CN106413604A - 预加载的医疗柱 - Google Patents

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CN106413604A CN201580024881.3A CN201580024881A CN106413604A CN 106413604 A CN106413604 A CN 106413604A CN 201580024881 A CN201580024881 A CN 201580024881A CN 106413604 A CN106413604 A CN 106413604A
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J.爱普斯坦
I.劳菲尔
L.什洛莫夫
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Abstract

一种医疗装置，其包括：医疗柱；构造成储存能量的预加载器，其中，所述医疗柱被构造成将储存在预加载器中的能量转化为能施加到身体组织的第一力；致动器，其被构造成施加第二力以调整医疗柱的长度，从而促进将所储存的能量转化为第一力；以及配置成控制所述致动器的控制器。

Description

预加载的医疗柱
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年3月12日提交的且题目为“Automated Struts for Use inExternal Fixation Devices”的美国临时专利申请号61/951,560的权益，该临时专利的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及医疗装置领域。
背景技术
外部固定装置通常用于固定、操纵、转移或施加力到一个或多个骨段以进行各种骨骼缺陷治疗，诸如骨折修复、关节固定、肢体延长以及畸形校正。外部固定装置可包括固定件（诸如板和多平面或单侧/单轨）。多平面外部固定件可包括附接到销和/或线的一个或多个环或环部分，其使骨的固定牢固。单侧或单轨固定件可附接到销、线或棒。固定件可与一个或多个能调整柱相互连接，以固定骨折或关节，并且实现骨段的单侧或三维运动。
柱的长度通常由病人每天若干次在常常痛苦的、困难的和复杂的过程中手动地调整。缺乏灵活性或柱的错误调整能够造成严重并发症，并且是对于这样的程序的常见禁忌症候。此外，有效治疗通常需要施加大的力，其通过医疗柱操作可能是困难且昂贵的。
相关技术的上述示例和与之相关的限制旨在是示例性的并且不是排他性的。相关技术的其他限制对本领域技术人员在阅读说明书和学习附图时将变得明显。
发明内容
结合系统、工具以及方法来描述并示出下述实施例及其各方面，所述系统、工具以及方法意在是示例性的和说明性的，而不限制范围。
根据实施例提供一种医疗装置，其包括：医疗柱；构造成储存能量的预加载器，其中所述医疗柱构造成将储存在所述预加载器中的能量转化为能施加到身体组织的第一力；致动器，其构造成施加第二力以调整所述医疗柱的长度，从而促进将所储存的能量转化为所述第一力；以及配置成控制所述致动器的控制器。
在一些实施例中，所述致动器包括马达，并且其中所述第二力包括转矩。
在一些实施例中，调整所述医疗柱的长度包括延长所述医疗柱。
在一些实施例中，沿着所述医疗柱的纵向轴线纵向地施加所述第一力。
在一些实施例中，所述医疗柱连接到一个或多个外部固定装置，所述外部固定装置经由一个或多个销连接到所述身体组织，从而将所述第一力传递到所述身体组织。
在一些实施例中，所述医疗柱经由一机械装置连接到所述一个或多个外部固定装置，所述机械装置提供所述医疗柱相对于一个或多个矫形固定装置的多轴运动。
在一些实施例中，所述致动器还构造成独立于所述预加载器缩短所述医疗柱。
在一些实施例中，还提供构造成随所述致动器一起旋转的螺纹轴，其中所述致动器连接到单向轴承，从而允许独立于所述预加载器缩短所述医疗柱。
在一些实施例中，所述预加载器包括弹簧。
在一些实施例中，所述弹簧包括密封腔，所述腔构造成在高压下储存流体。
在一些实施例中，还提供密封所述腔的活塞，其中由所述致动器施加的所述第二力构造成引起所述活塞从所述腔缩回，从而延长所述医疗柱。
在一些实施例中，所述弹簧包括机械弹簧。
在一些实施例中，所述控制器控制以下中的任一者：用于操作所述致动器的持续时间、由所述致动器施加的力、或目标医疗柱长度。
在一些实施例中，所述控制器控制目标骨延长速率。
在一些实施例中，所述控制器被配置成从传感器接收指标并且应用所述指标以监测、控制和/或同步所述医疗柱的操作。
在一些实施例中，所述控制器被配置成向外部控制装置发送所述指标。
在一些实施例中，所述控制器被配置成响应于接收所述指标的所述外部控制装置，从所述外部控制装置接收用于控制所述医疗装置的部件中的任一者的参数。
根据实施例提供一种用于提供医疗治疗的成套工具，包括：医疗柱，所述医疗柱包括：构造成储存能量的预加载器，其中所述医疗柱构造成将储存在所述预加载器中的能量转化为能施加到身体组织的第一力，致动器，其构造成施加第二力以调整所述医疗柱的长度，从而促进将所储存的能量转化为所述第一力，和配置成控制所述致动器的控制器；以及外部固定装置，其构造成经由一个或多个销连接到所述医疗柱并连接到所述身体组织，从而将所述第一力传递到所述身体组织。
在一些实施例中，所述致动器包括马达，并且其中所述第二力包括转矩。
在一些实施例中，调整所述医疗柱的长度包括延长所述医疗柱。
在一些实施例中，沿着所述医疗柱的纵向轴线纵向地施加所述第一力。
