CN112368490B - 改进的矫形弹簧铰链系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

用于治疗解剖学关节紊乱的装置、套件和方法，更具体地，弹簧铰链包括：具有螺旋结构的主螺旋弹簧，所述螺旋结构具有中心空腔，其中当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，所述主螺旋弹簧形成彼此层叠的多个螺旋；其中所述主螺旋弹簧包括配置为相互嵌套的表面，以抵抗相邻螺旋层之间的平移运动或剪切运动。

Description

改进的矫形弹簧铰链系统及其方法
公开的领域
本公开在某些实施方案中涉及适于用作外部固定系统一部分的矫形铰链装置和系统。
公开的背景
在不限制本公开的范围的情况下，描述了与用于外部固定器和外部固定系统的矫形铰链相关的背景。通常，外部固定器常用于各种外科手术中，包括肢体延长、畸形矫正、骨折复位以及不愈合、不良愈合和骨缺损的治疗。该过程使用了刚性框架，所述刚性框架包括若干外部固定器，例如外部固定环。所述外部固定器被放置在所述肢体的外部并且使用丝和半销与骨段相连，所述半销插入到所述骨段中并且连接到所述外部刚性框架的相关部分。所述刚性框架的相对的环直接地或结合单平面或多平面铰链通过螺杆或伸缩杆互相连接，这使外科医生可以在使用时或在快速(剧烈地)或缓慢操纵骨段后经过一段时间将互相不平行的相对的环相连。
允许设置在两个外部固定器支撑件之间的铰链的受控运动对于各种病况的治疗是有益的。引入受控运动可加速骨愈合并改善关节的机动性。例如，在两个外部支撑件之间固定一个或多个铰链以允许解剖学关节的有限的枢转运动可以是有益的。铰链可允许解剖学关节的枢扭旋转，将运动重新引入了患者的关节。然而，这样的铰链应当提供足够的稳定性并且防止其沿除了解剖学关节轴之外的轴进行不需要的运动。沿着除了解剖学关节轴之外的轴进行不需要的运动可能对愈合过程产生负面影响，或对患者的解剖学关节造成损伤。例如，枢转运动过程中铰链的平移运动或剪切可能伤害解剖学关节并且有损解剖学关节的治疗或运动。平移运动或剪切运动可以发生在与铰链的纵向轴正交的平面上。
传统的单轴机械铰链虽已被应用于矫形治疗，但仍具有很大的局限性。机械销铰链可能无法充分地顺应患者解剖学关节的解剖轴，尤其是在关节轴动态变化时。当解剖学关节旋转或移动时，相应的旋转解剖轴可在三维中进行移位。此外，许多解剖学关节是高度复杂的，比如踝和腕，它们并不简单地遵循静态旋转轴。由于机械销铰链是静态的并且无法随动态解剖轴的旋转而动态地调节，因此使用机械销铰链在解剖学关节中引入的运动可能是有限的。如果机械销铰链与外部固定器结合使用，则患者的关节可能无法充分地或舒适地枢转。此外，如果所述机械销铰链的旋转轴与所述旋转解剖轴未对准，则围绕所述解剖学关节的枢转可导致所述关节的疼痛、不适、半脱位或错位，和/或对所述解剖学关节的损伤。
弹簧可用作铰链，所述铰链可允许旋转轴在所述解剖学关节的旋转或移动期间进行移位或调整到特定解剖学关节的旋转解剖轴的位置。然而，弹簧具有相对较高的不稳定性，并且其运动限度不会局限在特定平面或某一方向上。当弹簧在特定方向上弯曲时，构成弹簧的内层容易受到剪切力和运动的影响，导致弹簧也表现出平移运动或剪切运动。因此，传统的弹簧无法提供足够的稳定性，并且在与外部固定器一同使用时，也可能导致对解剖学关节的疼痛、不适和/或损伤。
由此，亟需改进的铰链，其可提供足够的稳定性，能够将枢转运动限制在有限数量的平面或方向上，同时还能够在相应的解剖学关节运动时动态地适应旋转解剖轴的移位。
概述
本公开大体上涉及适于与外部固定器使用和作为外部固定系统一部分的矫形铰链。在某些实施方案中，本公开中的矫形铰链可以提供围绕解剖学关节的枢转运动，同时基本上或完全防止围绕所述解剖学关节不需要的平移运动或剪切运动，或剪切。
在某些实施方案中，弹簧铰链包括：具有螺旋结构的主螺旋弹簧，所述螺旋结构具有中心空腔，其中当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，所述主螺旋弹簧形成彼此层叠的多个螺旋；其中，所述主螺旋弹簧包括在第一方向上具有凸形轮廓的第一表面，以及在与所述第一方向相对的第二方向上具有凹形轮廓的第二表面；其中，当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，具有所述凸形轮廓的所述第一表面的一部分嵌套在具有所述凹形轮廓的所述第二表面的相邻部分上；以及，其中所述嵌套的凸形轮廓和凹形轮廓抵抗在所述第一表面和所述第二表面之间的剪切运动。
在某些实施方案中，所述弹簧铰链可以包括弹簧常数约为10 至20lb/in的主螺旋弹簧。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧沿着横向平面的截面包括选自矩形，五边形和六边形的几何形状。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧沿着横向平面的截面包括正方形几何形状。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧的宽度约为5至25mm。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧的长度约为15至50mm。
在某些实施方案中，所述弹簧铰链还包括每一所述主螺旋弹簧上的端盖，其中所述端盖配置为与环形固定器固定。
在某些实施方案中，所述弹簧铰链与环形固定器固定。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧沿着解剖学轴弯曲定位。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧由选自不锈钢，电镀回火弹簧钢和涂覆的回火弹簧钢的材料制造。
在某些实施方案中，所述弹簧铰链还包括布置在所述主螺旋弹簧的所述中心空腔内的副螺旋弹簧。
在某些实施方案中，所述副螺旋弹簧阻止具有所述凸形轮廓的所述第一表面和具有所述凹形轮廓的所述第二表面之间的剪切，并且从所述未扩张状态移动到扩张状态时，所述副螺旋弹簧稳定所述主螺旋弹簧的运动。
在某些实施方案中，所述副螺旋弹簧的弹簧常数约为10至20 lb/in。
在某些实施方案中，所述副螺旋弹簧沿着横向平面的截面包括直径约为5至25mm的圆形几何形状。
在某些实施方案中，所述副螺旋弹簧的长度与所述主螺旋弹簧的长度基本相似。
在某些实施方案中，所述副螺旋弹簧由选自不锈钢，电镀回火弹簧钢和涂覆的回火弹簧钢的材料制造。
