CN113332023B - 一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，包括第一夹块、第二夹块；所述第一夹块和第二夹块均设有硬质层和柔性层，所述硬质层设在柔性层的外侧；所述第一夹块与第二夹块设有连接机构，所述连接机构包括多个紧固片，多个所述紧固片的一端与第一夹块连接，紧固片连接在所述第一夹块的硬质层上；所述紧固片的另一端开设有多个调节孔；所述第二夹块上开设有多个螺纹孔，多个螺纹孔与所述调节孔相对应；通过螺栓将紧固片与螺纹孔进行连接；通过在硬质层内设置柔性层，不完全限制关节软骨组织的轻微振动，符合人体关节组织具有一定弹性的生物力学特点，对软骨组织损伤小，有助于软骨组织的生长，提升术后的恢复效率。
Description
技术领域
本发明属于骨科医疗器械领域，尤其涉及一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置。
背景技术
目前，对于病人在接受骨科手术或者治疗之后，大部分是采用戴着石膏或者钢板支撑物等固定物进行静养，此种方法利用人体的自愈能力，让创伤部位自己愈合，此种方法治疗周期较长，至少为三个月甚至半年之久，由于长时间戴着石膏或者钢板支撑物进行固定，不仅影响正常生活，而且由于采用整体的石膏进行固定，不仅舒适性差，还会导致肌肉动作被束缚，从而会引发一系列的继发性病症。
对于现有的骨科手术中常用的固定方式，经常采用克氏针张力带固定，或者钢丝固定，在固定时采用具有弹性的材质与克氏针配合对腿部或者手臂部进行穿刺固定，虽然效果良好，但是，对于固定创伤大，软组织损伤重，成本昂贵，此外，传统的刚性固定方式并不符合人体关节组织具有一定弹性的生物力学特点，一定成度抑制了治疗效果。
中国专利申请号201020253202.4公开了一种骨科柔性固定装置，属于骨科医疗器械技术领域，用于对骨科损伤进行弹性固定，其技术方案是：它由螺钉、螺母、紧固索、挡片组成，螺钉前端尖锐，后端与紧固索一端连接，紧固索的另一端连接挡片，螺钉的直径为3-5mm，螺母与其相匹配，螺钉的中部有折断槽，折断槽为环绕螺钉圆周的连续凹槽，凹槽的底部为锐角。采用本发明时，旋紧螺母的螺钉和挡片分别置于在需要固定的下胫腓关节或肩锁关节两侧，中间以紧固索拉紧，实施柔性固定。上述技术方案采用紧固索和挡片对人体组织实行柔性固定，虽然符合人体具有一定弹性的生物力学特点，但是，对于术后关节创伤起到的固定作用较差，容易引发二次伤害。
中国专利申请号201621420539.3公开了一种骨科固定装置，包括若干固定板及紧合带,紧合带穿过固定板的带孔后搭接紧固，固定板的内表面上设置有药物凹槽及保温凹槽；固定板的内表面贴合有透气层。通过添加适宜的恢复药物及保温材料，在防止骨伤部位长期不动导致的血脉不畅的同时以药物促进恢复，同时设置无菌海绵透气层，提高骨伤固定的使用体验。上述技术方案采用添加中药以及保温作用与患处，一定程度提高治疗效果，但是，其采用刚性的固定板进行固定，限制软骨组织的轻微振动，不符合人体关节组织具有一定弹性的生物力学特点，一定程度限制了软骨组织的愈合生长。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供了一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，通过在硬质层内设置柔性层，不完全限制关节软骨组织的轻微振动，符合人体关节组织具有一定弹性的生物力学特点，对软骨组织损伤小，有助于软骨组织的生长，提升术后的恢复效率；通过在柔性层内设置的多层压电堆叠，连接电源之后，通过逆压电效应带动压电陶瓷片产生机械振动能量，在压电陶瓷片的两极施加交流电信号，压电陶瓷片会产生共振，并且带动钹片产生振动，推动压电件内部空腔内的空气振动，形成低强度超声波，刺激创伤部位，提高基因表达、改善血流、刺激骨组织构型、重塑增强骨痂的特性，大大缩短骨创伤的愈合时间；通过设置可变刚性的弹性组件，一方面通过拉绳限制弹性组件的刚性，进而限制压电件振动范围，防止压电件振动幅度过大，损坏压电件，另一方面对压电件在振动时进行缓冲，延长使用寿命，同时还能防止振动幅度过大，对创伤处造成二次损伤。
本发明提供如下技术方案：
