CN112587273B - 动物股骨手术定位固定架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动物股骨手术定位固定架，包括股骨定位固定臂，股骨定位固定臂连接于外部固定架，在股骨定位固定臂上设有腘窝定位单元、股骨干定位固定单元、踝部固定单元和膝部固定单元，其中股骨干定位固定单元中股骨干定位针、股骨干定位针回形卡同股骨干定位针座共同构成定位和固定股骨干的弹性卡环。本发明以解剖学四个位点(股骨干、腘窝、膝部和踝部)定位固定动物股骨于股骨定位固定臂，股骨手术定位固定臂限定手术中股骨实体对象的手术标准位置并固定，形成了股骨手术三维标准位象的手术小环境操作平台，从而保证实施股骨骨固定针穿刺、骨折和节段性骨缺损实验模型的手术标准化操作、实验动物股骨手术的可重复性和数据可靠性。

Description

动物股骨手术定位固定架

技术领域

本发明涉及一种医学实验动物模型专用手术器械，具体是为建立实验动物股骨骨折及股骨节段性骨缺损模型，实施股骨外固定手术技术，发明的一种专门针对实验室动物手术标准化和可重复性、以保证股骨外固定的骨固定针经皮穿刺锚定、股骨骨折或节段性骨缺损定点数字化手术而服务的骨外科手术定位固定装置。

背景技术

与长骨骨折治疗相关的并发症仍然是整形外科医师的主要挑战。阐明骨愈合和发育的机制，以及随后改变这些机制以改善结局，通常需要动物模型作为体外和人类临床研究之间的中介。小鼠股骨模型是翻译研究中最常用的模型，特别是世界范围内众多实验室已进入实际应用人源化转基因小鼠骨科学方法深入进行骨创伤修复和骨再生及骨生物材料的基础科学的研究；然而，转基因小鼠体积过小，缺乏适用于小鼠细小骨骼手术操作中的能够稳定骨骼的手术固定支持环境，导致了小鼠骨折、骨缺损模型的多样化，重复性差，使得小鼠骨折、骨缺损模型手术标准化难度极高。

目前国际上实验室小动物股骨实验模型中，骨折外固定技术一直是众多实验室最为期待解决的一个技术难题。由于常规手术器械和一般实验室技术背景难以实施标准规范可重复性的小动物骨骼手术，实验室小动物骨骼外固定手术的可操作性，成为世界范围内阻碍实验室开展小动物骨骼实验模型研究的瓶颈。

实验室小动物骨骼手术专用器械的研发，是一个门类稀缺而又有生命科学研究领域需求的事业，国际上已经有瑞士、德国和美国几家研发部门尝试开发，也做出了系列产品。但这些小动物骨骼手术专用器械的研发存在明显的问题，他们器械及配件和实际手术操作的可行性脱节，没考量实验室真正做手术人群的专业技术背景，研发出来的产品不易实际应用。因此，目前始终没有开发出具有突破性的实验室小动物骨骼手术实用的理想产品。

以瑞士RISystem动物手术器械公司开发的小动物股骨骨缺损外固定模型为例，因为产品设计和实验室手术环境应用技术环节的脱节，造成产品投放实验室后，实验人员无法正常实施及完成实验室标准手术。此类产品均是以标准件螺钉和标准件螺母板为结构配接成骨缺损外固定支架，它们的使用要求是，需要先在被固定的骨头上电钻打孔；其在骨骼管状骨上的钻孔及拧入的标准螺钉必须三维立体轴向径向均绝对标准垂直，且骨管螺钉钻孔间距及角度与标准件螺母板间距及角度绝对丝毫不差，做到这些才能保证连接骨头的螺钉端头螺纹丝口吻合于标准固定件螺母板，也就是说整个手术固定技术要求钻出的骨孔、拧入的螺钉，和连接的螺母板不能有丝毫的误差才能组合成稳定的外固定支架。问题是，以这样的要求操作装配一只座钟不难，因为钟表的框架可以在固定稳定条件下，并且每个螺钉的孔间距及三维垂直角度也是机器加工标准成型的，但骨骼是没有垂直水平方圆规则的，特别是手术操作中在没有稳定固定小鼠骨头措施的情况下，以上的操作就很难实施了。

随着生物学性状限定的基因工程动物的建立及模拟人类疾患的重要临床前动物医学模型技术的进步，人类应用人源化转基因动物模型进行“针对性”骨生物工程研究和临床骨修复医学研究有着越来越重要的意义。然而人源化转基因骨研究动物模型目前仅限于小鼠。因为小鼠骨骼太小，加之缺乏可靠的实施实验室小动物骨骼手术专用固定器械，模拟临床的应力骨骨折或节段性骨缺损及牵张成骨等模型的骨固定技术手术不易操作成功；多年来众多实验室均难于拿出转基因小鼠长管骨外固定模型标准化和重复性的实验结果，限制了医学研究尝试使用人源化转基因小鼠股骨模型实施骨研究的能力。

突破常规实施小鼠股骨骨折及骨缺损模型外固定技术是对医学科研的一个重大技术挑战。虽经不懈的努力，一种新颖的超细径套管式骨固定针发明问世，实现了针对小动物细小骨骼电动驱动经皮穿刺骨固定针的可能，但是，小鼠股骨尺寸极小，手术操作空间有限，且麻醉后的小鼠机体瘫软，皮毛软组织下的骨骼解剖界定难分，仍限制了骨固定针经皮穿刺锚针操作的可能。实践表明，在不开皮的情况下实施定位穿针或准确手术操作，在没有标准三维手术固定系统装置，仅靠手术助手徒手或手持持骨钳稳定手术骨骼等，是很难实现电动经皮进针穿骨操作的。