在一些实施例中，所述医疗柱经由一机械装置连接到所述一个或多个外部固定装置，所述机械装置提供所述医疗柱相对于一个或多个矫形固定装置的多轴运动。
在一些实施例中，所述致动器还构造成独立于所述预加载器缩短所述医疗柱。
在一些实施例中，还设置构造成随所述致动器一起旋转的螺纹轴，其中所述致动器连接到单向轴承，从而允许独立于所述预加载器缩短所述医疗柱。
在一些实施例中，所述预加载器包括弹簧。
在一些实施例中，所述弹簧包括密封腔，所述腔构造成在高压下储存流体。
在一些实施例中，还设置密封所述腔的活塞，其中由所述致动器施加的所述第二力构造成引起所述活塞从所述腔缩回，从而延长所述医疗柱。
在一些实施例中，所述弹簧包括机械弹簧。
在一些实施例中，所述控制器控制以下中的任一者：操作所述致动器的持续时间、由所述致动器施加的力、或目标医疗柱长度。
在一些实施例中，所述控制器控制目标骨延长速率。
在一些实施例中，所述控制器被配置成从传感器接收指标并且应用所述指标以监测、控制和/或同步所述医疗柱的操作。
在一些实施例中，所述控制器被配置成向外部控制装置发送所述指标。
在一些实施例中，所述控制器被配置成响应于接收所述指标的所述外部控制装置，从所述外部控制装置接收用于控制所述成套工具的部件中的任一者的参数。
根据实施例提供一种医疗装置，其包括：医疗柱；液压机械装置，其构造成施加力以调整所述医疗柱的长度，其中所述医疗柱构造成将所施加的力传递到身体组织；以及配置成控制所述医疗柱和/或所述液压机械装置的控制器。
在一些实施例中，所述医疗柱连接到一个或多个外部固定装置，所述外部固定装置经由一个或多个销连接到所述身体组织，从而将所述力传递到所述身体组织。
在一些实施例中，所述一个或多个外部固定装置构造成储存流体，并且其中所述液压机械装置构造成泵送所储存的流体以施加所述力。
在一些实施例中，所述控制器控制以下中的任一者：操作所述致动器的持续时间、由所述致动器施加的力、或目标医疗柱长度。
在一些实施例中，所述控制器控制目标骨延长速率。
在一些实施例中，所述控制器被配置成从传感器接收指标并且应用所述指标以监测、控制和/或同步所述医疗柱的操作。
在一些实施例中，所述控制器被配置成向外部控制装置发送所述指标。
在一些实施例中，所述控制器被配置成响应于接收所述指标的所述外部控制装置，从所述外部控制装置接收用于控制所述医疗装置的部件中的任一者的参数。
根据实施例提供一种方法，其包括：经由医疗柱将通过预加载器储存的能量转化为第一力以施加到身体组织；经由致动器施加第二力以调整所述医疗柱的长度，从而促进将所储存的能量转化为所述第一力；以及控制所述致动器。
在一些实施例中，所述致动器包括马达，并且其中所述第二力包括转矩。
在一些实施例中，调整所述医疗柱的长度包括延长所述医疗柱。
在一些实施例中，所述方法还包括沿着所述医疗柱的纵向轴线纵向地施加所述第一力。
在一些实施例中，所述方法还包括将所述医疗柱连接到一个或多个外部固定装置，所述外部固定装置经由一个或多个销连接到所述身体组织，从而将所述第一力传递到所述身体组织。
在一些实施例中，所述方法还包括提供所述医疗柱相对于一个或多个矫形固定装置的多轴运动。
在一些实施例中，所述方法还包括独立于所述预加载器缩短所述医疗柱。
在一些实施例中，独立于所述预加载器缩短所述医疗柱还包括引起螺纹轴随所述致动器一起旋转，其中所述致动器连接到单向轴承。
在一些实施例中，所述方法进一步所述预加载器包括弹簧。
在一些实施例中，所述弹簧包括密封腔，所述腔构造成在高压下储存流体。
在一些实施例中，所述方法还包括利用活塞密封所述腔，其中由所述致动器施加的所述第二力构造成引起所述活塞从所述腔缩回，从而延长所述医疗柱。
在一些实施例中，所述弹簧包括机械弹簧。
在一些实施例中，所述方法还包括控制以下中的任一者：操作所述致动器的持续时间、由所述致动器施加的力、或目标医疗柱长度。
在一些实施例中，所述方法还包括控制目标骨延长速率。
在一些实施例中，所述方法还包括从传感器接收指标并且应用所述指标以监测、控制和/或同步所述医疗柱的操作。
在一些实施例中，所述方法还包括向外部控制装置发送所述指标。
在一些实施例中，所述方法还包括响应于接收所述指标的所述外部控制装置，从所述外部控制装置接收用于控制所述医疗装置的部件中的任一者的参数。
额外于上述示例性方面和实施例，其他方面和实施例将通过参考附图和通过学习下面的详细描述变得明显。
附图说明
在参考附图中示出示例性实施例。附图中示出的部件和特征的尺寸大体为了展示的方便和清楚而选择并且不一定按比例示出。附图在下面列出。
图1A-D示出根据实施例的柱的透视图和横截面视图；
图1E-1F示出图1A-D的柱的另外的透视图，以及
图2示出根据本发明的另一实施例的柱的分解视图。
具体实施方式
本文公开的是一种构造成用于连接到一个或多个外部固定装置（诸如环或单轨）的矫形柱，该外部固定装置依次为了治疗性目的经由一个或多个连接销、线、钉或板连接到患者的身体组织（诸如，骨、韧带或关节）。柱可具有能调整长度并且可储存一定量的能量（诸如，机械能、电能、化学能、磁能或其他能量），该能量可以以受控方式释放以施加纵向力，从而调整柱的长度。该纵向力可被传递到所连接的固定装置并被施加到所连接的身体组织。
参考图1A-B，其一起示出根据实施例的分别处于压缩和展开状态的柱100的横截面视图。预加载器102可随柱100一起设置以储存能量（诸如压力）。柱100可将由预加载器102储存的能量转化为用于施加到身体组织的力。可沿着柱的纵向轴线纵向地施加力。随柱100一起设置的致动器104可施加第二力以调整柱100的长度，诸如通过延长柱100，如在图1A中所示。在一个实施例中，预加载器102设置在柱100内并与柱100成一体。
