CN218305218U - 一种可控无创延长的植入式电动人工假体 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可控无创延长的植入式电动人工假体，其主要包括人工假体和体内外控制器，人工假体由移动体、旋转体、密封外壳、传动箱和微型电机等组成；体内控制器主要由控制印刷电路板、微控制器、储能电池和无线充电线圈组成；体外控制器主要由信号发射端和无线充电器组成。本实用新型通过蓝牙将信号传递至体内控制器后，由微型电机做出相应指令，带动旋转体旋转进而推进移动体向前移动，以达到延长的效果。借助上述装置，可以多次进行肢体延长，避免了反复手术给患者带来的感染风险和心理负担；且单次延长距离短，不会对肌肉产生较大的牵拉感，保证了用户舒适的使用体验。具有良好的应用前景。

Description

一种可控无创延长的植入式电动人工假体

技术领域

本实用新型属于医疗器械领域，具体的，是一种可控无创延长的植入式电动人工假体，包括假体部分和内外控制器部分。

背景技术

可延长的假体可用于骨肉瘤患者、想要增高的成年人等群体。75％的骨肉瘤患者年龄在10-30岁，严重影响到了青壮年的身心健康。固定长度的假体植入体内后，不能满足青壮年正常身高的变化，从而导致两腿不等长。因此保肢的骨肉瘤患者通常需要植入可延长的假体，在适当时间通过适当延长假体长度来匹配另一侧肢体正常的骨骼发育。对于进行增高手术的成年人来说，也不能单次完成较长长度的增高，否则将会产生肌肉拉伸的剧烈疼痛或者损伤，需要定期进行延长已让肌肉逐渐适应。

一般来说可延长假体可以分为组合型假体、微创可延长假体和无创可延长假体三种类型。合型假体将膝关节假体设计为数个标准组合型假体组件，可通过二次手术更换合适长度的组件来达到延长的效果。但由于每次假体延长手术创伤大，且延长长度有限，微创可延长假体应运而生，其原理是假体本身可通过螺杆等方式进行延长，但需要进行微创手术来驱动假体的延长。但是微创手术也有一定的感染风险。且对于青少年患者来说，其身高变化较快，如单次延长太多则会导致患者肌肉受拉伸的剧烈疼痛；如多次少量得延长则会加大感染的风险和手术给患者带来的心理压力，并且大大增加创口恢复期。

无创假体随着对患者的身心健康关注的日益增长应运而生，其最大的特点在于植入体内后肢体的延长无需进行有创手术，从而减少手术感染风险和并发症发生率，降低了患者的心理负担和经济负担。

因此本实用新型设计了一种可控无创延长的植入式电动人工假体，在延长时不需要对患者进行二次手术，而是通过蓝牙通讯控制体内的电机旋转从而实现无创延长，即可做到多次、单次延长长度短。同时，在控制电路板的设计和控制下，可以实现电机的精确旋转，保证每一次旋转的精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中不足，提供一种一种可控无创延长的植入式电动人工假体。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种可控无创延长的植入式电动人工假体，其包括人工假体、体内控制器和体外控制器，所述人工假体包括固定髓针、密封外壳、移动体、旋转体、变速传动箱、微型电机，所述固定髓针为两个，分别位于假体的两端，其中一个固定髓针固定于密封外壳的一端，另一个固定髓针固定于移动体的一端；所述微型电机固定在密封外壳内的一端，微型电机的输出端与变速传动箱的输入端相连，变数传动箱的输出端与移动体相连，用于带动旋转体旋转；所述旋转体与移动体通过丝杠方式连接，在所述旋转体外周具有旋转防退装置，在旋转体靠近微型变速箱的一端设有限位环，用于限制旋转体的轴向移动；所述移动体具有固定髓针的一端位于密封外壳外，另一端位于密封外壳内，所述密封外壳具有防旋转限位器，用于限制移动体周向旋转；所述体内控制器通过绝缘导线与所述微型电机连接，所述体内控制器包括电连接的无线通讯模块、微控制器以及可无线充电的电池模块；所述体外控制器通过无线通讯模块与体内控制器通讯。

进一步地，所述微控制器内置控制程序，所述无线通讯模块接收到外部输入的指令后将指令传输给微控制器，微控制器根据指令输出控制信号控制微型电机旋转。

进一步地，所述体内控制器还包括H桥，所述微控制器将控制信号传递给H桥，通过H桥改变直流电路为交流电路，将电信号传递给电机，进而控制电机的旋转。

进一步地，所述无线通讯模块、微控制器、H桥和可无线充电的电池模块集成在柔性印刷电路板上。在本实用新型的一种实施方式中，所述无线通讯模块、微控制器、H桥集成在柔性印刷电路板的正面，所述可无线充电的电池模块集成在柔性印刷电路板的背面。这里的正面和背面是相对位置，在使用时，柔性印刷电路板埋植在贴近皮肤的位置，背面朝向皮肤。这样有利于无线充电模块充电。