在某些实施方案中，弹簧铰链包括具有螺旋结构的主螺旋弹簧，所述螺旋结构具有中心空腔，其中当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，所述主螺旋弹簧形成彼此层叠的多个螺旋；以及设置在所述主螺旋弹簧的所述中心空腔内的副螺旋弹簧，其中所述主螺旋弹簧抵抗所述主螺旋弹簧的所述螺旋的剪切运动。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧包括在第一方向上具有凸形轮廓的第一表面，以及在与所述第一方向相对的第二方向上具有凹形轮廓的第二表面；其中当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，所述第一表面的一部分配置为嵌套在所述第二表面的相邻部分上；以及其中所述凸形轮廓和凹形轮廓抵抗在所述第一表面和所述第二表面之间的剪切运动。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧包括具有朝向第一方向的倾斜轮廓的第一平面，以及具有朝向第二方向的倾斜轮廓的第二平面；其中当所述主线圈处于未扩张状态时，所述第一平面的一部分配置为抵靠相邻螺旋的所述第二平面的一部分；以及其中所述第一平面和所述第二平面的所述倾斜轮廓抵抗在所述第一平面和所述第二平面之间的剪切运动。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧的弹簧常数约为0.5至5.0lb/in，并且所述副螺旋弹簧的弹簧常数约为10至20lb/in。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧沿着横向平面的截面包括选自矩形、五边形和六边形的几何形状。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧和副螺旋弹簧各自的长度约为15至50mm。
在某些实施方案中，所述弹簧铰链还包括每一所述主螺旋弹簧上的端盖，其中所述端盖配置为与环形固定器固定。
在某些实施方案中，所述弹簧铰链与环形固定器固定。
在某些实施方案中，弹簧铰链包括具有螺旋结构的主螺旋弹簧，所述螺旋结构具有中心空腔，其中当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，所述主螺旋弹簧包括彼此层叠的多个螺旋；第一端盖，包括用于与所述主螺旋弹簧的第一端结合的螺纹部分，以及用于将所述第一端盖安装到外部固定系统的固定特征；以及第二端盖，包括用于与所述主螺旋弹簧的第二端结合的螺纹部分，以及用于将所述第二端盖安装到外部固定系统的固定特征；其中所述主螺旋弹簧包括具有朝向第一方向的倾斜轮廓的第一平面，以及具有朝向第二方向的倾斜轮廓的第二平面，其中当所述主线圈处于未扩张状态时，所述第一平面的一部分配置为抵靠所述第二表面的一部分。其中所述第一平面和所述第二平面的所述倾斜轮廓阻止所述第一平面和所述第二平面之间的剪切，并当从所述未扩张状态移动到扩张状态时，稳定所述主螺旋弹簧的运动。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧的弹簧常数约为0.5至 5.0lb/in。
在某些实施方案中，所述弹簧铰链还包括布置在所述主螺旋弹簧的所述中心空腔内的副螺旋弹簧。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧沿着横向平面的截面包括选自矩形、五边形和六边形的几何形状。
在某些实施方案中，所述主螺旋弹簧和副螺旋弹簧各自的长度约为15至50mm。
在某些实施方案中，弹簧铰链包括具有螺旋结构的主螺旋弹簧，所述螺旋结构具有中心空腔，其中所述主螺旋弹簧包括多个螺旋；以及具有螺旋结构的间隙螺旋弹簧，所述螺旋结构具有中心空腔，其中所述间隙螺旋弹簧包括多个螺旋；其中所述间隙螺旋弹簧的所述多个螺旋布置在所述主螺旋弹簧的所述多个螺旋之间。其中所述间隙螺旋弹簧阻止在所述主线圈和所述间隙线圈之间的剪切，并当从所述未扩张状态移动到扩张状态时，稳定所述主螺旋弹簧的运动。
在某些实施方案中，治疗解剖学关节紊乱的方法可以包括将肢体的第一部分和第二部分用第一外部固定器和第二外部固定器固定在解剖学关节的对侧上，使得所述第一和第二外部固定器位于所述解剖学关节的各侧；将所述第一和第二外部固定器用矫形弹簧铰链相连。其中所述矫形弹簧铰链包括具有螺旋结构的主螺旋弹簧，所述螺旋结构具有中心空腔，其中当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，所述主螺旋弹簧形成彼此层叠的多个螺旋；其中所述主螺旋弹簧包括在第一方向上具有凸形轮廓的第一表面，以及在与所述第一方向相对的第二方向上具有凹形轮廓的第二表面；其中，当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，具有所述凸形轮廓的所述第一表面的一部分配置为嵌套在具有所述凹形轮廓的所述第二表面的相邻部分上。其中所述嵌套的凸形轮廓和凹形轮廓抵抗在所述第一表面和所述第二表面之间的剪切运动。其中所述矫形弹簧铰链提供围绕所述解剖学关节的枢转运动，同时基本上或完全防止关于所述解剖学关节的不需要的平移运动或剪切运动，或剪切。
在某些实施方案中，所述弹簧铰链还包括布置在所述主螺旋弹簧的所述中心空腔内的副螺旋弹簧。
在某些实施方案中，套件可以包括一个或多个弹簧铰链，每一弹簧铰链包括具有螺旋结构的主螺旋弹簧，所述螺旋结构具有中心空腔，其中当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，所述主螺旋弹簧形成彼此层叠的多个螺旋，其中所述主螺旋弹簧包括在第一方向上具有凸形轮廓的第一表面，以及在与所述第一方向相对的第二方向上具有凹形轮廓的第二表面，其中当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，具有所述凸形轮廓的所述第一表面的一部分配置为嵌套在具有所述凹形轮廓的所述第二表面的相邻部分上，以及，其中所述嵌套的凸形轮廓和凹形轮廓抵抗所述第一表面和所述第二表面之间的剪切运动；以及一个或多个可选的外部固定器、螺钉、螺栓或端盖。
附图简要说明
本公开的某些实施方案可以通过部分地参考本公开和附图进行理解，其中：
图1示出了本公开的一具体示例性实施方案的外部固定系统；
图2示出了本公开的一具体示例性实施方案的弹簧铰链；
图3示出了本公开的一具体示例性实施方案的弹簧铰链的截面；
图4A示出了本公开的一具体示例性实施方案的弹簧铰链；
图4B示出了本公开的一具体示例性实施方案的弹簧铰链的截面；
图5A示出了本公开的一具体示例性实施方案的弹簧铰链；
图5B示出了本公开的一具体示例性实施方案的弹簧铰链的截面；
图6A示出了本公开的一具体示例性实施方案的弹簧铰链；
图6B示出了本公开的一具体示例性实施方案的弹簧铰链；
图6C示出了图6A的弹簧铰链的另一视图。