致动器104可包括用于产生力以释放储存在预加载器102中的能量的电气器件、磁性器件、机械器件或其他器件。例如，致动器104可包括马达、磁性元件、化学元件或机械元件，诸如扭力弹簧或扭力杆。由柱100提供的用于治疗性治疗的相当大的力可经由预加载器102供应，而致动器104可仅需提供足以可控制地释放储存在预加载器102中的能量的第二力。因此，与由预加载器102施加的主要力相比，致动器104可施加相对小的第二力或转矩。在一个实施例中，致动器104设置在柱100内并与柱100成一体。
例如，预加载器102可提供1500牛顿（N）的力，该力可经由柱100施加在身体组织上，而致动器可提供从小至0.05牛顿*米（N*m）到0.5 N*m范围内的转矩。
在一个实施例中，致动器104可包括马达，其可由任何合适的电源（诸如电池）供电。致动器104可产生线性和/或旋转运动，并可包括任何合适类型的马达（诸如有刷马达、无刷马达、直流/交流（DC/AC）伺服马达或步进马达），并可包括任何合适的元件（诸如，压电线性致动器、电磁体、化学反应、泵或液压泵，仅举几个列子）。在实施例中，致动器104的直径可在6-20毫米（mm）的范围内，并且具有在6-24伏（V）范围内的操作电压，其中保持转矩范围为15-30克/厘米（gr/cm）。在一个实施例中，操作电压可为12V。可选地，致动器104具有在0.03-0.350瓦特（W）范围内的操作电功率，其中转矩的范围为0.05-0.5牛顿-米-50。
现在参考图1C-D，其一起示出根据实施例的、连接到一个或多个外部固定装置的、分别处于缩短和延长状态的多个柱100。仅为了清楚目的，图1C-D的若干特征未标明，例如，所示出的六个柱中的仅一个柱被标明。然而，将理解的是在图1A-B中描述和/或标明的任何特征类似地适用于图1C-D。
柱100的端部可连接到一个或多个外部固定件（诸如，环106a和106b、钉、螺钉、板或单轨），该外部固定件可经由一个或多个销（未示出）连接到身体组织。因此，通过柱100施加的延长力可经由所连接的外部固定件106a和106b及销传递到身体组织。
在实施例中，柱100可经由球销接头108连接到一个或多个外部固定件，诸如骨固定件106a和106b。柱100可连接到固定件106a和106b，作为在手术室中的外科手术的一部分。柱100可设置成压缩的并准备用于安装，替代地，操作者可使用压缩工具或夹具来压缩柱100。
柱100可经由任何合适的机械装置附接到外部固定件，所述机械装置提供相对于固定件的多轴运动。在实施例中，柱100可设置有两个球销接头108，每个均定位在柱100的相对端部处。球销接头108可允许每个柱100相对于固定件106a和106b中的任一者在三维中旋转，从而允许每个柱100在附接到固定件106a和106b的同时独立于任何其他柱100延长。通过提供经由多个球销接头108连接到一个或多个固定件106a和106b的多个柱100，可将跨越多个平面的多个力施加到身体组织。
球销接头108可由任何合适的材料构成，诸如不锈钢、铝、钛或其组合。在一个实施例中，球销接头108的销部分的长度可在10-20 mm的范围内。在一个实施例中，销部分的长度可为16 mm。在一个实施例中，销部分的直径可在4-6 mm的范围内。在一个实施例中，销部分的直径为5 mm。在一个实施例中，球销接头108的球部分的直径可在10-15 mm的范围内。在一个实施例中，球销接头108的球部分的直径为12 mm。
返回参考图1A-B，预加载器102可包括用于储存和释放能量的弹簧。在一个实施例中，预加载器102可包括用于在高压下储存流体（诸如空气）的密封腔110。腔110可包括管，该管在一个端部处封闭并在另一端部处通过活塞112和由橡胶或硅树脂或任何其他合适的材料制成的一个或多个密封环（未示出）密封。活塞112可在腔110内线性运动以压缩和/或释放腔110内的流体压力。
在实施例中，腔110可由铝、碳增强聚合物或适用于容纳大约30-100个大气压（atm）的压力的任何其他轻量且坚固的材料制成。在一个实施例中，腔100可具有在10-30mm之间的直径。腔110的长度可在大约20到400 mm的范围内，并且可根据柱延长需要来设置。
在实施例中，活塞112可由铝或不锈钢制成并可具有直径在10-30 mm之间的帽，该帽具有足够公差以安装在腔110内。活塞112的长度可在50-100 mm的范围内并且可变化以对应于柱100的总体长度。
通过马达104所施加的转矩可引起活塞112从腔110和延长柱100缩回对应轴向距离，如在图1A中所示。腔110内的流体压力可足够高，使得由活塞112的缩回所产生的压力的释放相对于释放前的压力可忽略不计，从而在活塞112的缩回之后在活塞112上施加相对强的力并且导致柱100的延长。贯穿柱100的延长在腔110内维持的高压可在活塞112从腔100缩回后施加在活塞112上，并且可被传递到身体组织。
在实施例中，可设置内部锁（未示出）以防止在致动器104未操作时通过柱100的压力释放。
在实施例中，活塞112可连接到与轴114b联接的蜗杆小齿轮114a，其设置成维持腔110内的相对高压。由致动器104产生的相对小的转矩可经由轴114b传递到蜗杆小齿轮114a，从而引起蜗杆小齿轮114a沿着设置在腔110内的螺纹旋转。当延长柱100时，通过致动器104的逆时针旋转可引起小齿轮114a从腔110至少部分地“旋出”，从而引起连接到小齿轮114a和轴114b的活塞112相应地从腔100缩回，同时维持腔100的气密性密封。
在实施例中，活塞112可以以下述方式连接到轴114b，该方式允许活塞112相对于轴114b能旋转地滑动，使得活塞112的运动沿着柱100的长度是基本纵向的。
