CN103006302B - 骨外固定器用球形万向关节及调控式仿生骨外固定器 - Google Patents

Abstract

一种骨外固定器用球形万向关节及调控式仿生骨外固定器，所述骨外固定器用球形万向关节包括球形头、套筒、套筒盖、球槽、球碗、锁紧轴和锁紧滑块，所述球形头包括关节球和设在关节球上的球形万向关节螺纹接头A，其中关节球位于套筒内侧并且关节球靠球形万向关节螺纹接头A的一侧与套筒弧面接触，球形万向关节螺纹接头A从套筒的一端伸出至套筒外，所述套筒盖固定连接在套筒的另一端，套筒盖的外侧面上设有球形万向关节螺纹接头B，套筒盖的内侧面上设有锁紧滑块放置凹槽。采用了骨外固定器用球形万向关节的调控式仿生骨外固定器结构简单、重量轻、成本低、可调控、操作灵活，可有针对性的、个性化的进行组合、调控。

Description

骨外固定器用球形万向关节及调控式仿生骨外固定器

技术领域

本发明涉及一种设置在骨外固定器上的关节，以及一种骨外固定器。

背景技术

在医疗技术现代化的进程中，骨外固定器的材料与结构方面取得长足的发展，突出的无疑是俄国医学专家Ilizarov发明的洞孔环式外固定器，洞孔环式外固定器和细钢针拉张技术，使原始意义上的骨外固定器，在力学作用方式和力学生物学性能发生了质地变化、调控性能提高，适应证更加广泛,是骨外固定器技术领域的重大进步。Ilizarov的技术也激发了无数骨科医生对骨外固定技术的学习、研究和应用的兴趣,其后美国Dror Paley编著了《矫形外科原则》，创造性将CORA概念应用到骨外固定的矫治之中，使骨外固定矫形技术在规范化和数字化方面取得重大进展。与此同时，矫形器械的研究也有长足进步：1984年，Bastiani等发明了一种单边的轴动力外固定器，简化操了作难度，是国内外应用较多的一种骨外固定器；AO学派也认识到骨外固定器在开放、感染性骨折中的应用价值，研制了一种管状外固定器。1994年美国人J Charles Taylor(查尔斯.泰勒)等人在Ilizarov环形外固定器的基础上，改进设计成数字的“空间架构”外固定器(Taylor Spatial Frame，简称TSF)，“空间架构”外固定器是一种将六个可伸缩的连接杆倾斜地连接近端和远端环上、并在连接点处可以自由旋转的洞孔环式外固定器，该洞孔环式外固定器也称“泰勒空间框架”。

泰勒空间框架有六个可以调节长度的连接杆，且每个连接杆的长度可以直接读出，6个连接杆连接支撑两个环，形成一个整体（如果用5个连接杆则系统不稳定，如果用7个连接杆则系统受到过度限制），整个结构异常坚固。泰勒空间框架只要调节其中一根连接杆的长度，一个环就会相对另一个环改变位置，连接基础面到平台的6根支柱，其长度、空间可变化，借助于机器人技术和平行机械学，通过计算机输出的指令数字来调节6根连接杆的长度，改变泰勒空间框架的空间构型，达到骨折断端复位、矫形或延长的目的。

治疗骨折(包括骨骼畸形截骨矫形后)时，如何实施合理的固定，只能根据骨愈合的生物学规律，分析、评价、探索合理的固定刚度，并以此进行技术创新，而不仅仅是围绕固定方法研究固定刚度的合理性，所以自20世纪90年代以来，我国学者创造性提出了再生重建理论为基础，以控制论为准则的骨外固定技术体系。

现在，申请人依据“骨科自然重建理念”，提出了一种“骨折固定的适应性刚度概念”，即适应性固定刚度。所述适应性固定刚度，是指骨外固定器在维持骨折复位稳定的同时，按照骨胚胎原始发育方式，提供阶段性最佳固定刚度，充分利用骨对应力的适应性控制，调整骨的生长与吸收，促进骨折愈合的进程，完成骨功能的优化重建，直至骨愈合恢复到最完善的程度，换句话说，就是骨折固定的刚度随着骨愈合的强度的增加而降低，骨力学强度随着固定刚度的降低而增加的一个动态的转化过程。由此总结出：骨折早期实施坚强固定，中期提供轴向和综合应力刺激的弹性固定，后期提供平衡固定，这一概念符合骨折固定、愈合、重建的生物学过程，对外固定技术在临床上合理应用提供了有实际意义的理论指导。

尽管泰勒空间框架的设计、制作与临床应用已经达到了精密、标准化和智能化的程度，但也存在不如人意的地方：1、泰勒空间框架难于满足骨折固定、愈合、重建的生物学过程，即难于满足骨折早期实施坚强固定、中期提供轴向和综合应力刺激的弹性固定、后期提供平衡固定的需要，具体来说，就是泰勒空间框架固定的刚度不能变化，当遇到一些特别复杂的病例（比如几种需要治疗的问题同时存在）时，泰勒空间框架的灵活性显得不足，而且必须借助计算机输出的指令数字来调节6根连接杆的长度，由此改变支架的空间构型，达到骨折断端复位、矫形或延长的目的，所以缺少功能适应性，在临床应用时有一定的局限性。2、泰勒空间框架只能用6个杆连接支撑两个环，形成一个整体，如果用5个杆则系统不稳定，如果用7个杆则系统受到过度限制，显然，整个系统被固化了，不仅制造成本高，而且使用价格昂贵，增加了医疗成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够满足骨折早期实施坚强固定、中期提供轴向和综合应力刺激的弹性固定、后期提供平衡固定的要求的骨外固定器用球形万向关节及调控式仿生骨外固定器，要解决机械能（力学环境）与生物能（组织再生）的相容性（力学生物学环境的合理性）问题，并解决传统的骨外固定器制造成本高、使用价格昂贵的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种骨外固定器用球形万向关节，连接在骨外固定器的洞孔环与连接杆之间，其特征在于：包括球形头、套筒、套筒盖、球槽、球碗、锁紧轴和锁紧滑块，所述球形头包括关节球和设在关节球上的球形万向关节螺纹接头A，其中关节球位于套筒内侧并且关节球靠球形万向关节螺纹接头A的一侧与套筒弧面接触，球形万向关节螺纹接头A从套筒的一端伸出至套筒外，所述套筒盖固定连接在套筒的另一端，套筒盖的外侧面上设有球形万向关节螺纹接头B，套筒盖的内侧面上设有锁紧滑块放置凹槽，所述锁紧轴和锁紧滑块放置在锁紧滑块放置凹槽中，锁紧轴上设有正反扣螺纹，锁紧滑块有两块并且通过正反扣螺纹对称连接在锁紧轴上，所述套筒的侧壁上对应锁紧轴的位置开有锁紧轴调节孔，同时锁紧轴对应锁紧轴调节孔的端面上设有螺丝刀槽口，所述球槽和球碗设置在关节球与锁紧滑块之间的套筒中。

所述洞孔环为近端洞孔环或远端洞孔环。

所述连接杆为竖直连接杆或斜连接杆。

所述球形万向关节螺纹接头A为内螺纹接头，球形万向关节螺纹接头B为外螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A为外螺纹接头，球形万向关节螺纹接头B为内螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A和球形万向关节螺纹接头B均为内螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A和球形万向关节螺纹接头B均为外螺纹接头。

一种调控式仿生骨外固定器，由骨外固定支架、钢针固定夹和钢针组成，其中骨外固定支架又包括近端洞孔环、远端洞孔环和竖直连接杆，并且竖直连接杆通过近端关节与近端洞孔环连接，竖直连接杆通过远端关节与远端洞孔环连接，其特征在于：所述近端关节或/和远端关节是骨外固定器用球形万向关节，骨外固定器用球形万向关节包括球形头、套筒、套筒盖、球槽、球碗、锁紧轴和锁紧滑块，所述球形头包括关节球和设在关节球上的球形万向关节螺纹接头A，其中关节球位于套筒内侧并且关节球靠球形万向关节螺纹接头A的一侧与套筒的内侧面弧面接触，球形万向关节螺纹接头A从套筒的其中一端伸出至套筒外，所述套筒盖固定连接在套筒的另一端，套筒盖的外侧面上设有球形万向关节螺纹接头B，套筒盖的内侧面上设有锁紧滑块放置凹槽，所述锁紧轴和锁紧滑块放置在锁紧滑块放置凹槽中，锁紧轴上设有正反扣螺纹，锁紧滑块有两块并且通过正反扣螺纹对称连接在锁紧轴上，所述套筒的侧壁上对应锁紧轴的位置开有锁紧轴调节孔，同时锁紧轴对应锁紧轴调节孔的端面上设有螺丝刀槽口，所述球槽和球碗设置在关节球与锁紧滑块之间的套筒中。

