CN109758218B - 一种防卡死的畸形矫正骨外固定器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防卡死的畸形矫正骨外固定器，该固定器共有6个自由度，主要由近端环、远端环、6个长度可调节的支链、调节旋钮、可滑动自锁紧针夹、T型环状沟槽以及克氏针组成。通过克氏针将畸形骨固定在固定器的固定环上，在近端环和远端环上分别布置有T型环状沟槽，自锁紧针夹可在沟槽中滑动。通过调节支链的长度和锁定部分运动副可以改变动平台的的位姿，实现成角、错位、旋转或者分离等三维畸形的矫正。本发明的每个支链上的三个球铰可以实现单独的锁紧，可有效避免矫正过程中的干涉和卡死等问题，实现矫正所有旋转和位移畸形，滑动自锁紧针夹有效的预防针道感染等并发症，矫正过程不需要变更框架和支撑杆，固定可靠，使用方便。

Description

一种防卡死的畸形矫正骨外固定器

技术领域

本发明涉及一种骨科并联骨外固定器，具体涉及一种用于骨折复位、骨 畸形矫正的一种并联胫骨畸形矫正骨外固定器。

背景技术

随着科学技术的不断发展，现代交通车辆及建筑施工等在给人们带来生 活便利的同时，也给我们的生活带来了潜在的危险，越来越多的突发事故引 起不同程度的骨科创伤，以及先天性骨科疾病与四肢畸形，严重影响着人们 的健康和生活。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，可以避免与硬件相关的感染，其适应症主要包括开 放性骨折、多发性损伤、关节周围或关节内骨折、儿童骨折等。外固定器主 要分为串联和并联外固定器两类，其中并联外固定器具有结构稳定、刚度大、 抵抗横向剪切的能力强等优点。公开号CN103006302A提供了一种球形万向 节及调控式仿生外固定器，公开号US20100312243A1公开了一种6支链的空 间外固定器。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，矫正过程中易出现奇异位型等问题。

同时，克氏针的预紧力会对外固定器的刚度产生影响，并且保持恒张力 在骨愈合期间十分重要，标准固定方法存在克氏针的滑移和预紧力不足等缺 点，极易出现针道感染等并发症。

因此，需要针对现有问题，提出一种可以避免在畸形矫正和骨折固定复 位时支链间以及支链与肢体间发生干涉与碰撞或者卡死，同时能够提供足够 的预紧力和防止滑移的胫骨畸形矫正骨外固定器。而且，此骨外固定器矫正 过程中不需要变更框架和支撑杆，固定可靠，可调控、操作灵活、使用方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防卡死的畸形矫正骨外固定器，可实现空间 6-DOF运动，矫正任意空间3维骨畸形，并且工作空间大、不易发生干涉。

该防卡死的畸形矫正骨外固定器主要由近端环、远端环、6根可调节支撑 杆、调节旋钮、可滑动的自锁紧针夹、T型环状沟槽以及克氏针组成；

通过克氏针将外固定器近端环、远端环与畸形骨刚性固定，在近端环和 远端环上分别布置有环形导轨，自锁紧针夹固定架可在固定环的T型环状沟 槽中滑动，自锁紧针夹固定在自锁紧针夹固定架上。同时6根可伸缩支链分 别由三个可锁紧球铰、支撑杆、调节旋钮、螺纹杆组成，三个球铰可随时锁 定，通过调节旋钮可实现支链伸长和缩短。从而可以通过调节支链的长度和 锁定部分运动副可以改变动平台的的位姿，实现成角、错位、旋转以短缩或 者分离等三维畸形的矫正。

在近端环和远端环上设有T型环形导轨，自锁紧针夹固定架可在T型沟 槽内进行任意绕环滑动。将自锁紧针夹固定在自锁紧针夹固定架上，自锁紧 针夹包括：拧紧螺母、锥形弹簧环、锥形弹簧环垫片。克氏针依次穿过拧紧 螺母、锥形弹簧环、锥形弹簧环垫片、锁紧针夹固定架的孔，通过拧紧锁母 控制锥形弹簧环对克氏针进行锁紧和防滑移。自锁紧针夹固定架和固定环的 边缘处设置有一系列的孔，当自锁紧针夹调整到合适的位置时，通过定位钉 将自锁紧针夹固定架固定在固定环的相应位置，以防止松动。

可伸缩的支链由三个可锁紧球铰、螺纹杆、调节旋钮、支撑杆、定位垫 片、垫片紧固钉以及调节旋钮组成，调节旋钮轴向定位在支撑杆的一端，丝 杠与调节旋钮螺纹连接，通过调节旋钮的旋转运动实现螺纹杆的平移，改变 支链的长度。垫片紧固钉通过定位垫片中间圆孔与丝杠螺纹连接，定位垫片 可防止螺纹杆自由转动，实现丝杠的位置固定以及反应移动长度的标识作用。 可伸缩的支链一共有三个可锁紧球铰，中间球铰在矫正初始锁紧，每根支链 可看作是SPS支链，当矫正时并联外固定器出现奇异位型时，可锁紧上下球铰中的任意球铰，打开中间球铰，解决奇异问题，有效避免矫正过程的干涉 和卡死等问题，实现矫正所有旋转和位移畸形。

