CN107771069B - 自适应三维矫形器及其制造方法 - Google Patents

自适应三维矫形器及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107771069B
CN107771069B CN201680036712.6A CN201680036712A CN107771069B CN 107771069 B CN107771069 B CN 107771069B CN 201680036712 A CN201680036712 A CN 201680036712A CN 107771069 B CN107771069 B CN 107771069B
Authority
CN
China
Prior art keywords
axial
scaffold
conformable
elastic
joints
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680036712.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107771069A (zh
Inventor
德尼兹·卡拉萨因
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osteoid Saglik Teknolojileri AS
Original Assignee
Osteoid Saglik Teknolojileri AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/IB2015/002432 external-priority patent/WO2016071773A2/en
Application filed by Osteoid Saglik Teknolojileri AS filed Critical Osteoid Saglik Teknolojileri AS
Publication of CN107771069A publication Critical patent/CN107771069A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107771069B publication Critical patent/CN107771069B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/02—Orthopaedic corsets
    • A61F5/022—Orthopaedic corsets consisting of one or more shells
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/04—Devices for stretching or reducing fractured limbs; Devices for distractions; Splints
    • A61F5/05—Devices for stretching or reducing fractured limbs; Devices for distractions; Splints for immobilising
    • A61F5/058—Splints
    • A61F5/05841—Splints for the limbs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P11/00—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for 
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A61F2005/0132—Additional features of the articulation
    • A61F2005/0165—Additional features of the articulation with limits of movement
    • A61F2005/0167—Additional features of the articulation with limits of movement adjustable
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F2005/0197—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces with spring means
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/50—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for simulation or modelling of medical disorders

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Nursing (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Orthopedics, Nursing, And Contraception (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

使用表示三维软组织身体表面的数据集制造适形身体界面。所述适形身体界面包括身体支架，该身体支架被分为由轴向接头分隔的两个或更多个纵向节段。任选地，该身体支架进一步分为由周向接头分隔的两个或更多个周向分离节段。所述轴向接头由弹性带、片或类似的结构周向约束，并且所述周向接头由弹性轴向系链或类似的结构纵向约束。以这种方式，所述身体界面可以适应身体表面的肿胀和弯曲。

Description

自适应三维矫形器及其制造方法
相关申请的交叉引用
本PCT申请要求2015年4月23日提交的美国临时申请号 62/151,920和2015年4月24日提交的美国临时申请号62/152,593的权益，并要求2015年11月2日提交的PCT/IB2015/002432的优先权，上述申请的完整公开内容通过引用并入本文。
背景技术
1.发明领域。虽然用于身体康复的矫形干预已为人熟知达几世纪之久，但是夹板、铸件和其他矫形器在实施中仍存在挑战。从使用棍制成的夹板和使用石膏制成的铸件进行临时固定开始，这一领域已经发展到由先进复合材料制造动态矫形器。最近，本领域已经发展到使用三维扫描和打印技术来生产针对患者解剖结构而个体化的三维矫形器。
任何铸件或夹板的主要功能都在于提供外部结构和创造物理条件，以最小的并发症促进康复。传统的铸件和夹板往往无法实现这些功能中的至少一种。
在铸造夹板期间，必须将肿胀(间室压力产生)纳入考虑。在标准程序中，制备常规硬壳铸件的医疗专业人员为受伤解剖结构的肿胀流出大量空间。如果制作得过紧，则铸件会限制循环，引起疼痛不适，并可导致筋膜间室综合征。如果制作得过松，则会无法为康复过程提供稳定的环境。通常，最初向患者提供足够大以适应预期肿胀的铸件，而随后使用相对更紧的铸件以更紧密地符合解剖结构。需要更换铸件或夹板当然是不方便的。
萎缩是与长期使用铸件相关联的另一常见问题。萎缩是由于夹板固定造成的身体活动缺乏所导致的肌肉组织衰弱或损失。经常观察到肌肉大小、力量和活动性降低。肌肉大小的损失通常会妨碍夹板提供促进康复过程所需的支撑和稳定性，并可导致骨折愈合延迟、不愈合和畸形愈合。
关节僵硬可能是与长期使用夹板或铸件相关联的另一问题。关节僵硬是由长期关节固定造成的关节活动范围损失或减小。可以通过利用在矫形干预期间允许一定的关节活动的动态或可调式被动矫形产品来减少或防止关节僵硬。
可以断骨施加外部压力以促进康复。通过在硬化期间施加外部压力，铸件或其他矫形器通常能够在随后的康复期间对骨骼施加更大的压力。这样的外部压力可以减少诸如骨折愈合延迟、畸形愈合和不愈合等并发症的发生。
由于这些原因，期望提供用于制造夹板、铸件和其他矫形器的改进的设计和方法。该设计应允许矫形器在矫形器安装在患者身上后可适应肿胀，应允许对解剖结构施加受控的压力以在痊愈过程中促进骨骼生长，应允许对特定患者的矫形器进行个体化，且应以有效和成本有效的方式实现这些目标。这些目标中的至少一些将会通过下文所述的发明来实现。
