CN113633443A - 膝关节手术辅助装置 - Google Patents

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CN113633443A CN202110887980.1A CN202110887980A CN113633443A CN 113633443 A CN113633443 A CN 113633443A CN 202110887980 A CN202110887980 A CN 202110887980A CN 113633443 A CN113633443 A CN 113633443A
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Tianjin Third Central Hospital
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Abstract

本发明公开了一种膝关节手术辅助装置，包括标尺、上体、下体、移动杆和旋转体，上体包括杆件、安装块和上垫片，杆件下部形成柱状空间；下体包括本体和下垫片，本体一侧外壁上形成凹槽；本体中心形成贯通的空腔；凹槽和空腔之间贯通形成限位长孔；本体另一侧底部设置突出部，突出部中部有通孔；通孔和空腔之间有连通孔；标尺上端固装在安装块上；标尺上部设距离刻度，下部设张力刻度且形成长孔；旋转体安装在述突出部的通孔内，其中部有齿轮、两端为六角头；移动杆由齿条和圆柱杆组成，圆柱杆上装弹簧；移动杆从空腔底部插入，齿轮与齿条啮合；杆件从空腔顶部插入并套在圆柱杆上，标尺插入凹槽内。该装置使用方便、测量准确。

Description

膝关节手术辅助装置
技术领域
本发明涉及膝关节手术领域，特别是涉及一种膝关节手术辅助装置。
背景技术
随着老龄化社会的来临，膝关节骨关节炎成为困扰广大中老年人的常见疾病，其所带来的疼痛、肿胀、行动困难以及护理依赖甚至残疾等问题严重影响着患者的生活质量，并会带来极大的医疗资源损耗。长期以来，对于保守治疗无效的膝关节骨关节炎，传统的治疗方法是人工全膝关节置换手术，该术式需切除并置换全部的关节软骨，从而能够消除因软骨磨损导致的疼痛，但手术创伤较大，且由于同时切除了全部交叉韧带，使人工关节无法模拟原有的模式运动，从而明显影响患者的主观感觉。对于晚期骨关节炎的老年患者，全膝关节置换是一种迫不得已却也行之有效的解决疼痛的治疗方式，但对于相当一部分膝骨关节炎早、中期的中年患者，其膝关节的退化和软骨的磨损仅仅局限于部分关节表面，全膝关节置换治疗的术后关节功能和患者满意度将大大下降，越来越难以达到患者的活动需求。
随着膝关节炎阶梯化治疗以及精准医疗理念的不断普及和深化，对退行性膝骨关节炎的治疗手段也从全膝关节置换逐步过渡到部分关节置换，即在病程早、中期，软骨磨损仅局限于单个间室时进行局部的表面置换，从而延缓甚至中止关节炎进展，又因为该术式创伤极小并保留了全部的膝关节内部韧带，术后恢复时间及关节本体感觉均大大优于全膝关节置换。该术式现已在国内外普遍开展并取得了极佳的临床效果。
目前临床应用较多的部分膝关节置换假体，无论是生物固定还是水泥固定，无论是活动平台还是固定平台，其核心步骤都是通过对病变间室的股骨和胫骨部分分别进行截骨，使膝关节在安装人工假体后能够达到全范围活动时的间隙等张力平衡。以目前国内应用较多的牛津单髁膝关节系统为例，其针对的是前内侧骨关节炎，即膝关节前内侧的全层软骨磨损，但后部仍保留有全层软骨，如图1所示，图中1为磨损的软骨，位于前部；2为残存的软骨，位于后方，在图中所示的屈曲位时，全层软骨相接触，屈曲间隙正常。截骨时，首先在屈膝位进行胫骨4内侧平台的截骨和股骨3内侧髁后方的截骨。因屈曲位时有全层软骨相互接触，故而能够维持正常关节间隙，该截骨步骤及截骨量按照标准化操作进行，截骨后形成相应的屈曲间隙，该屈曲间隙大小可通过专用的特定厚度测块测定。然后，于伸膝位以间隙测块测定伸直间隙大小，以求得屈伸间隙之间的差值，再按照此差值对股骨前部进行进一步研磨成型，进而使屈、伸间隙相等，即屈、伸时侧副韧带所受张力相同。