所述球形万向关节螺纹接头A为内螺纹接头，球形万向关节螺纹接头B为外螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A为外螺纹接头，球形万向关节螺纹接头B为内螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A和球形万向关节螺纹接头B均为内螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A和球形万向关节螺纹接头B均为外螺纹接头。

所述竖直连接杆为骨外固定器用竖直快速延长杆，骨外固定器用竖直快速延长杆的数量为两根、三根或四根，每根骨外固定器用竖直快速延长杆均包括竖直快速延长杆杆套、竖直快速延长杆螺纹杆、竖直快速延长杆销子、竖直快速延长杆连接螺母、竖直快速延长杆调整螺母和套有竖直快速延长杆锁紧套的竖直快速延长杆锁紧爪，其中竖直快速延长杆锁紧爪包括外螺纹套环和爪子，并且爪子的内侧面上设有抱紧螺纹，爪子的端部设有锁紧套限位翻边。

所述竖直快速延长杆杆套上设有竖直快速延长杆轴向导向槽，所述竖直快速延长杆连接螺母焊接固定在竖直快速延长杆杆套的一端，所述竖直快速延长杆调整螺母的一端套在竖直快速延长杆杆套的另一端上并且与竖直快速延长杆杆套轴向固定、径向转动连接，竖直快速延长杆调整螺母的另一端与所述竖直快速延长杆锁紧爪的外螺纹套环螺纹连接，所述竖直快速延长杆螺纹杆依次穿过竖直快速延长杆锁紧爪和竖直快速延长杆调整螺母后，插在了竖直快速延长杆杆套中，所述竖直快速延长杆销子连接在竖直快速延长杆螺纹杆上并且与竖直快速延长杆杆套上的竖直快速延长杆轴向导向槽相配合。

所述竖直快速延长杆调整螺母的侧壁上开有调整螺母顶丝孔，所述竖直快速延长杆锁紧爪的外螺纹套环上对应调整螺母顶丝孔的位置开有锁紧爪顶丝孔，有一个竖直快速延长杆顶丝螺纹连接在调整螺母顶丝孔和锁紧爪顶丝孔中。

所述竖直快速延长杆螺纹杆上套有竖直快速延长杆钢度控制机构，该竖直快速延长杆钢度控制机构由竖直快速延长杆内螺纹套、竖直快速延长杆下套和竖直快速延长杆弹簧组成，所述竖直快速延长杆内螺纹套与竖直快速延长杆螺纹杆螺纹连接，所述竖直快速延长杆下套与竖直快速延长杆锁紧爪的爪子相接触，所述竖直快速延长杆弹簧夹在竖直快速延长杆内螺纹套与竖直快速延长杆下套之间。

所述骨外固定器用竖直快速延长杆与近端洞孔环之间还连接有斜连接杆，斜连接杆的一端万向铰接连接在近端洞孔环上，斜连接杆的另一端万向铰接连接在骨外固定器用竖直快速延长杆上，斜连接杆为骨外固定器用斜快速延长杆，骨外固定器用斜快速延长杆包括斜快速延长杆杆套、斜快速延长杆螺纹杆、斜快速延长杆销子、斜快速延长杆调整螺母和套有斜快速延长杆锁紧套的斜快速延长杆锁紧爪，其中斜快速延长杆锁紧爪包括外螺纹套环和爪子，并且爪子的内侧面上设有抱紧螺纹，爪子的端部设有锁紧套限位翻边。

所述斜快速延长杆杆套上设有斜快速延长杆轴向导向槽，斜快速延长杆杆套的一端设有斜快速延长杆铰接耳板，所述斜快速延长杆调整螺母的一端套在斜快速延长杆杆套的另一端上并且与斜快速延长杆杆套轴向固定、径向转动连接，斜快速延长杆调整螺母的另一端与所述斜快速延长杆锁紧爪的外螺纹套环螺纹连接，所述斜快速延长杆螺纹杆依次穿过斜快速延长杆锁紧爪和斜快速延长杆调整螺母后，插在了斜快速延长杆杆套中，所述斜快速延长杆销子连接在斜快速延长杆螺纹杆上并且与斜快速延长杆杆套上的斜快速延长杆轴向导向槽相配合。

所述斜快速延长杆调整螺母的侧壁上开有调整螺母顶丝孔，所述斜快速延长杆锁紧爪的外螺纹套环上对应调整螺母顶丝孔的位置开有锁紧爪顶丝孔，有一个斜快速延长杆顶丝螺纹连接在调整螺母顶丝孔和锁紧爪顶丝孔中。

所述斜快速延长杆螺纹杆上套有斜快速延长杆钢度控制机构，该斜快速延长杆钢度控制机构由斜快速延长杆内螺纹套、斜快速延长杆下套和斜快速延长杆弹簧组成，所述斜快速延长杆内螺纹套与斜快速延长杆螺纹杆螺纹连接，所述斜快速延长杆下套与斜快速延长杆锁紧爪的爪子相接触，所述斜快速延长杆弹簧夹在斜快速延长杆内螺纹套与斜快速延长杆下套之间。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：采用了骨外固定器用球形万向关节的调控式仿生骨外固定器结构简单、重量轻、成本低、可调控、操作灵活，可有针对性的、个性化的进行组合、调控，大大提高了骨外固定技术的安全性、先进性、实用性和临床应用价值。

采用了骨外固定器用球形万向关节的调控式仿生骨外固定器可以使机械能（力学环境）与生物能（组织再生）具有很好的相容性（力学生物学环境的合理性），可以满足骨折早期实施坚强固定、中期提供轴向和综合应力刺激的弹性固定、后期提供平衡固定的要求。

采用了骨外固定器用球形万向关节的调控式仿生骨外固定器可根据治疗的需要，任选2～4根骨外固定器用竖直快速延长杆并配合1～4根骨外固定器用斜快速延长杆进行组合，克服了现有产品整个系统被固化、制造成本高、使用价格昂贵、医疗成本高的缺点。

采用了骨外固定器用球形万向关节的调控式仿生骨外固定器在实施穿针固定后，可以通过手法（人手）直接进行整复（矫形）调整，借助于矫形测量尺（由北京骨外固定技术研究所研制生产）和下肢矫形尺（由北京骨外固定技术研究所研制生产）快速地进行术前测量，既能保证手术治疗质量，又无须使用电脑辅助系统进行操作，减少工作量，省时、省力、省医疗费，同时也为实现真正意义的智能化控制提供了坚实的基础。

所述骨外固定器用球形万向关节在保持关节球万向自由旋转性能的基础上，增加了自锁功能，解决了球形关节的坚强固定与自由旋转的矛盾问题，也就是说，本发明中的骨外固定器用球形万向关节可以自由调节并锁紧，成角调整时，可先位移后调整角度，释放旋转成角形成的扭力，并将其固定，既保持其自由旋转的特点，又增加了自锁固定功能，能满足骨折早期实施坚强固定，中期提供轴向和综合应力刺激的弹性固定，后期提供平衡固定的需要，增加构型的实用性和灵巧性，方便医生操作，实施和实现了“骨科自然重建理念”。

采用了骨外固定器用球形万向关节的调控式仿生骨外固定器中的各个构件与现有的组合式骨外固定器相比，在保持原有构件特点的同时，又进行了较大的改进和创新，增加了新的功能，各个构件的改进和创新使调控式仿生骨外固定器的性能得到新提升，功能更加科学、先进和实用，满足了多种病例的需要。具体如下：1、连接杆（骨外固定器用竖直快速延长杆和骨外固定器用斜快速延长杆）上安装有钢度控制机构，在治疗过程可以根据治疗要求实施弹性牵伸、弹性固定（调控弹性）和适应性固定。2、连接杆上还设有快速延长杆调整螺母，具有牵伸、加压功能，顺时针或逆时针转动快速延长杆调整螺母360度，连接杆可以增长或缩短，解决了骨外固定器固定的刚度不能变化的难题，所以在治疗过程可以根据治疗要求实施间隙为零的早期坚强固定、中期间隙为1～2mm的弹性固定和后期间隙为3～5mm的适应性平衡固定。3、连接杆是实施整体构型和功能组合的重要构件，连接杆通过球形万向关节的连接固定，可进行构型的优化组合，增加构型的实用性和灵巧性，在治疗过程可以根据治疗要求实施牵伸、加压、弹性调整和适应性刚度固定，突出地体现了本发明的仿生学功能，提高了机械能与生物能的相容性，符合再生重建和控制理论的要求，确保了 98%以上的疗效。4、骨外固定器中的骨外固定器用竖直快速延长杆、骨外固定器用斜快速延长杆和洞孔环形成三角支撑构型, 力学结构合理，既增加了骨外固定器的支撑强度，又减轻了骨外固定器的重量，同时还可快速调整快速延长杆的伸缩长度，具有调整操作方便、构型优化、实用、灵巧的特点，更重要地是，在治疗的全过程中，即早、中、后期的不同固定阶段，在保持骨外固定器的全部功能的前提下，可随机增加和减少骨外固定器用斜快速延长杆，分别满足早期坚强固、中期弹性固定、后期平衡固定阶段骨的治疗要求:在早期固定阶段时，这种三角支撑构型增加了骨外固定器的稳定性，满足坚强固定需要；在中期弹性固定阶段，可随机拆除部分斜快速延长杆，发挥连接杆和钢度控制机构的刚度调整功能，提供轴向和综合应力刺激的弹性固定，促进骨折愈合、新骨生长；在后期提供平衡固定阶段，可拆全部短快速延长杆，减轻骨外固定器的重量，利于患者进行运动性康复训练，促进骨质矿化，实现骨功能的优化重建和完全愈合，同时方便术后管理、方便测量。

