CN112386327B - 负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统及工作方法，属于骨折固定设备技术领域，所述系统包括负压装置、第一空心钉、第二空心钉和骨水泥注射装置；所述负压装置通过第一管件与第一空心钉的一端连通，且第一空心钉的两端连通；所述骨水泥注射装置通过第二管件与第二空心钉的一端连通，且第二空心钉的两端连通；本公开通过负压装置和骨水泥注射装置的配合，在负压环境下向髓腔内注射骨水泥，使得骨水泥能够快速的充满髓腔，同时骨水泥可以让人体直接吸收，避免了现有的外固定和内固定方式的内部或者外部损伤，提高了固定效果，减少了病人痛苦。

Description

负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统及工作方法

技术领域

本公开涉及骨折固定设备技术领域，特别涉及一种负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统及工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

现在的骨折治疗技术越来越向着微创化，智能化发展，在完成微创骨折复位后，需要找到一种微创的固定方式，在现在流行的主要有外固定和内固定，代表性的有外固定架固定术、钢板固定术和髓内钉固定术。

但是，本公开发明人发现，现有的固定方式均有其不足，外固定时间过长后大概率出现针眼反应，后期皮色暗，患者生活不便；内固定的不足主要体现在血运破坏，愈合较慢，往往需要二次手术，另外，为植入内固定往往需要扩大刀口，造成进一步损伤。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统及工作方法，通过负压装置和骨水泥注射装置的配合，在负压环境下向髓腔内注射骨水泥，使得骨水泥能够快速的充满髓腔，同时骨水泥可以逐渐在体内降解，避免了现有的外固定和内固定方式的内部或者外部损伤，提高了固定效果，减少了病人痛苦。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统。

一种负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统，包括负压装置、第一空心钉、第二空心钉和骨水泥注射装置；

所述负压装置通过第一管件与第一空心钉的一端连通，且第一空心钉的两端连通；所述骨水泥注射装置通过第二管件与第二空心钉的一端连通，且第二空心钉的两端连通。

作为可能的一些实现方式，所述第一空心钉的第一端与第一管件螺纹连接，第一空心钉的第二端外表面为螺纹结构。

作为进一步的限定，所述第一空心钉的第一端开有内六角通孔。

作为可能的一些实现方式，所述第二空心钉的第一端与第二管件螺纹连接，第二空心钉的第二端外表面为螺纹结构。

作为进一步的限定，所述第二空心钉的第一端开有内六角通孔。

作为可能的一些实现方式，第一空心钉的第二端和第二空心钉的第二端的外表面均为螺纹结构。

作为可能的一些实现方式，所述骨水泥注射装置为电动骨水泥注射器。

作为可能的一些实现方式，所述负压装置为抽真空装置。

本公开第二方面提供了一种负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统的工作方法。

一种负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统的工作方法，利用本公开第一方面所述的负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统，包括以下步骤：

待骨折复位后，在低处的第二空心螺钉连接电动骨水泥注射器，高处的第一空心螺钉连接负压装置；

打开负压装置进行负压吸引，造成髓腔内负压环境；

打开骨水泥注射装置，使骨水泥填充髓腔，待骨水泥固化后断开负压装置和骨水泥注射装置。

作为可能的一些实现方式，所述骨水泥注射装置中的骨水泥体积大于髓腔体积。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开所述的系统或方法，通过负压装置和骨水泥注射装置的配合，在负压环境下向髓腔内注射骨水泥，使得骨水泥能够快速的充满髓腔，同时骨水泥可以在人体内降解，避免了现有的外固定和内固定方式的内部或者外部损伤，提高了固定效果，减少了病人痛苦。

2、本公开所述的系统或方法，通过第一空心钉和第二空心钉的设置，保证了负压装置的负压吸引和骨水泥注射装置的骨水泥快速注射，两个空心钉的与骨骼接触的一端均为螺纹结构，方便拧入骨骼，且两空心钉的远离骨骼的一端均设定为螺纹结构，能够实现与连接装置的更结实的连接，防止连接装置因压力过大而松动。

3、本公开所述的系统或方法，第二空心钉的钉尾为内六角的通孔，便于实现第二空心钉拧入骨骼，同时第二空心钉钉尾外表面的螺纹结构能够快速的实现与第二管件的可拆卸固定，提高了工作效率。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1提供的负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统的结构示意图。