所以，使用经皮钻骨锚针技术建立骨外固定手术模型，重中之重是对小鼠手术肢体进行手术立体定位固定。如果能开发一个针对小鼠骨骼的三维立体标准定位的手术固定系统，就可能大大增加实验室小动物骨骼手术的可操作性。也只有这样，才可能实现实验动物骨外科手术模型的标准化和可重复性；也只有手术时小动物骨骼的标准体位三维稳定固定，才可能引入组织解剖显微镜下手术操作、手术机器人操作、数控机械臂3D手术操作等现代技术的应用。也应该说，一个手术立体三维的固定装置，是引入现代数字化手术技术实际应用的基础。

本申请发明人提交的中国专利申请(申请号2018114327534)公开一种动物胫骨外科手术定位固定装置，包括连接于外部固定架的胫骨定位固定臂，在胫骨定位固定臂上设有腘窝定位单元、膝部固定单元和踝部固定单元，胫骨手术定位固定臂用于限定胫骨手术中动物胫骨的手术标准位置并固定，形成了胫骨手术三维标准位象的手术小环境操作平台，实现了实验室动物胫骨手术的三维立体定点手术固定，可保证实施胫骨骨固定针穿刺、骨折和节段性骨缺损实验模型的手术标准化操作、实验动物胫骨模型手术技术的可重复性和数据可靠性。

但该装置仅适用于动物胫骨外科手术，因此需要开发建立一个立体三维的动物股骨定位固定装置，重点解决小动物股骨手术实施上的可操作性，把实验室动物手术要求的标准化、重复性、可靠性落实在可控实施手术的技术程序上，而最终实际反映在动物实验模型的手术结果上。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种结构简单，方便实用，能够进行小鼠股骨骨外科手术的手术定位固定器械，可将实验小鼠难以实施的应力骨骨折、节段性骨缺损和牵张成骨等的股骨外固定手术技术，变为一般实验室技术人员可以驾驭开展的手术技术。

为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

动物股骨手术定位固定架，其特征在于，所述动物股骨手术定位固定架包括股骨定位固定臂，股骨定位固定臂连接于外部固定架，在股骨定位固定臂上设有腘窝定位单元、股骨干定位固定单元、踝部固定单元和膝部固定单元；

所述腘窝定位单元包括至少一个腘窝定位固定针针孔和对应的腘窝定位针座；

所述股骨干定位固定单元包括骨固定针锚针托板和股骨干定位针回形卡，骨固定针锚针托板上设有至少两个横向排列的股骨干定位固定针针孔，以及与针孔对应的股骨干定位针座，股骨干定位针穿过针孔锚入股骨干定位针座后，股骨干定位针的外露尾端通过股骨干定位针回形卡夹持卡住，股骨干定位针、股骨干定位针回形卡同股骨干定位针座共同构成定位和固定股骨干的弹性卡环；

所述踝部固定单元包括竖直设立的趾踝关节固定板和用于捆绑趾踝关节的弹性绷带绳；

所述膝部固定单元包括竖直设立的膝关节固定板和用于捆绑膝关节的弹性绷带绳。

本发明以解剖学四个位点(股骨干、腘窝、膝部和踝部)定位固定动物股骨于股骨定位固定臂，股骨手术定位固定臂限定手术中股骨实体对象的手术标准位置并固定，实现实验室动物股骨手术的三维立体定点手术固定，从而保证实施股骨骨固定针穿刺、骨折和节段性骨缺损实验模型的手术标准化操作、实验动物股骨模型手术技术的可重复性和数据可靠性。特别是在实验室小动物股骨外科手术操作中，存在着手术对象体型过小、手术视野及操作区域有限、麻醉后的动物机体瘫软、股骨深埋于皮毛下肌肉软组织血管神经丛及骨骼难以定位等，本发明将固定了动物股骨的股骨定位固定臂作为一个手术操作的核心平台，用股骨定位固定臂限定股骨手术中动物股骨的手术标准位置，具备有三维标准位象的手术小环境操作平台始终为一个不变的独立环境，在手术大环境的维度发生变化情况下，手术操作者只需要以这个独立环境为矫正参照，即可始终盯准和把控股骨手术操作的三维位象和角度。

作为本发明的一种优选方案，所述外部固定架为立体三维可调固定架；立体三维可调固定架使股骨定位固定臂具有稳定的基于垂直和水平轴向的立体三维可变性，用于给手术操作者提供其所需要的手术大环境适宜体位。在一个具体实施例中，立体三维可调固定架由水平轴、垂直轴和连接水平轴与垂直轴的立体三维调控器组成，立体三维调控器设有垂直升降旋钮和水平移动旋钮。股骨手术定位固定臂设于水平轴的一端。立体三维可调固定架使股骨定位固定臂具备立体三维可调功能。通过立体三维可调固定架的三维移动及转角的灵活调节，可随意改变手术操作的核心平台(固定了动物股骨的股骨定位固定臂)的位置和角度，用于给手术操作者提供其所需要的手术大环境适宜体位。

作为本发明的一种优选方案，所述腘窝定位针座由定位针座台基和凸起的定位针鞘仓组成，定位针针鞘设于定位针鞘仓内，定位针针鞘与腘窝定位固定针针孔相贯通。

作为本发明的一种优选方案，所述股骨干定位针座上设有定位针针鞘，定位针针鞘与股骨干定位固定针针孔相贯通，股骨干定位针穿过股骨干定位固定针针孔锚入定位针针鞘内；所述股骨干定位固定针针孔设于腘窝定位固定针针孔的下方；在动物后肢定位固定后，股骨干定位固定针和腘窝定位固定针露出于皮外的固定针尾端，构成经皮穿刺锚进股骨骨固定针时的体外标识线点。穿越股骨干两侧的股骨干定位固定针穿过股骨干定位固定针针孔并插入股骨干定位针座，即与股骨干定位针座、卡锁固定针尾端的定位针回形卡构成双定位针弹性夹持固定股骨干的股骨干定位固定站点。