在实施例中，小齿轮114a可由硬化不锈钢制成，并且可包括直径为6-16 mm，且长度为10-100 mm且螺距（peach）为0.5-2 mm的钢蜗杆齿轮。致动器104结合小齿轮114a和轴114b可以引起增量为0.05-0.1 mm的柱100的受控伸长。
在一个实施例中，可设置齿轮组116（未示出）以调整致动器104的速度和转矩并且将通过致动器104的第一角旋转转变为通过小齿轮114a和轴114b的第二角旋转。在实施例中，齿轮组116可构造成根据柱100的期望缩短和/或延长来将第一角旋转转变为第二角旋转。额外地或替代地，齿轮组116可通过致动器104将相对快速的旋转（其产生小的转矩）调整为产生更大转矩的更慢旋转，该较大转矩足以克服小齿轮114a与轴114b之间的摩擦并使得活塞112能够使柱100延长。
齿轮组116可由塑料和/或不锈钢或其组合制成。在一个实施例中，齿轮组116可具有1:100到1:1000的减速比、在6-16 mm之间的范围内的直径、以及在10-50 mm之间的范围内的高度。齿轮组116与致动器104一起可在离开齿轮时提供0.05-1.0牛顿-米（NM）范围内的转矩。
在一个实施例中，致动器104，和/或小齿轮114a和轴114b，和/或齿轮组116可被容纳在壳体118中，该壳体118诸如包括管、箱或由铝、塑料、不锈钢或其他合适材料制成的其他中空特征。
可设置包括电子和/或软件元件，和/或机械元件，和/或其他元件以及其任何组合的控制器122，以控制和/或协调柱100内的部件中的任一者的操作。控制器122可包括具有用户界面（UI）的处理器，以允许由医生向控制器122加载治疗计划，诸如处方。控制器122可使用任何合适的有线和/或无线器件来加载治疗程序。
例如，治疗计划可包括对在设定时间段内目标骨延长、和/或速率、和/或方向、和/或目标力、和/或根据计划表的定义。
控制器122可包括用于计算一个或多个机械信号、电气信号或其他信号的计算应用，以便控制柱100的部件中的任一者以实施治疗计划。例如，控制器122可计算马达或齿轮的转数，或必须由致动器104实施的力以实施目标骨延长，或目标骨延长速率，或目标柱长度，并且可确定用于操作致动器100的对应计划表。这样的计划表可限定一天内的时间和以小时或分钟测量的用于操作致动器104的持续时间。
在一个实施例中，控制器122可同时控制多个柱100，柱100连接到附接到患者的一个或多个固定装置。控制器122可根据治疗计划同步所连接的柱100中的任一个柱的运动，从而在多个维度中控制柱100相对于固定件106a和106b的位置，并且因此控制所连接的身体组织的相对位置。
在另一实施例中，主控制器（未示出）可控制和/或同步随多个柱100一起设置的多个控制器122中的每一个。控制器122和/或主控制器可以以任何合适的方式定位，以便允许控制器122与柱100的由控制器122控制的元件之间的通信。例如，控制器122可定位在柱100内、固定到柱100、或与柱100邻近。替代地，控制器122可利用连接到柱100的任何外部固定装置安置。
控制器122可使用有线或无线器件（诸如，蓝牙、RF、红外Wi-Fi或能够实现控制器122与装置124之间的双向通信的任何其他合适的通信技术）将关于柱100的操作的一个或多个指标发送到外部控制装置124（诸如，监督医生的计算机、蜂窝电话或平板电脑）。例如，控制器122可向医生发送关于柱100的延长，或由致动器104产生的角运动的常规指标。可根据计划表（诸如，每天地或每周地）发送指标，从而允许医生监测患者治疗的进度。
可设置一个或多个传感器126以测量对应于操作柱100的指标。控制器122可从传感器126接收指标，并应用其以监测、控制/或同步柱100的操作。在一个实施例中，单个柱100可设置有多个传感器126以便测量该柱的多个指标，诸如体温、光电测量值、距离和/或身体组织的位置的角测量值。
在一个实施例中，控制器122可响应于被发送到装置124并由装置124分析的指标从装置124接收用于控制柱100的一个或多个参数，诸如治疗程序或对预加载的治疗程序的调整。
在另一实施例中，可设置传感器126以便测量用于多个柱100的指标。传感器126可诸如利用柱100或利用固定件106a和106b中的任一者安置在任何合适的位置。传感器126可确定角旋转，或通过致动器104或柱100的任何其他旋转部件（诸如蜗杆小齿轮144a）施加的力矩。替代地，传感器126可测量柱100的延长和/或缩短，或由柱100施加到固定件106a和106b的线性力和/或应力。可使用任何合适的有线或无线器件将由传感器126测量的指标发送到控制器106。控制器122可使用由传感器126中的任一者接收的指标来同步和协调多个柱100的操作，诸如根据图1C-D的实施例。
在一个实施例中，传感器126在故障或紧急情况下可触发警报。患者和/或操作者可经由装置124感测警报。可设置触发器以诸如在紧急情况下关闭系统。
类似地，控制器122可响应于更新从装置124接收一个或多个指令，诸如对柱100的操作的调整。控制器122可计算实施期望调整所需的对应电气和/或机械信号并且相应地应用这些信号。
在实施例中，柱100可包括用于独立于预加载器102缩短柱100的缩短机械装置。缩短机械装置可包括联接到轴128b（诸如螺杆（screw））的螺纹套128a，用于调整柱100的长度，并且可独立于小齿轮114a、轴114b和活塞122操作。在一个实施例中，轴128b的直径可在M5-M8的范围内，并且套128a可具有20 mm的直径和10 mm的高度，并且可由任何合适的材料（诸如塑料或铝）制成。
在一个实施例中，额外于马达轴114b，致动器104可以下述方式固定到轴128b，即使得允许轴128b随致动器104一起旋转。致动器104根据来自控制器122的控制信号可在顺时针和逆时针方向两者上可操作，以相应地不仅操作缩短机械装置而且操作用于延长柱100的小齿轮114a、轴114b及活塞122。