2.背景技术描述。包围身体四肢或其他解剖结构并且轴向分离以允许扩张和/或移除的铸件、靴子和其他壳体在以下文献中有所描述：美国专利公开号2015/0272764；2015/0088046；2014/0012171；2013/0150762；和2005/0171461；以及美国专利号8,002,724；5,776,088；5,571,206； 7,981,068；7,335,177；6,840,916；和3,955,565中。其他相关背景专利和出版物包括美国专利号5,107,854；5,823,975；5,836,902；6,179,800； 6,725,118；7,632,216；8,613,716；以及美国公开号2003/0032906； 2007/0132722；2009/146142；2011/0004074；2011/0301520；2011/0302694；以及欧洲专利号2671544。
发明内容
本发明利用计算机辅助设计、软件分析、数字制造、感测、数字数据收集和分析技术来创建用于制造具有可适应和/或可调节的结构元件的全接触骨骼外矫形器的数字过程。这样的矫形器能够提供与患者身体表面或其他患者解剖结构的受控且医学上有益的界面，以便减少并发症、促进更好的康复以及增强对所治疗的解剖结构的保护。本发明提供了矫形器诸如夹板和铸件，其具有身体支架，该身体支架轴向和/或径向分离成多个节段或单元，该多个节段或单元由允许响应于肿胀而扩张的接头所分隔。该节段或单元装配有弹性机械约束件，该弹性机械约束件将节段和单元保持在一起，并且当所覆盖的身体表面经受肿胀时进一步施加外部压力。本发明提供了肿胀管理系统(swelling management system，SMS)、僵硬预防系统(stiffness prevention system，SPS)、用于通过矫形器和模块化组件施加外部压力的方法。除了通过矫形器的结构和模块化组件提供直接的医疗干预之外，本发明还可提供用于将传感器与身体表面相接的位置。传感器转而可以提供用于实时患者监测和后续数据挖掘的数据。
SMS引入一个或多个半动态自对准结构和组件(机构)，以使得能够响应于创伤后肿胀和随后的萎缩(肌肉大小的减小)而减小或增大身体支架的横截面直径和/或面积，同时保持身体支架提供全接触硬壳矫形器的能力。
SPS是对SMS的补充，以便通过夹板拓扑结构修改和/或引入额外的机械组件，支持期望的关节上在期望的运动轴(屈曲、伸展、外展、内收、旋前和旋后)中的有限的移动性。
本发明还包括用于通过定位在身体支架上的可调式模块化单元施加外部压力的方法以及用于监测所施加的压力的方法。
本发明还包括用于通过定位在身体支架上的模块化单元递送治疗刺激的方法。
本发明的三维矫形器的示例性应用包括上肢矫形器、下肢矫形器、脊柱和颈部矫形器、腕矫形器、踝矫形器和类似的应用。
本发明依赖于用于制造个人化身体支架的已知三维打印技术。该方法一般可包括三个步骤。首先，使用已知的三维扫描或成像技术来直接或间接(从模具)生成代表靶身体表面几何结构的三维数据集。该三维数据集通常将会代表所产生的身体支架的内部几何结构。其次，对用于定制三维打印的身体支架的物理结构进行确定和建模。在确定和建模步骤期间，可以用油墨标记物在患者的皮肤上标记身体支架的具体设计特征，诸如大窗口开口或者适用于身体支架或常规矫形器的任何三维修改。CAD设计者可以参考标记并在创建设计文件时遵循所述标记作为指令。CAD设计者可以采用已知的设计软件并且可以遵循多种设计方案中的任何一种或多种，诸如有限元分析、创成式设计、参数设计以及虚拟与增强现实技术。第三，三维打印或其他数码或数字控制制造方法产生个人化的身体支架。所述支架还可被设计成包含其他能力，包括物联网 (internet-of-things，IOT)设备和系统、信号处理单元、无线通信单元 (
Figure RE-BDA0001519385680000041
红外、GSM、局域无线网络和因特网连接性)、机载或远程界面(触觉、光度测量、增强或虚拟现实界面、与网络或软件界面链接的移动设备、智能电话、LED、LCD、平板计算机、笔记本计算机等)、各种类型的电源(包括热电发电、无线能量传输技术、交流电和直流电)、云计算和存储单元。
尽管已将本发明描述为具有多个用于人的自对准表面和元件的可调节(通常为自调节)的身体支架，但是在其他实施方式中，有可能采用由人使用的其他产品，包括椅子、座椅、鞍具、运动器材、鞋子、衬垫、头盔以及部分或全身骨骼外套装等。本发明的实施方式还可用于针对动物的铸件/支具以及用于马和骑手的定制鞍具。
在第一方面，本发明提供了一种适形身体界面(conformable body interface)，其可以是夹板、铸件或其他结构的形式，旨在至少部分地包围和支撑患者解剖结构的一些部分，特别地包括身体四肢、身体关节、躯干的一部分等。最通常地，所述适形身体界面将会是旨在支撑身体四肢或身体关节(通常在四肢或关节的骨折或其他损伤之后)的矫形器的形式。
所述适形身体界面包括通常形成为三维网格的身体支架(body scaffold)，其具有通常会与患者解剖结构的尺寸对准的纵向轴线，例如，与手臂、腿或身体关节中的骨对准或者沿着其长度。所述身体支架通常被配置用于可移除地放置在相符的身体表面(conforming body surface) 上，并且所述身体支架将会分为两个或更多个由轴向接头隔开的纵向节段。所述轴向接头转而被配置用于周向分开，这允许所述支架响应于在康复过程中经常发生的身体表面的肿胀而周向扩张。所述适形身体界面通常还会包括多个弹性约束件，所述弹性约束件沿着所述身体支架在轴向间隔开的位置处跨越所述轴向接头。所述约束件被配置用于弹性地约束所述身体支架的径向扩张，使得所述支架可以适应所述身体表面的肿胀，同时保持对所述身体表面的期望的向内或支撑压力。
在示例性实施方式中，所述身体支架包括可通过三维打印或类似的数控生产技术诸如立体光刻术(stereo lithography，SLA)、数控加工等产生的三维网格。所述网格将会具有间隙、空间、孔等，并且这样的开放结构适用于多种目的，包括放置传感器以供与所述身体表面接合，例如共同待审国际专利申请号PCT/IB 2015/002432中所述，该申请的完整公开内容通过引用并入本文。
在进一步的示例性实施方式中，所述跨越轴向接头的弹性约束件可以包括完全或部分包围所述身体支架的多种结构中的任一种。例如，所述弹性约束件可以包括完全包围所述身体支架的弹性带。这样的弹性带在其长度上可以是连续弹性的，通常在沿其长度的所有点处具有均匀的弹性。或者，所述弹性带可在其长度上具有不连续的弹性。例如，所述弹性带可具有由非弹性或不可扩展部分分隔的弹性部分。所述弹性部分可由弹性聚合物、机械弹簧等形成，而所述非弹性部分可由非弹性聚合物和其他不可扩展的结构和材料形成。
在备选实施方式中，所述弹性约束件可以包括弹性片，该弹性片具有附接至纵向节段并且不完全包围所述身体支架的端部。通常，这样的片将会具有附接至第一纵向节段的一端以及可拆卸或不可拆卸地附接至相邻纵向节段的第二端。在其他实施方式中，这样的片可以跨越不止两个相邻纵向节段，同时可拆卸或不可拆卸地固定到这些节段中的任何两个或更多个节段。当所述弹性约束件包括弹性片时，所述弹性片可围绕所述身体支架周向对准，使得其围绕该外周形成总体上连续的弹性线。或者，弹性片实际上能够以任何图案彼此偏移，所述图案被选择用于在特定解剖位置处在所述身体支架上提供特定的弹性特性。通过使用可拆卸地固定在至少一端处的弹性片，可以将该片拆卸，以便帮助所述适形身体界面在所述身体表面上的穿戴和移除。
所述弹性约束件通常将会具有固定长度，特别是当其形成为连续的带结构时。或者，在一些情况下，弹性带可以具有可调节的长度，例如，在放置于所述身体支架上之后允许所述带收紧和/或放松。类似地，当采用片作为所述弹性带时，所述片可以具有固定或可调节的长度。在进一步的实施方式中，所述弹性约束件可以提供其他功能，例如包括允许测量由所述身体支架的径向扩张产生的力的应力/应变传感器，从而允许在治疗期间监测身体肿胀。
在进一步的备选实施方式中，附加于或替代于多个分立的弹性约束件，可以将一个或多个完全或部分弹性的覆盖物诸如网或织物套放置在所述身体支架上以提供或有助于身体支架上的径向向内的力。
在示例性实施方式中，实际的接头包括滑动接头，该滑动接头通常包含沿着一个纵向节段的边缘的凸形元件和沿着相邻纵向节段的边缘的凹形元件。这样的滑动接头允许接头的扩张和收缩，同时保持所述相邻纵向节段的对准。在一些情况下，可以提供用于锁定或调节所述滑动接头的张开的机构，以防止或控制这样的侧向平移。这样的锁定机构可以包括各种元件，诸如销、棘爪、齿轮等。销可以用于通过将其放入对准于所述滑动接头中的孔内来锁定滑动接头，从而以规定的间隔尺寸固定所述接头。相反，齿轮和棘爪可以用于主动调节和控制相邻纵向节段之间的间距。