作为本发明的一种优选方案，所述股骨干定位针座由定位针座台基和凸起的定位针鞘仓组成，至少二个波形道定位针针鞘设置于定位针鞘仓内。穿刺股骨干中段位点上缘下缘并插入股骨干定位固定针可使用25G的注射器针头。股骨干定位针座可以用螺钉或冷焊技术与股骨定位固定臂连接固定。对应于股骨干定位固定针针孔的二个定位针针鞘为波形道定位针针鞘，设于股骨干定位针座及凸起的定位针鞘仓内，可保证股骨干定位针插入股骨干定位固定针针座波形道定位针针鞘后的锚定紧张度。股骨干定位针与股骨干定位针回形卡、股骨干定位针波形道针鞘、股骨干定位针座构成弹性夹持股骨干定位的闭合固定环锁；股骨干双侧位的双针夹持定位固定设计，即闭合环锁锁定股骨于定位固定臂上的股骨干定位固定站点的同时，股骨干定位固定针和腘窝定位固定针定位固定动物股骨后露出于皮外的固定针尾端，构成经皮穿刺锚进股骨骨固定针时的体外标识线点。在这些标识线点的指引下，手术操作者可轻易实现股骨固定针的准确穿刺，直接解决了体外标示骨固定针经皮穿刺进针位点，实现了股骨骨固定针经皮穿刺进针锚针的可操作性。

作为本发明的一种优选方案，所述股骨干定位针回形卡由中部的固定针回形卡夹和两端的回形卡夹按钮组成。

作为本发明的一种优选方案，在股骨定位固定臂上骨固定针锚针托板垂直下方，设有大腿托板。

在一个具体实施例中，腘窝定位固定针针孔共设有a,b,c三个，呈斜向排列，以满足不同体型大小的动物股骨定位固定，例如，针孔a用于体重在15-25克之间的小鼠股骨固定，针孔b用于体重在26-35克范围的小鼠，针孔c用于大于36克的成年小鼠。穿刺腘窝的腘窝定位针可使用25G的注射器针头。腘窝定位针座可以用螺钉或冷焊接与股骨定位固定臂连接固定。对应于腘窝定位固定针针孔a,b,c的三个定位针针鞘设于腘窝定位针座上凸起的定位针鞘仓内，可保证腘窝定位针插入腘窝定位固定针针孔后垂直稳定。

作为本发明的一种优选方案，所述膝关节固定板上设有膝关节捆绑槽口。

作为本发明的一种优选方案，所述趾踝关节固定板上设有趾踝关节捆绑槽口。

股骨干定位固定单元和膝部腘窝固定单元构成了解剖学定位固定动物股骨于股骨定位固定臂的两个重要站点。股骨干固定针双侧贴近股骨干骨表面上缘下缘，穿刺分隔开了肌肉深层股骨旁的血管神经丛，达到对血管神经无创的弹性夹持股骨干定位固定；在使用弹性绷带经过膝关节固定板上的膝关节捆绑槽口捆扎动物膝关节部位时，腘窝定位针座上凸起的定位针鞘仓柱状体和已插入腘窝定位固定针针孔的注射器针头尾座二者提供了两个绑扎支撑点。腘窝定位针座设于膝关节固定板背面根部。通过这两个绑扎支撑点，避开了膝关节腘窝后富含血管神经的软组织干扰，弹性绷带可以牢固捆扎膝关节部，防止肢体瘀血的可能；同样，以趾踝关节固定板为支撑背景，固定板边缘宽出小鼠趾踝关节直径，用弹性绷带经固定板两侧的趾踝关节捆绑槽口捆扎动物踝关节，同样防止了肢体瘀血的可能，达到了后肢远端捆扎固定的目的。

作为本发明的一种优选方案，所述股骨定位固定臂上横向胫骨位和垂竖股骨位设有弧状凹陷软组织卧槽。这是一个为适应动物后肢绑扎肌肉群软组织顺势分布设计的一个重要的生理弯曲卧槽，以保持动物股骨在手术过程中能够无创固定平稳。

作为本发明的一种优选方案，膝关节固定板和骨固定针锚针托板之间，以及骨固定针锚针托板和大腿托板之间设有穿针窗口。在骨固定针穿刺入股骨后，骨固定针的尖端可从穿针窗口穿出，然后穿出体外的骨固定针前段作为后一步90°折弯形成连肩搭桥备用。

作为本发明的一种优选方案，所述股骨定位固定臂通过手术定位微调器与立体三维可调固定架的水平轴连接。动物股骨固定在股骨定位固定臂上作为一个手术操作的核心平台，可以任意地由立体三维可调固定架调整手术操作的核心平台的三维位置和角度，这样可以方便满足手术操作者的不同手术操作体位的要求，比如手术解剖显微镜下的操作，手术机器人或数控机械臂等3D手术操作系统等。手术定位微调器和立体三维调控器可以数字化提供以定位固定臂为手术操作平台的垂直、水平及转角为基准的位置改变，根据对应的调控数据变化，提供手术机器人或数控机械臂等3D手术操作跟进改变三维位置和角度，以方便引入手术机器人或数控机械臂的3D手术精准操作。

本发明的动物股骨手术定位固定架可以配备升降手术台一起使用，在股骨定位固定臂手术小环境操作平台随着手术大环境升降变动后，升降手术台可以托举动物机体跟进升降变动。

以上多项优选方案的组合，促成本发明动物股骨手术定位固定架具备三个方面的基本功能：1、股骨定位准确，固定稳固，实施手术时动物后肢及小鼠股骨非常方便无创稳定地固定在标准三维标识的定点位置，手术完毕后又很容易从固定装置上无伤害卸下分离。2、对于经皮定点穿刺骨固定针、限位骨折和节段性骨缺损大小位置的手术操作起到标定限制作用，可数字化定点或保留动物股骨的标准手术位置，用于锚定外固定针以及执行骨折或节段性骨缺损的标准范围。3、手术对象固定在三维定点标准位置和具备立体三维标识位象的小环境平台，引导手术实施者三维手术操作；同时，股骨定位固定臂可由立体三维可调固定架做数字化横轴和纵轴位移或做轴线角度变动，允许固定有动物肢体的定位固定臂手术平台顺应手术大环境三维位置需求，方便对接多元化手术操作中数字化手术定位要求。