采用了骨外固定器用球形万向关节的调控式仿生骨外固定器的构件设计巧妙合理，每个构件既有相对的独立性，又有很强的互换性，不仅可随机组成本发明所述的各种临床所需的骨外固定器个体化构型，还可以根据年龄、部位和治疗要求，随机组成单侧、三角式、半环式和复合式等不同几何形状的骨外固定器，实现了“器随境转”，例如：与骨外固定器用球形万向关节连接的竖直连接杆可以是骨外固定器用竖直快速延长杆，也可以是其它的竖直连接杆；斜连接杆可以是骨外固定器用斜快速延长杆，也可以是其它的斜连接杆。

本发明对骨外固定器的力学效应进行了新的创新，研制的骨外固定器用快速延长杆具有动态弹性牵伸功能，研制的骨外固定器用球形万向关节属于仿生关节，它们具有顺应生物学要求的结构，在实现“器随境转”的同时，使外固定器迈向仿生学的境界成为可能，为实施控制论提供了技术保证。

骨外固定器用球形万向关节可以与骨外固定器的其它构件相组合，比如与洞孔环（洞孔全环、洞孔半环、U型环等）和其它形式的连接杆相组合，可以提高骨外固定器的性能。

本发明融入了更多的Ilizarov外固定器的结构元素，不仅在基础理论，器械创新、技术规范、临床应用和治疗理念等方面又有新的突破，基本实现了理论系统化、器械系列化、操作规范化、疗效标准化，形成了新的骨外固定技术体系。

采用了骨外固定器用球形万向关节的调控式仿生骨外固定器，具有多种综合功能：静态固定、动态固定、牵伸、加压、矫正成角畸形、矫正侧方位移、旋转畸形和刚度控制功能。这些功能是其它器械和治疗方法所不具备的。在临床实践中，这些功能既可发挥特定的作用，也可起到共有的作用，如：1、静态固定功能：既可实施全程治疗的固定，比如股骨粗隆部、股骨髁、胫骨干骺端骨折、桡骨远端骨折、关节骨折等治疗的全程固定、或者已结合简单内固定的骨折治疗全程固定，又可实施阶段性固定，比如骨折固定适应性刚度的坚强固定阶段、伴有骨缺损的严重粉碎性骨折等阶段性固定、截骨矫形术的早期固定和截骨延长预延期的固定等。本专利所用的骨外固定器用球形万向关节在保持关节球万向自由旋转性能的基础上，增加了自锁功能，解决了球形关节的坚强固定与自由旋转的矛盾问题，也就是说，本发明中的骨外固定器用球形万向关节可以自由调节并锁紧，成角调整时，可先位移后调整角度，释放旋转成角形成的扭力，并将其固定，既保持其自由旋转的特点，又增加了自锁固定功能，能满足骨折早期实施坚强固定，中期提供轴向和综合应力刺激的弹性固定，后期提供平衡固定的需要，增加构型的实用性和灵巧性，方便医生操作，实施和实现了“骨科自然重建理念”。

2、适应性固定刚度功能：采用了骨外固定器用球形万向关节的调控式仿生骨外固定器，解决了自由旋转与坚强固定的矛盾问题，确保了也就是说，本发明中的骨外固定器用球形万向关节，不仅具有静态固定功能，实施早期坚强固定，还可以自由调节成角，可先位移后调整角度，释放旋转成角形成的残余扭力，满足在骨折治疗的中、后期适应性刚度调整，通过外固定器结构和力学性能的调控，为骨折愈合、新骨矿化提供轴向弹性固定、综合弹性固定和平衡固定等不同固定刚度的需要，实现了骨功能的优化重建。

3、骨及肢体延长功能：采用了骨外固定器用球形万向关节的调控式仿生骨外固定器，可实现骨段延长与肢体同步延长手术。在实施截骨缓慢延长手术治疗时，首先需要实施截骨,然后导入本发明的调控式仿生骨外固定器，可将连接杆固定在近端和远端洞孔环上，然后再将钢针固定夹安装在调控式仿生骨外固定器的连接杆上，同时用半针或全针横向穿入皮肤和延长骨处进行固定，并且按照延长手术方案,调整仿生骨外固定器的快速延长杆上的调整螺母，使穿入皮肤和延长骨的半针或全针，同时向外牵拉，使延长骨和皮肤、肌肉同步延伸，同步牵伸时，两截骨面的牵伸速度和距离控在每天1mm左右，直至延长到设计的理想长度并完全愈合，实现骨段延长与肢体同步延长。在实施本手术的过程中，因为皮肤、肌肉与骨头要同步延伸，因此往往会给肢体关节产生负担，影响到关节的正常功能，而在该手术治疗时，用调控式仿生骨外固定器的球形万向关节和牵伸调节装置对肢体的关节进行牵伸，和旋转角度的调整，使肢关节保持一定的缝隙，克服了肢体关节出现的副作用。

4、截骨逐步矫形功能：在截骨矫形术，关节牵伸矫形术时，利用外固定器的牵伸调节装置逐步牵伸矫正畸形,如截骨牵伸矫治膝关节内、外翻，缓慢牵伸矫治等在截骨矫形术，关节牵伸术矫形术时，利用外固定器的牵伸调节装置逐步牵伸矫正畸形,如截骨牵伸矫治膝关节内、外翻，缓慢牵伸矫治等。例如，矫治畸形的骨与关节畸形时，可导入两组调控式仿生骨外固定器，即在小腿的下部安装一组远侧外固定架，在小腿的上部安装一组近侧外固定架，在两组调控式仿生骨外固定器之间，安装绞链调整杆和外固定器连接调整杆，根据骨与关节畸形的病情，按术前的矫形设计预案，每天调节外固定器连接调整杆的距离，调整调控式仿生骨外固定器之间角度，矫正畸形骨。但是，使用调控式仿生骨外固定器进行矫形的整个过程中。球形万向关节的万向自由旋转功能发挥了重要作用，每当用外固定器连接调整杆调整距离时，球形万向关节可自由旋转，调整角度，并与刚度控制器、快速延长杆的功能相协同，有效地矫治畸形骨与关节畸形。

5、关节牵伸矫形功能：在不截骨的情况下，用调控式仿生骨外固定器逐步牵伸矫形，使关节挛缩畸形在无创条件下得到矫治,如膝关节屈曲挛缩畸形逐步牵伸矫治，足踝部畸形的逐步牵伸矫治等。例如，矫治双足复杂踝畸形的骨与关节畸形时，可导入两组调控式仿生骨外固定器，在小腿的下部安装一组，在杂踝畸形的脚部安装另一组，在两组调控式仿生骨外固定器之间，安装绞链调整杆和连接调整杆，连接调整杆的一端连接一球形万向关节器，球形万向关节器与小腿的下部安装的调控式仿生骨外固定器的远端洞孔环连接固定。治疗时，根据骨与关节畸形的病情，用绞链调整杆和连接调整杆调控仿生骨外固定器之间角度和距离，矫正脚弓畸形和脚背畸形。调控式仿生骨外固定器所特有的关节器和刚度控制器、快速延长杆的功能，在无创条件下有效地矫治双足复杂踝畸形的骨与关节畸形。

6、骨横向牵伸功能：骨横向牵伸功能，是指在沿胫骨的纵轴进行截一长骨块，应用调控式仿生骨外固定器将其逐步牵开，使骨径增加。该术可用于治疗下肢缺血性疾病，如脉管炎等。在治疗脉管炎时，首先要使用管状骨截骨器，沿胫骨的纵轴截一长骨块，然后在导入本发明的调控式仿生骨外固定器，可将连接杆固定在两个洞孔环上，然后再将钢针固定夹安装在调控式仿生骨外固定器的连接杆上，同时用半针或全针横向穿入截开的长骨块上，进行固定，然后调整钢针固定夹的调整螺母，对穿入骨块的半针或全针，同时向外进行横向牵拉，使骨径增加，进而增大骨腔内空间，利于治疗脉管炎，有效地改善了术骨的血运功能，实现对胫骨横向牵伸，对脉管炎进行有效地治疗。

