CN201642279U - 压力反馈多模式微动外固定架 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于医疗器械的骨折治疗用外固定装置，具体涉及一种压力反馈多模式微动外固定架，解决了现有骨折康复外固定架不能判断愈合阶段，不能全面提供各愈合阶段骨折断端所需的刺激，甚至会起到抑制愈合的问题。其包括与断骨连接的两个夹针固定器，可使两个夹针固定器产生相对位移的机械加压装置，所述机械加压装置上设置压力反馈装置，压力反馈装置连接控制器，控制器又与机械加压装置的驱动连接。本实用新型克服了现有设计无法判断断端愈合阶段情况，无法针对性调整力学刺激的弊端，实现动态压力刺激模式，克服了单独位移刺激模式在骨折愈合后期导致骨痂破坏的缺陷，实现治疗方案的个体化、数字化，容易获得令人满意的疗效。

Description

压力反馈多模式微动外固定架 

技术领域

本实用新型属于医疗器械的骨折治疗用外固定装置，具体涉及一种压力反馈多模式微动外固定架。 

背景技术

通常治疗肢体骨折，可采用髓针、钢板内固定技术和夹板、石膏固定、金属外固定架等外固定技术。临床观察发现，过于坚强的固定(包括内固定和外固定)会导致骨折愈合缓慢，而不稳定的固定会导致骨折愈合延迟，甚至不愈合。保持基本稳定的前提下，适当的微动或压力可促进骨折的愈合。 

通常通过肢体锻炼、负重等方式，对骨折断端施加微动或压力刺激。但是这些方式对骨折断端的刺激无法量化观察。而且患者活动能力和疼痛刺激等因素也影响锻炼的实施。且内固定条件下，肢体负重的压力大多由内固定物承受，对断端的力学刺激不确实。临床需要对骨折断端进行可控动态加压的装置，促进骨愈合。 

国内外学者采用外固定架结合机械结构的方式，使外固定架主动循环压缩，对断端施加动态压力。他们的出发点以及设计思想和采用的动力方式、结构、装配等不尽相同。以考虑频率、振幅为主。这些研究获得了初步的经验，同时也发现一些问题。如国内张先龙等通过外固定架给予骨折断端0.25mm不同频率的微动刺激，发现早期对骨痂形成有促进作用。近期Jogodzinski总结国外相关研究成果，发现早期断端微动刺激，可促进骨痂的形成，晚期微动刺激则抑制骨痂生长。其原因与晚期刚性较强的骨性骨痂形成，不能承受过大的变形，而 发生破坏有关。但是，临床观察发现骨折晚期通过负重，对断端加压对骨折愈合起到加速作用。微动刺激实验与临床观察说明骨折晚期不适合微动刺激，只需给予一定压力刺激，不需要明显形变，即可起到促进愈合作用。 

现在，国内的学者也研制出不同结构类型电动式的微动康复装置，但都存在一定缺陷或不足。 

据国内文献和一些专利介绍过采用电动式的微动装置。有的利用凸轮机构实现往复运动，频率依靠电机转速变化。往复运动的行程(微动幅度)由凸轮升程所决定。其只能依靠更换凸轮来调节微动幅度，实用性差，并且骨折断端所获得的压力是无法确定的。 

也有采用微型直流电机带动丝杠使机构实现往复运动的(中国专利申请号021371775.X)。该装置在骨折康复期间的切入点是频率、时间和振幅为主，实现了周期性微动，但其仅仅实现了位移刺激(也即上述的微动刺激)的调节，并且丝杠结构可能存在一定间隙，不利于精确调控。最重要的是该装置无法确定断端压力。 

综上说明只可施加应变刺激(即断端微动)的外固定架(例如中国专利02137175.X)并不能满足骨折愈合各个阶段的需要，而且有可能起到抑制愈合的反作用。因此根据愈合阶段采用不同的力学刺激方式，针对性治疗才可达到好的治疗效果。 