一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，包括第一夹块、第二夹块；所述第一夹块与第二夹块均为弧形结构，所述第一夹块和第二夹块均设有硬质层和柔性层，所述硬质层设在柔性层的外侧；
所述第一夹块与第二夹块设有连接机构，所述连接机构包括多个紧固片，多个所述紧固片的一端与第一夹块连接，紧固片连接在所述第一夹块的硬质层上；所述紧固片的另一端开设有多个调节孔；所述第二夹块上开设有多个螺纹孔，多个螺纹孔与所述调节孔相对应；通过螺栓将紧固片与螺纹孔进行连接；
所述柔性层包括上基座、下基座，所述上基座和下基座之间设有多组弹性组件，每间隔的两组所述弹性组件之间设有压电堆叠，所述压电堆叠之间通过设置的导线连接，压电堆叠之间采用串联或并联电路连接有电源头。
优选的，所述柔性层还包括上柔性电极、下柔性电极，所述上柔性电极与上基底连接，所述下柔性电极与下基底连接；所述弹性组件设置在上柔性电极和下柔性电极之间，所述弹性组件的中间位置设有导电块，所述导电块与压电堆叠连接，导电块内设有导线和绝缘体，压电堆叠通过导电块与上柔性电极、下柔性电极进行连接。
优选的，所述弹性组件包括第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧的一端与上柔性电极连接，第一弹簧的另一端与导电块连接；所述第二弹簧的一端与下柔性电极连接，第二弹簧的另一端与导电块连接；所述第一弹簧和第二弹簧采用钢制弹簧，第一弹簧与导电块内部的一根导线连接，第二弹簧与导电块内部的另一根导线连接，第一弹簧另一端与上柔性电极连接形成通路，第二弹簧另一端与下柔性电极连接形成通路。
优选的，所述第一弹簧内部设有第一拉绳，所述第一拉绳的一端与上柔性电极连接，第一拉绳的另一端与导电块的外表面绝缘连接；所述第二弹簧内部设有第二拉绳，所述第二拉绳的一端与上柔性电极连接，第二拉绳的另一端与导电块的外表面绝缘连接。
优选的，所述压电堆叠包括多个压电件组成，多个压电 件串联或者并联进行堆叠。
优选的，所述压电件至少包括两层金属钹片，所述金属钹片的截面呈梯形结构，两层所述金属钹片的中间夹设有压电陶瓷片；所述压电陶瓷的两端通过导电胶与两层金属钹片粘接在一起。
优选的，所述压电堆叠通过弹性组件和上柔性电极和下柔性电极进行连接，多个所述压电堆叠在柔性层内组成阵列式分布。
优选的，每个所述压电堆叠单元包括两组弹性组件，两组弹性组件分别设置在压电堆叠的两端，两组弹性组件与压电堆叠的中垂线处于同一竖直平面上，每组弹性组件的中间位置设置的导电块与压电堆叠之间固定连接。
优选的，每个所述压电堆叠单元包括四组弹性组件，四组弹性组件分别设置在压电堆叠的四个侧面，每组弹性组件的中间位置设置的导电块与压电堆叠之间固定连接，四组弹簧组件与上基座和下基座共同组成六面体结构；每个压电堆叠包括多组压电件，多组所述压电件均与弹性组件的导电块相连接。
优选的，所述硬质层采用金属材料。
优选的，硬质层采用不锈钢材质。
优选的，所述柔性层的上基底和下基底采用聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲醇酯、聚对二甲苯、硅树脂中的一种或者几种；上述材料具有柔性和可拉伸性，能够满足人体皮肤的正常拉伸和关节组织具有一定弹性的生物力学特点，增加柔性层的舒适性。
优选的，所述上柔性电极和下柔性电极设置成蛇纹石网格结构，柔性电极的长宽根据第一夹块和第二夹块的面积具体设置，上柔性电极和下柔性电极采用200-400nm的铜层作为导电层，2.0-2.6μm的聚酰亚胺层作为导电层的绝缘层，通过低温焊锡与第一弹簧和第二弹簧焊接形成通路，通过第一弹簧和第二弹簧导电块内的导线连接，进而与压电件连接形成通路；上柔性电极通过粘合剂与上基座连接，下柔性电极通过粘合剂与下基座连接；所述第一弹簧和第二弹簧为轻质刚制弹簧，外侧做镀铜处理，便于导电；第一弹簧与上柔性电极通过粘合剂进行连接，并通过聚酰亚胺层做绝缘处理，第二弹簧与下柔性电极通过粘合剂进行连接，并通过聚酰亚胺层做绝缘处理；所述第一弹簧和第二弹簧的的表面通过聚酰亚胺层做绝缘处理，有效防止漏电，且耐高温。