例如，为使柱100延长，控制器可发送“延长”信号到致动器104，其可引起致动器104产生在逆时针方向上的转矩。致动器104可连接到单向轴承132（诸如棘轮机械装置），其可防止致动器104的任何逆时针旋转，从而将由致动器104产生的逆时针转矩传递到轴114b以便使柱100延长，如上所述。
相对地，为使柱100缩短，控制器可发送“缩短”信号到致动器104，其可引起致动器104产生在顺时针方向上的转矩。由预加载器102施加在轴114b上的对顺时针旋转的相对高的阻力可防止轴114b旋转，从而将顺时针转矩传递到致动器104上，可通过单向轴承132使得致动器104能够顺时针旋转。由致动器104所产生的顺时针旋转可引起螺纹轴128b相应地旋转，并且将轴128b“旋拧”到壳体128a中以相应地使柱100缩短。
因此，通过向致动器104提供单向轴承132和固定的螺纹轴128b，致动器104可独立于预加载器102缩短柱100。
通过在缩短柱100时由致动器104排除预加载器102的压缩，致动器104可包括相对简单的低功率马达以既用于延长柱100又用于缩短柱100。此外，通过连接到柱100的身体组织经由上述外部固定件中的任一者施加在柱100上的力可经由缩短机械装置促进柱100的缩短。
在一个实施例中，棘轮机械装置132可包括具有10-15个齿的直径大约为15mm的带齿轮或30-40 mm长的带齿杆。棘轮机械装置132可包括由不锈钢或其他硬化的医用等级材料制成的插销以便实现和/或禁止致动器104的旋转。
在实施例中，弹簧可包括可被容纳在柱100内的机械弹簧。弹簧可包括任何合适弹簧，诸如压缩弹簧或扭力杆，仅列举若干。在一个实施例中，弹簧可包括高碳钢螺旋片簧，其具有大约4-10 mm并优选地6 mm的内径、大约15-25 mm，优选地18 mm的外径、和大约20-40mm，优选地30 mm的高度，以及大约0.1-1 mm，优选地0.5 mm的片宽度。
可设置加载端口以经由任何合适的加载方法（诸如通过使用扳手或钻头）加载弹簧。在一个实施例中，弹簧加载端口可具有直径为4-8 mm且长度为3-6 mm的三角形、正方形、六边形或梅花型元件，并且为了手动地加载弹簧的目的，其可连接到带有匹配钻头的扳手。
可将弹簧安置在轴内。在一个实施例中，轴可包括不锈钢杆，该杆的直径在大约4-8 mm的范围内且优选地6 mm并且其长度高达至大约100 mm。轴的第一端部可连接到加载端口，并且轴的第二端部可设置有适于与螺栓（未示出）配合的螺钉（未示出）。螺钉与螺栓一起可与致动器104联接并引起柱100的延长和/或缩短。
在实施例中，可设置包括齿轮和插销的棘轮机械装置，用于加载预加载器102。在一个实施例中，棘轮齿轮可包括近似直径在10-20 mm的范围内且优选地12 mm的带齿轮。棘轮机械装置可与轴联接以允许单向旋转以便加载预加载器102。
在另一实施例中，可设置擒纵机械装置以通过马达104调节预加载器102的释放。擒纵机械装置可包括不锈钢带齿轮，其与止动器或摆动件接合并且可经由一个或多个铰接件和/或齿轮与马达接合，从而通过旋转螺钉和螺栓机械装置而使柱100延长，每次通过一个齿接合或“咔哒声”来调节预加载器102的释放。制动器可包括长度为5-10 mm且宽度为3-6 mm的不锈钢“L”形板，和直径为2-5 mm的两个不锈钢销。在一个实施例中，离轴轮可利用马达104接合擒纵机械装置，并可包括直径为3-8 mm且高度为3-6 mm的圆筒，其中铰接件非对称地位于距离圆筒的中部0.1-2 mm处。铰接件可以是直径为2-5 mm的不锈钢销。
可使用手动或自动器件经由加载端口来加载机械弹簧。
可注意到的是通过预加载柱100足够的能量存储以便有效地处理医疗状况，可避免致动器104施加超过可控制地释放预加载器102所需的力，从而为柱100提供相对简单和/或小的致动器104。
现在参考图1E-F，其示出连接到单轨固定件106c的柱100。柱100可响应于来自控制器122的一个或多个控制信号（诸如根据由传感器126接收的一个或多个信号）如上文关于图1A-D所描述的那样操作。如在图1E中所示，延长柱100可使单轨固定件106c变宽或打开以在身体组织上施加对应力；而如在图1F中所示，缩短柱100可使单轨固定件106c变窄或封闭。至于图1C-D，仅为了清楚目的，图1E-F中的若干特征未被标明，然而，应理解的是所描述的和/或在图1A-B中标明的任何特征类似地适用于图1E-F。
现在参考图2，其示出根据另一实施例的柱。柱200可安置有用于提供力的液压机械装置以便调整柱的长度。可设置液压泵202b，用于从贮存器202a泵送流体以在活塞212上施加力。活塞212可与联接到螺纹轴或螺栓230b的齿轮230a接合。因此，通过活塞212的每个脉冲可通过齿轮230a引起预定角度的旋转，并且其通过螺栓230b引起对应的旋转，从而导致柱200的伸长。
由液压机械装置施加的力可通过柱200诸如经由连接到柱200的外部固定装置传递到身体组织，如上文关于柱100所描述的。
在一个实施例中，齿轮230a可具有在大约15 mm-30 mm范围内的直径，并且螺栓230b可具有在大约3-10 mm范围内的直径。齿轮230a和螺栓230b可由任何合适的刚性聚合物制成，诸如碳纤维、不锈钢合金或铝合金。
在一个实施例中，可设置棘轮机械装置或插销（未示出）以防止齿轮230a的反向旋转。液体贮存器202a和泵202b可安置在柱200内或在柱200外部。在一个实施例中，液体贮存器202a可被容纳在固定装置的本体内，诸如在固定装置的中空部分内。
