CN100534397C - 自动调节的骨科外固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调节的骨科外固定装置，包括至少两个固定环、支撑杆、设置在支撑杆上用于固定和调整固定环之间距离的调整螺母、克氏针及穿针夹具，支撑杆上设置压力传感器，还包括与调整螺母相对应的驱动系统和PLC自动控制系统，驱动系统采用棘轮和棘杆以及齿轮结构，本发明自动控制调节固定环之间的相对位置，避免手工操作所产生的误差，使各支撑杆之间受力均匀，避免由于不能平衡进行而产生偏差，操作简便快捷，从而保证骨折愈合和骨延长过程的有效进行，以提高手术的效率和成功率，减少患者痛苦。

Description

自动调节的骨科外固定装置

技术领域

本发明涉及一种骨外科应用的医疗器械，特别涉及一种自动调节的骨科外固定装置。

背景技术

肢体延长术利用牵张成骨原理，将骨组织进行人工延长，从而使其达到预定长度。传统的肢体延长术采用Ilizarov式环型外固定架(美国专利US4978348)，它包括圆环和穿针，外固定架包括从上至下的水平放置的4个圆环及4根竖直方向的支撑杆，各支撑杆分别将4个圆环连接，使其相对固定。每个圆环平面固定2根贯穿骨头的穿针，穿针通过固定螺母卡在环上。外固定架固定于需要延长的肢体上，然后在特定位置截骨，当需要延长时，通过增加骨断端两侧的圆环的相对位置使骨断端相对分离从而达到延长目的。这种固定架如需调节时，手动旋转圆环内外两侧的调节螺母，达到调整两环相对位置的目的，使骨断端相对分离。一系列操作由操作者凭经验进行，各支撑杆在调节时由于不能平衡进行而产生一定的偏差，不仅使患者承受极大痛苦，更增加了骨折断端成角愈合的可能性。为解决以上问题，现有技术中，与微调螺母相对应位置设有微调标尺和基准线，使调节过程有参照的进行。但是，现有技术仍然存在以下问题：1、微调标尺因体积小，易被污渍遮盖而不易识别。2、仍需手工完成调节过程，无法解决多个调整螺母不同步的难题。3、不能避免操作者主观的影响，使患者承受痛苦，并且降低工作效率。严重者还会造成成角畸形等常见并发症，进行二次手术矫正，不仅极大加重了患者的痛苦，更增加了患者的经济负担，影响手术的效率和成功率。

因此，临床上需要一种能准确均匀的调节各支撑杆长度的骨科外固定器，避免人的主观影响，以提高手术的成功率，减少患者痛苦。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种自动调节的骨科外固定装置，自动控制调节固定环之间的相对位置，避免人的主观影响，各支撑杆之间受力均匀，避免由于不能平衡进行而产生偏差，操作简便快捷，从而保证骨折愈合和骨延长过程的有效进行，以提高手术的效率和成功率，减少患者痛苦。

本发明所述的自动调节的骨科外固定装置，包括至少两个固定环、支撑杆、设置在支撑杆上用于固定和调整固定环之间距离的调整螺母、克氏针及穿针夹具，所述支撑杆上设置压力传感器，还包括PLC自动控制系统和与调整螺母相对应的驱动系统；

所述驱动系统包括棘轮、用于驱动棘轮的棘杆、棘杆的回位弹簧、用于驱动棘杆的电磁铁、电磁铁电源、止退杆和变速箱；所述棘杆和止退杆设置在固定架上并与其铰链连接，固定架相对固定环固定设置，电磁铁相对于固定架固定设置；回位弹簧一端设置在固定架上，另一端与棘杆连接；所述变速箱与固定环相对固定设置，棘轮与变速箱动力输入轴在圆周方向上固定配合，变速箱的动力输出轴上并列设置两个同步齿轮，同步齿轮与动力输出轴在圆周方向固定配合；固定环两侧的调整螺母外圈固定设置外齿圈，两个同步齿轮分别与固定环两侧的调整螺母外齿圈啮合；PLC自动控制系统控制电磁铁电源与电磁铁的连通或断开，压力传感器的输出信号传输至PLC自动控制系统。

进一步，所述固定环为三个，分别为固定环I、固定环II和固定环III；所述固定环I和固定环II之间通过在圆周上均布的三根支撑杆连接，固定环II和固定环III之间通过在圆周上均布的三根支撑杆连接，固定环I和固定环II之间的支撑杆与固定环II和固定环III之间的支撑杆在圆周方向上互相错开；

进一步，所述压力传感器为三个，分别设置在固定环I和固定环II之间的三根支撑杆上；

进一步，所述驱动系统固定设置在固定环II上，带有外齿圈的调整螺母设置在固定环II上下两侧旋在固定环I和固定环II之间的支撑杆上；

进一步，所述固定环II与固定环I和固定环II之间的支撑杆平行设置轴孔，变速箱动力输出轴穿过轴孔，两个同步齿轮分列于固定环两侧，分别与与固定环II两侧的调整螺母的外齿圈啮合；