通常，所述身体支架进一步分为由周向接头分隔的两个或更多个周向分离节段。所述周向接头被配置成响应于所述身体表面的移动(例如身体关节的弯曲)而轴向分开。所述两个或更多个周向分离节段通常通过多个弹性轴向系链而保持在一起，其中所述系链通常穿过所述周向分离节段中或穿过所述周向分离节段形成的轴向通道。所述轴向系链通常会在一端处锚固在远端周向分离节段处或其附近，并且在另一端处锚固在近端周向分离节段中。所述周向接头通常还是滑动接头，其将会允许在相邻的周向分离节段之间枢转。
在第二方面，本发明提供了用于制造适形身体界面的方法，诸如制造上述的身体界面。这样的制造方法包括获得表示三维软组织身体表面的数据集，所述三维软组织身体表面可以是上述的任何组织表面。基于所述数据集制造三维身体支架，使得所述支架可以可移除地放置在三维身体表面上以符合所述表面上的至少一些靶区域。特别地，所述数据集限定身体支架，该身体支架被分为两个或更多个纵向节段，所述两个或更多个纵向节段具有位于其间的轴向接头。所述轴向接头被配置成当所述支架放置在所述身体表面上时(通常在损伤康复期间)响应于所述身体表面的肿胀而分开。
在所述方法的优选方面，所述数据集还限定所述身体支架上的特征，所述特征被配置用于接纳沿着所述身体支架在轴向间隔开的位置处跨越所述轴向接头的多个弹性约束件。这样的弹性约束件能够响应于所述身体表面的肿胀而弹性地约束所述身体支架的径向扩张。所述数据集通常还限定由周向接头分隔的两个或更多个周向分离节段，所述周向接头被配置成在患者康复期间当所述支架放置在所述身体表面上时响应于所述身体表面的移动而轴向分开。在这样的情况下，所述数据集通常还限定所述身体支架上的轴向通道。所述通道被定位和配置用于接纳在所述身体支架上的周向间隔开的位置处跨越所述周向接头的多个弹性轴向系链，以弹性地约束所述身体支架的弯曲。这些制造方法通常使用已知的三维打印和制造方法进行，诸如三维打印、立体光刻术(SLA)以及使用用于加工身体组件的数控机床。在制造所述身体支架的分立组件之后，可以通过将弹性和/或非弹性约束件附接至形成于纵向节段上的特征以及将轴向系链定位在跨越相邻周向节段之间的周向接头的轴向通道内来进一步制造所述身体支架。
附图说明
本发明的新颖特征在所附的权利要求书中具体阐述。通过参考以下对利用本发明原理的说明性实施方式加以阐述的详细描述以及附图，将会获得对本发明的特征和优点的更好的理解，在这些附图中：
图1是具有四个纵向分离节段和三个周向分离节段的自适应夹板的实施方式，其包括用三个弹性径向约束件和四个轴向系链保持在一起的总共十二个单个身体支架单元。
图2是具有四个纵向分离节段的个人化夹板或其他身体支架的周向部分。
图3是在无径向扩张的情况下示出的图2的夹板的横截面。
图4类似于图3，示出了径向扩张。
图5是处于闭合构型的径向滑动接头的横截面。
图6类似于图5，示出了部分张开的径向滑动接头。
图7类似于图5，示出了张开到周向扩张极限的径向滑动接头。
图8-图10图示了具有限制周向扩张的止挡元件的备选径向滑动接头构型。
图11-图13图示了图3-图5的径向滑动接头，锁定机构具有锁定销，该锁定销用于选择性地阻止接头以不同的张开程度扩张和收缩。
图14-图17为与图3-图5类似的径向滑动接头，其具有带有棘轮机构和齿条齿轮机构的可调式锁定机构，用于提供多个负锁定状态。
图18是个人化夹板，其具有由轴向系链保持在一起的周向分离节段。
图19是图18的夹板的轴向截面，图中示出了系链的放置。
图20是图18的夹板的轴向截面，图示了系统的内部动态。
图21-图23是周向V型滑动接头的轴向截面。
图24-图26是周向C型滑动接头的轴向截面。
图27图示了具有SMS的身体支架的上周向部分。
图28-图30示出了处于不同弯曲程度的图27的身体支架。
图31图示了具有SPS的半体支架，该SPS具有充当周向滑动接头的多个轴向系链和球形接头。
图32是图31的半体支架的轴向截面。
图33图示了放置在具有SMS的身体支架的周向部分内的两个可调式模块化压力单元。
图34是附接至具有SMS的身体支架的周向部分的可调式模块化压力单元的横截面。
图35是具有压力传感器的可调式模块化压力单元的放大表示。
图36是具有按摩疗法组件的可调式模块化压力单元的放大表示。
图37是具有按摩疗法组件的可调式模块化压力单元的放大表示。
图38是具有模块化治疗单元和周向传感器的身体支架。
图39是附接至身体支架的一部分的模块化治疗单元的区段。
图40是模块化治疗单元的放大表示。
图41是附接至具有SMS的三维打印身体支架的一部分的周向传感器的截面。
图42是图29的夹板的周向滑动接头的轴向截面，其图示了两个周向部分之间的最小切向关系。
图43是图30的夹板的周向滑动接头的轴向截面，其图示了两个周向部分之间的滑轨拓扑结构。
具体实施方式
本发明提供了具有与人体解剖结构的一部分紧密配合的多个可调节和/或自调节结构组件的定制设计的全接触骨骼外铸件/夹板。开发了本发明的结构解决方案以促进矫形器与患者之间受控且医学上有益的关系。虽然本发明的结构解决方案特别适用于骨折后应用，但是本文所描述的方法和技术还可用于治疗需要矫形干预期的其他肌肉骨骼和神经肌肉状况。本发明的装置和方法解决了骨折后管理中的一系列非常常见的并发症。
肿胀管理系统(swelling management system，SMS)将周向调节能力(增大或减小)引入个人化身体支架，以便在固定期间适应肿胀和萎缩。通过将身体支架的一部分(或多个部分)沿着纵线分成多个节段 (两个、三个、四个或更多个)来实现SMS，以便为半动态结构创造基础。轴向划分的节段(称为“纵向节段”)在相邻纵向节段之间的“周向接头”处相接。“弹性约束件”周向地约束可分离的纵向节段，通常是弹性带或其他组件，或者定位在分段的身体支架周围或在一些情况下嵌入于分段的身体支架中。在图1-图4中图示了示例性身体支架结构，其具有与上肢夹板的周向部分101对应的四个纵向节段301。图3和图4 示出了穿过图2的区段201截取的截面。
图3中示出了多个纵向节段301(也称为单元)一起形成周向结构。纵向节段301通过位于沿着每个相邻节段301的轴向边缘的轴向滑动接头302连结起来。轴向滑动接头302允许身体支架在扩张路径304 上周向扩张，并且还为周向收缩提供物理极限。当完全收缩时，滑动接头将会处于“负锁定状态”。当轴向滑动接头处于负锁定状态时，如图 3中所示(还图5中示出)，支架将会保护患者解剖结构102免受压力和冲击。身体支架的周向结构的单个纵向节段301通过对纵向节段301 施加径向向内约束力的一个或多个径向弹性约束元件303保持在一起。弹性约束件303可以采取O形环或具有类似的弹性性质的其他结构(弹簧等)的形式。除了使用单一弹性约束元件以外，还可以使用多个弹性约束和/或使用非圆形弹性约束元件例如图27中的弹性约束元件303来实现同样的效果。图4图示了在轴向滑动接头302的彼此相对间隔开的周向扩张(解锁状态)的情况下，在区段201中观察到的物理力。箭头 305图示了弹性约束结构303所产生的向内的力。箭头306图示了由患者解剖结构所产生的径向向外的力。如图4中所示，单个纵向节段301 周向移动而彼此远离，以适应患者解剖结构的肿胀或其他扩张。轴向滑动接头302允许沿着单元之间的路径304的必要的周向扩张。在该特定图示中，动态结构(SMS)处于与患者解剖结构平衡的状态，从而提供由弹性约束件302的一个或多个向内的力所平衡的向外的力。在图3中，系统处于负锁定状态，其中支架保护解剖结构免受外部压力或冲击。
轴向滑动关节302可被配置用于允许身体支架响应于康复过程中经常发生的肿胀和/或萎缩而进行周向扩张和/或收缩。图5、图6和图7 中更详细地示出了系统的动态，图中重点集中于相邻纵向节段(单元) 301的处于其运动路径304上的凸形边缘307和凹形边缘308。
如图5、图6和图7中所示，轴向滑动接头302可被配置用于允许身体支架的一个部分(或多个部分)响应于发生的水肿而进行动态周向扩张。如图5中所示，最初在滑动接头处于其负锁定状态的情况下将身体支架施加到患者解剖结构。随着水肿的发生，凸形边缘307和凹形边缘308沿着路径304分开，如图6中所示。图7表示周向扩张的结构极限。当然，该极限可通过延长凸形边缘组件和凹形边缘组件来扩大。只有在由患者解剖结构102所产生的径向向外的压力大于由径向弹性约束结构303所产生的径向向内的压力的情况下，才会发生周向扩张。
轴向滑动接头302还可被配置用于允许身体支架的一个部分(或多个部分)动态周向收缩，以便在萎缩期间对患者解剖结构提供并保持紧密接触和支撑。如图6或图7中所示，最初在滑动接头处于其扩张状态的情况下将身体支架施加到患者解剖结构。随着解剖结构发生萎缩，凸形边缘307和凹形边缘308沿着路径304汇聚在一起，仅由图5的负锁定状态所限制。只有在由径向弹性约束结构303所产生的径向向内的压力大于由患者解剖结构102所产生的径向向外的压力的情况下，才会发生周向收缩。