本发明动物股骨手术定位固定架解决了实验室小动物股骨手术操作无法固定的技术难题。手术中稳定可靠的小鼠股骨定位固定，明显提升了实验室小动物手术的可操作性及器械备件手术应用的可实施性；同时，在具体手术实施中，本装置保证了数字化实施操作标准，做到了定点穿刺锚针位置、限定骨折位置、切割骨缺损位置及牵张成骨尺寸大小等，真正实现了实验室小动物手术模型的标准化、重复性和可靠性。

本发明至少具有以下有益效果：

1、实现了生命科学骨研究领域小动物股骨外固定模型的实际应用。原本小鼠股骨的超小体积和手术定位的不确定性，在本发明固定架的定位固定下，给出了一个标准化的、具有三维定位的、稳定固定了的股骨的手术环境，解除了多年来没有小动物肢体的良好手术固定，做不出可重复性的手术结果的困扰。同时，改变了即使已经有了系列的为小动物手术研制的精致手术器械(比如电动穿刺超细径骨固定针)，在动物肢体没有固定装置的情况下，仍是不能正常进行骨固定针经皮穿刺操作的历史。

2、保证实验动物模型实验数据的可靠性和可重复性。本发明动物股骨手术定位固定架，使得手术操作者能够自如应对实验室小动物手术环境；只要以固定装置为手术大环境，以局部定位固定臂为手术操作平台的手术小环境，以三维不变的小环境适应变化的大环境，不论手术大环境怎样变化，依据定位固定臂自成一体的三维标识系统，盯住定位固定臂三维操作平台，就能确定找到和保证手术体三维立体空间的相互关系；即本固定架可以在不开皮情况下，使超小的转基因小鼠股骨有一个标准的三维立体定位，从而保证手术的准确实施，降低手术故障率，做到动物模型实验数据的可靠和可重复。

3、满足数字化手术机器人技术实施要求。在本固定架固定下的动物股骨手术，因为具有独成一体的三维手术平台的保证，因此可以满足手术操作者不同的体位和不同视野要求下的手术环境，比如可以满足在手术显微镜下的、手术机器人数控定位操作的、或视频记录仪下的特殊体位的手术要求。实现了每组实验动物及组间实验动物的数字化标准控制，达到实验动物骨研究模型的数字化程序操作要求，确保了手术实施程序可控及手术标准统一。

4、符合可靠无创的实验动物手术稳定固定要求。股骨干定位固定单元和膝部腘窝定位固定单元构成了解剖学定位固定动物股骨的两个重要位点。股骨干固定针贴近股骨干前缘后缘两侧骨表面，穿刺分隔开了肌肉深层股骨旁的血管神经丛；达到对血管神经无创的弹性夹持股骨干定位固定；将穿刺腘窝的固定针插入腘窝定位固定针针座，以定位固定针为支点，避免了固定时可能发生的软组织挤压，辅以膝关节和踝关节部位宽体固定板弹性绷带绑扎，避免了肢体淤血。三个解剖位点无创伤固定，提供手术过程中稳定不变的手术固定条件，做到了手术后不留创伤的手术固定要求。

5、降低了实验动物模型手术难度和实验动物的成本投入。动物股骨手术定位固定架的应用，保证了动物手术过程中动物股骨的标准稳定固定，使手术操作容易掌握，使得原本复杂的手术明显简化，手术技术变得实用可靠，更多的研究人员能够掌握动物股骨外科手术，减少手术失败；同时，该装置下的稳定的手术体位固定，手术操作人员能够安全，有效和独立地进行股骨外科手术，改变了以往小动物手术实施中常需要高度配合的助手或全程扶持固定动物的助理的情况，提高了手术成功率，并减少了人员投入。

6、支持多项目的实验动物设计程序。本发明的动物股骨手术定位固定架支持与多个相关的外科手术器械相结合，允许小动物模型股骨外科手术中实现多项研究计划，例如，实验室小鼠股骨骨折或节段性骨缺损模型的经皮穿刺外固定针的外固定，包括使用人工生物骨材料或生骨细胞作为测试材料，并允许在一次手术时引入它们(用于急性节段性骨缺损)，或在初始骨缺损手术后，当骨头断端已经封闭或假关节形成(用于慢性骨不连接或骨不愈合模式)，以能够表征人工合成骨移植替代物和移植成骨细胞的工作状况，有助于科研记录演绎全程成功的骨修复结果。

7、开拓多种类实验动物股骨模型手术实施应用。本发明不仅实现了转基因小鼠股骨外固定模型的实际应用，同样可以延伸至大鼠等其他实验动物的股骨外固定模型，实施骨折和节段性骨缺损实验研究的标准化技术应用。如本发明技术可以实现多种类动物实验模型的标准化不开皮股骨外固定手术，建立模拟临床的封闭性股骨骨折实验模型；慢性限定性节段骨缺损复次手术实验模型(二次、甚至多次重复手术)；股骨骨折(刚性或柔性外部固定)；骨缺陷人工材料植入(急性或慢性骨不愈合)等多种类动物股骨手术。

8、遵循国际实验动物的“替代，减少和优化”三R动物福利伦理原则(Replacement\Reduction\Refinement)。由于小动物手术实施做到了简单标准可重复，手术失败率下降，手术结果稳定可靠，甚至可以零故障率取得动物实验结果。所以，使用小动物替代大动物；手术的成功率和实验的可重复性，减少了动物使用的数量；优化的实验动物手术实施技术程序，得以响应国际实验动物的“替代，减少和优化”的实验动物的应用原则及人道主义的实验动物福利伦理原则。