另外，本技术方案在使用时，通过电源头接入家庭用交流电，电源头内部的火线与上柔性电极连接，零线与下柔性电极连接，并且通过设置的弹性组件形成通路连接压电堆叠，压电堆叠包括多个压电件堆积而成，上柔性电极通过导电块连接压电堆叠的一极，下柔性电极通过导电块连接压电堆叠的另一极，当压电件通点之后，压电陶瓷片会产生共振，并且带动钹片产生相应的振动，推动压电件内部空腔内的空气振动，压电陶瓷片与钹片的相应振动会形成相应频率的超声波，当超声波强度低于30Mw/cm2、频率小于10MHz时会穿透人体组织，刺激到骨损伤的部位，改善血流、刺激骨组织构型、重塑增强骨痂的特性，对骨质损伤起到良好的辅助治疗目的；相对于现有的大型超声辅助治疗设备，降低了使用成本，大大增加了使用便携性，减少住院治疗的次数，提升骨科创伤的治疗速率。所述压电堆叠设置在第一弹簧和第二弹簧之间，对压电陶瓷片振动预留了一定的间隙进行缓冲，防止压电件碰撞损坏，同时防止振动对创伤部位造成不适；所以弹性组件采用可变刚性结构，在第一弹簧内部和第二弹簧内部设置有拉绳，拉绳的长度小于弹簧最大伸长量。
所述弹性组件随着压电件振动状态发生形变，对第一弹簧和第二弹簧进行压缩或者拉伸；在压电件未振动的状态下，弹性组件的弹性系数k=1/（1/k1+1/k2）；k1是第一弹簧的弹性系数，k2是第二弹簧的弹性系数；此时弹性组件的限制长度L1=L2+L3；L2时第一弹簧的长度，L3是第二弹簧的长度；当压电件一个振动周期内，初期压缩第一弹簧，第二弹簧进行拉伸，此时弹性组件限制长度为L11，L11= L21+L31；L21为形变之后第一弹簧的长度，L31为形变之后第二弹簧的最终状态长度；压电件一个振动周期内，压缩后期，由于第二弹簧内部设置的拉绳的限制，处于绷直状态，拉绳限制弹性组件的长度L11，至此第一弹簧和第二弹簧均不在发生形变，则此时弹性组件的弹性系数k发生改变为k3，由于第二弹簧受到第二拉绳限制，则此时k3= k1，即弹性组件的弹性系数为第一弹簧的弹性系数；此过程中弹性组件的长度为L11= L21+L31；L31是第二弹簧形变的最终的长度；当压电件反向振动时，第一弹簧与第二弹簧的状态与上述状态相反，由此可知，上柔性电极和下柔性电极之间的距离为L11时，可保证压电件不与柔性电极发生碰撞，防止损坏，上述振动过程中，通过拉绳限制第一弹簧和第二弹簧的伸长量，改变弹性组件的刚性，通过设置可变刚性的弹性组件，一方面通过拉绳限制弹性组件的刚性，进而限制压电件振动范围，防止压电件振动幅度过大，损坏压电件，另一方面对压电件在振动时进行缓冲，延长使用寿命，同时还能防止振动幅度过大，对创伤处造成二次损伤。
另外，为了进一步增加压电陶瓷片的使用稳定性，增强抗弯折能力，防止压电件振动损坏；当压电陶瓷片受到的振动力载荷力N过大时，容易造成压电片损坏，当压电陶瓷片受到承载力过小时，压电陶瓷片振动频率低，不易产生共振，形成超声波；当压电件两侧的钹片受到外在力作用时，压电陶瓷片会产生切向应变和轴向剖面转动，产生径向力矩E，径向力矩E与载荷力N之间满足E= A·KN/2π；A为钹片弹性模量常数，单位Mpa；K为弹性系数，取值范围为0.25-0.68；E单位cm；N单位N/m;所述压电堆叠包括多个压电件，每个压电件的质量表示为mn,压电件钹片的刚度表示为yn,压电件钹片的振动阻尼表示为cn,则钹片在载荷力N的作用下产生的形变为x，则钹片的刚度满足y满足y=NπR2/x；R为钹片顶部圆板半径，单位cm；x单位cm。
另外，为了使第一夹块和第二夹块有更好的夹持性，调节孔与螺纹孔通过螺栓固定连接，使柔性层与创伤部位更好的贴合，同时与压电堆叠相互共同作用于创伤处，再不影响人体关节生理弹性的前提下，兼具有良好的固定效果，助于创伤愈合；所述紧固片设置有多个调节孔，相邻两个调节孔之间的长度为d，相邻两个螺纹孔之间的形成的弧线对应的夹角θ及弧长半径为r，紧固片的长度为S1，螺纹孔的总长度为S2；则d=δ·sinθr(S1-S2)；其中，d、r、S1和S2的单位为mm；θ的单位为rad，δ关系系数，取值范围为0.35-0.85。Aa-Aa-1=α·1/2a；式中：Aa-Aa-1为第a个调节孔至a-1个调节孔之间的距离，单位为mm；α为相关系数：取值范围为6.00-15.50。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，通过在硬质层内设置柔性层，不完全限制关节软骨组织的轻微振动，符合人体关节组织具有一定弹性的生物力学特点，对软骨组织损伤小，有助于软骨组织的生长，提升术后的恢复效率。
（2）本发明一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，通过在柔性层内设置的多层压电堆叠，连接电源之后，通过逆压电效应带动压电陶瓷片产生机械振动能量，在压电陶瓷片的两极施加交流电信号，压电陶瓷片会产生共振，并且带动钹片产生振动，推动压电件内部空腔内的空气振动，形成低强度超声波，刺激创伤部位，提高基因表达、改善血流、刺激骨组织构型、重塑增强骨痂的特性，大大缩短骨创伤的愈合时间。
（3）本发明一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，通过设置可变刚性的弹性组件，限定弹性组件及其刚性系数k的关系一方面通过拉绳限制弹性组件的刚性，进而限制压电件振动范围，防止压电件振动幅度过大，损坏压电件，另一方面对压电件在振动时进行缓冲，延长使用寿命，同时还能防止振动幅度过大，对创伤处造成二次损伤。
（4）本发明一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，通过限压电件钹片的制径向力矩与载荷力之间的关系，进一步增加压电陶瓷片的使用稳定性，增强抗弯折能力，防止压电件振动损坏。
（5）本发明一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，通过限定相邻两个调节孔之间的长度，紧固片的长度，螺纹孔的总长度之间的关系，使第一夹块和第二夹块有更好的夹持性，调节孔与螺纹孔通过螺栓固定连接，使柔性层与创伤部位更好的贴合，同时与压电堆叠相互共同作用于创伤处，再不影响人体关节生理弹性的前提下，兼具有良好的固定效果，助于创伤愈合。
（6）本发明一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，所述压电堆叠设置在第一弹簧和第二弹簧之间，对压电陶瓷片振动预留了一定的间隙进行缓冲，防止压电件碰撞损坏，同时防止振动对创伤部位造成不适感。
（7）本发明一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，通过设置弹性组件与压电堆叠的共同作用，克服了现有技术中的强制固定的弊端，有效增加舒适性，符合人体关节生理弹性，同时促进骨质增长，利于骨质愈合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的柔性层结构示意图。
图3是本发明的弹性组件结构示意图。
图4是本发明的柔性层内部压电堆叠阵列结构示意图。
图5是本发明的可变刚性弹性组件示意图。
图6是本发明的压电件结构示意图。
图7是本发明的压电堆叠结构示意图。
图8是本发明的压电堆叠简化示意图。
图中：1、第一夹块；2、第二夹块；3、硬质层；4、柔性层；5、紧固片；6、调节孔；7、螺纹孔；8、电源头；41、上基座；42、上柔性电极；43、下基座；44、下柔性电极；45、弹性组件；46、压电堆叠；47、导电块；48、压电板；451、第一弹簧；452、第二弹簧；453、第一拉绳；454、第二拉绳；481、压电陶瓷片；482、钹片；483、空腔。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1-5所示，一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，包括第一夹块1、第二夹块2；所述第一夹块1与第二夹块2均为弧形结构，所述第一夹块1和第二夹块2均设有硬质层3和柔性层4，所述硬质层3设在柔性层4的外侧；
所述第一夹块1与第二夹块2设有连接机构，所述连接机构包括多个紧固片5，多个所述紧固片5的一端与第一夹块1连接，紧固片5连接在所述第一夹块1的硬质层3上；所述紧固片5的另一端开设有多个调节孔6；所述第二夹块2上开设有多个螺纹孔7，多个螺纹孔7与所述调节孔6相对应；通过螺栓将紧固片5与螺纹孔7进行连接；
所述压电堆叠46包括多个压电件48组成，多个压电 件串联或者并联进行堆叠。所述压电件48至少包括两层金属钹片482，所述金属钹片482的截面呈梯形结构，两层所述金属钹片482的中间夹设有压电陶瓷片481；所述压电陶瓷的两端通过导电胶与两层金属钹片482粘接在一起。所述压电堆叠46通过弹性组件45和上柔性电极42和下柔性电极44进行连接，多个所述压电堆叠46在柔性层4内组成阵列式分布；所述硬质层3采用金属材料。硬质层3采用不锈钢材质。
所述柔性层4的上基底和下基底43采用聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲醇酯、聚对二甲苯、硅树脂中的一种或者几种；上述材料具有柔性和可拉伸性，能够满足人体皮肤的正常拉伸和关节组织具有一定弹性的生物力学特点，增加柔性层4的舒适性。
所述上柔性电极42和下柔性电极44设置成蛇纹石网格结构，柔性电极的长宽根据第一夹块1和第二夹块2的面积具体设置，上柔性电极42和下柔性电极44采用200-400nm的铜层作为导电层，2.0-2.6μm的聚酰亚胺层作为导电层的绝缘层，通过低温焊锡与第一弹簧451和第二弹簧452焊接形成通路，通过第一弹簧451和第二弹簧452导电块47内的导线连接，进而与压电件48连接形成通路；上柔性电极42通过粘合剂与上基座41连接，下柔性电极44通过粘合剂与下基座连接；所述第一弹簧451和第二弹簧452为轻质刚制弹簧，外侧做镀铜处理，便于导电；第一弹簧451与上柔性电极42通过粘合剂进行连接，并通过聚酰亚胺层做绝缘处理，第二弹簧452与下柔性电极44通过粘合剂进行连接，并通过聚酰亚胺层做绝缘处理；所述第一弹簧451和第二弹簧452的的表面通过聚酰亚胺层做绝缘处理，有效防止漏电，且耐高温。
本技术方案在使用时，通过电源头8接入家庭用交流电，电源头8内部的火线与上柔性电极42连接，零线与下柔性电极44连接，并且通过设置的弹性组件45形成通路连接压电堆叠46，压电堆叠46包括多个压电件48堆积而成，上柔性电极42通过导电块47连接压电堆叠46的一极，下柔性电极44通过导电块47连接压电堆叠46的另一极，当压电件48通点之后，压电陶瓷片481会产生共振，并且带动钹片482产生相应的振动，推动压电件48内部空腔483内的空气振动，压电陶瓷片481与钹片482的相应振动会形成相应频率的超声波，当超声波强度低于30Mw/cm2、频率小于10MHz时会穿透人体组织，刺激到股损伤的部位，改善血流、刺激骨组织构型、重塑增强骨痂的特性，对骨质损伤起到良好的辅助治疗目的；相对于现有的大型超声辅助治疗设备，降低了使用成本，大大增加了使用便携性，减少住院治疗的次数，提升骨科创伤的治疗速率。所述压电堆叠46设置在第一弹簧451和第二弹簧452之间，对压电陶瓷片481振动预留了一定的间隙进行缓冲，防止压电件48碰撞损坏，同时防止振动对创伤部位造成不适；所以弹性组件45采用可变刚性结构，在第一弹簧451内部和第二弹簧452内部设置有拉绳，拉绳的长度小于弹簧最大伸长量。
实施例二：
在实施例一的基础上，如图2-5所示，所述柔性层4包括上基座41、下基座，所述上基座41和下基座之间设有多组弹性组件45，每间隔的两组所述弹性组件45之间设有压电堆叠46，所述压电堆叠46之间通过设置的导线连接，压电堆叠46之间采用串联或并联电路连接有电源头8。
所述柔性层4还包括上柔性电极42、下柔性电极44，所述上柔性电极42与上基底连接，所述下柔性电极44与上基底连接；所述弹性组件45设置在上柔性电极42和下柔性电极之间，所述弹性组件45的中间位置设有导电块47，所述导电块47与压电堆叠46连接，导电块47内设有导线和绝缘体，压电堆叠46通过导电块47与上柔性电极42、下柔性电极44进行连接。
所述弹性组件45包括第一弹簧451和第二弹簧452，所述第一弹簧451的一端与上柔性电极42连接，第一弹簧451的另一端与导电块47连接；所述第二弹簧452的一端与下柔性电极44连接，第二弹簧452的另一端与导电块47连接；所述第一弹簧451和第二弹簧452采用钢制弹簧，第一弹簧451与导电块47内部的一根导线连接，第二弹簧452与导电块47内部的另一根导线连接，第一弹簧451另一端与上柔性电极42连接形成通路，第二弹簧452另一端与下柔性电极44连接形成通路。
所述第一弹簧451内部设有第一拉绳453，所述第一拉绳453的一端与上柔性电极42连接，第一拉绳453的另一端与导电块47的外表面绝缘连接；所述第二弹簧452内部设有第二拉绳454，所述第二拉绳454的一端与上柔性电极42连接，第二拉绳454的另一端与导电块47的外表面绝缘连接。
实施例三：
如图6-8所示，在实施例一的基础上，每个所述压电堆叠46单元包括两组弹性组件45，两组弹性组件45分别设置在压电堆叠46的两端，两组弹性组件45与压电堆叠46的中垂线处于同一竖直平面上，每组弹性组件45的中间位置设置的导电块47与压电堆叠46之间固定连接。
每个所述压电堆叠46单元包括四组弹性组件45，四组弹性组件45分别设置在压电堆叠46的四个侧面，每组弹性组件45的中间位置设置的导电块47与压电堆叠46之间固定连接，四组弹簧组件与上基座41和下基座共同组成六面体结构；每个压电堆叠46包括多组压电件48，多组所述压电件48均与弹性组件45的导电块47相连接。
为了进一步增加压电陶瓷片481的使用稳定性，增强抗弯折能力，防止压电件48振动损坏；当压电陶瓷片481受到的振动力载荷力N过大时，容易造成压电片损坏，当压电陶瓷片481受到承载力过小时，压电陶瓷片481振动频率低，不易产生共振，形成超声波；当压电件48两侧的钹片482受到外在力作用时，压电陶瓷片481会产生切向应变和轴向剖面转动，产生径向力矩E，径向力矩E与载荷力N之间满足E= A·KN/2π；A为钹片482弹性模量常数，单位Mpa；K为弹性系数，取值范围为0.25-0.68；E单位cm；N单位N/m;所述压电堆叠46包括多个压电件48，每个压电件48的质量表示为mn,压电件48钹片482的刚度表示为yn,压电件48钹片482的振动阻尼表示为cn,则钹片482在载荷力N的作用下产生的形变为x，则钹片482的刚度满足y满足y=NπR2/x；R为钹片482顶部圆板半径，单位cm；x单位cm。
实施例四
在实施例一的基础上，所述弹性组件45随着压电件48振动状态发生形变，对第一弹簧451和第二弹簧452进行压缩或者拉伸；在压电件48未振动的状态下，弹性组件45的弹性系数k=1/1/k1+1/k2；k1是第一弹簧451的弹性系数，k2是第二弹簧452的弹性系数；此时弹性组件45的限制长度L1=L2+L3；L2时第一弹簧451的长度，L3是第二弹簧452的长度；当压电件48一个振动周期内，初期压缩第一弹簧451，第二弹簧452进行拉伸，此时弹性组件45限制长度为L11，L11= L21+L31；L21为形变之后第一弹簧451的长度，L31为形变之后第二弹簧452的最终状态长度；压电件48一个振动周期内，压缩后期，由于第二弹簧452内部设置的拉绳的限制，处于绷直状态，拉绳限制弹性组件45的长度L11，至此第一弹簧451和第二弹簧452均不在发生形变，则此时弹性组件45的弹性系数k发生改变为k3，由于第二弹簧452受到第二拉绳454限制，则此时k3= k1，即弹性组件45的弹性系数为第一弹簧451的弹性系数；此过程中弹性组件45的长度为L11= L21+L31；L31是第二弹簧452形变的最终的长度；当压电件48反向振动时，第一弹簧451与第二弹簧452的状态与上述状态相反，由此可知，上柔性电极42和下柔性电极44之间的距离为L11时，可保证压电件48不与柔性电极发生碰撞，防止损坏，上述振动过程中，通过拉绳限制第一弹簧451和第二弹簧452的伸长量，改变弹性组件45的刚性，通过设置可变刚性的弹性组件45，一方面通过拉绳限制弹性组件45的刚性，进而限制压电件48振动范围，防止压电件48振动幅度过大，损坏压电件48，另一方面对压电件48在振动时进行缓冲，延长使用寿命，同时还能防止振动幅度过大，对创伤处造成二次损伤。
实施例五
在实施例一的基础上，为了使第一夹块1和第二夹块2有更好的夹持性，调节孔6与螺纹孔7通过螺栓固定连接，使柔性层4与创伤部位更好的贴合，同时与压电堆叠46相互共同作用于创伤处，再不影响人体关节生理弹性的前提下，兼具有良好的固定效果，助于创伤愈合；所述紧固片5设置有多个调节孔6，相邻两个调节孔6之间的长度为d，相邻两个螺纹孔7之间的形成的弧线对应的夹角θ及弧长半径为r，紧固片5的长度为S1，螺纹孔7的总长度为S2；则d=δ·sinθr(S1-S2)；其中，d、r、S1和S2的单位为mm；θ的单位为rad，δ关系系数，取值范围为0.35-0.85。Aa-Aa-1=α·1/2a；式中：Aa-Aa-1为第a个调节孔6至a-1个调节孔6之间的距离，单位为mm；α为相关系数：取值范围为6.00-15.50。
实施例六
在实施例五的基础上，当δ取0.4，θ取π/2，r取50mm，L1取50mm，L2取20mm，d为32.97mm，α取7时，Aa-Aa-1为第2个调节孔6至1个调节孔6之间的距离，Aa-Aa-1值为1.75，调节孔6在S1/2时与螺纹孔7进行固定,固定效果最佳。
实施例七
在实施例五的基础上，当δ取0.6，θ取2π/3，r取60mm，L1取60mm，L2取30mm，d为35.36mm，α取13时，Aa-Aa-1为第3个调节孔6至2个调节孔6之间的距离，Aa-Aa-1值为2.16，调节孔6在S12/3时与螺纹孔7进行固定,固定效果最佳。
实施例八
在实施例五的基础上，当δ取0.8，θ取3π/4，r取70mm，L1取70mm，L2取40mm，d为36.2mm，α取15时，Aa-Aa-1为第4个调节孔6至3个调节孔6之间的距离，Aa-Aa-1值为1.875，调节孔6在S12/3时与螺纹孔7进行固定,固定效果最佳。
通过上述技术方案得到的装置是一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，通过在硬质层内设置柔性层，不完全限制关节软骨组织的轻微振动，符合人体关节组织具有一定弹性的生物力学特点，对软骨组织损伤小，有助于软骨组织的生长，提升术后的恢复效率；通过在柔性层内设置的多层压电堆叠，连接电源之后，通过逆压电效应带动压电陶瓷片产生机械振动能量，在压电陶瓷片的两极施加交流电信号，压电陶瓷片会产生共振，并且带动钹片产生振动，推动压电件内部空腔内的空气振动，形成低强度超声波，刺激创伤部位，提高基因表达、改善血流、刺激骨组织构型、重塑增强骨痂的特性，大大缩短骨创伤的愈合时间；通过设置可变刚性的弹性组件，限定弹性组件及其刚性系数k的关系一方面通过拉绳限制弹性组件的刚性，进而限制压电件振动范围，防止压电件振动幅度过大，损坏压电件，另一方面对压电件在振动时进行缓冲，延长使用寿命，同时还能防止振动幅度过大，对创伤处造成二次损伤；通过限压电件钹片的制径向力矩与载荷力之间的关系，进一步增加压电陶瓷片的使用稳定性，增强抗弯折能力，防止压电件振动损坏；通过限定相邻两个调节孔之间的长度，紧固片的长度，螺纹孔的总长度之间的关系，使第一夹块和第二夹块有更好的夹持性，调节孔与螺纹孔通过螺栓固定连接，使柔性层与创伤部位更好的贴合，同时与压电堆叠相互共同作用于创伤处，再不影响人体关节生理弹性的前提下，兼具有良好的固定效果，助于创伤愈合；所述压电堆叠设置在第一弹簧和第二弹簧之间，对压电陶瓷片振动预留了一定的间隙进行缓冲，防止压电件碰撞损坏，同时防止振动对创伤部位造成不适感；通过设置弹性组件与压电堆叠的共同作用，克服了现有技术中的强制固定的弊端，有效增加舒适性，符合人体关节生理弹性，同时促进骨质增长，利于骨质愈合。
本发明中未详细阐述的其它技术方案均为本领域的现有技术，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，包括第一夹块（1）、第二夹块（2）；其特征在于，所述第一夹块（1）与第二夹块（2）均为弧形结构，所述第一夹块（1）和第二夹块（2）均设有硬质层（3）和柔性层（4），所述硬质层（3）设在柔性层（4）的外侧；
所述第一夹块（1）与第二夹块（2）设有连接机构，所述连接机构包括多个紧固片（5），多个所述紧固片（5）的一端与第一夹块（1）连接，紧固片（5）连接在所述第一夹块（1）的硬质层（3）上；所述紧固片（5）的另一端开设有多个调节孔（6）；所述第二夹块（2）上开设有多个螺纹孔（7），多个螺纹孔（7）与所述调节孔（6）相对应；通过螺栓将紧固片（5）与螺纹孔（7）进行连接；
所述柔性层（4）包括上基座（41）、下基座，所述上基座（41）和下基座之间设有多组弹性组件（45），每间隔的两组所述弹性组件（45）之间设有压电堆叠（46），所述压电堆叠（46）之间通过设置的导线连接，压电堆叠（46）之间采用串联或并联电路连接有电源头（8）；