如何判断愈合阶段是另一重要难题。骨折愈合分血肿形成、纤维骨痂、软骨骨痂、骨性骨痂多个阶段。现有实验结果均采用长骨横断模型或横骨折患者，骨折一致性很好，可通过时间判断愈合阶段。而临床应用时，由于个体差异、骨折类型不同等原因，即使恢复时间相同，不同个体骨折愈合情况差异也会很大。而且临床上，除骨性骨痂可在X线片上观察外，其他阶段常规方法无法有 效识别。利用现有骨折微动外固定系统均无法判断愈合阶段，因而不能制定针对性力学刺激治疗方案。为应用于临床，提高治疗效果，判断骨折愈合阶段是必须解决的问题。 

发明内容

本实用新型为了解决现有技术中骨折康复外固定架不能判断愈合阶段，不能全面提供各愈合阶段骨折断端所需的刺激，甚至会起到抑制愈合的不良作用的问题，提供了一种数字化自动控制的压力反馈多模式微动外固定架。 

本实用新型采用如下的技术方案实现： 

压力反馈多模式微动外固定架，包括与断骨连接的两个夹针固定器，可使两个夹针固定器产生相对位移的机械加压装置，其特征在于所述机械加压装置上设置压力反馈装置，压力反馈装置连接控制器，控制器又与机械加压装置的驱动连接。 

所述的机械加压装置包括与两夹针固定器分别连接的导柱、导套，导柱上安装机械加压装置的驱动，导套上安装压力反馈装置，压力反馈装置上安装与驱动输出端连接的往复运动元件连接。 

所述的机械加压装置的驱动可以为直线电机，压力反馈装置为压力传感器，往复运动元件为压力杆，控制器为DSP，导柱上安装有直线电机座，用于固定由控制器控制的直线电机，导套上安装传感器座，传感器座上安装有可向控制器传输信号的压力传感器，压力传感器上安装与直线电机的输出端连接的压力杆。直线电机输出端通过左右旋螺纹联轴器连接压力杆。 

所述的机械加压装置的驱动可以为步进电机，压力反馈装置为压力传感器，往复运动元件为滚珠丝杆螺母副，控制器为DSP，导柱上安装有步进电机座，用于固定由控制器控制的步进电机，导套上安装传感器座，传感器座上安装有 可向控制器传输信号的压力传感器，压力传感器上安装与步进电机的输出端连接的滚珠丝杆螺母副。步进电机的输出端与滚珠丝杆通过弹性联轴器连接。 

夹针固定器通过球面万向节分别与导柱、导套连接。 

压力反馈装置感受压力，传输到控制器(如DSP、单片机等)，控制器根据设定条件调节控制驱动，驱动带动往复运动元件达到设定压力或位移，压力数据和位移数据均通过控制器显示。 

在动力执行元件(步进电机)、滚珠丝杠螺母副以及压力反馈装置的选用和总体结构的考虑等等均采取了先进的、易普及的、低成本的且容易实现数字化控制、高精度的元器件和设计。步进电机、滚珠丝杠螺母副是实现数字化控制的常用配置。由于采用步进电机，因此，可以方便的使用DSP等控制器对其控制。滚珠丝杠螺母副无间隙、摩擦系数小、机械效率高等良好表现为获得准确数据提供了基本保障。而直线电机也是近些年发展为成熟、先进的产品；控制也容易实现；可直接实现往复直线运动，可减少一些运动的转换机构；为各种不同使用者提供更广泛的选择空间。 

由于骨折愈合各阶段力学性质(如弹性模量)有很大不同(血肿阶段最软，纤维骨痂，软骨骨痂到骨性骨痂硬度逐渐增加)，本实用新型采用加压后测量形变或形变后测压(控制器和传感器配合作用，控制施加压力测量断端处组织的形变，或者控制断端处组织的形变测量其产生的抗力)，所获得形变数据或者压力数据就可以反映骨折断端的力学性质，判断愈合阶段，从而给予针对性的力学刺激方案，提高疗效。 