附图说明

图1是本发明实施例动物股骨手术定位固定架整体单元结构示意图。

图2是股骨定位固定臂与立体三维调控器及手术定位微调器相连接的结构示意图。

图3是股骨定位固定臂结构示意图。

图4是图3所示股骨定位固定臂正面局部结构正视图。

图5是图4的右视图。

图6A是腘窝定位针座右视图。

图6B是图6A所示腘窝定位针座的后视图。

图6C是图6A所示腘窝定位针座的俯视图。

图6D是图6A所示腘窝定位针座的立体图。

图7A是股骨干定位针座右视图。

图7B是图7A所示股骨干定位针座的后视图。

图7C是图7A所示股骨干定位针座的俯视图。

图7D是图7A所示股骨干定位针座的立体图

图8A是股骨干定位针回形卡正视图。

图8B是股骨干定位针回形卡立体图。

图9是实施动物股骨外科手术放置了小鼠后肢在股骨定位固定臂前面准备固定的示意图，透视示出有通过股骨干和腘窝处的定位针孔。

图10示出了一支25G注射器针头刺穿通过后肢腘窝解剖部位，并插入腘窝定位固定针针孔。

图11示出了注射器针头插入腘窝定位固定针针孔后，钳子截掉注射针头尾座。

图12示出了小鼠后肢通过腘窝处的定位针、趾踝关节和膝关节的弹性绷带绳与固定臂上相应的定位固定板绑扎固定。

图13示出了一支25G注射器针头刺穿通过股骨干中段后缘解剖部位，并插入股骨干定位固定针第一针孔。

图14示出了注射器针头并插入股骨干定位固定针第一针孔后，钳子截掉注射针头尾座。

图15示出了第二支25G注射器针头刺穿通过股骨干中段前缘解剖部位，插入股骨干定位固定针第二针孔，并插入第二针孔后，钳子截掉注射针头尾座。

图16示出了二根钳子截掉注射针头尾座的股骨干定位固定针插入股骨干定位固定座二个针孔后，露出体外的针尾被固定针回形卡锁紧。

图17示出了在小鼠后肢与股骨固定臂定位固定及准备好的可拆卸的套管式骨固定针。

图18示出了在小鼠后肢与固定臂定位固定后，取出的配备有套管式骨固定针的迷你无绳驱动电机。

图19示出了使用装有套管式骨固定针的迷你无绳驱动电机在固定臂定位固定小鼠后肢上，经皮穿刺股骨锚针。

图20示出了套管式骨固定针刺入到股骨远端第一锚针位中。图中已移除了迷你无绳驱动电机。

图21示出了已经刺入股骨远端的固定针，可拆卸的套管式骨固定针助力套管已从骨固定针部分释放；骨固定针根端螺纹部分尚未入骨。

图22示出了使用持针钳推送及旋拉后的骨固定针根端螺纹部分已完全锚定在骨组织中。

图23示出了后续五个骨固定针螺纹端部全部就位并锚定于股骨远端和近端二端。

图24示出了移除了膝关节腘窝和趾踝关节弹性绷带捆扎绳。

图25示出了拔掉膝关节腘窝和股骨干中段位的三根定位固定针。

图26示出了移除股骨定位固定臂的、锚有六根骨固定针的小鼠后肢。

图27示出了移除股骨定位固定臂的小鼠后肢转动90°视角。

图28示出了伸出皮肤的骨固定针外段已经彼此朝向股骨中间位折弯搭成框架。

图29示出了在折弯搭桥上已经施加有可流动的光固化复合物，并被LED固化灯固化成形。

图30示出了完成股骨外固定的小鼠股骨节段性骨缺损骨折术后示意图。

图31示出了使用本发明动物股骨手术定位固定架，在小鼠股骨节段性骨缺损手术中的手术程序示意图。

图32示出了使用本发明动物股骨手术定位固定架，在小鼠股骨骨折手术的手术程序示意图。

图33示出了使用本发明动物股骨手术定位固定架，伸出皮肤的骨固定针折弯搭桥改为柔性外固定架的小鼠股骨骨折手术的手术程序示意图。

附图标记：股骨手术定位固定装置100；立体三维调控器110；水平移动旋钮112；垂直升降旋钮114；手术定位微调器120；升降手术台130；股骨定位固定臂200；固定臂水平台202；固定臂垂直壁204；趾踝关节固定板206；膝关节固定板208；小腿托板210；趾踝关节捆绑槽口212；膝关节捆绑槽口214；水平横突板216；骨固定针锚针托板218；大腿托板220；腘窝定位固定针针孔222a、222b、222c；股骨干定位固定针针孔224a、224b、软组织卧槽226a、226b；腘窝定位针座300；腘窝定位针座台基302；腘窝定位针鞘仓304；腘窝定位针针鞘306a、306b、306c；螺钉孔308a、308b；股骨干定位针座320；股骨干定位针座台基322；股骨干定位针鞘仓324；股骨干定位针针鞘326a、326b；螺钉孔328a、328b；；股骨干定位针回形卡400；弹性绷带绳402a、402b；腘窝定位针404；股骨干定位针406a、406b；固定针回形卡夹408；回形卡夹按钮410；套管骨固定针单元412；骨固定针助力套管414；骨固定针416；迷你无绳驱动电机418；光固化可流动复合材料420。

具体实施方式

下面结合附图对本发明动物股骨手术定位固定架作详细说明。

实施例1

如图1-2所示的动物股骨手术定位固定架100，包括股骨定位固定臂200，股骨定位固定臂200连接于外部固定架，升降手术台130与动物动物股骨手术定位固定架100配套使用。外部固定架为立体三维可调固定架。立体三维可调固定架由水平轴、垂直轴和连接水平轴与垂直轴的立体三维调控器110组成，股骨定位固定臂200通过手术定位微调器120与连接三维可调固定架的水平轴连接。在股骨定位固定臂200上设有股骨干定位固定单元、腘窝定位单元、膝部固定单元和踝部固定单元，股骨手术定位固定臂用于限定股骨手术中动物股骨的手术标准位置并固定，形成了股骨手术三维标准位象的手术小环境操作平台。