可将液体维持在封闭系统中。在活塞212的每个脉冲后，液体可被泵送回到贮存器。在一个实施例中，贮存器可由在将液体泵送到活塞212时允许体积减小并且在活塞的每个循环结束时允许体积恢复的弹性材料（诸如橡胶或硅）制成。贮存器的弹性材料可有助于在辅助泵将液体泵送回到贮存器的方向上的压降。
在一个实施例中，柱200可设置有锚固连接件。锚固连接件可包括长约8 mm到15mm且直径通常在2-4 mm之间的销，并且其可由刚性聚合物、碳纤维、不锈钢或铝合金制成。
在一个实施例中，弹性液压液体贮存器可由刚性室保护，诸如可由刚性聚合物、碳纤维、不锈钢合金或铝合金制成。刚性室可根据外部固定装置中的一个或多个部件的任何对准要求来成形。
在另一实施例中，可设置微型液压泵，诸如微型压电泵或微型电泵。泵可在两个方向上交替地操作，泵可包括在相对方向上操作的两个泵。
在实施例中，到活塞212的入口直径在大约0.5 mm-3 mm的范围内，并且轴直径在大约15 mm-30 mm的范围内。活塞212可由任何合适的材料（诸如不锈钢合金或铝合金）制成，并且可具有线性构造且与柱200纵向地对准。替代地，活塞212可具有任何其他合适的形状，诸如L形。
泵的每个脉冲均可引起来自贮存器的一定量液体推动活塞212，从而引起齿轮通过凹口旋转以使柱200延长。棘轮机械装置可防止齿轮在相对方向上转动。在活塞212的每个循环后，泵可将液体泵送回到贮存器，从而引起活塞212缩回，直到通过泵的下一脉冲。
如上文关于图1A-D所描述的，柱200可设置有控制柱200的部件中的任一者的一个或多个控制器222（未示出），和/或包括泵驱动活塞212的液压机械装置。控制器222可接收由传感器226（未示出）（诸如可类似于上述的传感器126）测量的一个或多个指标，并且可分析该指标以对应地监测、控制和/或同步柱200的任何部件的操作。控制器222可与所述的外部控制装置224通信，并且从装置224接收用于控制柱200的部件中的任一者的参数。控制器222可经由装置224向操作者（诸如医生）发送由传感器226测量的指标，并且可响应于接收该指标的装置224来接收该参数。
本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可包括计算机可读存储介质（或多个介质），该介质在其上具有计算机可读程序指令，用于使处理器执行本发明的各方面。
计算机可读存储介质能够是非暂态有形装置，其能够保持并储存指令以供指令执行装置使用。计算机可读存储介质可以例如是但不限于：电子存储装置、磁性存储装置、光存储装置、电磁存储装置、半导体存储装置或上述的任何合适组合。计算机可读存储介质的更具体示例的非详尽列表包括以下：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或闪速存储器）、静态随机存取存储器（SRAM）、便携式光盘只读存储器（CD-ROM）、数字通用盘（DVD）、记忆棒、软盘、机械编码装置（诸如穿孔卡或在其上记录有指令的凹槽中的凸起结构）、以及上述的任何合适组合。计算机可读存储介质，如本文中所使用的，不应被解释为是短暂信号本身，诸如无线电波或其他自由传播的电磁波、传播通过波导或其他传输介质的电磁波（例如，传递通过光纤电缆的光脉冲）、或通过线传输的电气信号。
本文中所描述的计算机可读程序指令能够从计算机可读存储介质下载到相应计算/处理装置，或经由网络（例如，因特网、局域网、广域网和/或无线网络）下载到外部计算机或外部存储装置。网络可包括铜传输电缆、光传输光纤、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。在每个计算/处理装置中的网络适配器卡或网络接口从网络接收计算机可读程序指令并且转发该计算机可读程序指令，用于存储在相应计算/处理装置内的计算机可读存储介质中。
用于执行本发明的操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构（ISA）指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或源代码或以一种或多种编程语言的任何组合编写的对象代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言（诸如Java、Smalltalk、C++等）和常规程序性编程语言（诸如“C”编程语言或类似编程语言）。计算机可读程序指令可完全在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上执行（作为独立的软件包）、部分地在用户的计算机上且部分地在远程计算机上执行、或完全地在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可通过任何类型的网络（包括局域网（LAN）或广域网（WAN））连接到用户的计算机，或可连接到外部计算机（例如，通过使用因特网服务提供商的因特网）。在一些实施例中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列（FPGA）或可编程逻辑阵列（PLA）的电子电路可通过利用计算机可读程序指令的状态信息来执行计算机可读程序指令以个性化电子电路，以便实施本发明的各方面。
本发明的各方面可参考根据本发明的实施例的方法、设备（系统）和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述。将理解，流程图和/或框图中的每个框，和流程图和/或框图中的框的组合能够由计算机可读程序指令来实施。