7、皮肤牵伸功能：调控式仿生骨外固定器可以对皮肤实施各种方向的牵伸，以修复皮肤缺损和创面。可用于下肢各种类型的皮肤缺损。如治疗胫骨感染性骨与皮肤缺损的疑难骨病时，在导入本发明的调控式仿生骨外固定器后，可将连接杆固定在两个洞孔环上，然后再将钢针固定夹安装在调控式仿生骨外固定器的连接杆上，同时用半针或全针横向穿入缺损的皮肤处进行固定，然后调整仿生骨外固定器的快速延长杆上的调整螺母，使穿入缺损的皮肤的半针或全针，同时向内牵拉，使皮肤延伸，缩小缺损皮肤的创面，直至愈合，实现对胫骨感染性骨与皮肤缺损的有效治疗。

在临床实践中，上述各种功能较少单独使用，多数情况下是两种或多种功能的联合应用。因此，本发明所具有的多种功能进行联合应用，获得意想不到的临床效果。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是骨外固定支架实施例一的立体示意图。

图2是骨外固定器用竖直快速延长杆与骨外固定器用球形万向关节配合的立体示意图。

图3是骨外固定器用竖直快速延长杆的分解示意图。

图4是骨外固定器用竖直快速延长杆的结构示意图。

图5是竖直快速延长杆锁紧爪的立体示意图。

图6是骨外固定器用斜快速延长杆的分解示意图。

图7是骨外固定器用斜快速延长杆的结构示意图。

图8是骨外固定支架实施例二的立体示意图。

图9是骨外固定支架实施例三的立体示意图。

图10是骨外固定支架实施例四的立体示意图。

图11是骨外固定支架实施例五的立体示意图。

图12是骨外固定支架实施例六的立体示意图。

图13是调控式仿生骨外固定器与骨头配合使用的示意图。

图14是骨外固定器用球形万向关节的立体示意图。

图15是骨外固定器用球形万向关节的分解示意图。

图16是骨外固定器用球形万向关节的结构示意图。

图17是洞孔环为U形的示意图。

图18是洞孔环为C形的示意图。

图19是洞孔环为圆环形并且洞孔环上的孔为长孔的示意图。

附图标记：1－近端洞孔环、2－远端洞孔环、3－骨外固定器用竖直快速延长杆、4－骨外固定器用斜快速延长杆、5－钢针固定夹、6－钢针、7－骨外固定器用球形万向关节；

10－竖直快速延长杆顶丝、11－竖直快速延长杆杆套、11.1－竖直快速延长杆轴向导向槽、12－竖直快速延长杆螺纹杆、13－竖直快速延长杆销子、14－竖直快速延长杆卡垫、15－竖直快速延长杆连接螺母、16－竖直快速延长杆调整螺母、16.1－卡钩、17－竖直快速延长杆锁紧爪、17.1－外螺纹套环、17.2－爪子、17.3－抱紧螺纹、17.4－锁紧套限位翻边、18－竖直快速延长杆锁紧套、19－竖直快速延长杆下套、20－竖直快速延长杆弹簧、21－竖直快速延长杆内螺纹套；

10’－斜快速延长杆顶丝、11’－斜快速延长杆杆套、11.1’－斜快速延长杆轴向导向槽、12’－斜快速延长杆螺纹杆、13’－斜快速延长杆销子、14’－斜快速延长杆卡垫、15’－斜快速延长杆铰接耳板、16’－斜快速延长杆调整螺母、17’－斜快速延长杆锁紧爪、18’－斜快速延长杆锁紧套、19’－斜快速延长杆下套、20’－斜快速延长杆弹簧、21’－斜快速延长杆内螺纹套；

22－卡扣、23－连接座A、24－连接座B；

25－球形头、25.1－关节球、25.2－球形万向关节螺纹接头A、26－套筒、26.1－锁紧轴调节孔、27－套筒盖、27.1－球形万向关节螺纹接头B、27.2－锁紧滑块放置凹槽、28－锁紧滑块、29－球槽、30－球碗、31－锁紧轴、31.1－正反扣螺纹、31.2－螺丝刀槽口。

具体实施方式

参见图13，所述的调控式仿生骨外固定器由骨外固定支架、钢针固定夹5和钢针6组成。

实施例一参见图1，所述骨外固定支架又包括近端洞孔环1、远端洞孔环2、竖直连接杆和斜连接杆。所述竖直连接杆通过近端关节与近端洞孔环1连接，竖直连接杆通过远端关节与远端洞孔环2连接。

参见图1、图14-16，所述近端关节和远端关节均是骨外固定器用球形万向关节7，骨外固定器用球形万向关节7包括球形头25、套筒26、套筒盖27、球槽29、球碗30、锁紧轴31和锁紧滑块28，所述球形头25包括关节球25.1和设在关节球上的球形万向关节螺纹接头A25.2，其中关节球25.1位于套筒26内侧并且关节球25.1靠球形万向关节螺纹接头A的一侧与套筒26的内侧面弧面接触，球形万向关节螺纹接头A25.2从套筒26的其中一端伸出至套筒26外，所述套筒盖27固定连接在套筒26的另一端，套筒盖27的外侧面上设有球形万向关节螺纹接头B27.1，套筒盖27的内侧面上设有锁紧滑块放置凹槽27.2，所述锁紧轴31和锁紧滑块28放置在锁紧滑块放置凹槽27.2中，锁紧轴31上设有正反扣螺纹31.1，锁紧滑块28有两块并且通过正反扣螺纹31.1对称连接在锁紧轴31上，所述套筒26的侧壁上对应锁紧轴的位置开有锁紧轴调节孔26.1，同时锁紧轴31对应锁紧轴调节孔的端面上设有螺丝刀槽口，所述球槽29和球碗30设置在关节球25.1与锁紧滑块28之间的套筒26中。

骨外固定器用球形万向关节的万向调节：两块锁紧滑块28没有通过球碗30、球槽29抱紧关节球25.1，此时的关节球25.1靠球形万向关节螺纹接头A25.2的一侧与套筒26的内侧面弧面接触（需要确保套筒在该侧的内径小于关节球的直径，同时确保套筒的内侧壁上设置有与关节球对应的弧面），由于是弧面接触，所以关节球25.1可以相对套筒26做万向的转动，即球形万向关节可以万向转动。

骨外固定器用球形万向关节的锁死过程：用螺丝刀旋转锁紧轴31，正反扣螺纹帯动锁紧滑块28相向而动，由于球碗30具有中间高、四周低的斜面（圆弧的斜面最佳），所以两块锁紧滑块28在间距缩小的同时，开始给球碗30一个压力，球碗30又给球槽29一个压力，然后球槽29在压力的作用下开始逐渐抱紧关节球25.1（本实施例中，球槽与关节球弧面接触），随着锁紧轴31的转动，两块锁紧滑块28越来越近，抱紧关节球的力也就越来越大，最终将球形万向关节锁死。

本实施例中，球形万向关节螺纹接头A25.2为内螺纹接头，球形万向关节螺纹接头B27.1为外螺纹接头。具体来说，球形万向关节螺纹接头A25.2是一个带有内螺纹的连接短管，球形万向关节螺纹接头B27.1是一个外螺纹短杆。

在其它实施例中，也可以是球形万向关节螺纹接头A25.2为外螺纹接头，球形万向关节螺纹接头B27.1为内螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A25.2和球形万向关节螺纹接头B27.1均为内螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A25.2和球形万向关节螺纹接头B27.1均为外螺纹接头。

在其它实施例中，也可以光近端关节是骨外固定器用球形万向关节7，或者光远端关节是骨外固定器用球形万向关节7。在调控式仿生骨外固定器中设置骨外固定器用球形万向关节7，有效地保障和满足了治疗复杂的疑难病症的需要。

参见图1-5，所述竖直连接杆为骨外固定器用竖直快速延长杆3，骨外固定器用竖直快速延长杆3的数量为三根，骨外固定器用竖直快速延长杆3通过近端关节与近端洞孔环1连接，骨外固定器用竖直快速延长杆3通过远端关节与远端洞孔环2连接。

骨外固定器用竖直快速延长杆3包括竖直快速延长杆杆套11、竖直快速延长杆螺纹杆12、竖直快速延长杆销子13、竖直快速延长杆连接螺母15、竖直快速延长杆调整螺母16和套有竖直快速延长杆锁紧套18的竖直快速延长杆锁紧爪17，其中竖直快速延长杆锁紧爪17包括外螺纹套环17.1和爪子17.2，并且爪子17.2的内侧面上设有抱紧螺纹17.3，爪子17.2的端部设有锁紧套限位翻边17.4。