在另一实施方式中，轴向滑动接头302可被配置用于允许身体支架的一个部分(或多个部分)进行动态周向扩张和收缩，以便应对发生的水肿和随后的萎缩。对于该特定应用，如图6中所示，将周向分开的轴向滑动接头拓扑结构施加于患者。随着水肿的发生，组件307和组件 308相对于运动路径304重新排列它们的位置。图7是相对于增大的肌肉尺寸重新排列的纵向节段的表示，后续随着水肿消失并转为萎缩，组件307和组件308将其位置重新排列成锁定的结构状态，如图5中所示。
在另一实施方式中，具有相对更复杂设计的备选轴向滑动接头拓扑结构向SMS提供正锁定状态。在图8、图9和图10中图示了正锁定状态，这意味着对周向扩张具有附加的物理限制。随同相关运动路径304 和患者解剖结构102图示了对应于相邻纵向节段的一个凸形端307和相配的凹形端308的相似解决方案。实质上，在两个或更多个相邻节段之间提供具有物理约束的任何运动路径(圆形、非圆形、扭转、旋转、线性、非线性、3维运动路径)的任何拓扑结构都便于与患者解剖结构具有受控且医学上有益的物理关系。
根据损伤的性质和状态，从一个或多个径向弹性约束元件303产生的周向压力305的结果可能对患者有益或无益。虽然上文所述的SMS 创造了具有周向调节能力(增大或减小)的功能结构，但任何压力或冲击都可到达患者解剖结构，除非系统处于负锁定状态。图11-图17演示了用于锁定或调节滑动接头的张开以防止或控制这样的侧向平移的方法。可能需要从轴向滑动接头的凸形组件307与凹形组件308之间的一个或多个指定位置施加附加的锁定机构。出于实际原因(可及性和易用性)，撤销一个或多个径向弹性约束元件303可能是有益的，但不是必需的。在如图2中图示的典型实施方式中，用于采用附加锁定机构的方便位置被标记为区段202和区段203。
在一个实施方式中，如图11-图13中所示，改进的锁定机构具有锁定状态和/或解锁状态。示例性锁定机构包括一个或多个销401或类似的约束元件以及在轴向滑动接头中对准的装配孔402。销401用于通过插入到规定的间隔开的位置处的孔中或从中移除403来阻挡和调节节段之间的运动趋势。图11和图12图示了用于在两个相邻节段之间创造出完全固定状态的方法。通过将销或类似的约束结构401插入凸形单元307 和凹形单元308这两个元件，可以通过固定凸形单元307和凹形单元308 来暂时禁止用于周向增大和减小的两个单个单元之间的自排列趋势。对于该特定应用，在凸形单元和凹形单元两者上必须存在合适的装配孔几何形状402。多个孔几何形状也可适于增加对两个单元之间的固定状态的控制。图13图示了用于确定达到负锁定状态的多个位置并仍然允许周向增大的方法。更详细地，可以通过将销或类似的约束结构401插入径向滑动接头302的凹形元件308，并在物理上约束周向减小并且从而约束系统的负锁定状态，来排列两个单个单元之间的负锁定状态的几何位置。位于运动路径上的凹形单元上的多个孔几何形状可进行适配并使销滑动嵌入到槽中，以增加对负锁定状态的控制。
在另一实施方式中，在图14和图15中图示了具有多个负锁定状态的改进的锁定机构。该改进涉及线性棘轮机构的适配，以允许在两个相邻的纵向区段之间进行连续的一个方向的特殊调节(在该情况下为周向增大)。更详细地，通过将线性棘轮机构适配/嵌入到轴向滑动接头中来实现在两个节段之间提供多个负锁定状态的能力。该机构包含三个主要部分，即：线性齿条404、棘爪405和张力元件406(弹簧)。图示了 (图14和图15)具有一条均匀但不对称齿的线性齿条404，其在一个边缘上具有中等斜坡，而在另一边缘上具有更陡峭的斜坡。当齿在不受限制的方向上移动时(对于该特定情况，为周向扩张)，棘爪405容易地在齿的轻缓倾斜边缘上向上滑动。弹簧406不断迫使棘爪405进入齿404 之间的凹陷中。然而，当齿在相反方向上移动时，棘爪将会卡住其遇到的第一个齿的陡峭倾斜的边缘，从而将其锁定于齿上并阻止在该方向上的任何进一步运动。图15图示了处于由外部压力407的存在而导致的解锁状态下的机构，该压力被施加用以对抗弹簧406的推力，最终提升棘爪并使机构解锁。或者，可以容易地适配装有不具有滑动齿但具有规则的均匀锁定齿的机构的类似的弹簧。
在另一实施方式中，在图16和图17中图示了具有多个完全锁定状态的改进的锁定机构。改进涉及齿条齿轮型致动器的适配，以允许用于周向调节(增大或减小)的多个锁定状态。更详细地，通过将齿条齿轮型致动器适配/嵌入到轴向滑动接头中来实现在两个节段之间支持/控制具有多个完全锁定状态的周向扩张和收缩的能力。该机构包含三个主要部分，即：称为齿条408的线性齿轮、称为小齿轮409的圆形齿轮以及制动系统410。具有一条均匀对称齿的线性齿条408与位于轴向滑动接头的相邻节段上的圆形齿轮409对准。施加到小齿轮的旋转运动使得齿条相对于小齿轮移动，从而将小齿轮的旋转运动转化为直线运动，或者反之亦然。还引入滑动锁定机构410以对系统进行锁定或解锁。图16 图示了处于锁定状态的系统，其中滑动411锁410阻止小齿轮409的圆周运动，并最终阻止齿条408的周向调节。图17图示了处于解锁状态的系统，其中滑动410锁不干扰小齿轮409的圆周运动，并且因此不干扰齿条408的周向调节。或者，可以容易地适配具有带有不对称齿的圆形齿条、棘爪和张力弹簧的圆形棘轮机构，以在处于负锁定状态的同时允许周向增大。
骨折后水肿积聚和随后出现的萎缩是骨折管理中不可避免的动态。水肿积聚和萎缩的效应在肌肉密度最高的区域中最强烈，通常导致身体支架内的不均匀肿胀或收缩。通过将身体支架在横轴上进一步分为多个纵向区段(两个、三个、四个或更多个)从而使得每个受影响的单元同时成为径向(周向)和轴向(纵向)部分的一部分，纵向节段的一个或多个部分的整体周向调节能力和医疗性能将会显著改善。通过单元的结构修改以及引入具有足够的压缩力从而将单元推向彼此的至少一个轴向系链机构，将纵向部分的组件保持在一起。覆盖人体解剖结构102的一部分的上肢夹板的纵向部分103(图1和图18)是具有多个周向分离节段的SMS的典型实施方式。在图19中图示了区段204(图18)，以提供关于系统的结构和动态的更多细节。
图19图示了具有三个周向分离节段的纵向截面。这三个单元包括纵向部分(结构)，该纵向部分具有位于相邻单元之间的三个周向滑动接头501。在每个周向分离节段的每一端上可存在凸形或凹形滑动接头拓扑结构。周向滑动接头501将每个单个单元301在其纵向轴线上对准。该结构利用至少一个附加轴向约束机构的支持而保持在一起，从而将单元持续地拉向彼此。轴向约束机构由两个元件组成。第一元件包括穿过单元表面或位于单元表面上并在纵向轴线上连接每个元件的绳或线状系链502。该线状约束件502也可在图3中观察到。线状约束件可采取具有柔性、非柔性或部分柔性的材料特性的线、索、绳的形式。多个锚固元件503或点将线状轴向系链与单元固定在一起。除了利用单一元件穿过单元之外，还可以通过一系列线和锚固件来将多个与纵向结构相对应的单元链接起来，从而对细分结构达到相同效果。锚固元件503位于身体支架的近端和远端，并可在单元内采取一个或多个指定的设计解决方案的形式，或者体现为具有用于张力调节能力的螺钉或齿轮的外部元件。
图20图示了在同一区段(区段204和图19)中观察到的物理力和自对准能力。由轴向约束机构(轴向系链)产生的压缩力504与周向滑动接头501相结合来保持纵向结构103完整。此外，该图中还图示了由径向弹性约束元件(在图3中示为305)产生的周向向内的力，作为将每个单元推向患者解剖结构(102)的单一水平力。由该患者解剖结构或轴向滑动接头的锁定状态产生的径向向外的力(图3中图示为306) 也在该图中图示为在相反方向上推动每个单元的一系列水平力。在水肿积聚或萎缩或患者解剖结构中发生任何显著变化的情况下，纵向组的每个周向划分的单元具有根据改变的患者解剖结构和相邻单元重新排列其位置的能力。作为具有多个周向划分单元、周向滑动接头和轴向系链的纵向结构，该系统的动态类似于视力受损的人通常使用的折叠白手杖 (folding white cane)。505图示了用于纵向组中每个单个单元的自对准的旋转路径。每个单元的运动范围(旋转能力)可通过修改周向滑动接头拓扑结构501来调整。
在一个实施方式中，备选的周向滑动接头拓扑结构可以调整单元在其轴线上的运动范围，在图21、图22、图23、图24、图25和图26 中的区段204中公开了不同设计解决方案的实现。改进涉及用于调整(限制)纵向组的动态的不同的凸形和凹形周向滑动接头拓扑结构(501)。纵向组(103)中的单个单元的凸形端用506表示。纵向组(103)中的单个单元的凹形端用507表示。
图21-图23示出了两个周向分离的相邻节段的凸形端506与凹形端507之间的“V”型(形)周向滑动接头拓扑结构501。“V”型周向滑动接头拓扑结构非常便于限制(调整)相邻节段之间的运动范围505。图21图示了由于凸形506和凹形507相邻节段之间的空间非常有限而非常有限的运动范围505。图22图示了由于凸形506和凹形507相邻节段之间的空间增加而增大的运动范围505。图23图示了由于凸形506和凹形507相邻节段之间的不对称空间而在一个方向上受限并在相反方向上延伸的不对称运动范围。