同现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明采用六支链并联机构的形式，每个支链分别由三个球副和一个移 动副构成，矫正初始中间球铰锁紧，等同于刚性杆件。而在实际胫骨畸形矫 正过程中，医生按照矫正规则矫正往往会遇到固定器卡死和干涉等问题，本 发明可通过解除中间球铰的锁紧，来解决机构的卡死和干涉现象，不必再拆 除外固定器重新安装矫正。

本发明在远端环和近端环处设置有T型环形沟槽，锁针夹可在沟槽中环 形滑动到任意合适位置并固定，简化了克氏针锁紧的繁琐步骤，操作更加简 便快捷。

本发明的锁针夹结构，拧紧螺母通过拧紧推动锥形弹簧片在锥形孔中轴 向移动，从而使锥形弹簧片不断收缩抱紧克氏针，当克氏针的产生塑形变形 时，克氏针的收缩取向使锥形弹簧片更加锁紧克氏针，从而消除了克氏针的 滑动，提供合理的预紧力，从而提供更有效的夹紧能力和防滑移能力。

本发明结构简单紧凑、稳定性好、灵巧度高，在骨畸形矫正和骨折复位 过程中易控制和调整，可以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是本发明防卡死的畸形矫正骨外固定器的整体视图；

图2是固定环组件结构图；

图3是锁针夹组件爆炸图；

图4是球铰组件结构图及其爆炸图；

图5是中间球铰剖面图；

图6是可伸缩支链结构图；

图7是调节旋钮结构图

附图标记：1-胫骨、2-固定环、3-自锁紧针夹、4-螺纹杆、5-克氏针、6- 上球铰、7-支撑杆、8-中间球铰、9-下球铰、10-拧紧螺母、11-锥形弹簧环垫 片、12-锥形弹簧环、13-自锁紧针夹固定架、14-球铰盖、15-球铰底、16-球铰 锁紧杆、17-锁紧环、18-锁紧碗、19-球托、20-球头、21-垫片固定钉、22-定 位垫片、23-调节旋钮。

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。

参图1至图7所示，图1是本发明一种防卡死的畸形矫正骨外固定器的 整体视图；图2是固定环组件结构图；图3是锁针夹组件爆炸图；图4是球 铰组件结构图及其爆炸图；图5是中间球铰剖面图；图6是可伸缩支链结构 图；图7是调节旋钮结构图

本实施例提供了一种防卡死的畸形矫正骨外固定器，参图1、图6所示， 该防卡死的畸形矫正骨外固定器主要包括：固定环2、自锁紧针夹3、螺纹杆 4、上球铰6、支撑杆7、中间球铰8、下球铰9、调节旋钮23、克氏针5等。

在本实施例中，参图1、图2所示，通过所述克氏针5将所述外固定器固 定环2与胫骨1刚性地固定，在所述固定环2上布置有所述T型环状沟槽， 将自锁紧针夹固定架13下端的T型滑块放置于T型环状沟槽中，可实现自锁 紧针夹固定架13在固定环2上的滑动，从而可以实现自锁紧针夹3的位置调 节，当自锁紧针夹调整到合适的位置时，通过定位钉将自锁紧针夹固定架固 定在固定环的相应位置，以防止松动。

在本实施例中，参图1～图3所示，自锁紧针夹主要包括拧紧螺母10、锥 形弹簧环垫片11、锥形弹簧环12。锥形弹簧环12放置于自锁紧针夹固定架 13的圆锥形孔中，锥形弹簧环垫片11放置于。锥形弹簧环12的左端，然后 将拧紧螺母10通过螺纹与自锁紧针夹固定架13连接。自锁紧针夹3通过自 锁紧针夹固定架13固定在固定环2上后，克氏针5穿过胫骨1，分别穿过同 轴心的两个自锁紧针夹3。拧紧锁母10和自锁紧针夹固定架13通过螺纹连接， 拧紧螺母拧紧过程推动锥形弹簧环垫片11、锥形弹簧环12在自锁紧针夹固定 架13的圆锥形孔中移动，同时不断压紧锥形弹簧环12，从而使锥形弹簧环 12抱紧克氏针5，从而给克氏针5提供一定的预紧力。当克氏针5的产生塑 形变形时，克氏针5的收缩取向使锥形弹簧环12更加锁紧克氏针5，从而消 除了克氏针5的滑动，提供更有效的夹紧能力和防滑移能力。

