CN108143477B - 应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置 - Google Patents

应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，其包括髓内骨延长组件以及电磁加热温控组件；所述髓内骨延长组件包括上部髓内钉和下部髓内钉，上部髓内钉与下部髓内钉之间设有记忆合金弹簧；所述电磁加热温控组件包括温度传感模块、体外电磁加热模块以及温控模块，其中，温度传感模块的感应端与记忆合金弹簧接触设置，从而能够精确的采集到体内记忆合金弹簧的确切温度，同时温度传感模块将采集的温度信号转换为数字信号发送给温控模块，由温控模块对实时温度与预设的目标温度进行分析比对，使温控模块能够根据比对结果对电磁加热模块进行精准控制，进而实现对记忆合金弹簧的形变范围进行精确控制，保证骨延长矫正手术的精准度。

Description

应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置。
背景技术
骨延长手术是治疗各种原因造成的肢体不等长的有效方法，其是将骨质切开，保留软组织和血供，采用特制的牵引装置固定两端，应用张应力法则逐步施加拉力将骨段缓慢牵拉，不断刺激机体组织，激发人体组织再生潜能，使截骨间隙形成新骨，达到骨再生的目的。
临床最常用的外固定延长架以Ilizarov外固延长架为代表，利用多平面细克氏针贯穿肢体再连接环形固定器，并用3-4个螺丝杆组成三维立体结构的外固定器。这种设计固定牢固，被用于延长肢体及矫正畸形。但同时存在很多问题，最大的问题为外固定延长器通过复杂的机械设计，将固定针暴露体表，手术操作复杂，术中易损伤血管神经，术后带架时间长，临近关节容易发生活动受限，钉道护理工作繁琐且有感染风险，术后骨延长操作过程容易因克氏针对周围肌群的牵拉，切割导致疼痛，且整个结构在康复期间暴露于体表，笨重不美观，对患者生活影响较大，给患者带来了很大的不便，不易被病人接受。
为了规避外固定延长器存在的各种问题，越来越多的人把骨延长的设计转向髓内固定上。其中最先进的系统为文献报道的与fitbone系统类似的记忆合金弹簧骨延长髓内钉(SMALL)系统，其是由分别设置在接收线圈下、骨和周围软组织的三个温度计来观测，因此，其采集的温度都不是记忆合金弹簧材料本体的确切温度，且需要医护人员人工观测温度计的数据来对加热模块的工作模式进行实时调整，而人工操作的精度度较低，更加降低了整个骨延长矫正手术的精准度。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出一种能够对记忆合金弹簧材料的形变范围进行精确控制，保证骨延长矫正手术精准度的髓内骨延长装置。
为解决上述技术问题，本发明提供一种应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，用于对四肢长骨进行延长矫正，其包括髓内骨延长组件以及电磁加热温控组件；
所述髓内骨延长组件包括与上部断骨固定连接的上部髓内钉，以及与下部断骨固定连接的下部髓内钉，所述上部髓内钉与下部髓内钉上下卡套设置，且所述上部髓内钉与下部髓内钉之间设有记忆合金弹簧；
所述电磁加热温控组件包括
用于感应体内记忆合金弹簧温度变化的温度传感模块，所述温度传感模块的感应端与记忆合金弹簧接触设置；
用于对体内记忆合金弹簧进行电磁加热的体外电磁加热模块，所述体外电磁加热模块包括能够覆盖待加热区域的电磁加热部件；
用于根据将温度传感模块感应得到的温度与阈值温度的比较结果控制体外电磁加热模块是否工作的温控模块，所述温控部件分别与温度传感模块、体外电磁加热模块电性或通信连接。
优选的，所述上部髓内钉与下部髓内钉上下卡套设置。
优选的，所述上部髓内钉具有一上部中空内腔，所述上部中空内腔的内径与下部髓内钉的外径配合设置，使所述上部髓内钉外套于下部髓内钉外侧，所述记忆合金弹簧的两端分别抵接于上部中空内腔底部和下部髓内钉的上端。
优选的，所述下部髓内钉相对上部髓内钉的一端外壁上设有弹性卡齿，所述上部中空内腔的内壁上设有多层与所述弹性卡齿配合设置的内凹齿槽，所述齿槽的直径自下往上逐渐增大。
优选的，沿所述记忆合金弹簧本体长度方向上均匀分布设有多个温度传感模块的感应端。
优选的，所述电磁加热部件与待加热区域相对设置的区域均匀排列有多个电磁线圈。