所述竖直快速延长杆杆套11上设有竖直快速延长杆轴向导向槽11.1，所述竖直快速延长杆连接螺母15焊接固定在竖直快速延长杆杆套11的一端，所述竖直快速延长杆调整螺母16的一端套在竖直快速延长杆杆套11的另一端上并且与竖直快速延长杆杆套11轴向固定、径向转动连接，竖直快速延长杆调整螺母16的另一端与所述竖直快速延长杆锁紧爪17的外螺纹套环17.1螺纹连接，所述竖直快速延长杆螺纹杆12依次穿过竖直快速延长杆锁紧爪17和竖直快速延长杆调整螺母16后，插在了竖直快速延长杆杆套11中（竖直快速延长杆杆套11的内部没有螺纹）。

所述竖直快速延长杆销子13连接在竖直快速延长杆螺纹杆12上并且与竖直快速延长杆杆套11上的竖直快速延长杆轴向导向槽11.1相配合。本实施例中，竖直快速延长杆销子13和竖直快速延长杆螺纹杆12是通过过盈配合连接在一起的。竖直快速延长杆销子13的作用一是防止竖直快速延长杆螺纹杆12收缩的太短（防止竖直快速延长杆螺纹杆12碰到竖直快速延长杆连接螺母15），二是防止竖直快速延长杆螺纹杆12自由转动，影响伸缩的准确性，三是竖直快速延长杆销子13可以起标示作用，即和竖直快速延长杆杆套11上的伸缩量标尺相配合，反映出快速延长杆螺纹杆12移动的距离。

所述竖直快速延长杆调整螺母16的侧壁上开有调整螺母顶丝孔，所述竖直快速延长杆锁紧爪17的外螺纹套环17.1上对应调整螺母顶丝孔的位置开有锁紧爪顶丝孔（快速延长杆调整螺母16的调整螺母顶丝孔和快速延长杆锁紧爪17的锁紧爪顶丝孔同心），有一个竖直快速延长杆顶丝10螺纹连接在调整螺母顶丝孔和锁紧爪顶丝孔中。竖直快速延长杆顶丝10的作用一是起到防止竖直快速延长杆锁紧爪17与竖直快速延长杆调整螺母16相对滑脱，二是竖直快速延长杆顶丝10能顶住竖直快速延长杆螺纹杆12，防止竖直快速延长杆螺纹杆12滑动，要想调节竖直快速延长杆螺纹杆12，必须拧开竖直快速延长杆顶丝10。

本实施例中，竖直快速延长杆螺纹杆12上套有一个竖直快速延长杆钢度控制机构，该竖直快速延长杆钢度控制机构由竖直快速延长杆内螺纹套21、竖直快速延长杆下套19和竖直快速延长杆弹簧20组成，所述竖直快速延长杆内螺纹套21与竖直快速延长杆螺纹杆12螺纹连接，所述竖直快速延长杆下套19与竖直快速延长杆锁紧爪17的爪子17.2相接触，所述竖直快速延长杆弹簧20夹在竖直快速延长杆内螺纹套21与竖直快速延长杆下套19之间。

设置竖直快速延长杆钢度控制机构的原因是：我们在临床中发现，就是骨的生长受外力的激励明显，当我们需要骨生长时，竖直快速延长杆弹簧压死，由骨外固定支架承受身体重力，这样会诱导骨生长，当骨生长到位形成骨痂时，放开竖直快速延长杆钢度控制机构一定力值，这样由骨头和骨外固定支架共同承受身体重力，有利骨的形成，当逐渐放置竖直快速延长杆钢度控制机构力值直到为零时，骨外固定支架就可以拆去了。也就是说，竖直快速延长杆钢度控制机构解决了骨外固定器固定的刚度不能变化的难题，在治疗过程可以根据骨钙化情况和治疗要求实施早期间隙为零的坚强固定、中期间隙为1～2mm的弹性固定和后期间隙为3～5mm的适应性平衡固定。

竖直快速延长杆钢度控制机构中的竖直快速延长杆内螺纹套21螺纹连接在竖直快速延长杆螺纹杆12上，当竖直快速延长杆锁紧爪17抱紧在竖直快速延长杆螺纹杆12上时，竖直快速延长杆下套19限位在了快速延长杆锁紧爪17的爪子上，所以通过旋转竖直快速延长杆内螺纹套21，就可以控制竖直快速延长杆内螺纹套21与竖直快速延长杆下套19的相对位置，并由此控制了竖直快速延长杆弹簧20的长度大小，竖直快速延长杆弹簧20的可调整长度范围为0ｍｍ～10ｍｍ。

竖直快速延长杆钢度控制机构的竖直快速延长杆弹簧放在竖直快速延长杆内螺纹套21里，竖直快速延长杆下套和竖直快速延长杆竖直螺纹套用铆钉固定，这样竖直快速延长杆弹簧在不受力时，竖直快速延长杆下套和竖直快速延长杆内螺纹套的距离是最大的，竖直快速延长杆下套受到压力（此时的竖直快速延长杆弹簧受到压力并收缩）向竖直快速延长杆内螺纹套靠近。

竖直快速延长杆弹簧是特制的，量程的变化范围是0～200N,当竖直快速延长杆弹簧受到压力，竖直快速延长杆弹簧每缩短1mm，力值为50N，直到竖直快速延长杆弹簧被压死，力值为200N。竖直快速延长杆钢度控制机构与竖直快速延长杆锁紧爪相顶，这样调节竖直快速延长杆螺纹杆时就有力值的控制，而不是由竖直快速延长杆螺纹杆直接支撑，这样的力更有利于骨的生长。

本实施例中，竖直快速延长杆调整螺母16与竖直快速延长杆杆套11的连接采用的结构是：竖直快速延长杆调整螺母16的内侧壁和竖直快速延长杆杆套11的外侧壁上均设有卡槽，竖直快速延长杆调整螺母16通过设在卡槽中的竖直快速延长杆卡垫14轴向固定、径向转动连接在竖直快速延长杆杆套11上。竖直快速延长杆杆套11与竖直快速延长杆调整螺母16连接的一端有杆套变径端，杆套变径端上设有卡槽，把竖直快速延长杆卡垫14放置在卡槽里，竖直快速延长杆卡垫14将突出1mm，这样正好和竖直快速延长杆调整螺母的内侧壁上的卡槽连接，实现竖直快速延长杆杆套11和竖直快速延长杆调整螺母16的连接。除了这种结构，其它可以使竖直快速延长杆调整螺母16与竖直快速延长杆杆套11轴向固定、径向转动的结构也属于本发明的保护范围。

所述竖直快速延长杆调整螺母16具有牵伸加压功能，顺时针转动竖直快速延长杆调整螺母360度，骨外固定器用竖直快速延长杆3增长1mm，逆时针转动则缩短1mm。

骨外固定器用竖直快速延长杆3的直径为6mm～8mm，长度为50mm～300mm，骨外固定器用竖直快速延长杆3的长度调节范围为0mm～130mm，在治疗过程可以根据治疗要求实施适应性固定。

所述竖直快速延长杆锁紧套18可以在竖直快速延长杆锁紧爪17上轴向滑动，锁紧或松开竖直快速延长杆锁紧爪的爪子，竖直快速延长杆锁紧套松开时，竖直快速延长杆锁紧爪的爪子松开竖直快速延长杆螺纹杆12，竖直快速延长杆螺纹杆12可快速伸缩调整，竖直快速延长杆锁紧套18锁紧时，竖直快速延长杆锁紧爪的爪子通过抱紧螺纹抱紧竖直快速延长杆螺纹杆12，竖直快速延长杆螺纹杆12被固定。所述竖直快速延长杆调整螺母16有内螺纹，正好和竖直快速延长杆锁紧爪17的外螺纹相连接，竖直快速延长杆锁紧爪17的爪子内侧壁上有4到5扣抱紧螺纹，当竖直快速延长杆锁紧套18推到爪子顶端时，爪子的抱紧螺纹正好抱紧了竖直快速延长杆螺纹杆12，这样转动调整竖直快速延长杆调整螺母16，就能实现竖直快速延长杆螺纹杆12的伸长和缩短。

参见图1、图6、图7，本实施例中，斜连接杆为骨外固定器用斜快速延长杆4，其中骨外固定器用斜快速延长杆4的一端万向铰接连接在近端洞孔环1上，骨外固定器用斜快速延长杆4的另一端万向铰接连接在骨外固定器用竖直快速延长杆3上。

骨外固定器用斜快速延长杆4包括斜快速延长杆杆套11’、斜快速延长杆螺纹杆12’、斜快速延长杆销子13’、斜快速延长杆调整螺母16’和套有斜快速延长杆锁紧套18’的斜快速延长杆锁紧爪17’，其中斜快速延长杆锁紧爪17’包括外螺纹套环和爪子，并且爪子的内侧面上设有抱紧螺纹，爪子的端部设有锁紧套限位翻边。