在本实施例中，参图1、图4、图5所示，所述球铰主要包括球铰盖14、 球铰底15、球铰锁紧杆16、锁紧环17、锁紧碗18、球托19、球头20。球铰 盖14内部和球托19分别有与球头20相配合的弧面，球铰锁紧杆16两侧螺 纹为旋向相反的螺纹16.1，两端设置有螺丝刀口16.2，球铰底15内设置有凹 槽，将锁紧环17和锁紧碗18放置在球铰底15的凹槽中，球铰锁紧杆16通 过正反旋向的螺纹16.1与锁紧环17螺纹配合，螺纹孔17.1与孔15.1、孔14.1, 同轴心，球铰锁紧杆16穿过孔15.1、孔14.1，实现球铰盖14与球铰底15定 位和固定。

当需要锁紧某个球铰时，用螺丝刀旋转球铰锁紧杆16的螺丝刀口16.2， 此时与球铰锁紧杆16螺纹配合的两个锁紧环17相互靠近，推动锁紧碗18进 而推动球托19靠近球头20，随着球铰锁紧杆16的不断旋转，球托19对球头 20的压力越来越大，最终使球铰锁紧。

在本实施例中，参图1、图4、图5、图6、图7所示，所述可伸缩支链 主要包括螺纹杆4、上球铰6、支撑杆7、中间球铰8、下球铰9、垫片固定钉 21、定位垫片22、调节旋钮23。支链的上球铰6通过螺纹固定在固定环2上， 另一端与螺纹杆4固连，螺纹杆4与调节旋钮23螺纹配合，螺纹杆4的另一 端与垫片固定钉21固连，定位垫片22通过垫片固定钉21与螺纹杆4连接。 当拧紧垫片固定钉21时，定位垫片22被压紧在支撑杆7外壁上，实现螺纹 杆4的固定，防止螺纹杆4的自由转动导致支链的长度变化，同时拧紧垫片 固定钉21和定位垫片22可以反映出支链长度的变化，起到标识作用。当松 开垫片固定钉21时，可以通过调节旋钮23实现支链长度调整。

在本实施例中，参图7，调节旋钮23通过其一端的凸台23.1与支撑杆7 内部的凹槽配合，实现调节旋钮的定位和轴向固定。本调节旋钮设计具有一 定弹性，装配时调节旋钮有凸台的一端可以向心压缩，使其能够装到支撑杆7 中，并使凸台23.1与支撑杆7中的凹槽配合。

在本实施例中，参图1～图7所示，当实施骨畸形矫正时，现将支链的中 间球铰通过上述方式锁紧，然后将克氏针5在胫骨1的合适位置穿过，通过 机械拉紧器拉紧克氏针，提供合理的预紧力，然后通过自锁紧针夹锁紧克氏 针。矫正期间，通过扭动调节旋钮，按照预期的轨迹规划，改变各个支链的 长度，从而改变动平台的的位姿，实现成角、错位、旋转以短缩或者分离等 三维畸形的矫正。当矫正时出现奇异位型时，即骨外固定器到达某个姿态时， 整个机构锁死，无法再改变动平台的位姿，此时可锁紧上下球铰中的任意球 铰，打开中间球铰，解决奇异问题，有效避免矫正过程的干涉和卡死等问题， 实现矫正所有旋转和位移畸形。

上述使用方式仅为本发明的一种使用方式，本发明也可满足现在医学使 用的六自由度骨外固定器的使用需求。

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 (1)

1.一种防卡死的畸形矫正骨外固定器，其特征在于，该防卡死的畸形矫正骨外固定器包括固定环、6根长度可调节支链、调节旋钮、可滑动的自锁紧针夹、T型环状沟槽以及克氏针；

通过克氏针将骨外固定器的固定环与畸形骨刚性固定，在近端环和远端环上分别布置有环形导轨，自锁紧针夹固定架能够在固定环的T型环状沟槽中滑动，自锁紧针夹固定在自锁紧针夹固定架上；同时6根可伸缩支链分别包括三个可锁紧球铰、支撑杆、调节旋钮、螺纹杆，三个球铰能够随时锁定，通过调节旋钮能够实现支链伸长和缩短；从而通过调节支链的长度和锁定部分运动副能够改变动平台的位姿，实现成角、错位、旋转或者分离这些三维畸形的矫正；

六根结构相同的支链由三个球副和一个运动副构成；

可伸缩支链还包括定位垫片、垫片固定钉，调节旋钮轴向定位在支撑杆的一端，螺纹杆与调节旋钮螺纹配合，通过调节旋钮的旋转运动实现螺纹杆的平移，改变支链的长度；

当中间球铰在矫正初始锁紧时，每根支链能看作是SPS支链，当矫正时并联外固定器出现奇异位型时，通过锁紧下球铰，打开中间球铰，解决奇异问题，能够避免矫正过程的干涉和卡死问题，实现矫正旋转或位移畸形。

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