图7A示出了本公开的一具体示例性实施方案的弹簧铰链；
图7B示出了本公开的一具体示例性实施方案的弹簧铰链的截面；
图8A示出了本公开的一具体示例性实施方案的外部固定系统的一部分；
图8B示出了本公开的一具体示例性实施方案的外部固定系统的一部分；
图8C示出了本公开的一具体示例性实施方案的外部固定系统的一部分；
图9A示出了本公开的一具体示例性实施方案的主螺旋弹簧；
图9B示出了本公开的一具体示例性实施方案的主螺旋弹簧的截面；以及
图9C示出了本公开的一具体示例性实施方案的弹簧铰链。
详述
本公开在某些实施方案中涉及适于与外部固定装置使用的矫形铰链。本公开的矫形铰链可以适于治疗各种解剖学关节，包括但不限于腕、肘、膝或踝。
根据某些实施方案，矫形铰链可以包括弹簧铰链，所述弹簧铰链适于与外部固定器使用，例如外部固定环。所述弹簧铰链可以包括具有螺旋结构的主螺旋弹簧。所述主线圈可以形成多个相互层叠或堆积的螺旋。当所述弹簧铰链处于未扩张状态时，所述螺旋层可以彼此倚靠。在某些实施方案中，弹簧铰链的线圈可以包含诸如302不锈钢、回火弹簧钢、音乐丝弹簧、镀膜的和/或聚合物涂覆的塑料、聚合物和/或其他弹性材料的材料。
用作线圈的聚合物和/或用于线圈的涂层的非限制性实例包括但不限于聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚甲醛(POM)、聚醚嵌段酯、聚氨酯(例如，聚氨酯85A)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚醚酯、醚或酯基共聚物(例如，丁烯/聚(亚烷基醚)邻苯二甲酸酯和/或其他聚酯弹性体)、聚酰胺、弹性体聚酰胺、嵌段聚酰胺/醚、聚醚嵌段酰胺(PEBA)、乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、硅酮、聚乙烯(PE)、Marlex高密度聚乙烯、 Marlex低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺 (PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯醚(PPO)、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚砜、尼龙、尼龙-l2、全氟(丙基乙烯基醚)(PFA)、乙烯乙烯醇、聚烯烃、聚苯乙烯、环氧树脂、聚偏二氯乙烯(PVdC)、聚(苯乙烯-b-异丁烯-b-苯乙烯)、聚碳酸酯、离聚物、生物相容性聚合物、其他合适的材料或其混合物、组合物、共聚物、聚合物/ 金属复合物等。
用于本发明的金属和金属合金的非限制性实例包括例如不锈钢，例如304V、304L和316LV不锈钢的；低碳钢；镍-钛合金，例如线性弹性和/或超弹性镍钛诺；其他镍合金，例如镍-铬-钼合金、镍-铜合金、镍-钴-铬-钼合金、镍-钼合金、镍-铬合金、镍-钼合金、镍-钴合金、镍-铁合金、镍-铜合金和镍-钨或钨合金等；钴- 铬合金；钴-铬-钼合金；富铂不锈钢；钛；它们的组合等；或具有足够机械强度以在矫形治疗期间控制关节运动(防止剪切和/或位移)的任何其他合适的材料。
本公开的弹簧铰链可以包括某些特征，其有利地允许围绕解剖学关节的枢转运动，同时基本上或完全防止绕所述解剖学关节的不需要的平移运动或剪切运动。此外，本公开的实施方案可以将解剖学关节的枢转运动限制在有限数量的平面或方向上，同时还能够在相应的解剖学关节的运动期间动态地适应旋转解剖轴的移动。
图1描绘了本公开的一示例性实施方案。如图所示，本公开提供了外部固定系统1000，其包括可与多个例如外部固定环1400， 1500的外部固定器结合使用的弹簧铰链1100。在某些实施方案中，外部固定环1400，1500可间隔仅几厘米。
优选地，该间隔以允许一环1500在与解剖学关节1650相关的整个运动范围内枢转。
弹簧铰链1100可以包括螺旋弹簧。螺旋弹簧可包括多个彼此堆积或层叠的螺旋1102。螺旋弹簧的每一螺旋1102或每一层可以与相邻的螺旋或层曲线地合并。例如，螺旋1102可以与位于其上方的螺旋和位于其下方的螺旋曲线地合并。弹簧铰链1100的螺旋弹簧可以在两端与端盖1200，1300相连。端盖1200，1300可以直接或间接地与外部固定系统1000的外部固定环1400，1500固定。
在某些实施方案中，本公开的外部固定系统1000可围绕解剖学区域1600固定。解剖学区域1600可基于需要治疗的区域来选择，例如骨折的区域、解剖学关节或已经历外科手术的区域。如图中所描绘的，解剖学区域1600可与解剖学关节1650重合，例如踝。然而，本公开的实施方案还可用于如腕、肘或膝。使用时，弹簧铰链1100可以允许解剖学关节1650的受控运动。弹簧铰链 1100可以以旋转轴(或轴)与解剖学关节1650的轴(或轴)对准的方式枢转或弯曲。此外，当解剖学关节1650弯曲时，弹簧铰链1100 的旋转轴可动态移动以与解剖学关节1650的旋转解剖轴的移动对准。当诸如踝的解剖学关节1650弯曲时，关节的旋转轴并不保持静止，而是在踝的移动或旋转期间移动其位置和/或方向。本实施方案可有利地提供弹簧铰链1100，其中弹簧铰链1100的旋转轴可动态地移动，以便与解剖学关节1650的旋转解剖轴对准。因此，当与用于矫形治疗的外部固定器结合使用时，本实施方案显著地降低了在使用具有静态旋转轴的铰链例如传统的机械销铰链时导致伤害或损伤的可能性。
在某些实施方案中，旋转轴可以与铰链的纵向轴正交。如本文所述，当弹簧铰链1100处于静止无应力状态时，纵向轴可以是沿弹簧铰链1100的长度方向的轴。在某些实施方案中，弹簧铰链 1100可以在静止无应力状态下是线性的或弯曲的。因此，根据弹簧铰链1100的几何形状，纵向轴也可以是线性的或弯曲的。
图2描绘了本公开的示例性的弹簧铰链2100。如图所示，弹簧铰链2100可以是包括多个螺旋2102的螺旋弹簧。在某些实施方案中，弹簧铰链2100的多个螺旋可以设置为彼此相邻的。弹簧铰链2100可以配置为与端盖2200，2300固定。端盖2200，2300 可各自包括多个螺纹2202，2302。多个螺纹2202，2302可以配置为在螺旋铰链2100的端部通过多个螺旋2102。在优选实施方案中，端盖2200，2300的螺纹2202，2302与螺旋弹簧的内表面适配。端盖2200，2300可有利地促进螺旋铰链2100与外部固定系统的固定。
弹簧铰链2100可沿纵向轴2800基本对准。端盖2200，2300 亦可沿该纵向轴基本对准。旋转轴2900可定义为与纵向轴2800 正交。该旋转轴2900可与弹簧铰链2100的旋转轴对应。例如，当垂直于纵向轴2800的力(F)施加在弹簧铰链2100上时，弹簧铰链2100可围绕旋转轴2900枢转或弯曲。