图24-图26图示了两个周向分离的相邻节段的凸形端506与凹形端507之间的“C”型(形)周向滑动接头拓扑结构501。“C”型纵向滑动接头拓扑结构非常便于两个相邻节段之间的非常大的运动范围505。图24图示了由于凸形端506和凹形端507相邻节段之间的滑动空间而更大的运动范围505。或者，结构可演变成如图31和图32中所讨论的球窝型接头510。图25图示了由于使用两个“C”型凸形506相邻节段而极度增大的运动范围505。图26图示了由于凸形506和凹形507相邻节段之间的不对称空间而在一个方向上受限并在相反方向上延伸的不对称运动范围。类似的周向滑动接头拓扑结构可以容易地调整相邻单元之间的运动范围。
可以引入僵硬预防系统(stiffness prevention system，SPS)作为 SMS的补充方法，以支持和/或调整矫形干预下的关节中的解剖运动。通过对周向滑动接头的第一结构修改来实现SPS，以便在物理上允许这样的期望的运动。第二，在解剖关节周围的元件的精确定位允许这样的期望的解剖运动。最后，为了调整这样的运动，可以调节轴向系链机构。期望的解剖运动包括屈曲、伸展、外展、内收、旋前和旋后。在覆盖手腕的上肢夹板101和104的两个周向部分之间解释SPS，其为SPS的典型实施方式。在图28、图29和图30中图示了区段205(图27)，以提供关于系统的结构和动态的更多细节。
图28图示了SMS的实施方式，其中没有为了并入SPS而对周向滑动接头501进行任何结构修改，并且这可称为系统的默认结构状态。为了提供稳定而耐用的结构，周向滑动接头501是平坦的并且彼此完全接触。
在图29中所示的实施方式中，身体支架的两个周向分离节段101、 104被配置成轴向分离，以便调整解剖运动508(诸如关节的弯曲)。周向滑动接头506、507的两个组件之间的装配全接触关系得到修改，以允许在节段之间枢转。在图42中图示了区段210，以提供关于滑动接头501 的结构的更多细节。有利的是，在身体关节上的两个周向部分之间保持最小切向接触面积513，以在物理上允许期望的解剖运动。锚点503(图 29)在调整解剖运动中起关键作用，原因在于增大或减小轴向系链502 的张力509将会不可避免地重新排列身体支架的节段之间的位置和角度。
在如图30中所示的实施方式中，身体支架的两个周向分离节段 101、104被配置成轴向分离，以便调整解剖运动508(诸如关节的弯曲)。周向滑动接头506、507的两个组件之间的装配全接触关系得到修改，以允许在节段之间滑动。图43中图示了区段211，以提供关于在凸形506 和凹形507滑动接头之间具有滑轨型拓扑结构的滑动接头的结构的细节。将两个周向部分之间的滑轨放置在身体关节上以在物理上允许期望的解剖运动是至关重要的。锚点503(图30)在调整解剖运动中起关键作用，原因在于增大或减小轴向系链502的张力509将会不可避免地重新排列身体支架的周向部分之间的位置和角度。
或者，还可以引入SPS作为独立系统，该系统合并了SMS中所述的相关纵向对准机构，以便支持和调整半体支架中所需关节的解剖运动。在一个实施方式中，实现多个纵向约束机构以通过在半夹板的部分之间使用至少一个附加的球形接头来调整解剖运动，如图31和图32中所示。图31图示了半夹板，其包含两个单元(301)、各自连接到两个可调式锚固元件(503)的四个纵向约束元件(502)、作为纵向自对准滑动接头拓扑结构(501)的实施方式的球形接头(510)以及用于支撑患者解剖结构(102)的填充单元(309)。
两个节段之间的球形接头支持元件之间非常灵活的运动范围，并且必须用多个轴向系链机构进行调整。对于该特定实施方式，轴向系链机构可分组为两组。轴向系链机构中的前两个旨在调整尺骨和桡侧偏移，并且位于身体支架的侧面(外侧和内侧)，这两个约束元件的动态效果类似于图29和图30中所描述的动态。轴向系链机构中的后两个旨在调整屈曲/伸展511并且位于身体支架的中心轴上。在图32中图示了区段 206，以提供关于系统的结构和动态的更多细节。球形接头510支持在患者的解剖关节周围的两个节段之间的运动。将两个轴向系链502定位在球形接头的两侧以调整期望的运动511。轴向系链机构的张力可通过沿着用512图示的每个元件的调节轴线收紧锚点503来调节。
可以在两个部分之间适配其他运动调整结构诸如不同种类的接头和轨道，以进行各种解剖运动。系统的要点在于：在身体支架内放置滑动接头、球形关节和槽以匹配解剖关节的位置，以及使用SMS中所述的轴向约束机构来调整运动。
本发明还包括用于通过矫形器施加外部压力的方法。通常，骨折需要一定水平的外部压力以便支撑受伤区域。该压力帮助稳定该区域并且还帮助骨折痊愈。骨在本质上是压电结构，并且离子的传递是骨折痊愈的重要贡献者。传统上，由医学专业人员在夹板铸造期间，尤其是在铸件凝固过程中施加外部压力。该压力可由医学专业人员以相同的方式施加于骨折的解剖学位置。由于常规应用的性质，对于将压力施加于相关区域，也无法测量压力或精确限定该区域。
在一个实施方式中，可以通过模块化且可调节的压力单元对患者解剖结构施加外部压力。图33图示了可附接至具有或不具有SMS的身体支架的一部分的两个模块化且可调节的压力单元。模块化且可调节的压力单元601的主体可以是3D打印的或用常规制造技术生产的。向患者解剖结构602递送压力的区域由软橡胶状粘弹性材料形成和/或可由具有不同机械和化学性质的不同材料的层制成。旋钮603用于调节递送至患者解剖结构的压力。模块化单元可通过螺钉604和/或类似的机械解决方案如磁体固定至身体支架。图34是提供关于系统的结构和动态的更多细节的截面图。螺旋式轴杆605连接旋钮603和压力单元601的主体，从而最终调整界面元件602的位置。界面元件602与患者解剖结构102 之间的物理关系用606图示。或者，可以将旋钮、轴杆和界面元件的组合嵌入到身体支架内用于相同的外部压力调节目的。
在另一实施方式中，使用压力传感器来监测模块化可调式压力单元与患者解剖结构之间的物理关系，如图35中所示。通过在界面元件 602的层之间定位(或嵌入)压力传感器607来实现数据挖掘特征。由传感器挖掘的数据通过将传感器与具有相关计算和连接能力的IOT设备 609(这样的设备的良好实例为Intel Edison或Curie)相连的导线608传输。用610图示了系统的电源，其可以是用于无线能量传输系统的电池或接收器。或者，可以将旋钮、轴杆、界面元件和传感器的组合嵌入到身体支架内用于相同的外部压力监测目的。
在另一实施方式中，可以通过模块化压力单元来传递对患者解剖结构的热和冷，如图35中所示。可以使用电阻器、热电发生器等来产生热量。可以通过将热电发生器607定位(或嵌入)在界面元件602的层之间来实现热疗(热疗法)和冷疗(冷冻疗法)，对于该具体应用，界面元件的与患者解剖结构相接触的区段必须来自高度导热的材料，界面元件的与轴杆605相接触的区段也必须来自热绝缘材料。应用和控制信号所需的能量通过将热电发生器与具有相关计算和连接能力的IOT设备 609(这样的设备的良好实例为Intel Edison或Curie)相连的导线608传输。用610图示了系统的电源，其可以是用于无线能量传输系统的电池或接收器(或类似的电源)。
任何损伤的康复可以是耗时且令人沮丧的过程。虽然身体康复的目的是增加力量和灵活性，但其通常在受伤区域恢复到受伤前的状态之前过早结束。按摩作为对标准损伤康复程序的补充起着重要作用。通过鼓励循环运动和放松肌肉，按摩有助于身体将更多的氧和营养物质送入组织和重要器官。这使得一个或多个受伤区域的康复变得更加灵活并且痊愈速度加快。
在一个实施方式中，可以通过模块化单元向患者解剖结构施加按摩疗法。图36和图37图示了具有用于递送两种按摩疗法的嵌入式电马达、机械部件和按摩界面的模块化单元。图36图示了具有循环式按摩的模块化单元的放大图。电引擎611沿着该单元的中心轴定位，并且连接到减速齿轮612，该减速齿轮612降低每分钟转数以增大系统的扭矩。旋转运动通过模块化单元601的主体经由轴杆605传递至按摩元件613，并且系统的圆周运动在614处示出。该系统经由螺钉604(或其他方便的机械解决方案)固定到身体支架，并且可由IOT设备609控制和/或直接连接到电源610。图37图示了具有捶打式按摩的模块化单元的详细图示。电引擎611定位成垂直于该单元的中心轴，连接到止转轭式(Scotch yoke type)齿轮615，该齿轮615将引擎的圆周运动转换成线性活塞状上下运动。随后，线性运动通过模块化单元601的主体经由轴杆605传递至按摩元件613，系统的上下运动用617示出。该系统经由螺钉或类似的机械解决方案604固定到身体支架，并且可由IOT设备609控制或直接连接到电源610。可以使用类似的方法和结构来适配其他类型的类似的按摩应用或技术。
