CN111920562A - 一种脊柱矫形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脊柱矫形装置，包括肩托、腰托、若干个形状记忆合金棒、电源和控制器，所述形状记忆合金棒沿纵向设在肩托和腰托之间且与电源电连接，所述形状记忆合金棒上设有温度传感器，所述温度传感器与电源控制器电连接。本发明根据镍钛形状记忆合金电流－温度－形变量三者之间的关系，通过监测形状记忆合金棒上的温度自动控制其形变量，不仅实现了对脊柱畸形的自动矫正，而且能适时地对形变量进行调整，从而使矫形更加精密和准确，另外，本发明还能根据形状记忆合金棒的应力和患者的生理信号自动控制电源输出，因此具有很高的安全性。

Description

一种脊柱矫形装置

技术领域

本发明涉及一种脊柱矫形装置，属于医疗器械领域。

背景技术

脊柱侧弯是一种常见的疾病，其发病率达5％以上，尤其是青少年和儿童的脊柱畸形不仅影响正常生长发育，还可导致心肺功能下降，肢体活动不便甚至瘫痪，并给患者心理健康造成严重危害，导致生理和心理的双重残疾。

人们很早就尝试用矫形器来矫正脊柱侧弯，但老式矫形器的疗效并不显著，随着密尔沃基、里昂式和弹力服式等现代矫形器的岀现，矫形效果明显提升，使越来越多的患者开始选择矫形器治疗脊柱畸形。

自20世纪60年代发现镍钛形状记忆合金以来，该材料已广泛应用于航空航天、冶金、制造等诸多领域。镍钛合金由于具有良好的形状记忆效应、超弹性、低磁性、耐磨性、抗疲劳性和生物相容性，在医学领域也有着广泛的应用。例如，各种体内固定装置，如正畸弓丝、U形钉、肋骨爪、腓骨环抱器、腕三角融合器、椎间融合器等，目前已广泛应用于血管支架、血管栓塞器、血管吻合器、肠吻合器等手术以及制造各种假肢和矫形器等医疗器械。

与已有的脊柱矫形器相比，镍钛合金能够在电流、磁场、加热等条件下自动产生形变，而且形变量可控，因此适应性更好，使用更加舒适，安全性也更高。但是，现有的基于形状记忆合金的脊柱矫形装置处于应用开发的初始阶段，仍存在智能化程度低，操作不够灵敏等缺陷，需要研发一种新的的脊柱矫形装置，一方面可以利用性状记忆合金本身的超弹性提供持续的矫形力，另一方面可以智能控制合金的形变量，进而提供动态可调节的矫形力，从而提高矫形的准确性、灵敏性和疗效。

发明内容

本发明的目的是提供一种脊柱矫形装置，该装置利用镍钛合金的形状记忆功能，结合先进的智能检测控制与传感器，实现了对脊柱矫形的自动控制。

上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种脊柱矫形装置，包括肩托、腰托和若干个形状记忆合金棒，所述形状记忆合金棒沿纵向设在肩托和腰托之间，该装置还包括电源和控制器，所述形状记忆合金棒上设有温度传感器，所述控制器设有输入装置、存储芯片和微处理器，所述温度传感器与存储芯片通过数据线连接，所述形状记忆合金棒和微处理器分别与电源与电连接。

所述形状记忆合金棒上还设有应力传感器，所述应力传感器与存储芯片通过数据线连接。

所述应力传感器设在形状记忆合金棒的两端。

所述肩托上还设有生理信号采集器，所述生理信号采集器位于肩托的内侧且与存储芯片通过蓝牙进行数据连接。

所述腰托上设有制冷装置。

所述制冷装置为半导体风扇。

所述输入装置为液晶触控屏。

所述肩托和腰托上设有出风口。

所述肩托和腰托上设有卡槽，所述形状记忆合金棒以可拆卸的方式固定在卡槽内。

所述肩托和腰托上设有固定带。

本发明根据镍钛形状记忆合金电流－温度－形变量三者之间的关系，通过监测形状记忆合金棒上的温度自动控制其形变量，从而实现了对脊柱畸形的自动矫正，而且能适时地对形变量进行调整，从而使矫形更加精密和准确，另外，本发明还能根据形状记忆合金棒的应力和患者的生理信号自动控制电源输出，因此具有很高的安全性。本发明还具有使用方便、舒适、使用寿命长等优点。