但是在实际操作中，关节间隙的测量往往受到诸多因素的影响而难以达到足够精确。主要是由于在测量间隙大小时，是由术者用手通过感受间隙测块受到的前后移动阻力来决定的，该阻力即由侧副韧带的紧张度决定。因屈膝位测量时由术者手握间隙测块进行前后抽拉运动(主要由术者肱二头肌控制)，而伸膝位测量时则为上下提按动作(主要由术者三角肌前束控制)，不同肌肉对受到阻力的主观感觉差异较大，且感受到的阻力大小完全由术者的个人经验所决定，没有精确量化的标准，所以术中往往需要多次研磨，反复调整进行平衡调节，使手术时间大大延长，增加了失血量及感染风险。
发明内容
针对现有技术存在的问题，基于一线手术经历和经验，发明人在本发明中提供一种能够快速、精准测量关节间隙的膝关节手术辅助装置。
为此，本发明采用以下技术方案：
一种膝关节手术辅助装置，包括标尺、上体、下体、移动杆和旋转体，其中：所述上体包括杆件、安装块和上垫片，所述杆件的上端与所述安装块的底部垂直连接，所述上垫片由所述安装块的一侧向远离杆件的方向延伸形成，上垫片前端形成的测量片与所述杆件垂直；所述杆件的下部中空，形成柱状空间；
所述下体包括本体和下垫片，其中：所述本体整体上呈正四棱柱状，其一侧的外壁上形成有自顶部向下延伸的凹槽；所述本体中心形成贯通的空腔，用于容纳所述上体的杆件和所述移动杆；所述凹槽和空腔之间贯通形成限位长孔；与所述凹槽相对的本体一侧的底部向外突出设置突出部，该突出部中部形成通孔；所述通孔和空腔之间形成连通孔；
所述下垫片设置在所述本体上部、与所述突出部相同一侧，下垫片前端形成的测量片与所述本体的长度方向垂直；
所述标尺的上端固装在所述上体的安装块上、远离所述上垫片一侧；在标尺上部设置有距离刻度，在标尺下部设置有张力刻度，在标尺下部沿其长度方向形成有长孔；
所述旋转体的中部安装有一齿轮、两端形成六角头；旋转体可旋转地安装在所述突出部的通孔内，两端的六角头露出通孔外；
所述移动杆由下部的齿条和上部的圆柱杆组成，所述圆柱杆的外径与上体的柱状空间的内径相适应，在圆柱杆上安装有一弹簧；移动杆从所述空腔底部插入，旋转体上的齿轮与所述齿条上的齿啮合；
所述上体的杆件从所述下体的空腔顶部插入并套在所述圆柱杆上，所述弹簧位于所述杆件和齿条之间；同时，所述标尺从顶部插入所述凹槽内；
在所述凹槽顶端两侧各向内延伸形成限位片，用于对所述标尺进行限位；所述齿条背面的上部固定连接限位柱，所述限位柱的另一端从本体的限位长孔和标尺的长孔伸出，用于防止移动杆从空腔底部掉出、防止标尺从所述凹槽上端脱出，同时用于指示标尺的张力读数；
在所述凹槽边缘的本体上对应“0”毫米处设置有标记线或指针。
其中，所述标尺上的距离刻度以毫米为单位，且刻度值自上而下递增；所述张力刻度以牛顿为单位，刻度值自下而上递增。
在初始状态下，所述上垫片和下垫片前端的测量片贴合，所述限位柱的上端面在张力刻度值的0牛顿处，所述标记线或指针在0mm处。
优选的是，所述齿条为圆柱齿条；所述杆件为圆柱形，且圆柱齿条的外径大于所述杆件的内径；所述空腔下部的直径与所述圆柱齿条的直径相适应，长度≤圆柱齿条长度；所述空腔上部的直径与所述杆件的直径相适应。
优选的是，所述上垫片由安装块远离标尺一侧自上下两个面向中间边收缩边向远离标尺一侧延伸而成，最终在前部形成测量片；所述下垫片由本体一侧的上部向上一边收缩一边向外延伸，然后水平延伸形成测量片，上垫片和下垫片前部的测量片大小和形状相同且相互平行。
另外，上述装置还包括一用于转动所述旋转体的扳手。在本发明的一个实施例中，所述上垫片和下垫片前部的测量片的厚度均为1.5mm。
另外，所述标尺的张力刻度中，一侧的刻度线略高于另一侧的刻度线，在屈曲状态下读取较高一侧刻度线的张力值，在伸直状态下读取较低一侧刻度线的张力值，两侧相应刻度线的张力差值等于所述上体和标尺的重力值。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的膝关节手术辅助装置能够同时获得关节间隙大小和所受张力的定量数据，测量方法简单，测量结果准确，从而能够实现一次研磨完成伸直间隙与屈曲间隙的平衡；