在其他方面，本发明提供了用于制造舒适的身体界面作为用于治疗设备的中枢的方法。在一些实施方式中，舒适的界面元件还可以包括治疗元件、用于将治疗元件推向患者解剖结构的机构以及外部电源，如图38、图39和图40中所示。提供了模块化单元，该模块化单元具有稳定某些医学上有益疗法递送探头(效应器(effector))的能力，以使其能够在矫形干预期间使用，治疗递送模块化单元601示于图38中。模块的横截面为单元208，并在图39中示出，且图40中图示了同一单元的放大表示。递送探头618的医学上有益的疗法由稳定器环保持。该稳定器环619在弹簧(或具有类似的悬挂能力的物体)620的支持下被推向患者解剖结构102。该机构包含治疗递送探头(效应器)和稳定器环，并且弹簧在模块化单元的后盖621与主体601之间保持在一起。箭头622 图示了与患者解剖结构接触的方向。治疗递送探头与患者解剖结构之间的充分接触对于递送治疗能量是至关重要的，并且弹簧充当元件之间的缓冲器以适应水肿发生或解剖结构中的其他变化。线缆623将医学上有益的疗法递送探头连接到电源624。通过探头和皮肤接触递送的示例性治疗应用包括LIPUS(低脉冲超声刺激)、TENS(经皮电神经刺激)、 EMS(电肌肉刺激)、FES(功能性电刺激)、NMERS(神经肌肉电刺激)、IFC(干扰电流)、高电压刺激、离子电渗疗法等。
在其他方面，本发明提供了用于制造舒适的身体界面作为用于传感器技术的中枢的方法。在一个实施方式中，SMS的结构动态适于监测截面部分中的周向变化。图38中图示了具有应变仪、导电O形环、温度传感器和相关电子组件701的周向监测单元。图41中图示了传感单元的截面209。自适应矫形结构由导电橡胶O形环303施加的压力保持在一起。在周向增大或减小的情况下，导电橡胶O形环将会作为响应而伸展或收缩。应变仪传感器702可以测量由于伸展或收缩引起的橡胶O形环的电导率变化。或者，可以将相同的系统实现于轴向系链。该单元的传感能力还利用附加的温度传感器704而得到扩展，所述温度传感器704 用于监测患者的局部体温，该数据也很重要，原因在于水肿积聚自身呈现出升高的体温。该系统还并入了具有相关能力的微型计算机705、电池706或用于无线能量传输系统的接收器以及接线。图42是图29的夹板的周向滑动接头的横截面图，其图示了两个周向部分之间的最小切向关系。图43是图30的夹板的周向滑动接头的截面，其图示了两个周向部分之间的滑轨拓扑结构。

Claims (24)

1.一种适形身体界面，包括：
身体支架，其具有纵向轴线并被配置用于可移除地放置在相符的身体表面上，其中所述身体支架分为由轴向接头分隔的两个或更多个纵向节段，并且其中这些接头被配置成响应于所述身体表面的肿胀而周向分开；以及
多个弹性约束件，其在沿着所述身体支架的轴向间隔开的位置处跨越所述轴向接头，其中所述约束件被配置用于响应于所述身体表面的肿胀而弹性地约束所述身体支架的径向扩张，
其中所述身体支架进一步分为由周向接头分隔的两个或更多个周向分离节段，这些周向接头被配置成响应于身体表面的移动而轴向分开，并且其中所述两个或更多个周向分离节段通过多个轴向系链保持在一起。
2.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述身体支架被配置用于包围身体四肢、身体关节或身体躯干。
3.根据权利要求2所述的适形身体界面，其中所述身体支架包含矫形辅助。
4.根据权利要求2所述的适形身体界面，其中所述身体支架包含三维网格。
5.根据权利要求4所述的适形身体界面，其中所述三维网格具有用于接纳传感器和效应器的开口。
6.根据权利要求4所述的适形身体界面，其中通过使用所述身体表面的扫描作为模型的三维打印来产生所述三维网格。
7.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述弹性约束件包括包围所述身体支架的弹性带。
8.根据权利要求7所述的适形身体界面，其中所述弹性带在其长度上是连续地弹性的。
9.根据权利要求7所述的适形身体界面，其中所述弹性带在其长度上具有不连续的弹性。
10.根据权利要求7所述的适形身体界面，其中所述弹性带被配置用于测量由所述身体支架的径向扩张而产生的应变。
11.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述弹性约束件包括弹性片，所述弹性片具有附接至所述纵向节段并跨越两个所述纵向节段之间的至少一个轴向接头的端部。
12.根据权利要求11所述的适形身体界面，其中两个弹性片在相邻纵向节段之间的两个或更多个接头上周向对准。
13.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述弹性约束件具有固定的长度。
14.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述弹性约束件具有可调节的长度。
15.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述轴向接头包括滑动接头。
16.根据权利要求15所述的适形身体界面，其中所述滑动接头包括沿着一个纵向节段的边缘的凸形元件和沿着相邻纵向节段的边缘的凹形元件。
17.根据权利要求15所述的适形身体界面，还包括锁定元件，该锁定元件被配置用于选择性地固定所述滑动接头中的至少一些滑动接头。
18.根据权利要求17所述的适形身体界面，其中所述锁定元件包括销、棘爪和齿轮中的一个或多个。
19.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述轴向系链穿过所述周向分离节段中的轴向通道。
20.根据权利要求19所述的适形身体界面，其中所述轴向系链在一端处锚固在一远端周向分离节段中，并在另一端处锚固在一近端周向分离节段中。
21.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述周向接头中的至少一些周向接头是滑动接头，所述滑动接头允许在相邻的周向分离节段之间枢转。
22.一种用于制造适形身体界面的方法，所述方法包括：
获得表示三维软组织身体表面的数据集；以及
制造三维身体支架，该三维身体支架能够可移除地放置在所述三维身体表面上以符合所述表面的至少一些靶区域；
其中所述数据集限定身体支架，该身体支架被分为两个或更多个纵向节段，在所述纵向节段之间具有轴向接头，并且其中所述轴向接头被配置成当所述支架放置在所述身体表面上时响应于所述身体表面的肿胀而分开，
其中所述数据集还限定由周向接头分隔的两个或更多个周向分离节段，所述周向接头被配置成当所述支架放置在所述身体表面上时响应于所述身体表面的移动而轴向分开，并且
其中所述数据集还限定所述身体支架上的轴向通道，所述通道被配置用于接纳多个弹性轴向系链，所述多个弹性轴向系链在所述身体支架上的周向间隔开的位置处跨越所述周向接头，以弹性地约束所述身体支架的弯曲。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述数据集还限定所述身体支架上的特征，所述特征被配置用于接纳多个弹性约束件，所述多个弹性约束件在沿着所述身体支架在轴向间隔开的位置处跨越所述轴向接头，以响应于所述身体表面的肿胀而弹性地约束所述身体支架的径向扩张。
24.根据权利要求22所述的方法，还包括将弹性约束件附接至跨越所述轴向接头的所述特征，以及将轴向系链定位在跨越所述周向接头的所述轴向通道内。
CN201680036712.6A 2015-04-23 2016-04-21 自适应三维矫形器及其制造方法 Active CN107771069B (zh)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562151920P 2015-04-23 2015-04-23
US62/151,920 2015-04-23
US201562152593P 2015-04-24 2015-04-24
US62/152,593 2015-04-24
IBPCT/IB2015/002432 2015-11-02
PCT/IB2015/002432 WO2016071773A2 (en) 2014-11-04 2015-11-02 Methods for integrating sensors and effectors in custom three-dimensional orthosis
PCT/IB2016/000897 WO2016170433A1 (en) 2015-04-23 2016-04-21 Adaptive three-dimensional orthoses and methods for their manufacture and use