如图2所示，立体三维调控器110连接并锁定立体三维可调固定架的水平轴和垂直轴，通过垂直升降旋钮114和水平移动旋钮112操控连接有手术定位微调器120的股骨定位固定臂200，可以大幅度的改变股骨定位固定臂对应手术台大环境的立体三维位置和角度。立体三维可调固定架使股骨定位固定臂具有稳定的基于垂直和水平轴向的立体三维可变性，用于提供手术操作者其所需要的手术大环境适宜体位。

手术定位微调器120既是股骨定位固定臂200与立体三维可调固定架水平轴的连接枢纽，又是股骨定位固定臂手术位置的微调装置。设置手术定位微调器120目的是应对手术机器人或数控手术机械臂手术操作及手术显微镜下对位操作时的微距调控和倾角微调。

如图3～图5所示，在股骨定位固定臂上设有踝部固定单元、膝部固定单元、腘窝定位单元和股骨干定位固定单元，上述四个单元呈“7”字形排列，膝部固定单元和腘窝定位单元分别设于“7”字转角外侧和内侧，股骨干定位固定单元设于腘窝定位单元下方股骨干双侧。设于股骨定位固定臂200上的三个腘窝定位固定针针孔222a、222b、222c和固定于股骨定位固定臂200背面的腘窝定位针座300组成了腘窝定位单元。腘窝定位针座300由定位针座台基302和凸起的定位针鞘仓304组成。股骨干定位固定单元包括骨固定针锚针托板218和股骨干定位针回形卡400，骨固定针锚针托板218上设有两个横向排列的股骨干定位固定针针孔224a、224b和与针孔对应的股骨干定位针座，股骨干定位针座上设有定位针针鞘326a、326b，定位针针鞘与股骨干定位固定针针孔相贯通，股骨干定位针穿过股骨干定位固定针针孔锚入定位针针鞘内。股骨干定位针座由定位针座台基322和凸起的定位针鞘仓324组成。股骨干定位针406a、406b穿过针孔224a、224b锚入股骨干定位针座320后，股骨干定位针的外露尾端通过股骨干定位针回形卡400夹持卡住，股骨干定位针224a、224b和股骨干定位针回形卡400同股骨干定位针座320共同构成定位和固定股骨干的弹性卡环。股骨干定位针贴骨穿刺，分隔开了肌肉深层股骨旁的血管神经丛，达到对血管神经无创的弹性夹持骨头定位固定作用；骨固定针锚针托板218另一功能是具有限制骨固定针416经皮穿刺时的限位作用，以预留骨固定针416锚针后的骨折和节段性骨缺损区的标准位点和尺寸。

图中股骨定位固定臂200上缘设有一个垂直竖突的趾踝关节固定板206和二个水平横突板216，趾踝关节固定板206与横突板216相互之间为90度直角比邻，它们的基底部均与股骨定位固定臂200的固定臂水平台202成一体。趾踝关节固定板206除了用于固定趾踝关节以外，还起到手术小环境垂直标识板作用；而横突板则起到手术小环境水平标识板作用；紧邻趾踝关节固定板206的低矮垂竖的宽板为动物小腿托板210，托板下方中段位设有软组织卧槽226。股骨定位固定臂200再向头端延伸出三个竖立的横突板，它们分别是膝关节固定板208，骨固定针锚针托板218；大腿托板220。

膝关节固定板208和用于捆绑膝关节的弹性绷带绳402a组成了膝部固定单元，用于定点绑扎动物膝部。膝关节固定板208上设有膝关节捆绑槽口214，腘窝定位针座300设于膝关节固定板208根部。通过腘窝定位针404、凸起的定位针鞘仓304和膝关节捆绑槽口214三个位点，避免了膝关节腘窝后富含血管和神经的软组织受压可能，利用弹性绷带绳402a可将小鼠膝关节部位牢牢固定在膝关节固定板208上。

趾踝关节固定板206和用于捆绑趾踝关节的弹性绷带绳402b组成了踝部固定单元，用于绑扎小鼠后肢远端趾踝关节。趾踝关节固定板206至少有宽出小鼠趾踝关节直径的两倍宽度，在其两侧对称设有趾踝关节捆绑槽口212，开槽后的底部宽度也保持在超出小鼠趾踝关节直径的三分之一宽度。在用弹性绷带绳绑扎小鼠趾踝关节部位时，趾踝关节固定板206这样的宽底部设计，加之该部位较少软组织而不易造成血管的挤压，同样避免了绑扎小鼠趾踝关节后可能造成的后肢远端淤血问题。

水平横突板216排在股骨定位固定臂200定位固定功能区最前端，它的作用是帮助操作者在电动经皮穿刺植入骨固定针416时把握进针的方向，起到瞄准平行准星的作用；并且在电动骨固定针针尖穿透骨组织后，在股骨定位固定臂200背面，作为利用专用圆柄持针钳夹持骨固定针416和旋转操作时，也起到手术微环境持针牵拉旋转锚针时水平方向的参照作用。

膝关节固定板208和骨固定针锚针托板218之间，以及骨固定针锚针托板218和大腿托板220之间设有穿针窗口。在骨固定针穿刺入股骨后，骨固定针的尖端可从穿针窗口穿出，然后穿出体外的骨固定针前段作为后一步90°折弯形成连肩搭桥备用。

从图5股骨定位固定臂200的右视位可以看出，在竖立的小腿托板210和大腿托板220板面均设有一个具有一定弧度的软组织卧槽226，这是一个为适应小鼠后肢绑扎肌肉软组织群生理就位布放设计的的凹陷卧槽，特别保证小鼠股骨套管骨固定针单元412的电动经皮穿刺实施过程中的肢体固定平稳。

图6A、6B、6C、6D所示的是腘窝定位针座300，它是由三个螺钉通过腘窝定位针座台基302上两个螺钉孔308a、308b固定于股骨骨定位固定臂200上。腘窝定位针座300由定位针座台基302和凸起的腘窝定位针鞘仓304组成，腘窝定位针针鞘306a、306b、306c设于腘窝定位针鞘仓304内，分别与股骨定位固定臂200上的三个腘窝定位固定针针孔222a、222b、222c相贯通。定位针针鞘的直径与25G注射器针头直径相当，其长度与25G注射器针头全长相当，给腘窝定位针404的插入起到夹持和准直的作用。凸起的柱状定位针鞘仓304是捆绑动物膝关节的一个绑扎站点。