附图说明

图1是本发明使用状态的正面结构示意图。

图2是本发明的立体结构示意图。

图3是本发明的电路框图。

图中：1-肩托，2-腰托，3-形状记忆合金棒，4-电源，5-控制器，6-温度传感器，7-应力传感器，8-生理信号采集器，9-制冷装置，10-出风口，11-卡槽，12-固定带。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细地说明。

实施例：一种脊柱矫形装置，如图1-3所示，其中图1是使用状态的正面结构示意图，图2是立体结构示意图，图3是电路框图。该装置包括肩托1、腰托2和若干个形状记忆合金棒3，所述形状记忆合金棒3沿纵向设在肩托1和腰托2之间。

该装置还包括电源4和控制器5，所述形状记忆合金棒3上设有温度传感器6，所述控制器5设有输入装置、存储芯片和微处理器，所述温度传感器6与存储芯片通过数据线连接，所述形状记忆合金棒3和微处理器分别与电源4与电连接。

电源4可向每一根形状记忆合金棒3独立地输出电流使其发生不同形变。所述温度传感器6可检测形状记忆合金棒3的温度并将温度值传输到存储芯片，微处理器读取存储芯片内的数据，根据预先设定的形变量计算合金温度，然后将温度转化为电流量并向电源3发出输出电流的指令，从而将形状记忆合金棒3的温度和形变量控制在合理范围内。所述输入装置为液晶触控屏且与存储芯片电连接，用于使用者向装置输入控制指令。

形状记忆合金棒3在电流的作用下升温产生形变，这种形变是由温度直接驱动的，形变量与合金的温度直接相关，而合金温度的高低又与电流量直接相关，因此可利用记忆合金的这一性质使其产生不同程度的形变从而对人体脊柱畸形进行矫正。

所述形状记忆合金棒3的两端还设有应力传感器7，所述应力传感器7与存储芯片通过数据线连接，它能检测形状记忆合金棒3与人体接触部位的压力，应力感受器7将检测到的局部施力点压力实时反馈到存储芯片，微处理器读取后经过简单的处理和计算，当检测到压力过大或过低时，再通过调节电源4的输出以降低或提高记忆合金的形变量，从而可减轻患者疼痛，提高矫形治疗的舒适性、依从性和疗效。

对于一些体质较差或具有基础性疾病的患者，在矫形过程中容易产生发热、心率失常、缺氧等不良反应，因此需要对患者的生理体征进行监控以提高治疗的安全性，为此该装置还设有一个生理信号采集器8，它位于肩托1的内侧且与存储芯片通过蓝牙进行数据连接，用于采集人体的体温、血氧、心率等生理信号，目前已在运动手环等智能穿戴设备中得到广泛应用。生理信号采集器8将采集到生理信号反馈到存储芯片，微处理器读取后经过简单的比较判断生理信号是否出现异常，再根据判断结果控制电源4的输出，从而大幅提高了该装置的使用安全性。

由于脊柱矫形装置具有一定的厚度和重量，而且形状记忆合金棒3在工作时也会产生一定的温度，导致患者尤其在夏季使用时难以忍受。另外，当发生紧急状况时，需要形状记忆合金棒3迅速降温并恢复到形变发生前的状态，为此，本发明还在所述腰托2上设有制冷装置9，所述制冷装置9为半导体风扇，具有体积小、功率小、制冷效果好等优点，所述肩托1和腰托2上设有出风口10，以加快热量的散发。该结构使患者使用更加舒适，同时也有利于形状记忆合金棒3迅速恢复原形。

所述肩托1和腰托2上设有卡槽11，所述形状记忆合金棒3以可拆卸的方式固定在卡槽11内，便于根据患者的身高更换和安装不同长度的形状记忆合金棒3。所述肩托1和腰托2上设有固定带12，便于针对不同体型的患者进行穿戴和固定。

下面对该装置的使用方法做进一步详细说明：

使用前，医生或者患者对脊柱畸形的方位和程度进行选择，并在液晶触摸屏上输入选择结果，液晶触摸屏上显示的畸形方位可为左倾、右倾、前倾或后倾，畸形程度分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级，级数越高畸形程度越大，所需的记忆合金形变量也越高。

