CN102144943B - 一种无创型可伸长假体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于人工假体医疗器材领域的一种无创型可伸长假体。使用体外驱动电源产生交变电压，驱动初级线圈产生交变磁场，通过电磁感应的方式在体内的次级线圈上产生感生电动势，驱动假体内的电机转动，经过联轴器驱动减速器，减速后通过传动环再经螺纹传动使假体进行伸长动作。使用电磁传电的方式，假体伸长时不需要进行任何手术切口操作，完全避免了手术的感染风险。永磁体联轴器可允许将电机(包括其他电器元件)完全塑封，解决密封问题。传动环装置在传递伸长动作所需动力同时，完全隔离了外部载荷和内部动力结构，使假体可以由套筒结构承受生理载荷，提高了假体的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于人工假体医疗器材技术领域，涉及一种无创型可伸长假体，特别适用于四肢长骨的人工假体重建缺损骨。
背景技术
上世纪70年代以来针对四肢恶性骨肿瘤开展了广泛的保肢术，使用人工假体进行骨缺损的重建。目前人工假体置换术治疗恶性骨肿瘤已广泛开展，5年存活率达到或超过50％，是一种行之有效的治疗方案。
对骨骼未成熟的骨肿瘤患者(包括其他骨病患者)进行人工假体置换术治疗，术后会出现由于健侧肢体骨骼生长而导致的双侧肢体不等长，从而影响患者术后生活质量。为解决骨骼未成熟患者术后的肢体不等长问题，可采用多次置换假体手术或有创型可伸长假体手术。假体的伸长都需要通过手术方式进行伸长操作，数次手术带来患者痛苦大、经济负担重、感染风险大、治疗失败几率高等问题。
在这种背景下，迫切需要一种无创型可伸长假体，彻底避免多次手术带来的诸多问题。
发明内容
本发明针对现有技术中假体的伸长都需要通过手术方式进行伸长操作，数次手术带来患者痛苦大、经济负担重、感染风险大、治疗失败几率高等问题，提供一种无创型可伸长假体。
本发明提供一种无创型可伸长假体，该无创型可伸长假体包括由内套筒和外套筒组成的主体结构，所述外套筒套在所述内套筒外，所述外套筒可以沿所述内套筒的轴向相对滑动；
所述内套筒内设有电机，所述电机的输出轴上安装永磁体联轴器的输入端永磁体，所述永磁体联轴器的输出端永磁体与减速器相连，所述减速器的输出端与传动环内圈相连；
所述传动环内圈外设置传动环外圈，两者通过螺纹联接；
所述传动环外圈外表面设有传动螺纹，所述传动环外圈和所述外套筒的传动螺纹构成传动螺纹副；
所述传动环内圈与所述内套筒之间设有内套筒端面挡环，所述内套筒端面挡环与所述传动环内圈通过轴肩结构轴向定位，所述内套筒端面挡环与所述内套筒通过螺纹联接；
所述电机与次级线圈相连。
永磁体联轴器采用永磁体磁力驱动传递转矩。
所述外套筒和所述内套筒可通过形面配合或者花键结构套接在一起。
所述形面配合是指所述内套筒外表面设有径向凸起，所述外套筒的内壁设有与之配合的面。
所述电机和所述永磁体联轴器的输入端永磁体外套装塑料壳。实现完全塑封，与外部环境完全隔绝开。
在所述电机与所述次级线圈之间设置整流电路，或者设置整流滤波电路。所述次级线圈可安装在假体的外侧面，以使得初级-次级线圈距离近，电磁场衰减少，传电效率高。
所述的无创型可伸长假体与体外驱动电源及初级线圈配合使用，所述体外驱动电源驱动所述初级线圈产生交变电磁场。所述电机的电能通过初级-次级线圈以非接触电磁感应方式传递。感应载荷采用较高频率的交变电压(电流)源。
无创型可伸长假体电机的驱动电能采用非接触的初-次级线圈感应方式传送。初级线圈加载正弦波形的电压。次级线圈经整流(或整流、滤波)后驱动电机转动。