不论纵向轴2800是否为线性(例如，弹簧铰链可以具有弯曲的静止状态)，旋转轴2900可以与纵向轴2800正交或非正交。应当理解的是，绕不与纵向轴正交的轴的旋转可以在不失一般性的情况下被分解成绕与纵向轴正交的轴的旋转(“摆动”)，以及绕与旋转轴平行的轴的旋转(“扭转”)。因此，绕不与纵向轴正交的轴的枢转或旋转包括(通常为非零)的扭转成分。
此外，绕多个旋转轴的弹簧铰链的“复合”枢转是可能的，例如在使未受应力的静止状态下是弯曲的弹簧铰链进行枢转运动的情况下(由于弯曲的静止状态应至少包括相对于线性弹簧铰链的第一“摆动”旋转)。然而，还应注意的是，复合枢转可简化为(即，对应)绕一旋转轴的枢转。例如，在其未受应力的静止状态下弯曲的弹簧铰链的情况下，绕位于与原始弹簧曲线的旋转点相交的并且在该点处与弹簧铰链的纵向轴正交的平面上的旋转轴的第二摆动枢转，将导致弹簧铰链具有与施加在具有线性纵向轴的弹簧铰链的单一“摆动”枢转等同的最终状态。
在某些实施方案中，弹簧铰链2100可具有约5至50mm的长度，例如27mm。弹簧铰链2100还可具有约2至30mm的直径或宽度，例如13mm。螺旋弹簧的每一螺旋或层可具有约0.5至5mm 的厚度，例如1.6mm。在某些实施方案中，弹簧铰链2100可具有 5至50lb/in的弹簧常数，并且还可具有约10至20lb/in的弹簧常数。
图3描绘了本公开的某些实施方案的弹簧铰链3100的截面。弹簧铰链3100可包括具有螺旋结构的螺旋弹簧，从而所述螺旋结构形成多个螺旋3l02a，3l02b，3l02c。弹簧铰链3100的线圈结构可包括穿过弹簧铰链3100长度的中心空腔3104。在某些实施方案中，中心空腔3104的直径可为约2至25mm，例如9.5mm。多个螺旋3102a，3102b，3102c可以环绕或包围中心空腔3104。多个螺旋3l02a，3l02b，3l02c中的每一个可以在其上方和/或下方曲线地合并为螺旋，从而形成连续线圈。
在某些实施方案中，当线圈处于未扩张或静止状态时，多个螺旋3l02a，3l02b，3l02c可相互接触或可与相邻螺旋接触。例如，螺旋3l02a可包括上表面3l06a和下表面3108a。如本文所使用的，参考弹簧铰链3100的特定位置使用上和下。受益于本公开的本领域技术人员可以理解，术语上和下是相对的，并且调整弹簧铰链 3100的位置和/或方向将改变所述术语的使用。
螺旋3l02a的下表面3l08a可与相邻螺旋3l02b的上表面3l06b 接触或抵靠。此外，螺旋3l02b的下表面3l08b也可与相邻螺旋3l02c 的上表面3l06c接触或抵靠。类似地，上表面3l06a可以与螺旋 3102a上方的相邻螺旋接触。下表面3l08c可与螺旋3102c下方的相邻螺旋接触或抵靠。
如图3所示，多个螺旋3l02a，3l02b，3l02c的上表面3l06a， 3l06b，3l06c和下表面30l8a，30l8b，30l8c可具有平面或平坦截面轮廓。在多个螺旋3l02a，3l02b，3l02c的截面中，上表面3l06a，3l06b，3l06c可以是平坦的或平面的，以及下表面3l08a，3l08b， 3l08c可以是平坦的或平面的。在某些实施方案中，上表面3l06a， 3l06b，3l06c和下表面3l08a，3l08b，3l08c的平面或平坦表面可以基本上与弹簧铰链3100的纵向轴正交。弹簧铰链的纵向轴3800 可由在弹簧铰链3100处于静止状态时中心空腔3014的运行方向限定。螺旋的相对高的宽度W与厚度T之比有助于抵抗弹簧铰链 3100的相邻螺旋的平移运动或剪切运动。
上表面3l06a，3l06b，3l06c和下表面3l08a，3l08b，3l08c的平面或平坦表面可有利地提供相邻表面之间的摩擦接触，例如在下表面3l08a和上表面30l6b之间或在下表面3l08b与上表面3l06c 之间。摩擦接触可以阻止上表面3l06a，3l06b，3l06c相对于下表面3l08a，3l08b，3l08c的平移运动或剪切运动。在使用时，弹簧铰链3100可围绕其纵向轴3800折曲或弯曲，而上表面3l06a，3l06b， 3l06c相对于下表面3l08a，3l08b，3l08c几乎没有或没有平移运动或剪切运动。
在某些实施方案中，上表面3l06a，3l06b，3l06c和下表面3l08a，3l08b，3l08c可具有约0.5至10mm的宽度，例如3.2mm。上表面 3l06a，3l06b，3l06c和下表面3l08a，3l08b，3l08c的较长宽度可有利地提供相邻表面之间较大的接触面和摩擦，并由此可阻止或抵抗螺旋弹簧内螺旋的平移运动或剪切运动。此外，弹簧铰链3100 材料和/或表面处理还可阻止弹簧线圈彼此之间的平移运动或剪切运动。该等弹簧铰链3100材料可以包括302不锈钢、喷胶回火弹簧钢珠和/或其他弹性材料，并且表面处理可以包括网纹表面、或电镀的或使用诸如聚氨酯的材料涂覆的以增强线圈层之间摩擦的网纹表面，和/或在材料表面制造瑕疵的粗糙处理。
图4A描绘了本公开的某些实施方案的弹簧铰链4100。如图所示，弹簧铰链4100可包括多个螺旋4l02a，4l02b，4l02c，4l02d，和中心孔腔4104。当弹簧铰链4100未拉伸或处于未扩张静止状态时，多个螺旋4l02a，4l02b，4l02c，4l02d中的每一个可与上下相邻螺旋物理接触。
图4B描绘了图4A中描绘的弹簧铰链4100的剖视图。如图 4B所示，多个螺旋4l02a，4l02b，4l02c，4l02d可具有相应的上表面4l06a，4l06b，4l06c，4l06d和下表面4l08a，4l08b，4l08c， 4l08d。上表面4l06a，4l06b，4l06c，4l06d和下表面4l08a，4l08b， 4l08c，4l08d可以具有平面或平坦的截面轮廓。弹簧铰链的纵向轴 4800可以由中心孔腔4104运行方向限定。在某些实施方案中，上表面4l06a，4l06b，4l06c，4l06d和下表面4l08a，4l08b，4l08c， 40l8d的平面或平坦表面与弹簧铰链4100的纵向轴4800可以以约 25度至约65度相交。优选地，相交角度为约45度。
上表面4l06a，4l06b，4l06c，4l06d和下表面4l08a，4l08b， 4l08c，4l08d的平面或平坦表面可有利地提供相邻表面之间的摩擦接触，例如在下表面4l08a和上表面4l06b之间或在下表面4l08b 与上表面4l06c之间。摩擦接触可以阻止上表面4l06a，4l06b，4l06c，4l06d相对于下表面4l08a，4l08b，4l08c，4l08d的平移运动或剪切运动。在使用中，弹簧铰链4100折曲或弯曲时，上表面4l06a， 4l06b，4l06c，4l06d相对于下表面4l08a，4l08b，4l08c，4l08d几乎没有或没有平移运动或剪切运动。