刺激方案可采用设定位移模式，也可采用设定压力模式(设定压力条件下控制器根据压力传感器数据调节电机工作达到设定压力，设定位移条件下控制器根据设定距离直接调节电机工作达到设定距离)。其他相关参数(如：频率、 时间等)均可通过控制器编程设定。 

本实用新型所述的装置，综合考虑到骨折断端的复杂性、随机性，可根据患者在不同的康复阶段，准确获知骨折断端的力学性质，判断愈合阶段，根据获得的断端信息，进行力学刺激。除可采用控制位移的模式进行加压外，还可采用控制压力进行加压的模式，对断端施加动态压力，避免某些阶段位移模式对骨痂生长的抑制。各种刺激模式的各项参数均可调节，可实现力学刺激方式的个体化应用。 

如上所述，本实用新型与现有技术相比：首先通过动态加压而获取的信息，测定断端力学性质，判断骨折愈合的不同阶段，然后分别给予不同模式(位移刺激模式或压力刺激模式)的周期性力学刺激。克服了现有设计无法判断断端愈合阶段情况，无法针对性调整力学刺激的弊端。并且实现了动态压力刺激模式，克服了单独位移刺激模式在骨折愈合后期导致骨痂破坏的缺陷。各种刺激模式的频率、压力、振幅等参数均可通过控制器调节，实现治疗方案的个体化、数字化，容易获得令人满意的疗效。 

附图说明

图1为本实用新型直线式结构的示意图 

图2为图1的侧视图 

图3为本实用新型步进式结构的示意图 

图4为图3的侧视图 

图中：1-直线电机，2-螺栓I，3-螺母，4-直线电机座，5-导柱，6-左右旋螺纹联轴器，7-压力杆，8-锁紧螺母，9-螺栓II，10-传感器座，11-压力传感器，12-螺栓III，13-侧压板，14-球面万向节，15-夹针固定器，16-传感器座压板，17-导柱和导套座压板，18-导套，19-导柱和导套座，20-电机座压板，21-步进电机， 22-步进电机座，23-弹性联轴器，24-滚珠丝杠螺母副。 

具体实施方式

结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。 

压力反馈多模式微动外固定架，包括与断骨连接的两个夹针固定器15，可使两个夹针固定器产生相对位移的机械加压装置，其特征在于所述机械加压装置上设置压力反馈装置，压力反馈装置连接控制器，控制器又与机械加压装置的驱动连接。 

所述的机械加压装置包括与两夹针固定器分别连接的导柱5、导套18，导柱5上安装机械加压装置的驱动，导套上安装压力反馈装置，压力反馈装置上安装与驱动输出端连接的往复运动元件连接。机械加压装置的驱动可为直线电机1、步进电机21或者变频电机等。压力反馈装置为各种类型的压力传感器11。往复运动元件和驱动配合。控制器为DSP、单片机或者微电脑。 

所述的机械加压装置的驱动为直线电机1时，压力反馈装置为压力传感器11，往复运动元件为压力杆7，控制器为DSP，导柱5上安装有直线电机座4，用于固定由控制器控制的直线电机1，导套18上安装传感器座10，传感器座10上安装有可向控制器传输信号的压力传感器11，压力传感器11上安装与直线电机1的输出端连接的压力杆7。在临床装配时，当特制固定板15与断骨连接好后，旋入球面万向节14，将导柱、导套座19的凹型球面与球面万向节配和并将侧压板13用螺栓连接，然后分别安装导柱、导套压板17压牢。之后将直线电机座4、传感器座10用电机座压板20、传感器座压板16及螺栓分别和导柱、导套连接。在直线电机座上安装直线电机，在传感器座上安装压力传感器11。由压力传感器孔穿入压力杆7，并旋紧锁紧螺母8及左右旋螺纹联轴器6。 