液晶触摸屏将输入的结果传输到存储芯片，微处理器读取后进行计算，得出相应的形状记忆合金棒3产生形变所需的电流量和温度。畸形程度-记忆合金形变量-温度-电流之间的关系申请人已在本专利申请之前通过试验得出，并根据试验结果设计了相应的计算程序，本发明的改进点在于结构而不依赖于该程序。另外，由于现有技术中已有大量文献报道了记忆合金的形变原理以及温度、电流对形变量的影响，本领域技术人员根据该原理也能很容易独立设计出该计算软件，因此，本发明所涉及的程序是本领域简单、已知的程序。

微处理器根据计算结果向电源4发出输出电流的指令，例如，当为“左倾、Ⅰ级”时，电源4向装置左侧的形状记忆合金棒3输出相对较低的电流，从而使左侧的记忆合金升温产生形变以矫正畸形。温度传感器6将检测到的记忆合金温度传输到存储芯片，微处理器进行读取从而将该记忆合金的温度和形变量始终控制在合理范围内。

医生或者患者在向液晶触摸屏上输入选择结果的同时还可根据需要输入患者能够耐受的压力值，当记忆合金形变量过大所产生的应力超出该压力值，微处理器向电源4发出降低输出电流的指令从而提高患者使用的舒适度，反之，当应力过低时则增加输出电流以提高疗效。该压力值在液晶触摸屏上以大、中、小表示，不同性别、年龄、体质的患者对压力的耐受程度不同，例如针对妇女和儿童，可将压力值设定为小，针对青壮年，可将压力值设定为大，针对老年，可将压力设定为“中”。系统使用压力值优先的原则，即当压力值一旦接近设定值，即使记忆合金形变量未达到所设定的级别，系统也会自动降低其电流从而维持该形变量，以确保治疗中的舒适性和安全性。

生理信号采集器8将采集到生理信号数据通过蓝牙反馈到存储芯片，存储芯片内同时还存储有正常人的体温、血氧、心率数值，微处理器读取存储芯片内的数据，经过简单的比较判断生理信号是否出现异常，然后再根据判断结果控制电源4的输出，例如，当检测到的体温、血氧、心率中的任何一个数值大于正常值，微处理器立即向电源4发出停止电流输出的指令，使记忆合金迅速恢复到形变前的状态，从而大幅提高了该装置的使用安全性。

本发明中的形状记忆合金棒、控制器、温度传感器、应力传感器、生理信号采集器等均为已有装置，本文中未详细描述的其它装置均为本领域现有技术，可通过各种商业途径或在现有装置的基础上进行简单改造获得。

Claims (10)

1.一种脊柱矫形装置，包括肩托(1)、腰托(2)和若干个形状记忆合金棒(3)，所述形状记忆合金棒(3)沿纵向设在肩托(1)和腰托(2)之间，其特征在于：还包括电源(4)和控制器(5)，所述形状记忆合金棒(3)上设有温度传感器(6)，所述控制器(5)设有输入装置、存储芯片和微处理器，所述温度传感器(6)与存储芯片通过数据线连接，所述形状记忆合金棒(3)和微处理器分别与电源(4)与电连接。

2.如权利要求1所述的脊柱矫形装置，其特征在于：所述形状记忆合金棒(3)上还设有应力传感器(7)，所述应力传感器(7)与存储芯片通过数据线连接。

3.如权利要求2所述的脊柱矫形装置，其特征在于：所述应力传感器(7)设在形状记忆合金棒(3)的两端。

4.如权利要求1所述的脊柱矫形装置，其特征在于：所述肩托(1)上还设有生理信号采集器(8)，所述生理信号采集器(8)位于肩托(1)的内侧且与存储芯片通过蓝牙进行数据连接。

5.如权利要求1所述的脊柱矫形装置，其特征在于：所述腰托(2)上设有制冷装置(9)。

6.如权利要求5所述的脊柱矫形装置，其特征在于：所述制冷装置(9)为半导体风扇。

7.如权利要求1所述的脊柱矫形装置，其特征在于：所述输入装置为液晶触控屏。

8.如权利要求1所述的脊柱矫形装置，其特征在于：所述肩托(1)和腰托(2)上设有出风口(10)。

9.如权利要求1所述的脊柱矫形装置，其特征在于：所述肩托(1)和腰托(2)上设有卡槽(11)，所述形状记忆合金棒(3)以可拆卸的方式固定在卡槽(11)内。

10.如权利要求1所述的脊柱矫形装置，其特征在于：所述肩托(1)和腰托(2)上设有固定带(12)。

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