图7A、7B、7C、7D所示的是股骨干定位针座320，它是由两个螺钉通过股骨干定位针座台基322上两个螺钉孔328a、328b固定于骨固定针锚针托板218背侧根部。股骨干定位针座320由股骨干定位针座台基322和凸起的股骨干定位针鞘仓324组成，股骨干定位针针鞘326a、326b设于股骨干定位针鞘仓324内，分别与骨固定针锚针托板218上的二个股骨干定位固定针针孔224a、224b相贯通。定位针针鞘的直径与25G注射器针头直径相当，且针鞘是被弯折有波形弯后置入针鞘仓，其长度与25G注射器针头全长相当。由于波形弯道针鞘的特点，给插入的注射器针头-股骨干定位针406的插入起到一定力度的弹性夹持作用。

图8A和图8B所示的为股骨干定位针回形卡400，它由中段的固定针回形卡夹408和两端回形卡夹按钮410组成。股骨干定位针406a、406b贴紧股骨干中段上下缘穿越并锚针于股骨干固定针座320，要求其留出体外的股骨干定位针尾端用固定针回形卡夹408卡住锁紧，以形成股骨干定位针406于股骨干固定针座320的闭锁定位固定站点；同时，留出体表的腘窝固定针404和股骨干定位针406三个定位针尾端构成了直接经皮穿刺股骨锚入骨固定针的进针标识线点。

如图9-30所示，是利用本发明动物股骨手术定位固定架的股骨定位固定臂200建立小鼠股骨外固定模型的示意图，用于解释本发明固定装置在小鼠股骨外固定手术中的使用方法和流程。

如图9所示，小鼠麻醉后，将其后肢摆放在股骨定位固定臂200前面的标准位置。图中透视图示出了小鼠后肢腘窝解剖位置穿针点并定点固定的腘窝定位固定针针孔222b，和小鼠后肢股骨干解剖位置穿针点并定点固定的股骨干定位针针孔224a、224b。

如图10所示，放置在股骨定位固定臂200上的小鼠后肢，由一支25G注射器针头作为腘窝定位针404经腘窝解剖位置紧贴小鼠股骨远端底部边缘直接贯通刺穿，穿出后的注射器针头继而插入腘窝定位固定针针孔222b，(腘窝解剖位置紧贴小鼠股骨远端底部区域是血管神经布局的空白地带，待25G的注射器针头穿刺定位固定手术任务完成后，直接拔出针头，不需要做医学处理，如临床上注射器针头肌肉注射打针一样，取针后仅仅用棉签按压片刻即可)，本实施例设定小鼠重量在26g-35g之间，故选定腘窝定位固定针针孔222b作为其标准定位针孔。

如图11所示，小鼠后肢注射器针头作为腘窝定位针404经腘窝解剖位置紧贴股骨远端底部边缘刺穿贯通，并继而插入腘窝定位固定针针孔222b，锚定腘窝定位固定针针座300后，将注射器针头尾座钳掉。

如图12所示，小鼠后肢由定位针定位后，将其后爪部的趾踝关节部位和避开软组织的膝关节部位分别通过捆绑槽口212和214由弹性绷带绳402b、402a绑扎固定，在通过膝关节捆绑槽口214绑扎膝关节部位时，需注意弹性绷带绳须缠绕绑定在股骨定位固定臂后面的腘窝定位针鞘仓304上。

如图13所示，另一支25G注射器针头作为股骨干定位针406紧贴股骨干中段下缘刺穿通过股骨干解剖部位，并继而通过股骨干定位固定针针孔224a插入股骨干定位固定针针座320。

如图14所示，股骨干定位针406a锚入股骨干定位针座320后，将注射器针头尾座钳掉。

如图15所示，已重复了图13、图14步骤，第二支股骨干定位针406b插入股骨干定位针座第二针孔后，钳子截掉注射针头尾座。

如图16所示，两根截掉了注射针头尾座的股骨干定位固定针224a、224b针尾被固定针回形卡夹408锁紧。

如图17所示，小鼠后肢与股骨固定臂定位固定完成，已准备好一支可拆卸的套管骨固定针412。

如图18所示，已定位固定后的小鼠后肢，在股骨定位固定臂的三维坐标和留出体表的腘窝定位针404、股骨干定位针406点线导引下，即可以轻松的在电机驱动下将骨固定针416经皮钻入小鼠股骨中。图中示出了安装有套管骨固定针412的迷你无绳驱动电机418。

如图19所示，操作人员手持电机握柄，拇指控制触键开关，即可方便使用驱动电机418实施骨固定针416经皮穿刺自攻钻进入骨。

如图20所示，已脱离移除了迷你无绳驱动电机418的套管骨固定针412针尖已经刺透股骨。

如图21所示，骨固定针助力套管414已从套管骨固定针412上移下，脱离了助力套管的骨固定针416已经插入骨组织中，并且针尖已经穿透小鼠股骨，骨固定针的尾部根端留有尾段螺纹。