优选的，所述电磁线圈的铜线具有中空设置的冷却管道，所有电磁线圈的冷却管道均相互导通设置，所述电磁线圈的冷却管道通过连接管道与一冷凝器循环连通设置，所述冷凝器上设有循环抽送泵。
优选的，所述温控模块上设有第一通信单元，所述温度传感器上设有第二通信单元，所述第一通信单元与第二通信单元建立温控模块与温度传感器之间的无线通信路径。
优选的，所述温控模块还包括一延时单元，所述延时单元用于当记忆合金弹簧的温度达到相变温度时，控制体外电磁加热模块对记忆合金弹簧持续进行预设时间段的保温加热工作。
优选的，所述温度传感模块中除感应端以外的其他部件均设置在保温腔中。
本发明所述应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，其通过设置体外电磁加热模块对设置在上部髓内钉和下部髓内钉之间的记忆合金弹簧进行加热，并设置温度传感模块的感应端与记忆合金弹簧直接接触设置，从而能够精确的采集到体内记忆合金弹簧的确切温度，同时所述温度传感模块将采集的温度信号转换为数字信号发送给温控模块，由温控模块对实时温度与预设的目标温度进行分析比对，使温控模块能够根据比对结果对电磁加热模块进行精准控制，进而实现对记忆合金弹簧的形变范围进行精确控制，保证骨延长矫正手术的精准度。
附图说明
图1是本发明所述髓内骨延长组件的整体结构示意图；
图2是本发明所述上部髓内钉的结构示意图；
图3是本发明所述下部髓内钉的结构示意图；
图4是本发明所述电磁加热温控组件的模块控制框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，用于对四肢长骨进行延长矫正，如图1至图3所示，其包括髓内骨延长组件以及用于自体外对设置于体内的金属部件进行电磁加热的电磁加热温控组件。
其中，所述髓内骨延长组件包括与上部断骨固定连接的上部髓内钉60，以及与下部断骨固定连接的下部髓内钉70，所述上部髓内钉60与下部髓内钉70均为非金属材质制成，且所述上部髓内钉60与下部髓内钉70之间设有记忆合金弹簧80，具体如图1所示，所述上部髓内钉60具有一上部中空内腔61，所述上部中空内腔61的内径与下部髓内钉70的外径配合设置，使所述上部髓内钉60外套于下部髓内钉70外侧，所述记忆合金弹簧80的两端分别抵接于上部中空内腔61底部和下部髓内钉70的上端。
如图4所示，所述电磁加热温控组件包括用于感应体内记忆合金弹簧80温度变化的温度传感模块10；用于对体内记忆合金弹簧80进行电磁加热的体外电磁加热模块20；以及用于根据将温度传感模块10感应得到的温度与阈值温度的比较结果控制体外电磁加热模块20是否工作的温控模块30，所述温控部件分别与温度传感模块10、体外电磁加热模块20电性或通信连接。
其中，所述温度传感模块10既可以集成设置在体内也可以设置在体外，当所述温度传感模块10集成设置在体内时，所述温控模块30上设有第一通信单元31，所述温度传感模块10上设有第二通信单元11，所述第一通信单元31与第二通信单元11建立温控模块30与温度传感模块10之间的无线通信路径，所述温控模块30和温度传感模块10之间通过第一通信单元31与第二通信单元11进行信号传递，从而实现无创式合金形变治疗工作。
不管所述温度传感模块10设置在体内还是设置在体外，其感应端肯定是设置在体内与记忆合金弹簧80接触设置；所述温度传感模块10可以采用光纤温度传感器，所述光纤温度传感器的砷化镓半导体与记忆合金弹簧80接触设置，所述砷化镓半导体的透射率随温度变化而变化，因此，通过检测通过砷化镓半导体后反射回来的光线，即可感知记忆合金弹簧80的温度变化。
所述砷化镓半导体接收记忆合金弹簧80传导过来的温度变化，其长波的透射率随温度升高而发生变化，因此，当所述光纤温度传感器中激光器发出的光线经过砷化镓半导体之后波长发生改变，经由反射膜反射回来的反射光的波长与入射光的波长不一致，则通过光电转换以及模数转换之后生成的数字信号与阈值数字信号亦存在差异，通过对这个差异感知体内记忆合金弹簧80的温度变化，同时将光纤温度传感器得到的温度变化信号发送给温控模块30，所述温控模块30将接收的温度变化信号与预设的目标温度信号进行比对，如果接收的温度变化信号小于预设的目标温度信号，则温度传感模块10控制体外电磁加热模块20继续工作，反之，则控制体外电磁加热模块20停止工作。因此，所述温控模块30通过光纤温度传感器实时监测体内记忆合金弹簧80的温度变化，根据记忆合金弹簧80的温度变化自动控制体外电磁加热模块20的工作状态，从而控制体内记忆合金弹簧80发生相应形变。