使用体外驱动电源产生较高频率的交变电压(如10KHz到20KHz之间的交变电压)，驱动初级线圈产生交变电磁场。通过电磁感应，在次级线圈中产生感生电动势，经过整流后驱动电机转动。
体外驱动电源可使用220V50Hz市电作为电源。经变压器后整流滤波，得到驱动电源的功率用电。正弦电压信号使用信号发生芯片产生，经单片机控制系统控制信号的频率和峰值。最后经过功率(电压)放大电路后驱动负载，即初级线圈。
本发明提供的无创型可伸长假体的主体结构由内套筒和外套筒构成，通过形面配合或者花键结构套接在一起，传递弯曲和扭转载荷。原动机动力通过传动环内圈经螺纹拧紧将运动传递到传动环外圈，再经螺纹传动使外套筒沿轴向伸长，实现伸长动作。传动环内圈、传动环外圈和内套筒端面挡环组成轴向受力结构，传递轴向拉压载荷。
驱动机构采用电机作为原动机，由永磁体联轴器将转动传递至减速器。减速器可通过成形联接驱动传动环内圈。传动装置除了提供假体伸长的驱动力外，不参与承受任何结构载荷。
该无创型可伸长假体使用电机作为原动机，经过机械减速器减速增扭后驱动螺纹传动，使假体内外套筒沿轴向进行伸长动作。
本发明的无创型可伸长假体可针对四肢恶性骨肿瘤患者，一并包含其他需要进行人工假体重建的四肢疾病。可用于四肢长骨人工假体重建缺损骨。
无创型可伸长假体的传动环外圈和外套筒之间的螺纹传动具有自锁功能，在假体承受轴向拉压载荷时，自行锁紧，不发生相对转动。电机使用低额定电压、高转速型微型电机，减速器速比大，因此反向效率低，也对外界扰动形成锁紧。两级传动共同形成锁紧，防止假体因机械传动机构自由转动而缩短。必要时在联轴器处设置单向运动装置。
本发明使用体外驱动电源产生频率在10KHz到20KHz之间的交变电压，驱动初级线圈产生交变磁场，通过电磁感应的方式在体内的次级线圈上产生感生电动势，驱动假体内的电机转动，经过联轴器驱动减速器，减速后通过传动环再经螺纹传动使假体进行伸长动作。使用电磁传电的方式，假体伸长时不需要进行任何手术切口操作，完全避免了手术的感染风险。永磁体联轴器可允许将电机(包括其他电器元件)完全塑封，解决密封问题。传动环装置在传递伸长动作所需动力同时，完全隔离了外部载荷和内部动力结构，使假体可以由套筒结构承受生理载荷，提高了假体的可靠性。
本发明的有益效果如下：(1)通过电机驱动减速机构，再驱动螺纹传动，使假体伸长。可以很好地解决骨骼未成熟患者术后的肢体不等长问题。(2)电机的电能通过初级-次级线圈以非接触电磁感应方式传递(采用电磁感应的方式，经由初级-次级线圈通过电磁感应传输电能)，假体伸长操作无需任何手术切口，且对人体没有毒副作用。可以完全避免感染问题。(3)电机驱动部分因采用永磁体联轴器，电机和假体内部电路可以完全塑封密封，其他机械部件采用医用不锈钢或钛合金制造，假体可靠性高，没有密封不良的问题。(4)体外驱动电源轻便易用，可由患者或家属方便地操作，实现多次、每次小伸长量的伸长操作，可以避免软组织被过度牵拉后关节僵硬等问题。
附图说明
图1是可伸长假体的机械结构示意图；
图2是可伸长假体的机械结构A-A示意图；
图3是体外驱动电源(电源)的方案示意图；
图4是一种针对股骨远端恶性肿瘤人工假体置换术的可伸长假体应用；
图中标号：
1-内套筒；2-外套筒；3-电机；4-永磁体联轴器；5-减速器；6-内套筒端面挡环；8-传动环内圈；9-传动环外圈；11-220V50Hz市电插头；12-体外驱动电源；13-感应头(初级线圈)；14-次级线圈；15-可伸长假体总成；16-人工膝关节假体(股骨远端肿瘤型膝关节假体)。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