图2为本公开实施例1提供的方法流程图。

图3为本公开实施例1提供的骨折示意图。

图4为本公开实施例1提供的远端骨复制示意图。

图5为本公开实施例1提供的虚拟复位示意图。

图6为本公开实施例1提供的复位轴示意图。

图7为本公开实施例1提供的对复位轴复制获得复制轴示意图。

图8为本公开实施例1提供的复制轴与远端骨绑定示意图。

图9为本公开实施例1提供的复位轴与近端骨绑定示意图。

图10为本公开实施例1提供的对绑定后的两个组合模型配准的示意图。

图11为本公开实施例1提供的基于复位轴和复制轴到达过牵对线对位状态的示意图。

图12为本公开实施例1提供的基于复位轴和复制轴到达回缩状态的示意图。

1-负压装置；2-骨水泥注射装置；3-第一空心钉；4-第二空心钉；5-骨水泥。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，本公开实施例1提供了一种负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统，包括负压装置1、第一空心钉3、第二空心钉4和骨水泥注射装置2；

所述负压装置通过第一管件与第一空心钉的一端连通，且第一空心钉的两端连通，负压装置能够通过第一空心钉将髓腔抽气成为负压；所述骨水泥注射装置通过第二管件与第二空心钉的一端连通，且第二空心钉的两端连通，骨水泥注射装置能够通过第二空心钉将骨水泥6注射到髓腔内。

本实施例中，所述负压装置为抽真空装置。

作为可能的一些实现方式，所述负压装置也可以采用一次性负压吸引装置、负压吸引器或者负压引流器等等，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。

本实施例中，所述第一空心钉的一端与第一管件螺纹连接，第一空心钉的另一端外表面为螺纹结构。

本实施例中，所述第一管件为钢管，可以理解的，在其他一些实施方式中，所述第一管件为塑料管或者塑胶管或者钢化玻璃管，且所述第一管件的可以是圆管，也可以是方管，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。

本实施例中，所述第一管件为塑料管，可以理解的，在其他一些实施方式中，所述第一管件为钢管或者塑胶管或者钢化玻璃管，且所述第一管件的可以是圆管，也可以是方管，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。

本实施例中，所述第一空心钉和第二空心钉的钉尾均为内六角通孔，用于实现空心钉快速拧入骨骼。

同时，第一空心钉和第二空心钉的钉尾也可以是其他类型的通孔，如内五角、七角或者八角或者四角，能够实现与紧固装置的配合方便拧入即可，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。

本实施例中，第二空心钉的第二端外表面为螺纹结构，用于骨骼的钻孔。

本实施中，所述骨水泥注射装置为电动骨水泥注射器。

可以理解的，在其他一些实施方式中，所述骨水泥注射装置也可以是人工的骨水泥注射器，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。

实施例2：

本公开实施例2提供了一种负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统的工作方法，利用本公开实施例1所述的负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统，包括以下步骤：

将原先复位用螺纹针改为空心钉，结构详见上图，远端近髓腔和近端近髓腔处螺钉应用空心改造螺钉；

按骨折复位的方法进行骨折复位，复位后应用多田公式计算髓腔的体积，准备的可吸收骨水泥要略大于体积值；

在低处的空心特制螺钉连接电动骨水泥注射装置，高处的空心特制螺钉连接负压装置；

首先打开负压吸引，造成髓腔内负压环境，在负压环境时，肌肉会向髓腔突出，可以阻止骨水泥外溢，打开骨水泥装置，使骨水泥填充髓腔，待水泥固化后撤出相关装置，完成固定。

按骨折复位的方法进行骨折复位，具体为：通过虚拟复位路径规划得到虚拟复位结果，根据虚拟复位的结果用机器人进行复位，所述虚拟复位路径规划，如图2所示，应用于两段骨折，以不带夹具和螺纹钉时为例，具体为：

步骤1：获取骨折断骨的CT扫描图像，对断骨远端和断骨近端进行分割建模，分别获得远端骨模型和近端骨模型；

步骤2：对远端骨模型进行复制，获得远端骨复制模型；

步骤3：移动远端骨复制模型，将远端骨复制模型与近端骨模型虚拟复位；

步骤4：构建具有定位点的复位轴及复位轴的复制轴，所述复位轴的长度不小于两个断骨中最长的骨折段；

步骤5：按照定位点位置相同，将复位轴的复制轴与远端骨模型进行绑定，将复位轴与步骤3中获得的复位组合模型进行绑定；

步骤6：根据复位轴及其复制轴上的定位点，获取两个断骨的复位轨迹。

本实施例根据设置具有定位点的复位轴，将远端和近端模型之间的匹配转换为复位轴之间的匹配，能够得到更适合临床的复位轨迹，能够实现快速精准复位，避免复位过程中的碰撞，减少病患的二次伤害。