机械加压装置的驱动为步进电机21时，压力反馈装置为压力传感器11，往 复运动元件为滚珠丝杆螺母副24，控制器为DSP，导柱5上安装有步进电机座22，用于固定由控制器控制的步进电机21，导套18上安装传感器座10，传感器座10上安装有可向控制器传输信号的压力传感器11，压力传感器11上安装与步进电机21的输出端连接的滚珠丝杆螺母副24。在临床装配时，当夹针固定器15连接打入骨内螺纹针或骨圆针后，旋入球面万向节14，将导柱和导套座19的凹型球面与球面万向节相配合，并将侧压板13用螺栓连接，然后分别安装导柱5、导套18。之后将步进电机座22及传感器座10用电机座压板20和传感器座压板16及螺栓分别与导柱、导套连接。在步进电机座22上安装步进电机21，在传感器座10上安装压力传感器11。在压力传感器11上安装滚珠丝杠螺母副24，旋转滚珠丝杠逐渐接近步进电机轴时、安装弹性联轴器23与步进电机的输出轴连接。 

用微电机作为成熟的动力执行元件已有许多使用经验。除体积小、重量轻，还有噪声小，易控制，精度高，低压、安全等等优势被广泛使用在各行各业。所以本实用新型采用微电机带动往复运动元件实现直线往复运动，如直线电机带动压力杆，步进电机带动滚珠丝杠螺母副。控制电机的快慢及行程即可达到所需频率、振幅要求。压力范围0-500N；频率范围0.25-5Hz；振幅0.253mm。三项参数指标可分段任意组合。 

在临床应用时，采用先加压后测量形变，获得骨断端的力学性质，判断愈合阶段，然后给予针对性的力学刺激方案，达到辨症施治的效果。除可采用控制位移的模式进行加压外，还可采用控制压力进行加压的模式，对断端施加动态压力，避免骨愈合后期位移模式对骨痂生长的抑制。各种刺激模式的各项参数均可调节，实现了力学刺激方式的多样性，并实现自动控制。 

Claims (7)

1.一种压力反馈多模式微动外固定架，包括与断骨连接的两个夹针固定器(15)，可使两个夹针固定器产生相对位移的机械加压装置，其特征在于所述机械加压装置上设置压力反馈装置，压力反馈装置连接控制器，控制器又与机械加压装置的驱动连接。

2.根据权利要求1所述的压力反馈多模式微动外固定架，其特征在于所述的机械加压装置包括与两夹针固定器分别连接的导柱(5)、导套(18)，导柱(5)上安装机械加压装置的驱动，导套上安装压力反馈装置，压力反馈装置上安装与驱动输出端连接的往复运动元件连接。

3.根据权利要求2所述的压力反馈多模式微动外固定架，其特征在于所述的机械加压装置的驱动为直线电机(1)，压力反馈装置为压力传感器(11)，往复运动元件为压力杆(7)，控制器为DSP，导柱(5)上安装有直线电机座(4)，用于固定由控制器控制的直线电机(1)，导套(18)上安装传感器座(10)，传感器座(10)上安装有可向控制器传输信号的压力传感器(11)，压力传感器(11)上安装与直线电机(1)的输出端连接的压力杆(7)。

4.根据权利要求2所述的压力反馈多模式微动外固定架，其特征在于机械加压装置的驱动为步进电机(21)，压力反馈装置为压力传感器(11)，往复运动元件为滚珠丝杆螺母副(24)，控制器为DSP，导柱(5)上安装有步进电机座(22)，用于固定由控制器控制的步进电机(21)，导套(18)上安装传感器座(10)，传感器座(10)上安装有可向控制器传输信号的压力传感器(11)，压力传感器(11)上安装与步进电机(21)的输出端连接的滚珠丝杆螺母副(24)。

5.根据权利要求3所述的压力反馈多模式微动外固定架，其特征在于直线电机(1)输出端通过左右旋螺纹联轴器(6)连接压力杆(7)。

6.根据权利要求4所述的压力反馈多模式微动外固定架，其特征在于步进电机(21)的输出端与滚珠丝杆通过弹性联轴器(23)连接。

7.根据权利要求5或6所述的压力反馈多模式微动外固定架，其特征在于夹针固定器(15)通过球面万向节(14)分别与导柱(5)、导套(18)连接。

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