2之间完全横穿泵组件207，从而可以消除对杆式蓄液器的需要。在实施例中，每个泵机构207a、207b可包括封闭在工作液体容积内的蜡囊或波纹管w。在实施例中，胶囊w可以是上述波纹管12，其形状被调整为适应主体201的曲率。在实施例中，一对止回阀cv1、cv2可包括阀锥301、阀座302、弹簧303和止挡304，可用于控制蜡囊或波纹管w膨胀和收缩期间流入和流出泵机构207a、207b的流量。在实施例中，弹簧303可以将阀锥301偏压在阀座302上，从而实现液体密封。在实施例中，当泵正经历蜡囊w的正膨胀时，一个止回阀cv1可允许液体从泵207流入相关联的缸容积v1、v2，而第二止回阀cv12允许液体在蜡囊w的收缩期间从设置在级间段221中的囊221f进入泵。在实施例中，压力驱动泄压阀parv1可按照与上述阀类似的方式构造，并包括压力驱动波纹管pab。在实施例中，波纹管pab允许内部压力从相对的泵容积穿过级间段221传递。在实施例中，阀parv1允许液体从减小的缸容积v1或v2流入囊221e，使得增大的相应缸容积v1或v2具有延伸到由囊提供的容纳空间中的空间。在实施例中，各种衬套305、306用于将各个泵机构207a、207b连接到级间段221。在实施例中，可以提供活塞308来临时密封流动通道，实现泵部件的制造和组装。在实施例中，如果需要，止回阀cv1、cv1a和泄压阀parv1可以配置不同。在实施例中，止回阀cv1、cv1a和泄压阀parv1可以是磁偏置阀、挡板阀或提供流量控制的任何其他机械设备。
89.图19示出了可用作上述蜡囊w的波纹管b的详细视图，其内含有配制成在适当温度下熔化的石蜡。如上所述，胶囊w可以是上述波纹管12。在实施例中，加热元件316可以提供能量输入来熔化蜡，并且可以被电子设备221c控制。在实施例中，蜡在熔化期间产生高达20％的容积膨胀。在实施例中，当适当约束时，在该膨胀期间产生的压力接近3000psi。如图18所示，波纹管b显示为典型的边缘焊接波纹管组件，但也可以使用用于蜡封装的其他结构，例如硅树脂囊或缸中的活塞。在实施例中，蜡的封装将其与工作液体隔离，并保持接近加热元件316。加热元件316可以类似于上述的加热元件16。在实施例中，一旦加热元件316断电，蜡将热量散发给工作液体并固化，导致波纹管缩回。在实施例中，波纹管b可包括两个相对的端盖b1、b2，柔性分段隔膜d位于端盖之间，以在蜡熔化和凝固时膨胀和收缩。在实施
例中，其他柔性结构可以用作波纹管b。
90.图20示出了液压泵部分207，省略了其一部分。在实施例中，活塞212可以位于封闭缸201内(参见图12)。在实施例中，为了实现缸外部的运动，活塞可以连接到延伸穿过每个封闭缸容积v1、v2的端部的杆。在实施例中，围绕活塞以及位于缸容积v1、v2的端部处的圆柱形开口提供动态密封件，杆r通过该开口退出以将缸c分成两个隔离的缸容积v1、v2。在实施例中，将工作液体转移到一个容积v1、v2中，同时从另一个容积中移除，将在沿着缸c的轴线的一个方向上驱动活塞p。在实施例中，第一容积v1和第二容积v2将作为活塞平移的函数而增减。在实施例中，用于封闭液体循环中，该致动器包括第三连接可变容积v3，以在液体被泵入增大容积期间容纳流出减少容积的液体。该第三容积acc被称为蓄液器，并且可以使用缸中的弹簧加载活塞、柔性波纹管或充气气囊等在封闭容积中构造，如上所述。在实施例中，该蓄液器acc的第二个功能可以是在蜡囊冷却并且容积减小的期间向泵207再供给，从acc吸入液体，使得泵为下一个致动循环做好准备。
91.虽然已详细示出和描述了本发明的实施例，对本领域技术人员而言，可进行各种修改和改进。因此，如上所述，本发明的示例性实施例旨在说明而非限制。本发明的精神和范围将从广义层面进行解释。