步骤1中，获取骨折断骨的CT扫描图像，对断骨远端和断骨近端进行分割建模，分别获得远端骨模型和近端骨模型；

其中，可选的，CT扫描图像可以通过CT扫描设备获取，具体方法可以如下：

(1)对骨折部位的断骨分别进行固定，使得断骨不发生相对移动；

进行根据负重情况，在骨折近端和远端各打入合适数量、长度和直径的螺纹针；采用断骨的外固定装置固定两段断骨，使骨折近端和远端不会发生相对移动；

(2)将骨骼外固定装置和断骨放入CT扫描机中进行扫描，得到其CT图层；

可选的，获取数据后，可以采用逆向建模方法，进行重建获得远端骨和近端骨的三维数字化模型作为远端骨和近端骨虚拟模型，如图3所示，为在软件界面中显示的虚拟模型，本实施例以图中位置上端的断骨为近端骨，图示中下端的断骨为远端骨为例，对骨折复位规划进行说明。

步骤2中，对远端骨模型进行复制，获得远端骨复制模型；

步骤3中，移动远端骨复制模型，将远端骨复制模型与近端骨模型虚拟复位，获得复位组合模型；

具体的，如图4-5所示，生成远端骨复制模型后，保持远端骨模型不动，将远端骨复制模型与近端骨模型进行虚拟复位，虚拟复位的方法可以采用下面的方法。

可选的，可以采用自动复位，计算机自动虚拟复位：基于远端骨复制模型与近端骨模型的骨折断面进行配准；具体的，识别骨折断面的坐标数据，根据坐标数据识别骨折断面的形状信息，移动远端骨复制模型使得其骨折断面形状与近端骨模型的骨折断面相吻合。

可选的，可以采用手动虚拟复位：接收针对远端骨复制模型的虚拟复位操作，使远端骨复制模型与近端骨模型实现拼接，得到两个断骨的虚拟复位模型。作为一种实施方式，可借助三维建模软件，对远端骨复制模型执行拖动、旋转等操作，使远端骨复制模型与近端模型的断面实现拼接。

上述虚拟复位，需要根据虚拟复位的效果进行多次调整，如果将上述远端骨复制模型的虚拟复位路径作为骨折复位规划路径，机械臂跟随虚拟复位路径进行复位的过程中会出现多次碰撞，造成患者的二次伤害。本实施例构建了复位轴，基于复位轴将复位过程划分为多个阶段，使得复位系统能够分阶段依次按照该阶段的轨迹进行复位，具有临床意义。

步骤4中，构建具有定位点的复位轴及复位轴的复制轴，所述复位轴的长度大于两个断骨中最长的骨折段；

为便于操作，可以将复位轴及复制轴设置为与骨折断骨平行。

具体地，所述复位轴可以为圆柱体模型，所述定位点为圆球或者圆柱体模型。如图6-7所示，图中圆点即圆球模型。

步骤5中，将复位轴的复制轴与远端骨模型进行绑定，获得远端骨组合体；将复位轴与步骤3中获得的复位组合模型进行绑定，获得复位组合体；复位轴连接远端骨模型的定位点位置与复制轴连接复位组合模型的定位点位置相同。

绑定过程如图8-9所示，复位轴连接远端骨模型的定位点位置与复制轴连接复位组合模型的定位点位置相同，即为两个轴的定位点连接远端骨模型以及远端骨复制模型的位置为对应相同的位置。

步骤6中，根据复位轴及其复制轴上的定位点，获取两个断骨的复位轨迹。

具体的，可以将远端骨组合体进行移动，使得复位轴与其复制轴完全重合操作，重合操作过程中将复制轴的移动轨迹作为骨折复位轨迹输出，机械臂操作按照骨折复位轨迹进行移动，实现快速骨折复位。实现了将远端模型到近端模型的轨迹规划问题，转换为复制轴到复位轴的轨迹规划问题。

本实施例中，为实现减少骨折复位过程中的二次伤害，步骤6中可以采用过牵、对线、对位和回缩的四步复位法寻求断骨远端的复位路径。如图10-12所示，具体包括：

步骤6.1、过牵：以复位轴为基准，移动复制轴，使得两轴平行并在轴向位置错开设定的距离，获得断骨的远端模型轴向过牵的移动轨迹。

可选的，两轴平行后以两轴上的定位点的距离作为错开的距离，该错开距离可以设置为0.5-1cm，该步骤复制轴的移动轨迹输出至机械臂动作，对远端骨进行过牵操作，使得远端骨与近端骨间隔设定的距离。