上表面4l06a，4l06b，4l06c，4l06d和下表面4l08a，4l08b， 4l08c，4l08d的平面或平坦表面的倾斜方向还可有利地阻止或防止上表面4l06a，4l06b，4l06c，4l06d相对于下表面4l08a，4l08b， 4l08c，4l08d的平移运动或剪切运动。弹簧铰链4100的多个螺旋 4l02a，4l02b，4l02c，4l02d的每一螺旋可以具有锥形构造。具有锥形构造的多个螺旋4l02a，4l02b，4l02c，4l02d的层叠可使一系列锥形几何形状的轮廓彼此接触或相互嵌套。当平移力施加到弹簧铰链4100上时，嵌套的平面提供抵抗上表面4l06a，4l06b，4l06c， 4l06d相对于下表面4l08a，4l08b，4l08c，4l08d平移运动的阻力。因此，这种布置有利地提供了铰链装置，该铰链装置具有与其纵向轴基本正交的动态旋转轴，同时抵抗该装置的螺旋彼此之间的平移运动或剪切运动。
图5A描绘了本公开的实施方案，其中弹簧铰链5100的多个螺旋5l02a，5l02b，5l02c，5l02d围绕纵向轴5800设置并且具有互锁的阴阳特征或几何形状的上表面和下表面。例如，多个螺旋 5102a，5102b，5102c，5102d可具有在第一方向上具有凸轮廓的第一表面和在与第一方向相反的第二方向上具有凹轮廓的第二表面。在弹簧铰链5100的螺旋弹簧处于未扩张状态时，具有凸轮廓的第一表面的一部分可以配置为在具有凹轮廓的第二表面的相邻部分静止或嵌套。所述阴阳特征，例如凸轮廓和凹轮廓，可以阻止螺旋弹簧的多个螺旋的平移运动或剪切运动，并在从未扩张状态运动到扩张或静止状态时稳定主螺旋弹簧的运动。
图5B示出了图5A中描绘的实施方案的剖视图。如图5B所示，多个螺旋5102a，5102b，5102c，5102d可分别具有凹形的上表面5l06a，5l06b，5l06c，5l06d和凸形的下表面5l08a，5l08b， 5l08c，5l08d。图5B的配置是示例性地描绘，并且本公开涵盖了其他实施方案，例如上表面5106a，5106b，5l06c，5106d为凸形而下表面5108a，5108b，5108c，5108d为凹形。此外，如图5B 所示，纵向轴5800穿过弹簧铰链5100的中心孔腔5104。
上表面5l06a，5l06b，5l06c，5l06d和下表面5l08a，5l08b， 5l08c，5l08d的平面或平坦表面的凸凹方向也可以有利地阻止或防止上表面5l06a，5l06b，5l06c，5l06d与下表面5l08a，5l08b，5l08c， 5l08d的相对平移运动或剪切运动。多个螺旋5l02a，5l02b，5l02c，5102d的层叠可提供彼此接触或相互嵌套的一系列凸凹表面。当将平移力施加到弹簧铰链5100时，螺旋的凸部将偏向另一螺旋的凹部，从而提供抵抗多个螺旋51020a，51020b，5102c，5102d的平移运动的阻力。
在某些实施方案中，上表面5106a，5106b，5106c，5106d和下表面5108a，5108b，5108c，5108d可具有约1至5mm的曲率半径，优选为2mm。较小的曲率半径可以促进每一螺旋或层的彼此之间的更大稳定性，而且还可增加弹簧铰链5100的枢转运动的难度。较大的曲率半径可能更易于制造，并且使枢转运动更加容易，但其不能像具有较小曲率半径的实施方案那样更多地阻止弹簧铰链螺旋彼此之间的平移运动或剪切运动。
图6A和图6B描绘了本公开的示例性实施方案，其中在横向平面观察时，螺旋弹簧形成多边形形状。如图6A所示，弹簧铰链 6100A的螺旋弹簧在沿横向平面观察的截面中可以包括正方形几何形状或具有正方形轮廓。弹簧铰链6100A可包括四个侧面6110a。四个侧面6110a可不以锐角连接，而是可以与相邻侧面曲线地合并。在某些实施方案中，四个侧面6110a中每一个的长度可以为约20至30mm，优选约为25mm。
如图6B所示，弹簧铰链6100B的螺旋弹簧在沿横向平面的截面中可包括六边形几何形状或具有六边形轮廓。弹簧铰链6100B 可包括六个侧面6110b。六个侧面6110b可以不以锐角连接，而是可以与相邻侧面曲线地合并。在某些实施方案中，六个侧面6110b 中每一个的长度约为20至30mm，优选约为25mm。
弹簧铰链6100A，6100B的几何形状由侧面6110a，6110b形成，可以阻止构成螺旋弹簧的螺旋结构的上表面和下表面的平移运动或剪切运动和/或提供抵抗构成螺旋弹簧的螺旋结构的上表面和下表面的平移运动或剪切运动的阻力。当将平移力施加到弹簧铰链6100A，6100B的侧面6110a，6110b时，平移力将传递到并至少由相邻侧面6110a，6110b部分吸收。因此，多个侧面6110a， 6110b将有利地提供抵抗弹簧铰链6100A，6100B的螺旋的平移运动或剪切运动的阻力。
图6A和6B所描绘的实施方案仅作为示例提供。在某些实施方案中，弹簧铰链可沿横向平面具有圆形、三角形、矩形、五边形、六边形或任何多边形的几何形状。
图6C描绘了弹簧铰链6100A的视图，其中弹簧铰链已沿着与侧边6110a之一对准的轴A枢转。侧面6110a趋于限制弹簧铰链 6100A的弯曲方向或变形。在均匀的弹簧材料和截面的简单情况中，当枢转轴是与侧面6110a之一而不是角6110b之一对准时，弹簧铰链6100A对枢转运动的阻力最小。由此，弹簧铰链6100A 的旋转轴趋于限制与侧面6110a对准的少量的轴。换言之，线性(例如，与圆形相对)弹簧侧面提高了弹簧的纵向轴绕平面枢转(例如，由于关节弯曲)的稳定性。由于螺旋弹簧的旋转轴可以更好地与患者的解剖轴对准，使得其可以具有有益的治疗效果。作为附加特征，沿着横向平面(例如，图6A和图6B中的多边形)的弹簧线圈(螺旋)的几何形状可以不与弹簧的长度(如图6A和图6B所示)一致，而是可以沿弹簧线圈的长度而变化。例如，弹簧线圈轮廓可以基于相同的基本几何形状轻微旋转，从而根据弹簧的纵向轴弯曲或变形的程度来引导弹簧沿动态旋转轴弯曲。
具有非圆形轮廓的螺旋弹簧，例如图6A和图6B所示的多边形轮廓的螺旋弹簧，也可能导致具有各向异性的枢转阻力的枢转旋转轴(例如，经常但非必须，与弹簧线圈的纵向轴基本正交的轴)。换言之，螺旋弹簧的纵向轴弯曲或变形所需的力可能较大或较小，这取决于弯曲或变形的方向。具体地，相对于螺旋弹簧纵向轴限定的螺旋轮廓的半径可影响枢转阻力。例如，在螺旋具有基本均匀的材料和截面的情况下(例如，图6A和图6B所示的螺旋)，与相对于螺旋弹簧的纵向轴具有最大半径的螺旋的部分对应的方向(例如，图6A和图6B所示的多边形螺旋的“角”)将呈现最大的枢轴阻力。因而，与相对于纵向轴具有最小半径的螺旋部分对应的方向(例如，图6A和图6B所示的多边形螺旋的“侧面”)最易(即需要最小的力)使螺旋弹簧沿其弯曲或变形。此外，使螺旋弹簧在相对较大的枢转阻力的方向上弯曲或枢转(例如，对应于具有相对较大半径的螺旋部分的方向，例如多边形的“角”)通常可能是不稳定的，并且会导致弯曲运动的方向“收敛”至具有相对较小的枢转阻力的相对稳定的方向(例如，对应于半径相对较小的螺旋部分的方向，例如多边形的“侧面”)。如此，弹簧铰链能够“引导”和/或基本上限制弯曲的方向，这至少部分地取决于线圈螺旋的横向几何形状(轮廓)。