这些计算机可读程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建一器件，用于实施在流程图和/或框图的一个或多个框中详细说明的功能/动作。这些计算机可读程序指令可还储存在计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质能够引导计算机、可编程数据处理设备和/或其他装置以特定方式运行，使得在其中储存有指令的计算机可读存储介质包括制品，其包括实施流程图和/或框图的框或多个框中指定的功能/动作的多个方面的指令。
还可将计算机可读程序指令加载到计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置上，以引起一系列操作步骤在计算机、其他可编程设备或其他装置上实施，从而产生计算机实施的过程，使得在计算机、其他可编程设备或其他装置上执行的指令实施在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。
在图中的流程图和框图示出根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的构架、功能以及操作。在该方面，流程图或框图中的每个框可表示模块、段、或指令的部分，其包括用于实施特定逻辑功能（一个或复数个）的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方式中，在框中指出的功能可以不按图中指出的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可基本同时执行，或该框可根据所涉及的功能而有时以相对顺序来执行。还将注意到，框图和/或流程图中的每个框，和框图和/或流程图中的框的组合能够由基于专用硬件的系统来实施，该基于专用硬件的系统实施特定功能或动作或者执行专用硬件和计算机指令的组合。
根据上文描述，本发明的许多修改和替代实施例对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此，该描述应被解释为仅仅是说明性的并且是为了教导本领域的技术人员执行本发明的最佳模式的目的。在不脱离本发明的精神的情况下结构的细节可显著变化，并且保留落在随附权利要求的范围内的所有修改的排他性使用。在该说明书内，尽管已经以使得能够写出清楚且简洁的说明书的方式描述了各种实施例，但其旨在并将理解的是，这些实施例可不同地组合或分离而不脱离本发明。旨在本发明仅受限于随附权利要求和可适用的法律条款所要求的范围。
将理解，下面的权利要求将涵盖本文中所描述的本发明的所有通用和具体特征，并且本发明的范围的所有陈述在语言上可以认为落入其间。

Claims (58)

1.一种医疗装置，其包括：
医疗柱；
构造成储存能量的预加载器，其中，所述医疗柱被构造成将储存在所述预加载器中的所述能量转化为能施加到身体组织的第一力；
致动器，所述致动器被构造成施加第二力以调整所述医疗柱的长度，从而促进将所储存的能量转化为所述第一力；以及
控制器，所述控制器被配置成控制所述致动器。
2.如权利要求1所述的医疗装置，其中，所述致动器包括马达，并且其中，所述第二力包括转矩。
3.如权利要求1所述的医疗装置，其中，所述调整所述医疗柱的长度包括延长所述医疗柱。
4.如权利要求1所述的医疗装置，其中，所述第一力沿着所述医疗柱的纵向轴线纵向地施加。
5.如权利要求1所述的医疗装置，其中，所述医疗柱连接到一个或多个外部固定装置，所述一个或多个外部固定装置经由一个或多个销连接到所述身体组织，从而将所述第一力传递到所述身体组织。
6.如权利要求5所述的医疗装置，其中，所述医疗柱经由一机械装置连接到所述一个或多个外部固定装置，所述机械装置提供所述医疗柱相对于一个或多个矫形固定装置的多轴运动。
7.如权利要求1所述的医疗装置，其中，所述致动器还被构造成独立于所述预加载器缩短所述医疗柱。
8.如权利要求7所述的医疗装置，其还包括构造成随所述致动器一起旋转的螺纹轴，其中，所述致动器连接到单向轴承，从而允许独立于所述预加载器的所述医疗柱的所述缩短。
9.如权利要求1所述的医疗装置，其中，所述预加载器包括弹簧。
10.如权利要求9所述的医疗装置，其中，所述弹簧包括密封腔，所述腔被构造成在高压下储存流体。
11.如权利要求10所述的医疗装置，其还包括密封所述腔的活塞，其中，由所述致动器施加的所述第二力被构造成引起所述活塞从所述腔缩回，从而延长所述医疗柱。
12.如权利要求9所述的医疗装置，其中，所述弹簧包括机械弹簧。
13.如权利要求1所述的医疗装置，其中，所述控制器控制以下中的任一者：操作所述致动器的持续时间、由所述致动器施加的力、或目标医疗柱长度。
14.如权利要求1所述的医疗装置，其中，所述控制器控制目标骨延长速率。
15.如权利要求1所述的医疗装置，其中，所述控制器被配置成从传感器接收指标并且应用所述指标以监测、控制和/或同步所述医疗柱的操作。
16.如权利要求15所述的医疗装置，其中，所述控制器被配置成向外部控制装置发送所述指标。
17.如权利要求16所述的医疗装置，其中，所述控制器被配置成响应于接收所述指标的所述外部控制装置，从所述外部控制装置接收用于控制所述医疗装置的部件中的任一者的参数。
18. 一种用于提供医疗治疗的成套工具，其包括：
医疗柱，所述医疗柱包括
构造成储存能量的预加载器，其中，所述医疗柱被构造成将储存在所述预加载器中的所述能量转化为能施加到身体组织的第一力，
致动器，所述致动器被构造成施加第二力以调整所述医疗柱的长度，从而促进将所储存的能量转化为所述第一力，以及
控制器，所述控制器被配置成控制所述致动器；以及
外部固定装置，所述外部固定装置被构造成经由一个或多个销连接到所述医疗柱并连接到所述身体组织，从而将所述第一力传递到所述身体组织。