所述柔性层（4）还包括上柔性电极（42）、下柔性电极（44），所述上柔性电极（42）与上基底连接，所述下柔性电极（44）与下基底连接；所述弹性组件（45）设置在上柔性电极（42）和下柔性电极之间，所述弹性组件（45）的中间位置设有导电块（47），所述导电块（47）与压电堆叠（46）连接，导电块（47）内设有导线和绝缘体，压电堆叠（46）通过导电块（47）与上柔性电极（42）、下柔性电极（44）进行连接；
所述弹性组件（45）包括第一弹簧（451）和第二弹簧（452），所述第一弹簧（451）的一端与上柔性电极（42）连接，第一弹簧（451）的另一端与导电块（47）连接；所述第二弹簧（452）的一端与下柔性电极（44）连接，第二弹簧（452）的另一端与导电块（47）连接；所述第一弹簧（451）和第二弹簧（452）采用钢制弹簧，第一弹簧（451）与导电块（47）内部的一根导线连接，第二弹簧（452）与导电块（47）内部的另一根导线连接，第一弹簧（451）另一端与上柔性电极（42）连接形成通路，第二弹簧（452）另一端与下柔性电极（44）连接形成通路；
所述第一弹簧（451）内部设有第一拉绳（453），所述第一拉绳（453）的一端与上柔性电极（42）连接，第一拉绳（453）的另一端与导电块（47）的外表面绝缘连接；所述第二弹簧（452）内部设有第二拉绳（454），所述第二拉绳（454）的一端与上柔性电极（42）连接，第二拉绳（454）的另一端与导电块（47）的外表面绝缘连接；
压电堆叠包括多个压电件堆积而成，上柔性电极通过导电块连接压电堆叠的一极，下柔性电极通过导电块连接压电堆叠的另一极，当压电件通点之后，压电陶瓷片会产生共振，并且带动钹片产生相应的振动，推动压电件内部空腔内的空气振动，压电陶瓷片与钹片的相应振动会形成相应频率的超声波，当超声波强度低于30Mw/cm2、频率小于10MHz时会穿透人体组织，刺激到骨损伤的部位。
2.根据权利要求1所述一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，其特征在于，所述压电堆叠（46）包括多个压电件（48）组成，多个压电件（48）串联或者并联进行堆叠。
3.根据权利要求2所述一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，其特征在于，所述压电件（48）至少包括两层金属钹片（482），所述金属钹片（482）的截面呈梯形结构，两层所述金属钹片（482）的中间夹设有压电陶瓷片（481）；所述压电陶瓷的两端通过导电胶与两层金属钹片（482）粘接在一起。
4.根据权利要求1所述一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，其特征在于，所述压电堆叠（46）通过弹性组件（45）和上柔性电极（42）和下柔性电极（44）进行连接，多个所述压电堆叠（46）在柔性层（4）内组成阵列式分布。
5.根据权利要求1所述一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，其特征在于，每个所述压电堆叠（46）单元包括两组弹性组件（45），两组弹性组件（45）分别设置在压电堆叠（46）的两端，两组弹性组件（45）与压电堆叠（46）的中垂线处于同一竖直平面上，每组弹性组件（45）的中间位置设置的导电块（47）与压电堆叠（46）之间固定连接。
6.根据权利要求1所述一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，其特征在于，每个所述压电堆叠（46）单元包括四组弹性组件（45），四组弹性组件（45）分别设置在压电堆叠（46）的四个侧面，每组弹性组件（45）的中间位置设置的导电块（47）与压电堆叠（46）之间固定连接，四组弹簧组件与上基座（41）和下基座共同组成六面体结构；每个压电堆叠（46）包括多组压电件（48），多组所述压电件（48）均与弹性组件（45）的导电块（47）相连接。
7.根据权利要求1所述一种用于骨科关节创伤的柔性夹持装置，其特征在于，所述硬质层（3）采用金属材料。
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