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107771069A CN107771069A (zh) 2018-03-06
CN107771069B true CN107771069B (zh) 2020-05-08

Family

ID=57142907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680036712.6A Active CN107771069B (zh) 2015-04-23 2016-04-21 自适应三维矫形器及其制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10932940B2 (zh)
EP (1) EP3285647B1 (zh)
JP (1) JP6756735B2 (zh)
CN (1) CN107771069B (zh)
WO (1) WO2016170433A1 (zh)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6756735B2 (ja) 2015-04-23 2020-09-16 オステオイド サグリク テクノロジレリ アー．エス． 適応３次元装具、およびそれらの製作および使用の方法
US10952887B2 (en) 2017-02-13 2021-03-23 Ossur Iceland Ehf Orthopedic device, method, and system for making an orthopedic device
US11980562B2 (en) * 2017-12-14 2024-05-14 Green Sun Medical, LLC Reconfigurable orthosis for deformity correction
CN109481123A (zh) * 2018-03-13 2019-03-19 无锡市人民医院 一种通风的骨外科用夹板固定装置
CN108938172A (zh) * 2018-08-09 2018-12-07 南阳市中心医院 一种骨骼恢复固定支撑装置
CN209253271U (zh) * 2018-10-22 2019-08-16 南通市第一人民医院 一种骨科用固定装置
CN110755191A (zh) * 2019-11-21 2020-02-07 徐州医科大学 一种骨科关节的外部固定器
CN110840507B (zh) * 2019-11-22 2021-08-20 北京泌康医疗科技有限公司 具有多点轮流切换功能的尿失禁自动控制系统及其体内机
CN111274679A (zh) * 2020-01-14 2020-06-12 国家康复辅具研究中心 一种杆结构多孔矫形器的制备方法
USD960379S1 (en) * 2020-02-01 2022-08-09 Pankajkumar K Chhatrala Orthopedic full arm splint
US11369504B2 (en) * 2020-03-19 2022-06-28 Madeleine Kates Hand brace
CN111939016A (zh) * 2020-07-21 2020-11-17 昆明医科大学第二附属医院 一种基于3d打印上肢矫形康复辅具
JP2023550147A (ja) * 2020-11-20 2023-11-30 マイケル・ジェイ・マーカス 四肢オフローディングシステム
CN113197716A (zh) * 2021-01-25 2021-08-03 嘉兴嘉创智医疗设备有限公司 一种3d打印制成的矫形头盔
EP4312904A1 (en) 2021-03-25 2024-02-07 Osteoid Saglik Teknolojileri A.S. Three-dimensional orthoses having multiple adjustment features and methods for their manufacture and use
DE102021212273A1 (de) 2021-10-29 2023-05-04 Bauerfeind Ag Mehrteilige Stützvorrichtung für eine Orthese
USD1017053S1 (en) 2021-11-17 2024-03-05 Michael J. Marcus Extremity offloading system
EP4257096A1 (en) * 2022-04-07 2023-10-11 Medirpintic Spolka Z Organiczona Odpowiedzialnoscia Orthopaedic orthosis for upper limb
US11931281B1 (en) 2022-12-30 2024-03-19 Protect3D, Inc. Adjustable brace and processes for making and using same
CN116061157B (zh) * 2023-03-31 2023-07-18 清华大学 外骨骼支架组件和手臂支架组件及其制造方法
CN117065117B (zh) * 2023-10-18 2024-01-23 浙江省肿瘤医院 一种乳腺癌术后引流装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5776088A (en) * 1995-03-31 1998-07-07 Sereboff; Joel L. Support device and associated method

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3955565A (en) 1973-12-05 1976-05-11 Johnson Jr Glenn W Orthopedic apparatus
US4905681A (en) * 1987-11-02 1990-03-06 The Glascock Family Trust Skin guard apparatus
US5107854A (en) 1989-05-19 1992-04-28 Boulder Impact Monitors, Inc. Orthopedic limb load monitor
US5823975A (en) 1990-02-21 1998-10-20 Stark; John G. Local monitoring system for an instrumented orthopedic restraining device and method therefor
JP3810813B2 (ja) * 1994-03-14 2006-08-16 富士通株式会社 セルフスキャニングｐｏｓシステム，セルフスキャン式登録端末，セルフスキャン式登録端末用管理装置およびセルフスキャン式登録端末用ｐｏｓ装置
US5571206A (en) 1994-05-16 1996-11-05 Restorative Care Of America Incorporated Leg amputee orthosis
GB9411445D0 (en) 1994-06-08 1994-07-27 Univ Brunel A splint
US5836902A (en) 1996-12-03 1998-11-17 Gray; James C. Splint
US6058503A (en) * 1998-03-20 2000-05-09 Williams; David Articulated joint protector
US6629598B2 (en) 2001-08-10 2003-10-07 Vinod K. Narula Flexible ribbed splint system
US6890285B2 (en) 2001-10-01 2005-05-10 Tariq Rahman Brace compliance monitor
US6725118B1 (en) 2002-12-17 2004-04-20 Scott Fried Method of providing centralized splint production
US6840916B2 (en) 2003-01-29 2005-01-11 David J. Kozersky Orthosis for supporting spinal structures