为保证体外电磁加热模块20对记忆合金弹簧80加热工作的精确控制，可以沿所述记忆合金弹簧80本体长度方向上均匀分布设有多个温度传感模块10的感应端，每一个感应端对应连接一根独立的光纤以及一光电转换单元和模数转换单元，分别通过每一个感应端采集记忆合金弹簧80本体各个部位的温度信号，将温度信号经过光电转换以及模数转换之后生成的数字信号，在由一与温度传感模块10电性连接的信号比较单元12进行相互比较，取其中的最大信号作为记忆合金弹簧80的实时温度发送给温控模块30，由温控模块30根据接收的最大记忆合金弹簧80温度变化控制体外电磁加热模块20的工作状态，从而能够更加精确的控制体外电磁加热模块20对记忆合金弹簧80的加热工作。
为避免温度传感模块10中的金属部件受到电磁加热以及记忆合金弹簧80温度的影响，应当将除感应端以外的温度传感模块10其他部件均设置在保温腔中，且避免设置在电磁加热的区域内。
所述体外电磁加热模块20包括能够覆盖待加热区域的电磁加热部件21，和为电磁加热部件21提供交变电流而产生交变磁场的交变电流供电单元22，具体的，所述电磁加热部件21与待加热区域相对设置的区域均匀排列有多个电磁线圈，所述电磁线圈与交变电流供电单元22电性连接，所述交变电流供电单元22与温控模块30电性连接，由温控模块30控制交变电流供电单元22是否向电磁线圈供电。当温控模块30将接收的温度变化信号与预设的目标温度信号进行比对，发现接收的温度变化信号小于预设的目标温度信号时，则温度传感模块10控制交变电流供电单元22为电磁加热部件21提供交变电流，产生交变磁场对体内的记忆合金弹簧80进行加热，反之，则控制交变电流供电单元22停止为电磁加热部件21提供交变电流。
所述电磁线圈为空心铜线绕制的，其金属外壁与交变电流供电单元22电性连接，其内部的中空管道为冷却管道，所有电磁线圈的冷却管道均相互导通设置，所述电磁线圈的冷却管道通过连接管道与一冷凝器40循环连通设置，所述冷凝器40上设有循环抽送泵50，所述冷凝器40和循环抽送泵50均与温控模块30电性连接。当温控模块30控制交变电流供电单元22为电磁加热部件21提供交变电流时，所述温控模块30同时控制冷凝器40和循环抽送泵50开始工作，循环将冷却液泵入电磁线圈内部，进行循环制冷，避免电磁线圈工作温度过高发生形变。
由于记忆合金弹簧80发生形变至设定状态的过程需要一定时间，因此所述温控模块30还包括一延时单元32，所述延时单元32用于当记忆合金弹簧80的温度达到相变温度时，控制体外电磁加热模块20对记忆合金弹簧80持续进行预设时间段的保温加热工作，直至达到延时设定时间，所述延时设定时间为记忆合金弹簧80形变至设定状态所需时间，如图1所示，所述记忆合金弹簧80设置在体内上部髓内钉60和下部髓内钉70之间，所述电磁线圈置于体表，电磁线圈通电后发出交变磁场，在记忆合金弹簧80内部产生涡流，使其发热，当发热温度达到相变温度后，所述延时单元32开始计时，同时所述记忆合金弹簧80的两端向外伸展，推动上部髓内钉60和下部髓内钉70做相对分离的位移动作，进而拉伸上部断骨与下部断骨之间的距离，当延时单元32计时达到延时设定时间时，所述记忆合金弹簧80形变至设定状态，即所述上部断骨与下部断骨之间的距离直至达到设定距离，所述体外电磁加热模块20停止加热，记忆合金弹簧80停止形变，且不回复即单程。
进一步的，如图2和图3所示，所述下部髓内钉70相对上部髓内钉60的一端径向嵌设有弹性卡齿71，所述上部中空内腔61的内壁上设有多层与所述弹性卡齿71配合设置的内凹齿槽62，所述齿槽62的直径自下往上逐渐增大，优选的，上下相邻齿槽62之间的纵向间距为0.5-1mm。当所述记忆合金弹簧80受热发生形变推动上部髓内钉60和下部髓内钉70做相对分离的位移动作时，所述弹性卡齿71在齿槽62的抵接下，由上至下依次在齿槽62间向下过渡卡接，直至记忆合金弹簧80停止形变，则弹性卡齿71卡入对应高度的齿槽62中，由于所述齿槽62的直径自下往上逐渐增大，所述齿槽62与卡齿71配合设置，使卡齿71只能相对齿槽62向下运动，即限制了上部髓内钉60相对下部髓内钉70做相对靠近的回复动作，从而保证上部断骨与下部断骨之间的拉伸距离不会发生改变。