进一步地，所述可无线充电的锂电池模块包括微型电池和无线充电线圈，所述无线充电线圈印刷在所述柔性印刷电路板的背面。

进一步地，所述无线通讯模块为蓝牙模块。

进一步地，所述旋转防退装置为棘轮防退装置，所述棘轮防退装置在正确的旋转方向上存在一定的阻尼。

进一步地，所述防旋转限位器为凸台结构。

进一步地，所述密封外壳的外端具有密封胶圈。

进一步地，所述密封外壳上具有两圈向内的平行环形凸起形成容纳所述限位环的环形凹槽，所述限位环被所述环形凹槽固定。

在本实用新型中，体内控制器的电路板可为柔性材料，外面包裹柔性外壳，从而保证在贴近皮肤表面时可以尽可能得贴合外皮肤的曲率。

进一步地，所述的可延长假体其还包括体外控制器，所述体外控制器包括计算单元、显示单元、输入单元以及无线通讯单元。体外控制器可嵌入智能化算法，可根据患者行走步数、体侧数据、输入数据等信息计算延长长度和延长速度，再向体内控制器发出延长指令，由于体外控制器可以是蓝牙功能的手机、平板、电脑等设备，保证了运算速度和算法开发的便捷性。

本实用新型具有如下优点：

1)可自动延长的假体设计了凸台防旋转和棘轮防退装置，使得假体更加稳定可靠；

2)体内控制器的所有模块均集成在同一印刷版上，正面包含控制、通信模块，背面包含无线充电模块，节省了空间，将患者的创伤减低；

3)体内控制器采用柔性印刷电路板，可以更符合身体的结构，使体内控制器安装可以更靠近皮肤；

4)体内控制器与假体主体分离，减少假体内的部件，将体内控制器置于较靠近皮肤的地方，方便进行维护；

5)体内控制器只接收由蓝牙传输的延长长度、延长速度等信息，其他的运算均由体外控制器完成，从而保证了体内控制器的简单高效；

6)体外控制器可嵌入智能化算法，可根据患者行走步数、体侧数据、输入数据等信息计算延长长度和延长速度，再向体内控制器发出延长指令，由于体外控制器可以是蓝牙功能的手机、平板、电脑等设备，保证了运算速度和算法开发的便捷性。

附图说明

图1是本实用新型整体示意图；其中：1、人工假体，2、体内控制器，3、外置无线充电器，4、体外控制器(可进行蓝牙通讯的设备)。

图2是本实用新型人工假体部分的结构示意图，其中：101、固定髓针， 102、密封胶圈，103、移动体，104、旋转体，105、限位环，106、变速传动箱，107、微型电机，108、密封外壳，109、棘轮，110、旋转螺纹，111、防旋转凸台。

图3是本实用新型体内控制器电路板结构组成示意图，A为正面，B为反面，其中：201、H桥电路模块(H桥)，202、微型控制器，203、蓝牙通讯模块，204、锂电池，205供无线充电的感应线圈。

图4是本实用新型体内控制器和体外控制器的控制逻辑图，其中：4、体外控制器(可进行蓝牙通讯的设备)、203、蓝牙通讯模块(体内)、202、微型控制器(MCU，体内)，201、H桥，107、微型电机，4、外置无线充电器、206、可无线充电的锂电池模块。

具体实施方式

本实用新型可控无创延长的植入式电动人工假体，其包括人工假体和体内控制器，所述人工假体包括固定髓针、密封外壳、移动体、旋转体、变速传动箱、微型电机，所述固定髓针为两个，分别位于假体的两端，其中一个固定髓针固定于密封外壳的一端，另一个固定髓针固定于移动体的一端；所述微型电机固定在密封外壳内的一端，微型电机的输出端与变速传动箱的输入端相连，变数传动箱的输出端与移动体相连，用于带动旋转体旋转；所述旋转体与移动体通过丝杠方式连接，在所述旋转体外周具有旋转防退装置，在旋转体靠近微型变速箱的一端设有限位环，用于限制旋转体的轴向移动；所述移动体具有固定髓针的一端位于密封外壳外，另一端位于密封外壳内，所述密封外壳具有防旋转限位器，用于限制移动体周向旋转；所述体内控制器通过绝缘导线与所述微型电机连接，所述体内控制器包括电连接的无线通讯模块、微控制器以及可无线充电的电池模块。

其中，所述微控制器内置控制程序，所述无线通讯模块接收到外部输入的指令后将指令传输给微控制器，微控制器根据指令输出控制信号控制微型电机旋转。在本实用新型中所采用的微型电机优选为交流电机，所述体内控制器还进一步包括H桥，所述微控制器将控制信号传递给H桥，通过H桥改变直流电路为交流电路，将电信号传递给电机，进而控制电机的旋转。