2、在手术中，对关节的位置和张力均进行客观测量，排除了主观感受及操作经验对准确性的影响；
3、该装置可自行拆装更换不同弹性模量的弹簧，并根据弹簧特性制备不同量程的刻度标尺，能够满足不同设计需求和软组织特性的测量需求；
4、该装置能够同时应用于全膝关节置换和部分间室膝关节置换，与众多应用于全膝关节置换手术、仅能通过内外定性平衡的辅助装置不同，该装置能够通过定量测量获得内外间室屈伸状态的平衡张力数值。
附图说明
图1是前内侧骨关节炎患者的膝盖结构示意图；
图2a、2b是研磨前后的屈曲间隙和伸直间隙示意图；
图3是本发明的膝关节手术辅助器具张开状态的立体结构示意图；
图4是图3的辅助装置中上体的立体透视图；
图5是图3的辅助装置中标尺的结构示意图；
图6是图3的辅助装置中移动杆的结构示意图；
图7是图3的辅助装置中下体的结构示意图；
图8是本发明的膝关节手术辅助器具中扳手的结构示意图；
图9a、9b分别是图3的辅助装置中齿轮组件的结构示意图；
图10a、10b分别是手术中使用本发明的辅助装置测量屈膝位和伸膝位时关节间隙和张力时的状态图。
图中：
1.磨损的软骨2.残存的软骨3.股骨4.胫骨
10.标尺11.长孔12.距离刻度13.张力刻度20.上体21.安装块
22.上垫片23.杆件24.柱状空间30.下体31.本体32.下垫片
33.通孔34.空腔35.连通孔36.凹槽37.限位长孔38.突出部39.限位片
40.移动杆41.齿条42.圆柱杆43.齿44.限位柱
50.旋转体51.齿轮60.扳手
具体实施方式
下面结合附图对本发明的膝关节手术辅助装置的结构进行详细说明。
如图3-图9b所示的本发明的一个实施例，所示的膝关节手术辅助装置包括标尺10、上体20、下体30、移动杆40、旋转体50和扳手60。
具体地说，所述上体20包括杆件23、安装块21和上垫片22。所述杆件23的上端与所述安装块21的底部垂直连接，所述上垫片22由所述安装块21的一侧向远离杆件23的方向延伸形成，上垫片22前端形成测量片且与所述杆件23垂直。所述杆件23的下部中空，形成柱状空间24。
所述下体30包括本体31和下垫片32。其中：所述本体31整体上呈正四棱柱状，其一侧的外壁上形成有自顶部向下延伸的凹槽36。所述本体31中心形成贯通的空腔34，用于容纳所述上体的杆件23和所述移动杆40。所述凹槽36和空腔34之间贯通形成限位长孔37。与所述凹槽36相对的本体31一侧的底部向外突出设置一突出部38，该突出部38中部形成通孔33。
所述通孔33和空腔34之间形成连通孔。在图中所示的实施例中，所述通孔33的轴线方向与本体31的空腔34的轴线方向垂直且不共面；通孔33的轴线与空腔34边缘的距离小于通孔33的半径，使通孔33和空腔34之间形成连通孔35。所述下垫片32设置在所述本体31上部、与所述突出部38相同一侧，下垫片32前端形成的测量片与所述本体31的长度方向垂直。
所述标尺10的上端固装在所述上体20的安装块21上、远离所述上垫片22一侧；在标尺10上部设置有距离刻度12，且刻度值自上而下递增；在标尺10下部设置有张力刻度13，刻度值自下而上递增。在标尺10下部沿其长度方向形成有长孔11。在图5所示的一个实施例中，标尺10的距离刻度12以毫米为单位，标尺10的张力刻度13中每一格代表40牛顿。
所述旋转体50的中部安装有一齿轮51，旋转体50的两端形成六角头；旋转体50可旋转地安装在所述突出部38的通孔33内，两端的六角头露出通孔33外。
所述移动杆40由下部的齿条41和上部的圆柱杆42组成，所述圆柱杆42的外径与上体20的柱状空间24的内径相适应，在圆柱杆42上安装有一弹簧(图中未示)；移动杆40从所述空腔34底部插入，旋转体50上的齿轮51与所述齿条41上的齿43啮合。在图中所示的实施例中，所述齿条41为圆柱齿条，所述杆件23为圆柱形，所述空腔为圆柱形，所述圆柱齿条和杆件23的外径与空腔内径相适应。
所述上体20的杆件23从所述下体30的空腔34顶部插入并套在所述圆柱杆42上，弹簧位于杆件23和齿条41之间；同时，所述标尺10从顶部插入所述凹槽36内。