本发明所述应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，其通过设置体外电磁加热模块对设置在上部髓内钉60和下部髓内钉70之间的记忆合金弹簧80进行加热，并设置温度传感模块的感应端与记忆合金弹簧80直接接触设置，从而能够精确的采集到体内记忆合金弹簧80的确切温度，同时所述温度传感模块将采集的温度信号转换为数字信号发送给温控模块，由温控模块对实时温度与预设的目标温度进行分析比对，使温控模块能够根据比对结果对电磁加热模块进行精准控制，进而实现对记忆合金弹簧80的形变范围进行精确控制，保证骨延长矫正手术的精准度。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，用于对四肢长骨进行延长矫正，其特征在于，包括髓内骨延长组件以及电磁加热温控组件；
所述髓内骨延长组件包括与上部断骨固定连接的上部髓内钉(60)，以及与下部断骨固定连接的下部髓内钉(70)，所述上部髓内钉(60)与下部髓内钉(70)之间设有记忆合金弹簧(80)；所述上部髓内钉(60)具有一上部中空内腔(61)，所述上部中空内腔(61)的内径与下部髓内钉(70)的外径配合设置，使所述上部髓内钉(60)外套于下部髓内钉(70)外侧；所述下部髓内钉(70)相对上部髓内钉(60)的一端径向设有弹性卡齿(71)，所述上部中空内腔(61)的内壁上设有多层与所述弹性卡齿(71)配合设置的内凹齿槽(62)，所述凹齿槽(62)的直径自下往上逐渐增大；
所述电磁加热温控组件包括
用于感应体内记忆合金弹簧(80)温度变化的温度传感模块(10)，所述温度传感模块(10)的感应端与记忆合金弹簧(80)接触设置；
用于对体内记忆合金弹簧(80)进行电磁加热的体外电磁加热模块(20)，所述体外电磁加热模块(20)包括能够覆盖待加热区域的电磁加热部件(21)；
用于根据将温度传感模块(10)感应得到的温度与阈值温度的比较结果控制体外电磁加热模块(20)是否工作的温控模块(30)，所述电磁加热温控组件分别与温度传感模块(10)、体外电磁加热模块(20)电性或通信连接。
2.根据权利要求1所述应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，其特征在于，所述上部髓内钉(60)与下部髓内钉(70)上下卡套设置。
3.根据权利要求2所述应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，其特征在于，所述记忆合金弹簧(80)的两端分别抵接于上部中空内腔(61)底部和下部髓内钉(70)的上端。
4.根据权利要求1所述应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，其特征在于，沿所述记忆合金弹簧(80)本体长度方向上均匀分布设有多个温度传感模块(10)的感应端。
5.根据权利要求1所述应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，其特征在于，所述电磁加热部件(21)与待加热区域相对设置的区域均匀排列有多个电磁线圈。
6.根据权利要求5所述应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，其特征在于，所述电磁线圈的铜线具有中空设置的冷却管道，所有电磁线圈的冷却管道均相互导通设置，所述电磁线圈的冷却管道通过连接管道与一冷凝器(40)循环连通设置，所述冷凝器(40)上设有循环抽送泵(50)。
7.根据权利要求1所述应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，其特征在于，所述温控模块(30)上设有第一通信单元(31)，所述温度传感模块(10)上设有第二通信单元(11)，所述第一通信单元(31)与第二通信单元(11)建立温控模块(30)与温度传感模块(10)之间的无线通信路径。
8.根据权利要求1所述应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，其特征在于，所述温控模块(30)还包括一延时单元(32)，所述延时单元(32)用于当记忆合金弹簧(80)的温度达到相变温度时，控制体外电磁加热模块(20)对记忆合金弹簧(80)持续进行预设时间段的保温加热工作。
9.根据权利要求1所述应用记忆合金弹簧电磁加热的髓内骨延长装置，其特征在于，所述温度传感模块(10)中除感应端以外的其他部件均设置在保温腔中。
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