进一步，还包括微处理器、无线发射接收器I和无线发射接收器II，所述微处理器和无线发射接收器I设置在骨科外固定装置上，压力传感器输出的模拟信号转换成数字信号后与微处理器输入端相连，微处理器与无线发射接收器I相连通；无线发射接收器II与PLC自动控制系统相连通；

进一步，所述电磁铁电源与电磁铁之间通过微处理器相连；

进一步，所述压力传感器的纵向尺寸不大于2.5cm，横向尺寸不大于3cm。

本发明的有益效果：本发明所述的自动调节的骨科外固定装置，采用棘轮、棘杆结构的驱动系统和PLC自动控制系统，自动控制调节固定环之间的相对位置，各支撑杆之间受力均匀，避免人工调节的主观性和盲目性，避免由于不能平衡进行而产生偏差，操作简便快捷，从而保证骨折愈合和骨延长过程的有效进行；通过棘轮和棘杆驱动，避免驱动的惯性和滞后性，利于控制调节速度和尺度，有效保证调节的精确度设置压力传感器和位移传感器；调整螺母设置在中间的固定环上，调节在中部进行，可以避免调节前(后)超出固定环的支撑杆对其他组织造成压迫，减轻患者痛苦；自动控制采用无线发射和接收，避免多条导线对操作者和患者造成的不方便；传感器体积小，利于解决固定架使用过程中进行状态监测时传感器体积过大影响拍片观察的问题。

附图说明

下面结合视图对本发明进行具体说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1沿A向视图；

图3为本发明的自动控制原理方框图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为图1沿A向视图即棘轮棘杆驱动结构示意图，如图所示：本发明所述的自动调节的骨科外固定装置，包括三个固定环1、分别为固定环I 11、固定环II 12和固定环III13；所述固定环I 11和固定环II 12之间通过在圆周上均布的三根支撑杆7连接，固定环II12和固定环III13之间通过在圆周上均布的三根支撑杆71连接，固定环I 11和固定环II 12之间的支撑杆7与固定环II 12和固定环III13之间的支撑杆71在圆周方向上互相错开，使上下支撑杆之间避免干涉，便于调节；用于调整固定环之间距离的调整螺母8设置在固定环II 12上下两侧，克氏针10及穿针夹具9设置在固定环1上，固定环I 11和固定环II 12之间的三根支撑杆7上分别设置压力传感器2，压力传感器2的纵向尺寸控制在2.5cm以内，横向尺寸控制在3cm以内，利于避免固定架使用过程中进行状态监测时传感器体积过大影响拍片观察的问题。

还包括与调整螺母8相对应的驱动系统和PLC自动控制系统22；驱动系统固定设置在固定环II 12上，带有外齿圈的调整螺母8设置在固定环II 12上下两侧旋在支撑杆7上。

驱动系统包括棘轮5、用于驱动棘轮5的棘杆3、棘杆3的回位弹簧14、用于驱动棘杆3的电磁铁15、电磁铁电源16、变速箱6和止退杆17；所述棘杆3和止退杆17设置在固定架18上并与其铰链连接，固定架18固定设置在固定环II 12上，电磁铁15固定设置在固定架18上；变速箱6通过固定架18固定设置在固定环II 12上，棘轮5与变速箱6动力输入轴62在圆周方向上固定配合，两个同步齿轮4并列设置在变速箱6的动力输出轴61上，与动力输出轴61在圆周方向上固定配合；固定环II 12与支撑杆7平行设置轴孔，变速箱动力输出轴61穿过轴孔，两个同步齿轮4分列于固定环1两侧，分别与与固定环II12两侧的调整螺母8的外齿圈啮合；回位弹簧14一端设置在固定架18上，另一端与棘杆3连接；设置外齿圈的调整螺母8用于调节固定环I 11和固定环II 12之间的距离。

如图所示，微处理器19和无线发射接收器I 20通过固定架18固定设置在固定环1上，压力传感器2输出的模拟信号转换成数字信号后与微处理器19输入端相联，微处理器19与无线发射接收器I 20相联通；无线发射接收器II 21与PLC自动控制系统22相联通；通过以上结构，完成压力传感器2的信号输出通过无线发射传给PLC自动控制系统22。

电磁铁电源16与电磁铁15之间通过微处理器19相联，PLC自动控制系统22通过无线发射和接收控制电磁铁电源16与电磁铁15的联通或断开，达到控制调节的目的。

当然，信号的传输并不局限于无线的方式，也可以是有线传输；微处理器19和无线发射接收器I 20并不局限于固定设置在固定环1上，也可以设置支撑杆上；等等技术特征都可以在权利要求所述范围内进行改变，都能实现发明目的。