步骤6.2、对线：移动复制轴，使得复位轴的轴线和复制轴的轴线重合，获得远端模型横向移动的对线轨迹。

具体的，以牵拉方向为轴向动作，与轴向垂直的方向为横向动作，该步骤复制轴的移动轨迹输出至机械臂动作，对远端骨进行对线操作，即产生横向移动操作，使得远端骨与近端骨在同一轴线上。

步骤6.3、对位：移动复制轴，使得复位轴的定位点和复制轴的定位点的连线与复制轴的轴线平行，获得远端模型横向旋转的对位轨迹。

具体的，该步骤复制轴的移动轨迹输出至机械臂动作，对远端骨进行对位操作，即产生横向旋转操作，使得远端骨与近端骨的断面相对。由于复位轴与复位组合模型绑定，其中复位组合模型是远端骨复制模型与近端骨模型进行复位后的模型，所以，按照复位轴的位置将复制轴移动至与复位轴重合的位置，可以实现断面配合的骨折复位。

步骤6.4、回缩：轴向移动复制轴，使得复位轴的定位点与复制轴的定位点重合，获得复制轴的轴向回缩轨迹。

具体的，该步骤复制轴的移动轨迹输出至机械臂动作，对远端骨进行回缩操作，即产生轴向靠近操作，使得远端骨与近端骨的断面重合。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统，其特征在于，包括负压装置、第一空心钉、第二空心钉和骨水泥注射装置；

所述负压装置通过第一管件与第一空心钉的一端连通，且第一空心钉的两端连通；所述骨水泥注射装置通过第二管件与第二空心钉的一端连通，且第二空心钉的两端连通；负压装置用于吸引并造成髓腔内负压环境，在负压环境时，肌肉会向髓腔突出，可以阻止骨水泥外溢，骨水泥装置用于使骨水泥填充髓腔，待骨水泥固化后撤出负压装置、第一空心钉、第二空心钉和骨水泥注射装置，完成固定；

按骨折复位的方法进行骨折复位，复位后在低处的第二空心钉连接电动骨水泥注射装置，高处的第一空心钉连接负压装置；

按骨折复位的方法进行骨折复位，具体为通过虚拟复位路径规划得到虚拟复位结果，所述虚拟复位路径规划具体为：

获取骨折断骨的CT扫描图像，对断骨远端和断骨近端进行分割建模，分别获得远端骨模型和近端骨模型；

对远端骨模型进行复制，获得远端骨复制模型；

移动远端骨复制模型，将远端骨复制模型与近端骨模型虚拟复位；

构建具有定位点的复位轴及复位轴的复制轴，所述复位轴的长度不小于两个断骨中最长的骨折段；

按照定位点位置相同，将复位轴的复制轴与远端骨模型进行绑定，将复位轴与复位组合模型进行绑定；

根据复位轴及其复制轴上的定位点，获取两个断骨的复位轨迹；

根据复位轴及其复制轴上的定位点，获取两个断骨的复位轨迹的方法，具体为：

过牵：以复位轴为基准，移动复制轴，使得两轴平行并在轴向位置错开设定的距离，获得断骨的远端模型轴向过牵的移动轨迹；

对线：设置旋转中心，移动复位轴，使得复位轴的轴线和复制轴的轴线重合，获得远端模型以旋转中心进行旋转移动的对线轨迹；

对位：移动复位轴，使得复位轴的定位点和复制轴的定位点的连线与复制轴的轴线平行，获得远端模型旋转的对位轨迹；

回缩：轴向移动复制轴，使得复位轴的定位点与复制轴的定位点重合，获得复制轴的轴向回缩轨迹。

2.如权利要求1所述的负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统，其特征在于，所述第一空心钉的第一端与第一管件螺纹连接，第一空心钉的第二端外表面为螺纹结构。

3.如权利要求2所述的负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统，其特征在于，所述第一空心钉的第一端开有内六角通孔。

4.如权利要求1所述的负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统，其特征在于，所述第二空心钉的第一端与第二管件螺纹连接，第二空心钉的第二端外表面为螺纹结构。

5.如权利要求4所述的负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统，其特征在于，所述第二空心钉的第一端开有内六角通孔。

6.如权利要求1所述的负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统，其特征在于，第一空心钉的第二端和第二空心钉的第二端的外表面均为螺纹结构。

7.如权利要求1所述的负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统，其特征在于，所述骨水泥注射装置为电动骨水泥注射器。

8.如权利要求1所述的负压环境骨水泥单孔注射骨折固定系统，其特征在于，所述负压装置为抽真空装置。

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