在均匀的螺旋材料和截面的简单情况下，枢转阻力的各向异性是由于在与具有较大螺旋半径的螺旋部分对应的方向上使弹簧线圈弯曲或变形时，要求整个弹簧线圈在较大的曲率半径上弯曲 (由于弹簧弯曲时，螺旋材料被压缩而使位于弯曲内部的材料大体上呈现为刚性的)。因而，需要压缩螺旋弹簧，使得对于弹簧的端点间给定的期望的弹簧角度(例如90度)，其纵向轴呈现相对较大的曲线。
然而，还应理解的是，弹簧线圈可包括非均匀的螺旋材料和/ 或截面，对于具有非圆形轮廓的螺旋弹簧，这还可以影响枢转阻力的各向异性或缺少枢转阻力的各向异性。例如，如果相对较大半径的螺旋部分具有较薄的截面或由相对于具有相对较小半径的螺旋部分更易压缩的材料构成，则在相对较大半径的螺旋部分的方向上的枢转阻力实际上可以与具有相对较小半径的螺旋部分对应的方向上的枢转阻力相等或甚至更小。换言之，影响各个方向上的枢转阻力的因素包括螺旋部分半径(相对于弹簧线圈纵向轴)、材料和截面。
如图7A所示，在本公开的某些实方案中，弹簧铰链7100可以包括主螺旋弹簧7120和副螺旋弹簧7140。在某些实施方案中，副螺旋弹簧7140可以设置在主螺旋弹簧7120的中心空腔7122内。可以配置副螺旋弹簧7140的尺寸使其插入或装配在中心空腔7122 内。例如，副螺旋弹簧7140的外部宽度可以小于中心空腔7122 的内部宽度，并且所述副螺旋弹簧的长度可以与中心空腔7122的长度或主螺旋弹簧7120的长度类似或小于中心空腔7122的长度或主螺旋弹簧7120的长度。在其他实施方案中，副螺旋弹簧7140 的长度可以大于主螺旋弹簧7120的长度。可以定位副螺旋弹簧7140，使得副螺旋弹簧7140与主螺旋弹簧7120相互共心。副螺旋弹簧7140和主螺旋弹簧7120可以共享相同的纵向轴。图7A还示出了位于主螺旋弹簧7120上表面的平面7200。平面7200与正交于弹簧铰链7200的纵向轴的平面对准。由此，当下方的螺旋遵照其螺旋路径时，平面7200逐渐变窄至狭小点7205。因此，平面 7200提供与端盖适配的均匀的正交的表面(见图8A)。
图7B示出了图6A中描绘的实施方案的剖视图。如图7B所示，主螺旋弹簧7120可具有螺旋，所述螺旋具有彼此互向嵌套的互补截面(例如，凹面和凸面)，以阻止螺旋的平移运动或剪切运动，如图5A、5B、6A和6B所示。图7B还示出了主螺旋弹簧7120 的上表面的平面7200，以提供与端盖适配的均匀的正交表面(见图 8A)。
在某些实施方案中，副螺旋弹簧7140可以是圆形线圈。主螺旋弹簧7120可以阻止弹簧铰链7100层相对于彼此的平移运动或剪切运动，并且当从未扩张状态移动到扩张状态时(如图6A、6B 和6C所示)，可以引导副螺旋弹簧7140的弯曲或变形。主螺旋弹簧7120可用于阻止副螺旋弹簧7140的平移运动或剪切运动，同时提供对副螺旋弹簧7120沿期望的旋转轴枢转运动或拉伸的最小阻力。在使用时，利用弹簧铰链7100的外部固定系统可以有利地允许患者弯曲解剖学关节，但没有不需要或不稳定的平移运动或剪切运动的风险。
在某些实施方案中，主螺旋弹簧7120可具有正弹簧常数；即，它可以抵抗沿其纵向轴的弯曲或变形。在其他实施方案中，主螺旋弹簧7120可以具有零弹簧常数(例如，由端部件固定未连接的螺旋或环，仅用于阻止平移运动或剪切运动并引导副螺旋弹簧7140 的弯曲或变形)，或者甚至是负弹簧常数(例如，主螺旋弹簧7120 在静止状态下将力施加到端部件)。
在某些实施方案中，主螺旋弹簧7120的中心空腔7122可具有约5至25mm的直径或宽度，并且还可具有约13至15mm的直径或宽度。可以配置中心空腔7122的直径或宽度以便容纳副螺旋弹簧7140。副螺旋弹簧7140可以具有约5至25mm的直径或宽度，并且还可以具有约12至14mm的直径或宽度。主螺旋弹簧 7120可以具有约25至30mm的长度(也可具有约15至50mm的长度)，并且副螺旋弹簧7140可具有约25至30mm的长度(也可具有约15至50mm的长度)。
副螺旋弹簧7140可具有约10至20lb/in的弹簧常数。此外，副螺旋弹簧7140可以由诸如各种聚合物或金属的材料构成。用于制造副螺旋弹簧7140的某些合适的材料包括但不限于回火弹簧钢、钢琴钢丝、302不锈钢和/或其他弹性材料。除了用于副螺旋弹簧 7140的材料之外，主螺旋弹簧7120可以包含任何柔韧的材料或成分。主螺旋弹簧7120可具有约0.5至5.0lb/in的弹簧常数。
本公开的实施方案可提供外部固定系统，其中弹簧铰链与端盖固定。图8A中描绘了端盖8200的示例性实施方案。端盖8200 可包括多个螺纹8202，其可用于固定弹簧铰链的主螺旋弹簧或副螺旋弹簧。例如，使用固定或旋入主螺旋弹簧的多个螺旋的内螺旋表面的多个螺纹8202，两个端盖8200可用于将主螺旋弹簧固定在任一端。在其他实施方案中，使用固定或旋入副螺旋弹簧的多个螺旋的内螺旋表面的多个螺纹8202，两个端盖8200可用于将副螺旋弹簧固定在任一端。在该等实施方案中，主螺旋弹簧可以围绕副螺旋弹簧布置并且可不与多个螺纹8202固定。
端盖8200还可包括第一法兰8204。第一法兰可以是直径大于多个螺纹8202的直径的环形突起。优选地，第一法兰可以包括可以与主螺旋弹簧或副螺旋弹簧上的平面配合的平面，例如图7A和图7B所描绘的平面7200。在某些实施方案中，两个端盖8200的第一法兰8204可用于将主螺旋弹簧固定在其之间。例如，副螺旋弹簧8140可固定在端盖8200的多个螺纹8202的任一端。围绕副螺旋弹簧8140的主螺旋弹簧8120可以通过每一端盖8200的第一法兰8204固定。第一法兰8204可防止主螺旋弹簧滑动或以其他方式滑落。例如，第一法兰8204可具有足够大的半径以与主螺旋弹簧8120的端部处的平面接触。当端盖与副螺旋弹簧8140螺纹固定时，第一法兰的内表面(即，面对主螺旋弹簧8120和副螺旋弹簧8140的表面)之间的距离可以使得主螺旋弹簧8120在端盖8204 之间被压缩，从而在端盖和主螺旋弹簧8120之间产生摩擦力，该摩擦力将主螺旋弹簧8120固定在副螺旋弹簧8140周围。
端盖8200还可包括设置在第一法兰8204上并从第一法兰 8204上突起的第二法兰8203。第二法兰8203可用于维持围绕副螺旋弹簧8140的主螺旋弹簧8120的居中定位。第二法兰8203可具有圆形轮廓(如图8A所示)或非圆形轮廓。具有非圆形轮廓的第二法兰可以保持围绕副螺旋弹簧的非圆形主螺旋弹簧的旋转方向 (例如图8B所示)。另一方面，具有圆形轮廓的第二法兰8203可以使主螺旋弹簧(其可以形成正方形或六边形螺旋轮廓)旋转并自对准。主螺旋弹簧的自对准能力可以调整外科医生在安装铰链过程中放置在两个外部支撑物之间的一个以上铰链(例如，一对铰链) 的轻微错位。由于手术过程中铰链对准是困难的，故这可以是有益的。