一种无创型可伸长假体，其机械结构如图1所示。该无创型可伸长假体包括由内套筒1和外套筒2组成的主体结构，所述外套筒2套在所述内套筒1外，所述外套筒2可以沿所述内套筒1的轴向相对滑动，只允许轴向的相对移动；
假体主体结构由内套筒1和外套筒2组成，外套筒内壁有传动螺纹，螺纹的小径圆柱面与内套筒的外表面为间隙配合，承受来自关节或骨的弯曲载荷；内套筒外表面有6个径向凸起，与外套筒内壁上的6个凹槽形成形面配合，传递来自关节或骨的扭转载荷；外套筒能沿内套筒的轴向自由滑动(伸缩)。
所述内套筒1内设有所述电机3，所述电机3的输出轴上安装所述永磁体联轴器4的输入端永磁体，所述永磁体联轴器4的输出端永磁体与所述减速器5相连，所述减速器5的输出端与所述传动环内圈8通过带切口圆形轴、毂成形联接传递转矩。永磁体联轴器采用永磁体磁力驱动传递转矩。
所述电机3和所述永磁体联轴器4的输入端永磁体外套装塑料壳。实现完全塑封，与外部环境完全隔绝开。
所述传动环内圈8外设置传动环外圈9，两者通过螺纹联接；
所述传动环外圈9外表面设有传动螺纹，所述传动环外圈9和所述外套筒2的传动螺纹构成传动螺纹副；所述传动环外圈9通过螺纹传动所述外套筒2。
无创型可伸长假体的传动环外圈和外套筒之间的螺纹传动具有自锁功能。即所述的传动螺纹副为自锁螺纹副。
所述传动环内圈8与所述内套筒1之间设有所述内套筒端面挡环6，所述内套筒端面挡环6靠在所述传动环外圈9旁，所述内套筒端面挡环6与所述传动环内圈8通过轴肩结构轴向定位，传递轴向载荷，所述内套筒端面挡环6与所述内套筒1通过螺纹联接。
所述电机3与所述次级线圈14相连。在所述电机3与所述次级线圈14之间设置整流电路，获得脉动直流电驱动电机转动。
所述的无创型可伸长假体与体外驱动电源12及初级线圈13配合使用，所述体外驱动电源驱动所述初级线圈13产生交变电磁场。
传动环外圈9和内套筒端面挡环6松弛的靠在一起，当假体受到轴向压缩载荷时，外套筒2通过传动螺纹压紧传动环外圈9和内套筒端面挡环6，内套筒端面挡环6再通过螺纹拧紧将压缩载荷传递给内套筒1。当假体受到拉伸载荷时，外套筒2通过传动螺纹拉动传动环外圈9，传动环外圈9通过螺纹拧紧将拉伸载荷传递给传动环内圈8，传动环内圈8通过轴肩结构沿拉伸载荷方向压紧内套筒端面挡环6轴肩，再通过螺纹拧紧将拉伸载荷传递给内套筒1。
电机3加载来自次级线圈的感应电压，产生转矩和转速，带动永磁体联轴器4的输入端永磁体。电机3和永磁体联轴器4输入端永磁体一并由塑料材质制成的外壳包裹，实现可靠密封。输入端永磁体通过磁力作用，转动输出端永磁体，从而驱动减速器5转动。动力经过减速器5后转速降低，转矩增加，随后通过减速器5的输出轴驱动传动环内圈8。传动环内圈8和传动环外圈9通过螺纹拧紧，将同步转动，传动环外圈9被转动后，通过传动螺纹驱动外套筒沿内套筒轴向运动，实现假体的伸长动作。
体外驱动电源使用220V50Hz市电11作为电源。经过整流滤波后得到正负36V的对称直流电压源。使用一个单片机，控制信号发生芯片，产生频率为12.5KHZ的正弦波电压信号；控制一个信号处理电路，将信号发生芯片产生的正弦电压信号按比例系数放大(缩小)。完成处理后的信号经过电压(功率)放大电路后驱动负载线圈产生交变电磁场。
将次级线圈安装在膝关节假体的外侧面，由于此处肌肉少、脂肪少，初级-次级线圈距离近，电磁场衰减少，传电效率高。初级线圈使用直径1.0mm的铜线，同144匝；次级线圈使用直径0.1mm的铜线，共200匝。次级线圈连接一个全桥二极管整流电路(可以加上电容滤波也可以不加)后驱动假体内的电机3。