US20050171461A1 (en) 2004-01-30 2005-08-04 Erez Pick Walking brace
US7335177B2 (en) 2004-04-23 2008-02-26 Ronan Reynolds Ankle-foot orthosis
US7618389B2 (en) * 2004-07-22 2009-11-17 Nordt Development Co., Llc Potentiating support with expandable framework
US20070132722A1 (en) 2005-12-08 2007-06-14 Electronics And Telecommunications Research Institute Hand interface glove using miniaturized absolute position sensors and hand interface system using the same
US8417487B2 (en) * 2007-10-05 2013-04-09 3D Systems, Inc. Replaceable fairing for prosthetic limb or brace
KR20090058952A (ko) 2007-12-05 2009-06-10 삼성전자주식회사 나노로드를 이용한 발광소자 및 그 제조 방법
WO2009146142A2 (en) 2008-04-03 2009-12-03 University Of Washington Clinical force sensing glove
US8002724B2 (en) 2008-05-15 2011-08-23 Ossur Hf Circumferential walker
US9549837B2 (en) 2008-11-09 2017-01-24 3D Systems, Inc. Brace with elongated fenestrations
US8613716B2 (en) 2008-11-09 2013-12-24 3D Systems, Inc. Custom braces, casts and devices having limited flexibility and methods for designing and fabricating
US20110301520A1 (en) * 2008-11-09 2011-12-08 Bespoke Innovations, Inc. Adjustable brace
CN103550020B (zh) 2008-12-03 2016-04-27 欧苏尔公司 具有高度与周边调整的颈圈
US20110004074A1 (en) 2009-07-06 2011-01-06 Honeywell International Inc. Protective glove with wireless physiological sensor
US9204984B2 (en) 2012-05-31 2015-12-08 Azimuth Technical Consultants, Inc. Contour bracing
PL234901B1 (pl) 2012-06-04 2020-05-18 Mtb Poland Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Sposób wytwarzania ortezy rehabilitacyjnej i orteza rehabilitacyjna wytworzona tym sposobem
WO2015048265A1 (en) 2013-09-25 2015-04-02 Ossur Hf Orthopedic device
KR102208808B1 (ko) 2014-03-28 2021-01-28 삼성전자주식회사 링크 조립체, 프레임 및 이를 포함하는 보행보조로봇
JP2017536954A (ja) 2014-11-04 2017-12-14 オステオイド サグリク テクノロジレリ アー．エス． カスタム３次元装具にセンサおよびエフェクタを統合するための方法
JP6756735B2 (ja) * 2015-04-23 2020-09-16 オステオイド サグリク テクノロジレリ アー．エス． 適応３次元装具、およびそれらの製作および使用の方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5776088A (en) * 1995-03-31 1998-07-07 Sereboff; Joel L. Support device and associated method

Also Published As

Publication number Publication date
US11723788B2 (en) 2023-08-15
US10932940B2 (en) 2021-03-02
US20180028345A1 (en) 2018-02-01
CN107771069A (zh) 2018-03-06
JP2018513747A (ja) 2018-05-31
US20210205115A1 (en) 2021-07-08
JP6756735B2 (ja) 2020-09-16
EP3285647B1 (en) 2019-09-25
EP3285647A1 (en) 2018-02-28
WO2016170433A1 (en) 2016-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107771069B (zh) 自适应三维矫形器及其制造方法
US20100298748A1 (en) mobilizing neck support device
US8870798B2 (en) Systems and methods for treating human joints
US20170224520A1 (en) Methods for integrating sensors and effectors in custom three-dimensional orthosis
US8560077B2 (en) Universal musculoskeletal rehab device (brace, sleeve, or pad) for electrical treatment modalities and biofeedback response monitoring
EP2571570B1 (en) Bracing and electrostimulation for arthritis
US20150328038A1 (en) Cerival brace
WO2010135288A1 (en) Electrostimulation and joint stabilization for arthritis
ES2851849T3 (es) Artículo termoplástico
CN203915158U (zh) 单边式膝关节矫形器
PL234901B1 (pl) Sposób wytwarzania ortezy rehabilitacyjnej i orteza rehabilitacyjna wytworzona tym sposobem
EP3108859B1 (en) Improvements in or relating to upper extremity braces
US20230329892A1 (en) Adaptive three-dimensional orthoses and metods for their manufacture and use
CN206080798U (zh) 肩关节矫形器
CN201939554U (zh) 可调式双侧髋关节防脱位支具
CN214805762U (zh) 侧方渐进撑开型脊柱侧弯矫形支具
CN215937854U (zh) 一种足踝骨折复位装置
CN210250192U (zh) 一种用于膝关节拉伸的矫正器
WO2024064321A2 (en) Shoulder brace
KR20190116660A (ko) 의지용 인체 삽입물 및 의지 장치
Horne Ultrasound-guided nerve blocks are costly

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant