CN109745106B - 一种用于踝足畸形矫正的定转心外固定器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于踝足畸形矫正的定转心外固定器，该定转心外固定器包括近端环、远端环、2条伸缩支链、1条定点转动支链、环形导轨、克氏针组件。克氏针将近端环、远端环与胫骨和足分别刚性地固定，2条伸缩支链固定在环的前侧，1条定点转动支链固定在环的后侧，并将近端环与远端环相连，近端环处设置有环形导轨，通过调节环形导轨的滑块和支链上的移动副，能够使远端环实现空间6自由度运动，且其转心始终指向踝关节转动中心，能够矫正任意空间3维踝足畸形。本发明采用三支链设计，形成2‑PUPS/PUPRRR并联构型，具有6自由度，且能够实现转动中心始终与踝关节重合，能满足不同患者的需求，具有结构简单、运动支链少、工作空间大、不易干涉等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种骨科外固定器，具体涉及一种用于踝足畸形矫正的定转心外固定器。
背景技术
踝足畸形严重影响人们的生活与健康。外固定器在矫形外科中被广泛应用，是一种复位、固定、矫正肢体畸形的微侵袭性工具，创伤小、适应症广，在肢体骨折复位、畸形矫治等过程中提供稳定而有弹性的固定。由于组织创伤小，失血量少，伤口中的金属植入物少，因此，能够避免与硬件相关的感染。在传统方法中，医生对踝足畸形进行矫正时，通常凭借其经验进行外固定器配置，术前提出关节支链的调节方案，术后由患者每天按照调节方案手动对每个关节支链进行调节，直至畸形完全矫正。公开号US10080585B2提供了四支链踝足外固定器，用于矫正马蹄足等踝足畸形，公开号US20100312243A1公开了一种6支链的空间外固定器，具有6自由度，能矫正空间任意3为踝足畸形。但是现有的外固定器存在结构单一、调节精度低、工作空间小、支链间干容易发生涉等问题。
因此，需要针对现有问题，提出一种具有更大的工作空间，能矫正空间任意3为踝足畸形，避免在踝足畸形矫正时支链间以及支链与肢体间发生干涉与碰撞，同时具有较结构简单、操作灵活的并联外固定器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于踝足畸形矫正的定转心外固定器，能够使远端环带动畸形的踝足实现空间6自由度运动，且其转心始终为踝关节转动中心，能够矫正任意空间3维踝足畸形，其结构简单、工作空间大、不易发生干涉。
本发明的实施例提供了一种用于踝足畸形矫正的定转心外固定器，其特征在于，该定转心外固定器包括近端环、远端环、2条伸缩支链、1条定点转动支链、环形导轨、克氏针以及锁紧针夹；克氏针将近端环、远端环与胫骨和足分别刚性地固定，2条伸缩支链固定在环的前侧，1条定点转动支链固定在环的后侧，并将近端环与远端环相连，近端环处设置有环形导轨，通过调节环形导轨的滑块和支链上的移动副，能够使远端环实现空间6自由度运动，且其转心始终指向踝关节转动中心，能够矫正任意空间3维踝足畸形。
进一步，克氏针将近端环与胫骨垂直且刚性地固定，通过锁紧针夹将克氏针固定在近端环两侧；在近端环安装环形导轨，环形导轨包括一个固定齿轮、滑块、调节手轮以及近端环上的环形沟槽，将固定齿轮固联在近端环上，滑块能够在沟槽内绕环进行任意移动，调节手轮固定在滑块上；调节手轮包含一个主动齿轮，该主动齿轮通过滚动轴承和滚动轴与滑块连接，同时，主动齿轮与固定齿轮啮合，当旋转调节手轮时，固定齿轮不动，主动齿轮相对于固定齿轮沿着环形沟槽绕近端环进行环形移动；2条伸缩支链的上部通过胡克铰固定在环形导轨的滑块上，并与近端环在前侧连接，1条定点转动支链的上部通过胡克铰固定在环形导轨的滑块上，并与近端环在后侧连接；胡克铰连接件和近端环边缘处设置有一系列的定位孔，滑块能在环形导轨上任意滑动，当调节手轮将滑块调节完毕时，通过定位钉将滑块进行固定，以防止松动。
进一步，克氏针将远端环与足部刚性地固定，通过锁紧针夹将克氏针固定在远端环两侧；在远端环前侧设置有线性沟槽，滑块能够在沟槽内进行任意的移动，沟槽两侧设置有一系列的螺纹孔，当远端环滑块调节完毕时，采用螺钉将其固定，使伸缩支链在远端环处脚点位于环的前侧，且使两个伸缩支链在初始位置时倾斜放置；2条伸缩支链的下部通过球铰固定在远端环的线性滑块上，且在确定安装位置后，通过螺钉使其固定在远端环上；1条定点转动支链的下部通过转动副连接支架固定在远端环的后侧中间位置，并与远端环在后侧连接；
进一步，近端环与远端环通过2条伸缩支链和1条定点转动支链进行连接，2条伸缩支链均为PUPS支链，1条定点转动支链为PUPRRR支链，包括胡克铰、球铰、移动副和转动副；2条伸缩支链以并联的形式倾斜的固定在环的前侧，伸缩支链上端为胡克铰，胡克铰通过胡克铰连接件与近端环上的滑块连接，滑块能够进行任意的环形移动，形成伸缩支链的第一个移动副，胡克铰下端连接丝杠套筒，丝杠套筒通过丝杠螺母与第一丝杠配合，第一丝杠能够进行伸长或缩短，形成伸缩支链的第二个移动副，第一丝杠的另一端连接球铰，球铰与远端环上的线性滑块进行连接，形成PUPS支链，两个移动副作为驱动副；1条定点转动支链倾斜的固定在环的后侧，定点转动支链的上部通过胡克铰与近端环上的滑块进行连接，滑块能够进行任意的环形移动，形成定点转动支链的第一个移动副，胡克铰下端连接丝杠套筒，丝杠套筒通过丝杠螺母与第二丝杠配合，第二丝杠能够进行伸长或缩短，形成定点转动支链的第二个移动副，第二丝杠的另一端与第一U型架的中部连接，且能相对转动，其转动中心指向踝关节中心，形成定点转动支链的第一个转动副，第一U型架末端与第二U型架末端连接，且能相对转动，其转动中心与第一转动中心汇交于踝关节转动中心，形成定点转动支链的第二个转动副，第二U型架通过转动副连接支架与远端环进行连接，并与远端环固联，且第二U型架相对于转动副连接支架能相对转动，其转动中心与第一转动副和第二转动副的旋转中心汇交与踝关节转动中心，形成定点转动支链的第三个转动副，形成PUPRRR支链，两个移动副作为驱动副；每个支链上有两个驱动副，总共6个驱动副，通过调节近端环环形导轨上的调节手轮，改变近端环上支链脚点的位置，以及调节2个伸缩支链和1个定点转动支链上的调节旋钮，改变支链的伸缩长度，远端环能够实现空间6自由度转动，且其始终保持定转心运动，其定转心始终与踝关节转动中心重合。
同现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明采用三支链2-PUPS/PUPRRR并联机构的形式，具有6自由度，且能够将外固定器转心始终与踝关节转动中心对齐，能够矫正空间任意三维踝足畸形，保证了畸形矫正过程中的安全性和准确性。
2、本发明结构简单，安装方便，在近端环处设置有环形导轨，使用3个运动支链，每个支链上的两个移动副作为驱动副，降低了医师的操作复杂度和穿戴难度，减少了在矫正过程中支链与支链之间、支链与肢体之间的干涉。
3、在近端环和远端环边缘都设置有一系列的孔，能够实现支链与环的连接脚点的随时锁紧固定，并且能随时调节，以克服在畸形矫正过程中支链的铰链发生卡死的现象。
4、本发明结构简单紧凑、稳定性好、灵巧度高、工作空间大，在踝足畸形矫正过程中远端环易控制，能够给骨生长提供有利的骨-固定器生物力学环境，促进骨骼生长。
附图说明
图1是本发明一种用于踝足畸形矫正的定转心外固定器的整体视图；
图2近端环局部结构图
图3是近端环正视图及局部结构剖视图；
图4是近端环组件局部剖面放大图；
图5是远端环整体图；
图6是远端环连接件整体图；
图7是定转心外固定器的局部整体视图；
图8是定点转动支链整体图；
图9是定点转动支链整体局部结构图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所做的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
图1是本发明一种用于踝足畸形矫正的定转心外固定器的整体视图；图2近端环局部结构图图3是近端环正视图及局部结构剖视图；图4是近端环组件局部剖面放大图；图5是远端环整体图；图6是远端环连接件整体图；图7是定转心外固定器的局部整体视图；图8是定点转动支链整体图；图9是定点转动支链整体局部结构图。
本实施例提供了一种用于踝足畸形矫正的定转心外固定器，参图1、图2所示，该定转心外固定器包括近端环1、远端环3、2条伸缩支链2、1条定点转动支链5、环形导轨4、克氏针6以及锁紧针夹23；
所述克氏针6将所述近端环1、远端环3与胫骨和足分别刚性地固定，所述2条伸缩支链2固定在环的前侧，所述1条定点转动支链5固定在环的后侧，并将所述近端环1与远端环3相连，所述近端环1处设置有环形导轨4，通过调节所述环形导轨4上的调节手轮7和支链上的调节旋钮17，所述远端环3能实现空间6自由度运动，且其转心始终指向踝关节转动中心，能够矫正任意空间3维踝足畸形。
在本实施例中，参图1～图4所示，所述克氏6将近端环1与胫骨垂直且刚性地固定，通过锁紧针夹23将所述克氏针6固定在近端环1两侧；在所述近端环1处安装环形导轨4，所述环形导轨4包括一个固定齿轮8、滑块9、调节手轮7以及近端环上的环形沟槽，将所述固定齿轮8固联在近端环1上，所述滑块9能够在沟槽内绕环进行任意移动，所述调节手轮7固定在滑块9上；所述调节手轮7包含一个主动齿轮10，该主动齿轮10通过滚动轴承12和滚动轴11与所述滑块9连接，同时，所述主动齿轮10与固定齿轮8啮合，当旋转所述调节手轮7时，所述固定齿轮8不动，所述主动齿轮10相对于固定齿轮8沿着环形沟槽绕所述近端环1进行环形移动；所述2条伸缩支链2的上部通过胡克铰15固定在环形导轨4的滑块9上，并与近端环1在前侧连接，所述1条定点转动支链5的上部通过所述胡克铰15固定在所述环形导轨4的滑块9上，并与所述近端环1在后侧连接；所述胡克铰连接件26和近端环1边缘处设置有一系列的孔，所述滑块9能在环形导轨上任意滑动，当调节手轮7将所述滑块9调节完毕时，通过定位钉将所述滑块9固定，以防止松动。
在本实施例中，参图1、图5～图8所示，所述克氏针6将远端环3与足部刚性地固定，通过锁紧针夹23将所述克氏针6固定在所述远端环3两侧；在所述远端环3前侧设置有线性沟槽13，线性滑块27能够在沟槽内进行任意的移动，沟槽两侧设置有一系列的螺纹孔，当线性滑块27调节完毕时，采用螺钉将其固定，使伸缩支链2在远端环3处脚点位于环的前侧，且使两个伸缩支链2在初始位置时倾斜放置；所述2条伸缩支链2的下部通过球铰16固定在线性滑块27上，且在确定安装位置后，通过螺钉使其固定在所述远端环3边缘的一些列的螺纹孔上；1条定点转动支链5的下部通过转动副22连接支架23固定在所述远端环3的后侧中间位置，并与远端环3在后侧连接；
在本实施例中，参图1、图6～图8所示，所述近端环1与远端环3通过2条伸缩支链2和1条定点转动支链5进行连接，2条伸缩支链2均为PUPS支链，1条定点转动支链5为PUPRRR支链，包括胡克铰、球铰、移动副和转动副；所述2条伸缩支链2以并联的形式倾斜的固定在环的前侧，伸缩支链2上端为胡克铰15，所述胡克铰15通过胡克铰连接件26与近端环1上的滑块9连接，所述滑块9能够进行任意的环形移动，形成支链的第一个移动副，所述胡克铰15下端连接丝杠套筒14，所述丝杠套筒14通过丝杠螺母24与第一丝杠25配合，第一丝杠25能够进行伸长或缩短，形成所述伸缩支链2的第二个移动副，所述第一丝杠25的另一端连接球铰16，所述球铰16与远端环3上的线性滑块27进行连接，形成PUPS支链，两个移动副作为驱动副；1条定点转动支链5倾斜的固定在环的后侧，所述定点转动支链5的上部通过胡克铰15与近端环1上的滑块9进行连接，滑块9能够进行任意的环形移动，形成所述定点转动支链5的第一个移动副，所述胡克铰15下端连接丝杠套筒14，所述丝杠套筒14通过丝杠螺母24与第二丝杠28配合，第二丝杠28能够进行伸长或缩短，形成所述定点转动支链5的第二个移动副，所述第二丝杠28的另一端与第一U型架19的中部连接，且能相对转动，其转动中心指向踝关节中心，形成定点转动支链的第一个转动副18，第一U型架19末端与第二U型架21末端连接，且能相对转动，其转动中心与第一转动中心汇交于踝关节转动中心，形成所述定点转动支链5的第二个转动副20，所述第二U型架21通过转动副连接支架23与远端环3进行连接，并与所述远端环3固联，且第二U型架21相对于转动副连接支架23能相对转动，其转动中心与所述第一转动副18和第二转动副20的旋转中心汇交与踝关节转动中心，形成所述定点转动支链5的第三个转动副22，形成PUPRRR支链，两个移动副作为驱动副；每个支链上有两个驱动副，总共6个驱动副，通过调节所述近端环1上的环形导轨4上的调节手轮7，改变所述近端环1上支链脚点的位置，以及调节所述2个伸缩支链2和1个定点转动支链5上的调节旋钮17，改变支链的伸缩长度，所述远端环3能够实现空间6自由度转动，且其始终保持定转心运动，其定转心始终与踝关节转动中心重合。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用于限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (2)
1.一种用于踝足畸形矫正的定转心外固定器，该定转心外固定器包括近端环、远端环、2条伸缩支链、1条定点转动支链、环形导轨、克氏针以及锁紧针夹；
克氏针将近端环、远端环与胫骨和足分别刚性地固定，2条伸缩支链固定在环的前侧，1条定点转动支链固定在环的后侧，并将近端环与远端环相连，近端环处设置有环形导轨，通过调节环形导轨的滑块和支链上的移动副，能够使远端环实现空间6自由度运动，且其转心始终指向踝关节转动中心，能够矫正任意空间3维踝足畸形；
其特征在于，克氏针将近端环与胫骨垂直且刚性地固定，通过锁紧针夹将克氏针固定在近端环两侧；
相应地，在近端环安装环形导轨，环形导轨包括一个固定齿轮、滑块、调节手轮以及近端环上的环形沟槽，将固定齿轮固联在近端环上，滑块能够在沟槽内绕环进行任意移动，调节手轮固定在滑块上；
相应地，调节手轮包含一个主动齿轮，该主动齿轮通过滚动轴承和滚动轴与滑块连接，同时，主动齿轮与固定齿轮啮合，当旋转调节手轮时，固定齿轮不动，主动齿轮相对于固定齿轮沿着环形沟槽绕近端环进行环形移动；
相应地，2条伸缩支链的上部通过胡克铰固定在环形导轨的滑块上，并与近端环在前侧连接，1条定点转动支链的上部通过胡克铰固定在环形导轨的滑块上，并与近端环在后侧连接；
相应地，胡克铰连接件和近端环边缘处设置有一系列的定位孔，滑块能在环形导轨上任意滑动，当调节手轮将滑块调节完毕时，通过定位钉将滑块进行固定，以防止松动。
2.根据权利要求1所述的一种用于踝足畸形矫正的定转心外固定器，其特征在于，近端环与远端环通过2条伸缩支链和1条定点转动支链进行连接，2条伸缩支链均为PUPS支链，1条定点转动支链为PUPRRR支链，包括胡克铰、球铰、移动副和转动副；
相应地，2条伸缩支链以并联的形式倾斜的固定在环的前侧，伸缩支链上端为胡克铰，胡克铰通过胡克铰连接件与近端环上的滑块连接，滑块能够进行任意的环形移动，形成伸缩支链的第一个移动副，胡克铰下端连接丝杠套筒，丝杠套筒通过丝杠螺母与第一丝杠配合，第一丝杠能够进行伸长或缩短，形成伸缩支链的第二个移动副，第一丝杠的另一端连接球铰，球铰与远端环上的线性滑块进行连接，形成PUPS支链，两个移动副作为驱动副；
相应地，1条定点转动支链倾斜的固定在环的后侧，定点转动支链的上部通过胡克铰与近端环上的滑块进行连接，滑块能够进行任意的环形移动，形成定点转动支链的第一个移动副，胡克铰下端连接丝杠套筒，丝杠套筒通过丝杠螺母与第二丝杠配合，第二丝杠能够进行伸长或缩短，形成定点转动支链的第二个移动副，第二丝杠的另一端与第一U型架的中部连接，且能相对转动，其转动中心指向踝关节中心，形成定点转动支链的第一个转动副，第一U型架末端与第二U型架末端连接，且能相对转动，其转动中心与第一转动中心汇交于踝关节转动中心，形成定点转动支链的第二个转动副，第二U型架通过转动副连接支架与远端环进行连接，并与远端环固联，且第二U型架相对于转动副连接支架能相对转动，其转动中心与第一转动副和第二转动副的旋转中心汇交于踝关节转动中心，形成定点转动支链的第三个转动副，形成PUPRRR支链，两个移动副作为驱动副；
相应地，每个支链上有两个驱动副，总共6个驱动副，通过调节近端环环形导轨上的调节手轮，改变近端环上支链脚点的位置，以及调节2个伸缩支链和1个定点转动支链上的调节旋钮，改变支链的伸缩长度，远端环能够实现空间6自由度转动，且其始终保持定转心运动，其定转心始终与踝关节转动中心重合。
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