患者进行假体伸长操作时，通过体外驱动电源12面板上的旋钮调节探头(初级线圈)13上的负载电压，从而调节假体伸长的速度。将体外驱动电源上的开关打开，将感应头置于假体上次级线圈对应的体外位置上，保持一定时间即可。患者可根据生长发育情况，每周或每月进行数次伸长操作。
通过电磁传电的方式，对假体进行伸长操作，完全避免了多次手术带来感染的风险。同时体外驱动电源轻便易操作，可由患者或家属自行操作。无创型可伸长假体能够很大程度地提高患者术后的生理功能和生活质量。
上述无创型可伸长假体可用于治疗骨骼未成熟患者股骨远端恶性骨肿瘤。
实施例2
除了内套筒1和外套筒2通过花键结构套接在一起外，其余与实施例1相同。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种无创型可伸长假体，其特征在于该无创型可伸长假体包括由内套筒(1)和外套筒(2)组成的主体结构，所述外套筒(2)套在所述内套筒(1)外，所述外套筒(2)可以沿所述内套筒(1)的轴向相对滑动；
所述外套筒(2)内壁设有传动螺纹；
所述内套筒(1)内设有电机(3)，所述电机(3)的输出轴上安装永磁体联轴器(4)的输入端永磁体，所述永磁体联轴器(4)的输出端永磁体与减速器(5)相连，所述减速器(5)的输出端与传动环内圈(8)相连；
所述传动环内圈(8)外设置传动环外圈(9)，两者通过螺纹联接；
所述传动环外圈(9)外表面设有传动螺纹，所述传动环外圈(9)和所述外套筒(2)的传动螺纹构成传动螺纹副；
所述传动环内圈(8)与所述内套筒(1)之间设有内套筒端面挡环(6)，所述内套筒端面挡环(6)与所述传动环内圈(8)通过轴肩结构轴向定位，所述内套筒端面挡环(6)与所述内套筒(1)通过螺纹联接；
所述电机(3)与次级线圈(14)相连。
2.根据权利要求1所述的无创型可伸长假体，其特征在于：所述电机(3)和所述永磁体联轴器(4)的输入端永磁体外套装塑料壳。
3.根据权利要求1所述的无创型可伸长假体，其特征在于：所述外套筒(2)和所述内套筒(1)通过形面配合或者花键结构套接在一起。
4.根据权利要求3所述的无创型可伸长假体，其特征在于：所述形面配合是指所述内套筒(1)外表面设有径向凸起，所述外套筒(2)的内壁设有与之配合的面。
5.根据权利要求1所述的无创型可伸长假体，其特征在于：在永磁体联轴器(4)处设置单向运动装置。
6.根据权利要求1所述的无创型可伸长假体，其特征在于：所述次级线圈(14)安装在假体的外侧面。
7.根据权利要求1所述的无创型可伸长假体，其特征在于：在所述电机(3)与所述次级线圈(14)之间设置整流电路，或者设置整流滤波电路。
8.根据权利要求1所述的无创型可伸长假体，其特征在于：所述的无创型可伸长假体与体外驱动电源(12)及初级线圈(13)配合使用，所述体外驱动电源用于驱动所述初级线圈(13)产生交变电磁场，所述电机的电能通过初级-次级线圈以非接触电磁感应方式传递。
9.根据权利要求1所述的无创型可伸长假体，其特征在于：主体结构的内套筒和外套筒通过形面配合或者花键结构套接在一起，传递弯曲和扭转载荷，电机(3)的动力通过传动环内圈(8)经螺纹拧紧将运动传递到传动环外圈(9)，再经螺纹传动使外套筒(2)沿轴向伸长，实现伸长动作，传动环内圈(8)、传动环外圈(9)和内套筒端面挡环(6)组成轴向受力结构，传递轴向拉压载荷。
10.根据权利要求1所述的无创型可伸长假体，其特征在于：所述的传动螺纹副为自锁螺纹副。
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