端盖8200还可以包括固定特征8206。固定特征8206可以将端盖8200与外部固定系统固定。例如，固定特征可以包括内螺纹 8208或其他紧固方式以直接或间接地与诸如螺杆的外部固定系统的一部分固定。
图8B和图8C中描绘了装置的示例性实施方案，其中两个端盖8200用于固定弹簧铰链8100。图8B是该装置的分解视图，图 8C是该装置的装配视图。两个端盖8200的多个螺纹8202可用于在任一端固定内部副螺旋弹簧8140。外部主螺旋弹簧8120可以像套筒一样装配在副螺旋弹簧8140上。两个端盖8200的第一法兰8204可以在其位置上固定主螺旋弹簧8120，并防止主螺旋弹簧 8120滑落或以其他方式与弹簧铰链8100分离。如图所示，固定特征8206还可以固定或紧固其他部件，例如外部固定系统的螺杆 8300。
图8B和图9C所示的装置8100可以通过将副螺旋弹簧8140 插入主螺旋弹簧8120来进行组装。然后，副螺旋弹簧8140可以通过例如手工或使用端盖操纵工具(例如，诸如扳手的通用工具，或适用于端盖的专用工具)与端盖8200螺纹结合(例如，通过螺钉)。插入到副螺旋弹簧8140中和/或与副螺纹弹簧8140紧固的端盖可以将或不将主螺纹弹簧8120摩擦固定在端盖之间(例如，以防止绕副螺纹弹簧8140的纵向轴滑动)。此外，固定扣或挂钩可从端盖表面的内部突出，以防止主螺旋弹簧8120旋转。一旦装配，装置8100 能够将图7A，7B中所示的益处提供给外部固定器，装置8100 通过与端盖8200的内螺纹8208螺纹结合的螺杆8300与外部固定器连接。
在某些实施方案中，主螺旋弹簧8120和副螺旋弹簧8140可以沿相反的方向盘绕(即具有相反的“盘绕方向”)，以便增强枢转期间(例如，由于关节折曲和/或弯曲)副螺旋弹簧的纵向轴的平面稳定性，在某些临床病例中可能会提出这些要求。主螺旋弹簧8120 和副螺旋弹簧8140的反向盘绕可以防止主螺旋弹簧8120和副螺旋弹簧8140的螺旋的交织或缠绕。
在某些实施方案中，多个螺纹8202可具有约3至6mm的长度。固定特征8206可具有约5至7mm的长度。第一法兰可以具有约22至25mm的宽度或直径，并且还可以具有约15至30mm 的宽度或直径。
图9A描绘了本公开的某些实施方案的主螺旋弹簧9120。主螺旋弹簧9120可以具有包括多个螺旋9122a，9112b，9l22c的螺旋结构。多个螺旋9122a，9122b，9102c中的每一个可以曲线地合并成一个或多个相邻的螺旋。在某些实施方案中，主螺旋弹簧9120 的多个螺旋9122a，9l22b，9l22c的上表面和下表面可以不与其上方或下方的螺旋接触。在该等实施方案中，主螺旋弹簧9120可以在线圈的每对螺旋或层之间存在间隙。例如，间隙9129可以设置在螺旋9122a，9122b之间。类似地，间隙9129可以设置在螺旋 9122b，9l22c之间。
图9B描绘了主螺旋弹簧9120的截面。可以形成主螺旋弹簧 9120的多个螺旋9112a，9l22b，9l22c，使得螺旋的上表面9l26a 和下表面9l28a各自具有凹形构造或凹形表面。因此，每一螺旋之间的间隙9129可具有圆形轮廓。间隙9129的尺寸和构造可配置成容纳间隔元件，例如间隙螺旋弹簧9160。
如图9C所示，间隙螺旋弹簧9160可以穿过主螺旋弹簧9120 的间隙9129。在主螺旋弹簧9120的多个螺旋之间布置间隙螺旋弹簧9160可用于阻止主螺旋弹簧的多个螺旋的平移运动或剪切运动，并且当从未展开状态移动到展开状态时可以稳定主螺旋弹簧9120 的运动。当对弹簧铰链9100施加平移力时，间隙螺旋弹簧9160 在主螺旋弹簧9120的间隙9129中穿过阻止平移运动或剪切运动，并且稳定弹簧铰链9100的平移位置。在施加平移力时，间隙螺旋弹簧9160可通过为主螺旋弹簧9120的多个螺旋提供待克服的摩擦障碍而阻止平移运动或剪切运动。例如，如果将平移力施加到主螺旋弹簧9120的一螺旋9122b上，而未施加到其上方和下方的螺旋9l22a，9l22c上，则被施加平移力的螺旋9l22b会将力传递到间隙螺旋弹簧9160上，随后会在相同的方向上传递力。然而，如果上方和/或下方的螺旋9122a，9122c没有承受最初施加的平移力，由于主螺旋弹簧9120相邻的线圈9l22a，9l22b，9l22c之间的连接，以及主螺旋弹簧9120的大致刚性和/或弹性的材料，上方和/或下方的螺旋9122a，9122c将对间隙螺旋弹簧产生反作用力。因此，间隙布置的螺旋弹簧9160促进了沿着主螺旋弹簧的纵向轴主螺旋弹簧9120的螺旋的一致对准。
主螺旋弹簧9120的间隙9129的曲率半径和间隙螺旋弹簧 9160的螺旋截面可影响对主螺旋弹簧9120的螺旋的平移和剪切的阻力。例如，较大的曲率半径可提供对平移运动的更大阻力(例如，由于抵消平移运动的间隙9129和间隙螺旋弹簧9160的较大摩擦表面)，而较小的曲率半径可为平移运动提供较小的阻力(例如，出于相反的原因)。此外，请注意，主螺旋弹簧9120的间隙9129和间隙螺旋弹簧9160的曲率半径可以不同。在某些实施方案中，主螺旋弹簧9120的间隙9129的曲率半径可以是约1至5mm，例如约2mm。在某些实施方案中，间隙螺旋弹簧9160的曲率半径可以是约1至5mm，例如约2mm。
在某些实施方案中，间隙9129可以具有约1至3mm的厚度，例如1.6mm。间隙螺旋弹簧9160可具有约10至20lb/in的弹簧常数。此外，间隙螺旋弹簧9160可以由诸如各种聚合物或金属的材料构成。用于间隙螺旋弹簧9160的某些合适的材料包括但不限于回火弹簧钢、钢琴钢丝、302不锈钢和/或其他弹性材料。
附图和本文中描绘的实施方案仅作为示例提供。其他实施方案也涵盖在本公开的范围之内。例如，其他实施方案可包括弹簧铰链及其纵向轴，该弹簧铰链在其静止状态形成弯曲构造。这样的弹簧可以并入任何上述特征。例如，弯曲的弹簧可以包括具有特定几何形状或上表面和下表面的螺旋，以阻止平移运动或剪切运动。弯曲弹簧也可以形成具有多个侧面的横向轮廓，例如矩形几何形状。弯曲弹簧也可以形成具有设置在其中心空腔的副螺旋弹簧，该副螺旋弹簧可以用来抵抗施加到弯曲弹簧上的平移力或剪切力。弯曲弹簧也可以在其螺旋之间形成间隙，从而使间隙螺旋弹簧可以穿过其中。
弯曲弹簧可提供各种优点或适于特定用途。例如，在外部固定器之间不能方便地安装或固定线性弹簧时，在上下外部固定器彼此不平行或上下外部固定器以一定角度固定的情况下，弯曲弹簧更为合适。
弯曲弹簧还可以帮助将解剖学关节固定在特定位置，例如弯曲位置。在使用时，患者便可施加枢转力以将弯曲弹簧折曲成线性结构。例如，这样的应用可以有助于解剖学关节的力量训练或围绕解剖学关节特定范围内运动的恢复。