如图22所示，使用专用圆柄持针钳推送旋拉已经钻入穿透小鼠股骨的骨固定针，骨固定针的根端螺纹部分已完全锚定在骨组织中，骨固定针416前段部分已经穿出背侧皮肤。

如图23所示，重复五次图19-图22所示的过程，六根骨固定针416a-416e穿刺锚定股骨全部就位。

如图24所示，全部骨固定针穿刺锚定股骨就位后，移除趾踝关节和膝关节弹性绷带捆扎绳。

如图25所示，继而移除腘窝定位针404、固定针回形卡夹408和股骨干定位针406a、406b。

如图26所示，锚定有六根骨固定针的小鼠后肢(已移除股骨定位固定臂200)。

如图27所示，锚定有六根骨固定针的小鼠后肢转动90°视角后的位置。

如图28所示，将伸出皮肤的六根骨固定针远端使用折弯钳彼此朝向小鼠股骨中间段折弯搭桥成框，构成股骨外固定架的基形。

如图29所示，施加光固化可流动复合物420涂抹在六根骨固定针搭成的桥形连接框上，而后被LED固化灯固化成一体的刚性骨外固定架。

如图30所示，是小鼠股骨节段性骨缺损骨外固定手术后小鼠手术部位透视示意图。

如图31所示，是小鼠股骨节段性骨缺损骨外固定手术步骤示意图。六个骨固定针穿透小鼠股骨并根部锚定到位；锚钉的骨固定针外部段彼此平行朝股骨中心向弯曲；以形成六根针连肩搭桥；搭桥采用光固化可流动复合材料涂裹填充；复合材料用LED灯固化；进行3mm的节段缺损去骨；骨缺损处植入接种有细胞的人工材料填充；几周后外固定架的固化部分被贴近固化体切断固定针后卸除；然后旋转拔除所有剩余的骨固定针针脚。

实施例2

如图32所示，是使用刚性外固定架(所谓刚性外固定架是相对于图33-实施例3的柔性外固定架而言)的小鼠股骨骨折手术示意图。六个针穿透小鼠股骨并根部锚定到位；股骨两端各三根针外部段彼此平行向中心折弯形成连肩搭桥；用断骨器生成股骨断裂；采用光固化可流动复合材料涂裹填充搭桥；复合材料用LED灯固化；几周后外固定架的固化部分被切断针后移除；然后旋转拔除所有剩余的针脚。

实施例3

如图33所示，是使用柔性外固定架的小鼠股骨骨折手术示意图。六个针穿透小鼠股骨并根部锚定到位；三个股骨远端针和三个股骨近端针分别以各自端的三根针平行地朝向彼此折弯，以形成两个端部簇搭桥；再将它们各自涂上光固化可流动复合材料并用LED灯固化；放置二根弹性销并分步连接两头两个簇，即通过光固化可流动复合材料分步连接固化二端的各左端和各右端各一个位点；右侧弹性销用于连接两个簇的右端面，但暂时仅固化近端；左侧弹性销用于连接两个簇的左端面，但暂时仅固化远端；这两个弹性销注意粘固平行，以此作为完整骨断裂前的原来位参考；然后使用断骨器将骨折断，这会使得两个本平行的弹性销会相对移位；重新对位弹性销于骨断裂前的平行粘固位置，即返回到完整骨时原来的位相；再将弹性销两端簇未粘固的两个点通过复合材料连结并固化；几周后外固定架的固化部分被切断并移除；最后旋转拔除所有剩余的针脚。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.动物股骨手术定位固定架，其特征在于，所述动物股骨手术定位固定架包括股骨定位固定臂，股骨定位固定臂连接于外部固定架，在股骨定位固定臂上设有腘窝定位单元、股骨干定位固定单元、踝部固定单元和膝部固定单元；

所述腘窝定位单元包括至少一个腘窝定位固定针针孔和对应的腘窝定位针座；

所述股骨干定位固定单元包括骨固定针锚针托板和股骨干定位针回形卡，骨固定针锚针托板上设有至少两个横向排列的股骨干定位固定针针孔，以及与针孔对应的股骨干定位针座，股骨干定位针穿过针孔锚入股骨干定位针座后，股骨干定位针的外露尾端通过股骨干定位针回形卡夹持卡住，股骨干定位针、股骨干定位针回形卡同股骨干定位针座共同构成定位和固定股骨干的弹性卡环；

所述踝部固定单元包括竖直设立的趾踝关节固定板和用于捆绑趾踝关节的弹性绷带绳；

所述膝部固定单元包括竖直设立的膝关节固定板和用于捆绑膝关节的弹性绷带绳。

2.根据权利要求1所述的动物股骨手术定位固定架，其特征在于，所述腘窝定位针座由定位针座台基和凸起的定位针鞘仓组成，定位针针鞘设于定位针鞘仓内，定位针针鞘与腘窝定位固定针针孔相贯通。

3.根据权利要求1所述的动物股骨手术定位固定架，其特征在于，所述股骨干定位针座上设有定位针针鞘，定位针针鞘与股骨干定位固定针针孔相贯通，股骨干定位针穿过股骨干定位固定针针孔锚入定位针针鞘内；所述股骨干定位固定针针孔设于腘窝定位固定针针孔的下方；股骨干定位固定针和腘窝定位固定针穿刺定位固定股骨后露出于皮外的固定针尾端，构成经皮穿刺锚进股骨骨固定针时的体外标识线点。

4.根据权利要求3所述的动物股骨手术定位固定架，其特征在于，所述股骨干定位针座由定位针座台基和凸起的定位针鞘仓组成，至少二个波形道定位针针鞘设置于定位针鞘仓内。

5.根据权利要求1所述的动物股骨手术定位固定架，其特征在于，所述股骨干定位针回形卡由中部的固定针回形卡夹和两端的回形卡夹按钮组成。

6.根据权利要求1所述的动物股骨手术定位固定架，其特征在于，在骨固定针锚针托板垂直下方设有大腿托板。

7.根据权利要求1所述的动物股骨手术定位固定架，其特征在于，所述膝关节固定板上设有膝关节捆绑槽口。

8.根据权利要求1所述的动物股骨手术定位固定架，其特征在于，所述趾踝关节固定板上设有趾踝关节捆绑槽口。

9.根据权利要求1所述的动物股骨手术定位固定架，其特征在于，所述股骨定位固定臂动物后肢固定靠贴板面上胫骨横位和股骨竖位区域设有弧状软组织凹陷卧槽。

10.根据权利要求6所述的动物股骨手术定位固定架，其特征在于，膝关节固定板和骨固定针锚针托板之间，以及骨固定针锚针托板和大腿托板之间设有穿针窗口。

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