19.如权利要求18所述的成套工具，其中，所述致动器包括马达，并且其中，所述第二力包括转矩。
20.如权利要求18所述的成套工具，其中，所述调整所述医疗柱的长度包括延长所述医疗柱。
21.如权利要求18所述的成套工具，其中，所述第一力沿着所述医疗柱的纵向轴线纵向地施加。
22.如权利要求18所述的成套工具，其中，所述医疗柱经由一机械装置连接到一个或多个外部固定装置，所述机械装置提供所述医疗柱相对于一个或多个矫形固定装置的多轴运动。
23.如权利要求18所述的成套工具，其中，所述致动器还被构造成独立于所述预加载器缩短所述医疗柱。
24.如权利要求23所述的成套工具，其还包括构造成随所述致动器一起旋转的螺纹轴，其中，所述致动器连接到单向轴承，从而允许独立于所述预加载器的所述医疗柱的所述缩短。
25.如权利要求18所述的成套工具，其中，所述预加载器包括弹簧。
26.如权利要求25所述的成套工具，其中，所述弹簧包括密封腔，所述腔被构造成在高压下储存流体。
27.如权利要求26所述的成套工具，其还包括密封所述腔的活塞，其中，由所述致动器施加的所述第二力被构造成引起所述活塞从所述腔缩回，从而延长所述医疗柱。
28.如权利要求25所述的成套工具，其中，所述弹簧包括机械弹簧。
29.如权利要求18所述的成套工具，其中，所述控制器控制以下中的任一者：操作所述致动器的持续时间、由所述致动器施加的力、或目标医疗柱长度。
30.如权利要求18所述的成套工具，其中，所述控制器控制目标骨延长速率。
31.如权利要求18所述的成套工具，其中，所述控制器被配置成从传感器接收指标并且应用所述指标以监测、控制和/或同步所述医疗柱的操作。
32.如权利要求31所述的成套工具，其中，所述控制器被配置成向外部控制装置发送所述指标。
33.如权利要求32所述的成套工具，其中，所述控制器被配置成响应于接收所述指标的所述外部控制装置，从所述外部控制装置接收用于控制所述成套工具的部件中的任一者的参数。
34.一种医疗装置，其包括：
医疗柱；
液压机械装置，所述液压机械装置被构造成施加力以调整所述医疗柱的长度，其中所述医疗柱被构造成将所施加的力传递到身体组织；以及
控制器，所述控制器被配置成控制所述医疗柱和/或所述液压机械装置。
35.如权利要求34所述的医疗装置，其中，所述医疗柱连接到一个或多个外部固定装置，所述一个或多个外部固定装置经由一个或多个销连接到所述身体组织，从而将所述力传递到所述身体组织。
36.如权利要求34所述的医疗装置，其中，所述一个或多个外部固定装置被构造成储存流体，并且其中，所述液压机械装置被构造成泵送所述储存的流体以便施加所述力。
37.如权利要求34所述的医疗装置，其中，所述控制器控制以下中的任一者：操作所述致动器的持续时间、由所述致动器施加的力、或目标医疗柱长度。
38.如权利要求34所述的医疗装置，其中，所述控制器控制目标骨延长速率。
39.如权利要求34所述的医疗装置，其中，所述控制器被配置成从传感器接收指标并且应用所述指标以监测、控制和/或同步所述医疗柱的操作。
40.如权利要求39所述的医疗装置，其中，所述控制器被配置成向外部控制装置发送所述指标。
41.如权利要求40所述的医疗装置，其中，所述控制器被配置成响应于接收所述指标的所述外部控制装置，从所述外部控制装置接收用于控制所述医疗装置的部件中的任一者的参数。
42.一种方法，其包括：
经由医疗柱，将通过预加载器储存的能量转化为第一力以便施加到身体组织；
经由致动器，施加第二力以调整所述医疗柱的长度，从而促进将所述储存的能量转化为所述第一力；以及
控制所述致动器。
43.如权利要求42所述的方法，其中，所述致动器包括马达，并且其中所述第二力包括转矩。
44.如权利要求42所述的方法，其中，所述调整所述医疗柱的长度包括延长所述医疗柱。
45.如权利要求42所述的方法，其还包括沿着所述医疗柱的纵向轴线纵向地施加所述第一力。
46.如权利要求42所述的方法，其还包括将所述医疗柱连接到一个或多个外部固定装置，所述一个或多个外部固定装置经由一个或多个销连接到所述身体组织，从而将所述第一力传递到所述身体组织。
47.如权利要求46所述的方法，其还包括提供所述医疗柱相对于一个或多个矫形固定装置的多轴运动。
48.如权利要求42所述的方法，其还包括独立于所述预加载器缩短所述医疗柱。
49.如权利要求48所述的方法，其中，独立于所述预加载器缩短所述医疗柱还包括引起螺纹轴随所述致动器一起旋转，其中，所述致动器连接到单向轴承。
50.如权利要求42所述的方法，其中，所述预加载器包括弹簧。
51.如权利要求50所述的方法，其中，所述弹簧包括密封腔，所述腔被构造成在高压下储存流体。
52.如权利要求51所述的方法，其进一步利用活塞密封所述腔，其中，由所述致动器施加的所述第二力被构造成引起所述活塞从所述腔缩回，从而延长所述医疗柱。
53.如权利要求50所述的方法，其中，所述弹簧包括机械弹簧。
54.如权利要求42所述的方法，其还包括控制以下中的任一者：操作所述致动器的持续时间、由所述致动器施加的力、或目标医疗柱长度。
55.如权利要求42所述的方法，其还包括控制目标骨延长速率。
56.如权利要求42所述的方法，其还包括从传感器接收指标并且应用所述指标以监测、控制和/或同步所述医疗柱的操作。
57.如权利要求56所述的方法，其还包括向外部控制装置发送所述指标。
58.如权利要求42所述的方法，其还包括响应于接收所述指标的所述外部控制装置，从所述外部控制装置接收用于控制所述医疗装置的部件中的任一者的参数。
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