本公开的实施方案还可提供具有弹簧铰链的外部固定系统，该弹簧铰链在受不同刺激时折曲或弯曲。例如，本公开的弹簧铰链可以配置为在暴露于较高或较低的温度时弯曲或变直。本公开的弹簧铰链可配置为在暴露于电流时弯曲或变直。这样的实施方案可以允许外部固定系统以及与之对应的解剖学关节进行受控的枢转运动，而患者无需施加力。
在使用时，可以将外部固定系统固定在患者的解剖学关节周围。通过使用诸如高温或电刺激的外部刺激，外部固定系统的弹簧铰链可以进行枢转运动，例如弯曲或变直，而无需患者施加力或减少患者施加力的需求。由此，可以在减少患者施加力的前提下，将运动引入患者的解剖学关节。此外，由于弹簧铰链螺旋之间有潜在间隙，基于弹簧的铰链可在畸变校正期间对新形成的骨骼施加动态影响。此外，弹簧铰链的弹性可以用作关节的减震器，以防止病理性关节的表面在承重和/或关节运动过程中过载。
受益于本公开的本领域技术人员可以理解的是，在不脱离本文所描述内容的情况下，可以想到用于矫形铰链的其他等同或替代的装置、方法和系统。因此，实施如图所示和所述的公开的方式仅被解释为说明性的。
在不脱离本公开范围的情况下，本领域技术人员可以对部件的形状、大小、数量和/或布置进行各种改变。例如，矫形铰链的位置和数量可以变化。在某些实施方案中，装置和/或系统的尺寸可按比例放大(例如，用于成人个体)或按比例缩小(例如，用于青少年个体)，以满足从业者的需求和/或期望。动词“可以(may)”出现时，除非另有说明，否则意在传达一个可选的和/或允许的条件，它的使用并不意味着存在任何不可操作性。在使用诸如“具有(having)”或“包括(comprising)”之类的开放式术语的情况下，受益于本公开的本领域技术人员可以理解的是，所公开的特征或步骤可选地可以与附加的特征或步骤组合。这种选择可以不被执行，并且实际上，在某些实施方案中，所公开的装置、系统和/或方法可以排除除了本文所公开的那些特征或步骤之外的任何其他特征或步骤。
此外，在已经提供了范围的情况下，所公开的端点可以根据特定实施方案的期望或需求被视为精确的和/或近似的。在端点是近似的情况下，灵活性的程度可以与范围的数量级成比例地变化。例如，一方面，在约5至约50的情况下，约50的范围端点可包括50.5，但不包括52.5和55；另一方面，在约0.5至约50的情况下，约50的范围端点可以包括55，但不包括60和75。此外，在某些实施方案中，混合并匹配范围端点是可取的。此外，在某些实施方案中，所公开的每一图形(例如，在一个或多个示例、表格和/或附图中)可以成为形成范围(例如，所描绘的值+/-约10％，所描绘的值+/-约50％，所描绘的值+/-约100％)和/或范围端点的基础。关于前者，在示例、表格和/或附图中描绘的值50可以作为例如约 45至约55、约25至约100和/或约0至约100的范围的基础。
如本说明书和权利要求书中所使用的，词语“包括(comprising)” (以及包括的任何形式，例如“包括(comprise)”和“包括(comprises)”)，“具有(having)”(以及具有的任何形式，例如“具有(have)”和“具有(has)”)，“包括(including)”(以及包括任何形式，例如“包括 (includes)”和“包含(include)”)或“包括(containing)”(以及包括任何形式，例如“包括(contains)”和“包含(contain)”)是含括性的或开放式的，并不排除其他未引用的元素或方法步骤。在本文提供的任何组合物和方法的实施方案中，“包括”可以被替换为“基本上由······组成”或“由······组成”。如本文中所使用的那样，短语“基本上由······组成”要求规定的要素或步骤以及其他实质上不影响所要保护的发明的特征或功能的那些要素或步骤。如本文所使用的，术语“由······组成”用于表示引用的要素的存在(例如，特征、元素、特性、属性、方法/过程步骤或限制)或要素组的存在(例如，特征、元素、特性、属性、方法/过程步骤或限制)。
提供名称、摘要、背景和小标题均是为符合法规要求和/或为读者提供方便。它们不包括对现有技术的范围和内容的承认，也不包括适用于所有公开的实施方案的限制。

Claims (8)

1.弹簧铰链，其包括：
具有螺旋结构的主螺旋弹簧，所述螺旋结构具有中心空腔，其中当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，所述主螺旋弹簧形成彼此层叠的多个螺旋；
其中所述主螺旋弹簧包括在第一方向上具有凸形轮廓的第一表面，以及在与所述第一方向相对的第二方向上具有凹形轮廓的第二表面；
其中当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，具有所述凸形轮廓的所述第一表面的一部分配置为嵌套在具有所述凹形轮廓的所述第二表面的相邻部分上；以及
其中所述嵌套的凸形轮廓和凹形轮廓抵抗在所述第一表面和所述第二表面之间的剪切运动。
2.如权利要求1所述的弹簧铰链，其中所述主螺旋弹簧沿着横向平面的截面包括选自矩形、五边形或六边形的几何形状。
3.如权利要求1所述的弹簧铰链，其中所述主螺旋弹簧沿着横向平面的截面包括选自正方形的几何形状。
4.如权利要求1所述的弹簧铰链，其中所述弹簧铰链还包括每一所述主螺旋弹簧上的端盖，其中所述端盖配置为与环形固定器固定。
5.如权利要求1所述的弹簧铰链，其中所述主螺旋弹簧沿着解剖学轴弯曲定位。
6.如权利要求1所述的弹簧铰链，其中所述弹簧铰链还包括布置在所述主螺旋弹簧的所述中心空腔内的副螺旋弹簧，其中所述副螺旋弹簧阻止在具有所述凸形轮廓的所述第一表面和具有所述凹形轮廓的所述第二表面之间的剪切，并且其中从所述未扩张状态移动到扩张状态时，所述副螺旋弹簧稳定所述主螺旋弹簧的运动，其中所述副螺旋弹簧沿着横向平面的截面包括圆形几何形状，并且其中所述圆形几何形状的直径为5至25mm，以及所述副螺旋弹簧的长度与所述主螺旋弹簧的长度基本相似。
7.套件，其包括：
一个或多个弹簧铰链，每一弹簧铰链包括具有螺旋结构的主螺旋弹簧，所述螺旋结构具有中心空腔，其中当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，所述主螺旋弹簧形成彼此层叠的多个螺旋；
其中所述主螺旋弹簧包括在第一方向上具有凸形轮廓的第一表面，以及在与所述第一方向相对的第二方向上具有凹形轮廓的第二表面；
其中当所述主螺旋弹簧处于未扩张状态时，具有所述凸形轮廓的所述第一表面的一部分配置为嵌套在具有所述凹形轮廓的所述第二表面的相邻部分上；以及
其中所述嵌套的凸形轮廓和凹形轮廓抵抗在所述第一表面和所述第二表面之间的剪切运动。
8.如权利要求7所述的套件，其还包括一个或多个外部固定器、螺钉、螺栓或端盖。
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