图3为本发明的自动控制原理方框图，如图所示：无线发射接收器II21与PLC自动控制系统22相联通，微处理器19与无线发射接收器I 20相联通，无线发射接收器II 21与无线发射接收器I 20之间互相发射和接收信号，电磁铁电源16与电磁铁15之间通过微处理器19相联，压力传感器2输出的模拟信号转换成数字信号后与微处理器19输入端相联；压力传感器2将收集的关于固定架相关信息传至微处理器19，微处理器将信号处理后传送至无线发射接收器I 20，无线发射接收器I 20发射后信号由无线发射接收器II 21接收，无线发射接收器II 21将接收的信号传送至PLC自动控制系统22，PLC自动控制系统222根据信号信息，向无线发射接收器II 21发出命令，无线发射接收器II21将接收的命令信号发射并由无线发射接收器I 20接收后传至微处理器19，由微处理器19完成电磁铁电源16与电磁铁15的联通或断开，实现对固定装置的自动调节。

操作中，可以对PLC自动控制系统22进行预先设置，与传感器信号进行对比后发出相关命令，达到自动并精确调节固定环之间的相对位置的目的，避免人工调节的盲目性所产生的误差。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种自动调节的骨科外固定装置，包括至少两个固定环(1)、支撑杆(7)、设置在支撑杆(7)上用于固定和调整固定环(1)之间距离的调整螺母(8)、克氏针(10)及穿针夹具(9)，所述支撑杆上设置压力传感器(2)，其特征在于：还包括PLC自动控制系统(22)和与调整螺母(8)相对应的驱动系统；

所述驱动系统包括棘轮(5)、用于驱动棘轮(5)的棘杆(3)、棘杆(3)的回位弹簧(14)、用于驱动棘杆(3)的电磁铁(15)、电磁铁电源(16)、止退杆(17)和变速箱(6)；所述棘杆(3)和止退杆(17)设置在固定架(18)上并与其铰链连接，固定架(18)相对固定环(1)固定设置，电磁铁(15)相对于固定架(18)固定设置；回位弹簧(14)一端设置在固定架(18)上，另一端与棘杆(3)连接；所述变速箱(6)与固定环(1)相对固定设置，棘轮(5)与变速箱(6)动力输入轴(62)在圆周方向上固定配合，变速箱(6)的动力输出轴(61)上并列设置两个同步齿轮(4)，同步齿轮(4)与动力输出轴(61)在圆周方向固定配合；固定环(1)两侧的调整螺母(8)外圈固定设置外齿圈，两个同步齿轮(4)分别与固定环两侧的调整螺母(8)外齿圈啮合；PLC自动控制系统(22)控制电磁铁电源(16)与电磁铁(15)的连通或断开，压力传感器(2)的输出信号传输至PLC自动控制系统(22)。

2.根据权利要求1所述的自动调节的骨科外固定装置，其特征在于：所述固定环(1)为三个，分别为固定环I(11)、固定环II(12)和固定环III(13)；所述固定环I(11)和固定环II(12)之间通过在圆周上均布的三根支撑杆(7)连接，固定环II(12)和固定环III(13)之间通过在圆周上均布的三根支撑杆(71)连接，固定环I(11)和固定环II(12)之间的支撑杆(7)与固定环II(12)和固定环III(13)之间的支撑杆(71)在圆周方向上互相错开。

3.根据权利要求2所述的自动调节的骨科外固定装置，其特征在于：所述压力传感器(2)为三个，分别设置在固定环I(11)和固定环II(12)之间的三根支撑杆(7)上。

4.根据权利要求3所述的自动调节的骨科外固定装置，其特征在于：所述驱动系统固定设置在固定环II(12)上，带有外齿圈的调整螺母(8)设置在固定环II(12)上下两侧并旋在固定环I(11)和固定环II(12)的支撑杆(7)上。

5.根据权利要求4所述的自动调节的骨科外固定装置，其特征在于：所述固定环II(1 2)设置轴孔，所述轴孔与固定环I(11)和固定环II(12)之间的支撑杆(7)平行，变速箱动力输出轴(61)穿过轴孔，两个同步齿轮(4)分列于固定环II(12)两侧，分别与固定环II(12)两侧的调整螺母(8)的外齿圈啮合。

6.根据权利要求5所述的自动调节的骨科外固定装置，其特征在于：还包括微处理器(19)、无线发射接收器I(20)和无线发射接收器II(21)，所述微处理器(19)和无线发射接收器I(20)固定设置在固定环II(12)上，压力传感器(2)输出的模拟信号转换成数字信号后输入微处理器(19)的信号输入端，微处理器(19)与无线发射接收器I(20)相连通；无线发射接收器II(21)与PLC自动控制系统(22)相连通。

7.根据权利要求6所述的自动调节的骨科外固定装置，其特征在于：所述电磁铁电源(16)与电磁铁(15)之间通过微处理器(19)相连。

8.根据权利要求7所述的自动调节的骨科外固定装置，其特征在于：所述压力传感器(2)的纵向尺寸不大于2.5cm，横向尺寸不大于3cm。

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