所述斜快速延长杆杆套11’上设有斜快速延长杆轴向导向槽11.1’，斜快速延长杆杆套11’的一端设有斜快速延长杆铰接耳板15’，所述斜快速延长杆调整螺母16’的一端套在斜快速延长杆杆套11’的另一端上并且与斜快速延长杆杆套11’轴向固定、径向转动连接，斜快速延长杆调整螺母16’的另一端与所述斜快速延长杆锁紧爪17’的外螺纹套环螺纹连接，所述斜快速延长杆螺纹杆12’依次穿过斜快速延长杆锁紧爪17’和斜快速延长杆调整螺母16’后，插在了斜快速延长杆杆套11’中，所述斜快速延长杆销子13’连接在斜快速延长杆螺纹杆12’上并且与斜快速延长杆杆套11’上的斜快速延长杆轴向导向槽相配合。

所述斜快速延长杆调整螺母16’的侧壁上开有调整螺母顶丝孔，所述斜快速延长杆锁紧爪的外螺纹套环上对应调整螺母顶丝孔的位置开有锁紧爪顶丝孔，有一个斜快速延长杆顶丝10’螺纹连接在调整螺母顶丝孔和锁紧爪顶丝孔中。

本实施例中，所述斜快速延长杆螺纹杆12’上套有斜快速延长杆钢度控制机构，该斜快速延长杆钢度控制机构由斜快速延长杆内螺纹套21’、斜快速延长杆下套19’和斜快速延长杆弹簧20’组成，所述斜快速延长杆内螺纹套21’与斜快速延长杆螺纹杆12’螺纹连接，所述斜快速延长杆下套19’与斜快速延长杆锁紧爪17’的爪子相接触，所述斜快速延长杆弹簧20’夹在斜快速延长杆内螺纹套21’与斜快速延长杆下套19’之间。斜快速延长杆钢度控制机构的作用与竖直快速延长杆钢度控制机构的作用相同。

本实施例中，斜快速延长杆调整螺母16’与斜快速延长杆杆套11’的连接结构是：斜快速延长杆调整螺母16’的内侧壁和斜快速延长杆杆套11’的外侧壁上均设有卡槽，斜快速延长杆调整螺母16’通过设在卡槽中的斜快速延长杆卡垫14’轴向固定、径向转动连接在斜快速延长杆杆套11’上。

由上可知，所述骨外固定器用斜快速延长杆4的结构与骨外固定器用竖直快速延长杆3的结构基本相同，唯一不同的地方是骨外固定器用斜快速延长杆4中，斜快速延长杆杆套11’的一端设有斜快速延长杆铰接耳板15’，而骨外固定器用竖直快速延长杆3中的竖直快速延长杆杆套11的一端设有的是竖直快速延长杆连接螺母15。

本实施例中，骨外固定器用斜快速延长杆4的一端万向铰接连接在连接座A23上，连接座A23又螺纹连接在近端关节上，近端关节又连接在近端洞孔环1上，骨外固定器用斜快速延长杆4的另一端螺纹连接有连接座B24，连接座B24又与卡扣22万向铰接连接，卡扣22又固定连接在骨外固定器用竖直快速延长杆3上。

参见图11、图12，在其它实施例中，也可以是骨外固定器用斜快速延长杆4的一端万向铰接连接在连接座A23上，连接座A23又连接在近端洞孔环1上。

在其它实施例中，还可以把骨外固定器用斜快速延长杆4反过来设置，即骨外固定器用斜快速延长杆4的斜快速延长杆螺纹杆上螺纹连接连接座B24，连接座B24又与连接座A23万向铰接连接，连接座A23又螺纹连接在近端关节上，近端关节又连接在近端洞孔环1上；骨外固定器用斜快速延长杆4的斜快速延长杆杆套通过斜快速延长杆铰接耳板15’万向铰接连接在卡扣22上，卡扣22又固定连接在骨外固定器用竖直快速延长杆3的竖直快速延长杆杆套11上。所述卡扣22、连接座A23和连接座B24可以是如图1中所示的样子，也可以是图11和图12中所示的样子。

骨外固定器用球形万向关节与骨外固定器用竖直快速延长杆3连接时，如果是外螺纹对外螺纹，则还需要用一个内螺纹套筒将它们连接在一起，如果是内螺纹对内螺纹，则还需要用一个外螺纹杆将它们连接在一起。骨外固定器用球形万向关节与骨外固定器用斜快速延长杆4的连接也一样。

所述近端洞孔环1和远端洞孔环2可以是直径相同的组合，也可以是直径不相同的组合。尤其是直径不相同的组合，也叫变径组合，比如本实施例的近端洞孔环的直径为φ40～280mm，远端洞孔环的直径为φ24～256mm，构成上大下小的圆锥筒形固定器，这种变径组合使骨外固定支架的形状与人体下肢的生理形态相吻合(骰骨上粗下细，胫骨前端肌肉小，后端肌肉多形大)，利于肢体塑形，减轻重量，方便操作，便于康复活动，而且满足不同骨科疾病治疗的需要。本实施例构型优化更加实用、灵巧，可进行三维调控，能快速调整伸缩长度，方便调整旋转角度，而且力学结构合理，满足踝骨治疗全程的适应性固定需要，实现了真正意义上“器随境转”，同时也顺应生物学要求的结构，使外固定器迈向仿生学的境界，为实施骨外固定控制提供了技术保证。

参见图17-19，所述近端洞孔环1和远端洞孔环可以是全环、U形环或C形环，环上的孔可以是圆孔，也可以是长孔。

所述钢针固定夹通过螺母固定在骨外固定支架的洞孔环上。钢针固定夹是骨外固定器不可缺少的构件。所述钢针包括全针和半针，全针分为普通全针和橄榄针，半针分为螺纹半针、克氏针和普通半针。

所述骨外固定器用竖直快速延长杆3和骨外固定器用斜快速延长杆4的数量可以根据不同的病患情况选择。

参见图1，实施例一中，骨外固定器用竖直快速延长杆3的数量为三根，其中有两根骨外固定器用竖直快速延长杆3与近端洞孔环1之间连接有骨外固定器用斜快速延长杆4。近端关节和远端关节均是骨外固定器用球形万向关节7。

参见图8，实施例二中，骨外固定器用竖直快速延长杆3有两根，没有骨外固定器用斜快速延长杆4（光有二根竖直连接杆、而没有斜连接杆）。

参见图9，实施例三中，骨外固定器用竖直快速延长杆3有三根，没有骨外固定器用斜快速延长杆4（光有三根竖直连接杆、而没有斜连接杆）。

参见图10，实施例四中，骨外固定器用竖直快速延长杆3有四根，没有骨外固定器用斜快速延长杆4（光有四根竖直连接杆、而没有斜连接杆）。

参见图11，实施例五中，骨外固定器用竖直快速延长杆3有三根，骨外固定器用斜快速延长杆4也有三根。

参见图12，实施例六中，骨外固定器用竖直快速延长杆3有四根，骨外固定器用斜快速延长杆4也有四根。

在早、中、后期的不同固定治疗阶段，在保持外固定器的功能的前提下，可随机减少骨外固定器用竖直快速延长杆3的数量，比如说，可将四连杆（四根骨外固定器用竖直快速延长杆3）减少为三连杆（三根骨外固定器用竖直快速延长杆3）或二连杆（二根骨外固定器用竖直快速延长杆3），在保持骨外固定器的支撑强度的前提下，减轻骨外固定器的重量，并且方便术后管理，利于积极康复治疗。

本发明可根据复杂的疑难病症的需要，有针对性地进行随机组合，构型成新的调控仿生骨外固定器，如：治疗小腿粉碎性骨折的复杂骨折时，如遇到粉碎性骨折发生在中段时，可以采用快速延长杆与洞孔全环组成的调控式仿生骨外固定器进行治疗，在小腿粉碎性骨折的复杂骨折处，将钢针固定夹安装在调控式仿生骨外固定器上，同时用半针或全针横向连接在复杂骨折处进行固定，增加了复杂骨折固定的稳定性；如果粉碎性骨折较轻时，也可采用快速延长杆与洞孔半环组成的单侧调控式仿生骨外固定器进行治疗，同样将钢针固定夹安装在调控式仿生骨外固定器上，同时用半针横向连接在复杂骨折处进行固定，可实现粉碎性骨折的稳定治疗。如果遇到粉碎性骨折发生在关节端的病例时，则可在两个关节处导入并安装采用快速延长杆的调控式仿生骨外固定器，然后在调控式仿生骨外固定器的远端洞孔全环的下面粉碎性骨折处，在其两侧分别沿长连接一根连接杆和弧形弓，同样将钢针固定夹安装在连接杆和弧形弓上，同时用半针横向连接在发生在关节端的粉碎性骨折处进行固定，随机组成三角式和全环式复合状的外固定器，可实现粉碎性骨折的稳定治疗。