在所述凹槽36顶端两侧各向内延伸形成限位片39，用于对所述标尺10进行限位；所述齿条41背面的上部固定连接限位柱44，限位柱44的另一端从本体31的限位长孔37和标尺10的长孔11伸出，用于防止移动杆40从空腔34底部掉出、防止标尺10从所述凹槽36上端脱出，同时用于指示标尺的张力读数。
另外，如图3所示，所述上垫片22和下垫片32作为一个整体，其形状如鸭嘴状，即：上垫片22由安装块21远离标尺10一侧自上下两个面向中间边收缩边向远离标尺一侧延伸而成，最终在前部形成测量片；所述下垫片32由本体31一侧的上部向上一边收缩一边向外延伸，然后水平延伸形成测量片。上垫片22和下垫片32的测量片大小和形状相同且相互平行。此种结构提高了两个测量片的强度，使其在受力状态下不易变形，从而能够长期保持测量精度。
优选的是，所述齿条41为圆柱齿条；所述杆件23为圆柱形，且圆柱齿条的外径大于所述杆件23的内径；所述空腔34下部的直径与所述圆柱齿条的直径相适应，长度≤圆柱齿条长度；所述空腔34上部的直径与所述杆件23的直径相适应。由于空腔34的下部直径大于上部直径，当齿条41即将或全部进入空腔34时，齿条41受阻，不再上移。
优选的是，上垫片22和下垫片32前部的测量片的厚度均为1.5mm，总厚度为3mm和手术中使用的人工关节假体的厚度一致。
在初始状态下，所述上垫片22和下垫片32前端的测量片贴合，所述限位柱44的上端面在张力刻度值的0牛顿处；在所述凹槽36边缘的本体31上对应“0”毫米处设置有标记线或指针(图中未示)，用于指示两个测量片张开后二者之间的距离。
上述装置的使用方法如下：
参见图10a、10b、2a、2b。首先，在完成屈曲间隙的截骨成型后，安装股骨侧假体试模，将消毒后的该装置的两个垫片插入屈膝位的关节间隙内，通过转动扳手60使旋转体50上的齿轮转动，进而带动齿条上移，使上、下垫片张开。在上、下垫片不受力的情况下同，上体20、标尺10随齿条41相对于下体30上移，限位柱44保持在“0”N刻度处(参考图1中的状态)。继续转动扳手60，随着上、下垫片逐渐张开、撑开关节间隙，上、下垫片受到阻力且阻力逐渐增大，安装在圆柱杆42上的弹簧(图中未示)受力压缩，限位柱44相对于标尺10上移，产生张力读数，当获得合适的关节间张力时，读取标尺上的距离刻度和张力刻度数据，获得屈曲状态下的关节间隙大小a及张力值F。
然后伸直膝关节，以同样方法将该辅助装置的测量垫片置入关节间隙，撑开，直至达到张力F，读取此时的高度数据，即初始伸直间隙b。
再按照a-b的差值对股骨髁前方进行追加研磨后，即可获得精确的等张力、等距的屈曲间隙和伸直间隙，从而使得在使用同一厚度垫片的情况下，完成屈、伸活动时侧副韧带受到的张力相同,如图2b所示。
参见图10a和10b。需要说明的是，由于在膝关节屈曲状态下进行测量时，该装置为竖直状态，此时，弹簧不仅承受压力，还要承受上体20和标尺10的重力，从而导致在该状态下的读数略大于实际读数。为克服此问题，将标尺10下部的张力刻度设计成左侧刻度线略高于右侧刻度线，在屈曲状态下读取左侧的张力值(该值为减去上体和标尺重力的实际张力值)，在伸直状态下读取右侧的张力值。在图中所示的实施例中，张力刻度左侧刻度线高于右侧相应刻度线0.3mm。
另外，虽然图5所示标尺10下部的张力刻度中每格代表40牛顿，为了获得更准确的张力读数，可在每个格内增设小刻度线，例如增设三根小刻度线，此时每小格代表10N。
应该说明的是，该装置可自行拆装或更换不同弹性模量的弹簧，根据弹簧的特性制备相应量程的刻度标尺，即能满足不同设计需求和软组织特性的测量要求。

Claims (8)

1.一种膝关节手术辅助装置，其特征在于：包括标尺(10)、上体(20)、下体(30)、移动杆(40)和旋转体(50)，其中：
所述上体(20)包括杆件(23)、安装块(21))和上垫片(22)，所述杆件(23)的上端与所述安装块(21)的底部垂直连接，所述上垫片(22)由所述安装块(21)的一侧向远离杆件(23)的方向延伸形成，上垫片(22)前端形成的测量片与所述杆件(23)垂直；所述杆件(23)的下部中空，形成柱状空间(24)；
所述下体(30)包括本体(31)和下垫片(32)，其中：
所述本体(31)一侧的外壁上形成有自顶部向下延伸的凹槽(36)；
所述本体(31)中心形成贯通的空腔(34)，用于容纳所述上体的杆件(23)和所述移动杆(40)；所述凹槽(36)和空腔(34)之间贯通形成限位长孔(37)；
与所述凹槽(36)相对的本体(31)一侧的底部向外突出设置突出部(38)，该突出部(38)中部形成通孔(33)；所述通孔(33)和空腔(34)之间形成连通孔(35)；
所述下垫片(32)设置在所述本体(31)上部、与所述突出部(38)相同一侧，下垫片(32)前端形成的测量片与所述本体(31)的长度方向垂直；
所述标尺(10)的上端固装在所述上体(20)的安装块(21)上、远离所述上垫片(22)一侧；在标尺(10)上部设置有距离刻度(12)，在标尺(10)下部设置有张力刻度(13)，在标尺(10)下部沿其长度方向形成有长孔(11)；
所述旋转体(50)的中部安装有一齿轮(51)、两端形成六角头；旋转体(50可旋转地安装在所述突出部(38)的通孔(33)内，两端的六角头露出通孔(33)外；
所述移动杆(40)由下部的齿条(41)和上部的圆柱杆(42)组成，所述圆柱杆(42)的外径与上体(20的柱状空间(24)的内径相适应，在圆柱杆(42)上安装有一弹簧；移动杆(40)从所述空腔(34)底部插入，旋转体(50)上的齿轮(51)与所述齿条(41)上的齿(43)啮合；
所述上体(20)的杆件(23)从所述下体(30)的空腔(34)顶部插入并套在所述圆柱杆(42)上，所述弹簧位于所述杆件(23)和齿条(41)之间；同时，所述标尺(10)从顶部插入所述凹槽(36)内；
在所述凹槽(36)顶端两侧各向内延伸形成限位片(39)，用于对所述标尺(10)进行限位；所述齿条(41)背面的上部固定连接限位柱(44)，所述限位柱(44)的另一端从本体(31)的限位长孔(37)和标尺(10)的长孔(11)伸出，用于防止移动杆(40)从空腔(34)底部掉出、防止标尺(10)从所述凹槽(36)上端脱出，同时用于指示标尺的张力读数；
在所述凹槽(36)边缘的本体(31)上对应“0”毫米处设置有标记线或指针。
2.根据权利要求1所述的膝关节手术辅助装置，其特征在于：所述标尺(10)上的距离刻度(12)以毫米为单位，且刻度值自上而下递增；所述张力刻度(13)以牛顿为单位，刻度值自下而上递增。
3.根据权利要求2所述的膝关节手术辅助装置，其特征在于：在初始状态下，所述上垫片(22)和下垫片(32)前端的测量片贴合，所述限位柱(44)的上端面在张力刻度值的0牛顿处，所述标记线或指针在0mm处。
4.根据权利要求1所述的膝关节手术辅助装置，其特征在于：所述齿条(41)为圆柱齿条；所述杆件(23)为圆柱形，且圆柱齿条的外径大于所述杆件(23)的内径；所述空腔(34)下部的直径与所述圆柱齿条的直径相适应，长度≤圆柱齿条长度；所述空腔(34)上部的直径与所述杆件(23)的直径相适应。
5.根据权利要求1所述的膝关节手术辅助装置，其特征在于：所述上垫片(22)由安装块(21)远离标尺(10)一侧自上下两个面向中间边收缩边向远离标尺一侧延伸而成，最终在前部形成测量片；所述下垫片(32)由本体(31)一侧的上部向上一边收缩一边向外延伸，然后水平延伸形成测量片，上垫片(22)和下垫片(32)前部的测量片大小和形状相同且相互平行。
6.根据权利要求1所述的膝关节手术辅助装置，其特征在于：还包括一用于转动所述旋转体(50)的扳手(60)。
7.根据权利要求1所述的膝关节手术辅助装置，其特征在于：所述上垫片(22)和下垫片(32)前部的测量片的厚度均为1.5mm。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的膝关节手术辅助装置，其特征在于：所述标尺(10)的张力刻度中，一侧的刻度线略高于另一侧的刻度线，在屈曲状态下读取较高一侧刻度线的张力值，在伸直状态下读取较低一侧刻度线的张力值，两侧相应刻度线的张力差值等于所述上体和标尺的重力值。
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