治疗胫骨感染性骨与皮肤缺损的疑难骨病时，在导入本发明的调控式仿生骨外固定器后，可将连接杆固定在两个洞孔环上，然后再将钢针固定夹安装在调控式仿生骨外固定器的连接杆上，同时用半针或全针横向穿入缺损的皮肤处进行固定，然后调整仿生骨外固定器的快速延长杆上的调整螺母，使穿入缺损的皮肤的半针或全针，同时向内牵拉，使皮肤延伸，缩小缺损皮肤的创面，直至愈合，实现对胫骨感染性骨与皮肤缺损的有效治疗。

矫治双足复杂踝畸形的骨与关节畸形时，可导入两组调控式仿生骨外固定器，在小腿的下部安装一组，在杂踝畸形的脚部安装另一组，在两组调控式仿生骨外固定器之间，安装绞链调整杆和连接调整杆，根据骨与关节畸形的病情，调整调控式仿生骨外固定器之间角度和距离，矫正脚弓畸形和脚背畸形。调控本发明可根据复杂的疑难病症的需要，有针对性地进行随机组合，构型成新的调控仿生骨外固定器，如：治疗小腿粉碎性骨折的复杂骨折时，如遇到粉碎性骨折发生在中段时，可以采用快速延长杆与洞孔全环组成的调控式仿生骨外固定器进行治疗，在小腿粉碎性骨折的复杂骨折处，将钢针固定夹安装在调控式仿生骨外固定器上，同时用半针或全针横向连接在复杂骨折处进行固定，增加了复杂骨折固定的稳定性；如果粉碎性骨折较轻时，也可采用快速延长杆与洞孔半环组成的单侧调控式仿生骨外固定器进行治疗，同样将钢针固定夹安装在调控式仿生骨外固定器上，同时用半针横向连接在复杂骨折处进行固定，可实现粉碎性骨折的稳定治疗。如果遇到粉碎性骨折发生在关节端的病例时，则可在两个关节处导入并安装采用快速延长杆的调控式仿生骨外固定器，然后在调控式仿生骨外固定器的远端洞孔全环的下面粉碎性骨折处，在其两侧分别沿长连接一根连接杆和弧形弓，同样将钢针固定夹安装在连接杆和弧形弓上，同时用半针横向连接在发生在关节端的粉碎性骨折处进行固定，随机组成三角式和全环式复合状的外固定器，可实现粉碎性骨折的稳定治疗。

治疗胫骨感染性骨与皮肤缺损的疑难骨病时，在导入本发明的调控式仿生骨外固定器后，可将连接杆固定在两个洞孔环上，然后再将钢针固定夹安装在调控式仿生骨外固定器的连接杆上，同时用半针或全针横向穿入缺损的皮肤处进行固定，然后调整仿生骨外固定器的快速延长杆上的调整螺母，使穿入缺损的皮肤的半针或全针，同时向内牵拉，使皮肤延伸，缩小缺损皮肤的创面，直至愈合，实现对胫骨感染性骨与皮肤缺损的有效治疗。

矫治双足复杂踝畸形的骨与关节畸形时，可导入两组调控式仿生骨外固定器，在小腿的下部安装一组，在杂踝畸形的脚部安装另一组，在两组调控式仿生骨外固定器之间，安装绞链调整杆和连接调整杆，根据骨与关节畸形的病情，调整调控式仿生骨外固定器之间角度和距离，矫正脚弓畸形和脚背畸形。调式仿生骨外固定器所特有的关节器和刚度控制器、快速延长杆的功能，有效地矫治双足复杂踝畸形的骨与关节畸形。

如上所述，本发明可以根据年龄、部位和治疗要求，随机组成单侧、三角式、半环式和复合式等不同几何形状的外固定器，实现个体化构型，体现了“器随境转”的构型理念

临床手术时的使用调控式仿生骨外固定器的具体操作步骤如下。

进行手术前，医生均按照CORA(成角旋转中心)方法对肢体畸形进行术前测量和划线分析，确定截骨固定与矫形方法，确保畸骨矫形手术的准确、安全。根据患者的X光片,使用矫形测量尺和下肢矫形尺(北京骨外固定技术研究所研制提供)测量出患者的矫形骨的各个参数，如所需截骨角度、尺寸、下肢不同部位解剖轴线到关节线中心点的距离、交点结构参数、截取高度和宽度，外骨外固定支架移动的距离,并确定矫形率等患者信息。矫形测量尺和下肢矫形尺，可直接测量和计划矫形手术所需角度、距离、确保矫形手术时能完全恢复骨骼的对线，省去了复杂的计算。

手术时，依据不同病例的需要，选择实施本专利所述的调控式仿生骨外固定器置于矫形骨上，并用钢针固定。一次导入骨外固定器后即可满足全程治疗的需要。

早期治疗阶段：在手术复位时，将调控式仿生骨外固定器的连接杆（骨外固定器用竖直快速延长杆或/和骨外固定器用斜快速延长杆）的锁紧套（竖直快速延长杆锁紧套或/和斜快速延长杆锁紧套）松开时，锁紧爪（竖直快速延长杆锁紧爪或/和斜快速延长杆锁紧爪）张开，松动快速延长杆调整螺母（竖直快速延长杆调整螺母或/和斜快速延长杆调整螺母），使连接杆处于可调状态，连接杆的两端连接的关节处于自由活动状态，使调控式仿生骨外固定器能灵活地进行三维调整，进行牵伸、旋转、加压、复位。调整复位后，依靠调控式仿生骨外固定器自身的锁紧装置快速地进行固定，为骨折愈合、新骨矿化提供坚强固定，确保骨愈合初期阶段所要求的坚强固定，避免了由于稳定差造成的错位、成角不准，愈合不良等问题。

在骨愈合的中期时，需要对术骨提供轴向和综合应力刺激的弹性固定，调控式仿生骨外固定器的连接杆上设有快速延长杆钢度控制机构（竖直快速延长杆钢度控制机构或/和斜快速延长杆钢度控制机构），调节改变快速延长杆弹簧（竖直快速延长杆弹簧或/和斜快速延长杆弹簧）的弹性(快速延长杆弹簧的可调控制范围为0ｍｍ～10ｍｍ)，同时调控具有牵伸加压功能的快速延长杆调整螺母，可实施牵伸、加压，顺时针转动快速延长杆调整螺母360度，增长1mm，逆时针转动则缩短1mm，调节长度可由快速延长杆杆套（竖直快速延长杆杆套或/和斜快速延长杆杆套）上的伸缩量标尺直接读出，快速延长杆调整螺母对断骨的牵伸加压范围0～200帕(单位)。这种调控，提供了骨愈合中期阶段的最佳综合应力刺激的弹性固定刚度，充分发挥骨对应力的适应性，调整骨的生长与吸收，促进骨折愈合的进程，完成骨功能的优化重建。

后期治疗阶段：调控式仿生骨外固定器将提供平衡固定，在保持调控式仿生骨外固定器的功能的前提下，可随机减少调控式仿生骨外固定器上的连接杆的数量，这样既保持了调控式仿生骨外固定器的支撑强度，又减轻了调控式仿生骨外固定器的重量，并且方便术后管理，利于积极康复治疗。

Claims (10)

1.一种骨外固定器用球形万向关节，连接在骨外固定器的洞孔环与连接杆之间，其特征在于：包括球形头（25）、套筒（26）、套筒盖（27）、球槽（29）、球碗（30）、锁紧轴（31）和锁紧滑块（28），所述球形头（25）包括关节球（25.1）和设在关节球上的球形万向关节螺纹接头A（25.2），其中关节球（25.1）位于套筒（26）内侧并且关节球（25.1）靠球形万向关节螺纹接头A的一侧与套筒（26）弧面接触，球形万向关节螺纹接头A（25.2）从套筒（26）的一端伸出至套筒（26）外，所述套筒盖（27）固定连接在套筒（26）的另一端，套筒盖（27）的外侧面上设有球形万向关节螺纹接头B（27.1），套筒盖（27）的内侧面上设有锁紧滑块放置凹槽（27.2），所述锁紧轴（31）和锁紧滑块（28）放置在锁紧滑块放置凹槽（27.2）中，锁紧轴（31）上设有正反扣螺纹（31.1），锁紧滑块（28）有两块并且通过正反扣螺纹（31.1）对称连接在锁紧轴（31）上，所述套筒（26）的侧壁上对应锁紧轴的位置开有锁紧轴调节孔（26.1），同时锁紧轴（31）对应锁紧轴调节孔的端面上设有螺丝刀槽口，所述球槽（29）和球碗（30）设置在关节球（25.1）与锁紧滑块（28）之间的套筒（26）中。

2.根据权利要求1所述的骨外固定器用球形万向关节，其特征在于：所述洞孔环为近端洞孔环（1）或远端洞孔环（2）。

3.根据权利要求1所述的骨外固定器用球形万向关节，其特征在于：所述连接杆为竖直连接杆或斜连接杆。

4.根据权利要求1所述的骨外固定器用球形万向关节，其特征在于：所述球形万向关节螺纹接头A（25.2）为内螺纹接头，球形万向关节螺纹接头B（27.1）为外螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A（25.2）为外螺纹接头，球形万向关节螺纹接头B（27.1）为内螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A（25.2）和球形万向关节螺纹接头B（27.1）均为内螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A（25.2）和球形万向关节螺纹接头B（27.1）均为外螺纹接头。

5.一种调控式仿生骨外固定器，由骨外固定支架、钢针固定夹（5）和钢针（6）组成，其中骨外固定支架又包括近端洞孔环（1）、远端洞孔环（2）和竖直连接杆，并且竖直连接杆通过近端关节与近端洞孔环（1）连接，竖直连接杆通过远端关节与远端洞孔环（2）连接，其特征在于：

所述近端关节或/和远端关节是骨外固定器用球形万向关节（7），骨外固定器用球形万向关节（7）包括球形头（25）、套筒（26）、套筒盖（27）、球槽（29）、球碗（30）、锁紧轴（31）和锁紧滑块（28），所述球形头（25）包括关节球（25.1）和设在关节球上的球形万向关节螺纹接头A（25.2），其中关节球（25.1）位于套筒（26）内侧并且关节球（25.1）靠球形万向关节螺纹接头A的一侧与套筒（26）弧面接触，球形万向关节螺纹接头A（25.2）从套筒（26）的一端伸出至套筒（26）外，所述套筒盖（27）固定连接在套筒（26）的另一端，套筒盖（27）的外侧面上设有球形万向关节螺纹接头B（27.1），套筒盖（27）的内侧面上设有锁紧滑块放置凹槽（27.2），所述锁紧轴（31）和锁紧滑块（28）放置在锁紧滑块放置凹槽（27.2）中，锁紧轴（31）上设有正反扣螺纹（31.1），锁紧滑块（28）有两块并且通过正反扣螺纹（31.1）对称连接在锁紧轴（31）上，所述套筒（26）的侧壁上对应锁紧轴的位置开有锁紧轴调节孔（26.1），同时锁紧轴（31）对应锁紧轴调节孔的端面上设有螺丝刀槽口，所述球槽（29）和球碗（30）设置在关节球（25.1）与锁紧滑块（28）之间的套筒（26）中。

6.根据权利要求5所述的调控式仿生骨外固定器，其特征在于：所述球形万向关节螺纹接头A（25.2）为内螺纹接头，球形万向关节螺纹接头B（27.1）为外螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A（25.2）为外螺纹接头，球形万向关节螺纹接头B（27.1）为内螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A（25.2）和球形万向关节螺纹接头B（27.1）均为内螺纹接头，或者球形万向关节螺纹接头A（25.2）和球形万向关节螺纹接头B（27.1）均为外螺纹接头。

7.根据权利要求5所述的调控式仿生骨外固定器，其特征在于：所述竖直连接杆为骨外固定器用竖直快速延长杆（3），骨外固定器用竖直快速延长杆（3）的数量为两根、三根或四根，每根骨外固定器用竖直快速延长杆（3）均包括竖直快速延长杆杆套（11）、竖直快速延长杆螺纹杆（12）、竖直快速延长杆销子（13）、竖直快速延长杆连接螺母（15）、竖直快速延长杆调整螺母（16）和套有竖直快速延长杆锁紧套（18）的竖直快速延长杆锁紧爪（17），其中竖直快速延长杆锁紧爪（17）包括外螺纹套环（17.1）和爪子（17.2），并且爪子（17.2）的内侧面上设有抱紧螺纹（17.3），爪子（17.2）的端部设有锁紧套限位翻边（17.4）；

所述竖直快速延长杆杆套（11）上设有竖直快速延长杆轴向导向槽（11.1），所述竖直快速延长杆连接螺母（15）焊接固定在竖直快速延长杆杆套（11）的一端，所述竖直快速延长杆调整螺母（16）的一端套在竖直快速延长杆杆套（11）的另一端上并且与竖直快速延长杆杆套（11）轴向固定、径向转动连接，竖直快速延长杆调整螺母（16）的另一端与所述竖直快速延长杆锁紧爪（17）的外螺纹套环（17.1）螺纹连接，所述竖直快速延长杆螺纹杆（12）依次穿过竖直快速延长杆锁紧爪（17）和竖直快速延长杆调整螺母（16）后，插在了竖直快速延长杆杆套（11）中，所述竖直快速延长杆销子（13）连接在竖直快速延长杆螺纹杆（12）上并且与竖直快速延长杆杆套（11）上的竖直快速延长杆轴向导向槽（11.1）相配合；

所述竖直快速延长杆调整螺母（16）的侧壁上开有调整螺母顶丝孔，所述竖直快速延长杆锁紧爪（17）的外螺纹套环（17.1）上对应调整螺母顶丝孔的位置开有锁紧爪顶丝孔，有一个竖直快速延长杆顶丝（10）螺纹连接在调整螺母顶丝孔和锁紧爪顶丝孔中。

8.根据权利要求7所述的调控式仿生骨外固定器，其特征在于：所述竖直快速延长杆螺纹杆（12）上套有竖直快速延长杆钢度控制机构，该竖直快速延长杆钢度控制机构由竖直快速延长杆内螺纹套（21）、竖直快速延长杆下套（19）和竖直快速延长杆弹簧（20）组成，所述竖直快速延长杆内螺纹套（21）与竖直快速延长杆螺纹杆（12）螺纹连接，所述竖直快速延长杆下套（19）与竖直快速延长杆锁紧爪（17）的爪子（17.2）相接触，所述竖直快速延长杆弹簧（20）夹在竖直快速延长杆内螺纹套（21）与竖直快速延长杆下套（19）之间。

9.根据权利要求7所述的调控式仿生骨外固定器，其特征在于：所述骨外固定器用竖直快速延长杆（3）与近端洞孔环（1）之间还连接有斜连接杆，斜连接杆的一端万向铰接连接在近端洞孔环（1）上，斜连接杆的另一端万向铰接连接在骨外固定器用竖直快速延长杆（3）上；

斜连接杆为骨外固定器用斜快速延长杆（4），骨外固定器用斜快速延长杆（4）包括斜快速延长杆杆套（11’）、斜快速延长杆螺纹杆（12’）、斜快速延长杆销子（13’）、斜快速延长杆调整螺母（16’）和套有斜快速延长杆锁紧套（18’）的斜快速延长杆锁紧爪（17’），其中斜快速延长杆锁紧爪（17’）包括外螺纹套环和爪子，并且爪子的内侧面上设有抱紧螺纹，爪子的端部设有锁紧套限位翻边；

所述斜快速延长杆杆套（11’）上设有斜快速延长杆轴向导向槽（11.1’），斜快速延长杆杆套（11’）的一端设有斜快速延长杆铰接耳板（15’），所述斜快速延长杆调整螺母（16’）的一端套在斜快速延长杆杆套（11’）的另一端上并且与斜快速延长杆杆套（11’）轴向固定、径向转动连接，斜快速延长杆调整螺母（16’）的另一端与所述斜快速延长杆锁紧爪（17’）的外螺纹套环螺纹连接，所述斜快速延长杆螺纹杆（12’）依次穿过斜快速延长杆锁紧爪（17’）和斜快速延长杆调整螺母（16’）后，插在了斜快速延长杆杆套（11’）中，所述斜快速延长杆销子（13’）连接在斜快速延长杆螺纹杆（12’）上并且与斜快速延长杆杆套（11’）上的斜快速延长杆轴向导向槽相配合；

所述斜快速延长杆调整螺母（16’）的侧壁上开有调整螺母顶丝孔，所述斜快速延长杆锁紧爪的外螺纹套环上对应调整螺母顶丝孔的位置开有锁紧爪顶丝孔，有一个斜快速延长杆顶丝（10’）螺纹连接在调整螺母顶丝孔和锁紧爪顶丝孔中。

10.根据权利要求9所述的调控式仿生骨外固定器，其特征在于：所述斜快速延长杆螺纹杆（12’）上套有斜快速延长杆钢度控制机构，该斜快速延长杆钢度控制机构由斜快速延长杆内螺纹套（21’）、斜快速延长杆下套（19’）和斜快速延长杆弹簧（20’）组成，所述斜快速延长杆内螺纹套（21’）与斜快速延长杆螺纹杆（12’）螺纹连接，所述斜快速延长杆下套（19’）与斜快速延长杆锁紧爪（17’）的爪子相接触，所述斜快速延长杆弹簧（20’）夹在斜快速延长杆内螺纹套（21’）与斜快速延长杆下套（19’）之间。