其中，所述无线通讯模块、微控制器、H桥和可无线充电的电池模块集成在柔性印刷电路板上。在本实用新型的一种实施方式中，所述无线通讯模块、微控制器、H桥集成在柔性印刷电路板的正面，所述可无线充电的电池模块集成在柔性印刷电路板的背面。这里的正面和背面是相对位置，在使用时，柔性印刷电路板埋植在贴近皮肤的位置，背面朝向皮肤。这样有利于无线充电模块充电。并且，可以将无线充电线圈印刷在所述柔性印刷电路板的背面。这样可以大幅节省了空间，将患者的创伤减低。

其中，所述旋转防退装置为棘轮防退装置，同时，在所述棘轮防退装置在正确的旋转方向上存在一定的阻尼，这样可以防止非目的性地产生旋转。

其中，所述密封外壳上具有两圈向内的平行环形凸起形成容纳所述限位环的环形凹槽，所述限位环被所述环形凹槽固定。

在本实用新型中，体内控制器的电路板可为柔性材料，外面包裹柔性外壳，从而保证在贴近皮肤表面时可以尽可能得贴合外皮肤的曲率。

本实用新型所述的可延长假体其还包括体外控制器，所述体外控制器包括计算单元、显示单元、输入单元、与体内控制器相匹配的无线充电单元以及无线通讯单元。体外控制器可嵌入智能化算法，可根据患者行走步数、体侧数据、输入数据等信息计算延长长度和延长速度，再向体内控制器发出延长指令，由于体外控制器可以是蓝牙功能的手机、平板、电脑等设备，保证了运算速度和算法开发的便捷性。

下面结合附图进一步说明本实用新型，但不应理解为对本实用新型的限制。在不背离本实用新型精神和实质的情况下，对本实用新型的任何修改或润湿，均属于本实用新型的范围。

实施例1可控无创延长的植入式电动人工假体

如图1所示，本实用新型可控无创延长的植入式电动人工假体整体包括四个部分，即人工假体1、体内控制器2、外置无线充电器3以及体外控制器 4(可进行蓝牙通讯的设备)。其中，人工假体1和体内控制器2是本实用新型可控无创延长的植入式电动人工假体的核心主成部分，外置无线充电器3 和体外控制器4是相关配套部件。外置无线充电器3和体外控制器4可以由相关设备来代替，例如具有蓝牙和反向充电功能的智能手机或者类似智能设备，通过安装控制程序即可作为体外控制器及外置无线充电器来使用。

如图2所示，人工假体1的主要组成，由固定髓针101、密封胶圈102、移动体103、旋转体104、限位环105、变速传动箱106、微型电机107、密封外壳108、棘轮109、旋转螺纹110、防旋转凸台111等组成。

所述的固定髓针101插入关节或骨头里，利用钢钉进行固定。密封外壳 108用于隔绝假体内部空腔与人体组织，防止器械失效。

所述的微型电机107为可自动延长假体的推进装置，输出轴向的旋转，经过变速传动箱106后，将合适速度的转动传递给旋转体104，带动旋转体 104旋转。由于旋转体104和移动体103通过旋转螺纹110连接(即通过丝杠方式连接)，因此在旋转体104旋转的同时将带动移动体103的轴向移动，从而达到伸长的效果。

在密封外壳108与移动体103的接触连接部分，采用了防旋转凸台，可以防止移动体103随旋转体104旋转而导致装置失效。本例中防旋转凸台111 的结构还可以是防旋转凹槽，也即密封外壳108的一端与移动体103之间通过凸台和凹槽的结构相配合，使移动体103沿着轴向方向延伸而不会发生周向旋转。

另外，采用了棘轮109传动，可以保证旋转只发生在可以使移动体向上伸长的方向，防止延长假体倒退。

本例中内控制器电路板结构组成示意图如图3所示，A为正面，B为反面，包括H桥电路模块201(H桥)，微型控制器202，蓝牙通讯模块203 (蓝牙模块，含天线)，锂电池204，供无线充电的感应线圈205。这些部件通过电联集成在柔性印刷电路板上。其外面包裹柔性外壳，从而保证在贴近皮肤表面时可以尽可能得贴合外皮肤的曲率。

在使用时，柔性印刷电路板埋植在贴近皮肤的位置，背面朝向皮肤。这样有利于无线充电模块充电。并且，可以将无线充电线圈印刷在所述柔性印刷电路板的背面。这样可以大幅节省了空间，将患者的创伤减低。

内外控制器的控制逻辑如图4所示，外置无线充电器3、主要由体外控制器4(可进行蓝牙通讯的设备)、体内蓝牙模块203、体内微型控制器202 (MCU)、H桥201、微型电机107、可无线充电的锂电池模块206组成。

可进行蓝牙通讯的手机APP先预置好不同字符所代表的功能(电机转速、延长距离等)，工作时发送字符指令至体内控制器2，由体内蓝牙模块203 接收，并通过印刷电路板上的串口通信，将字符传递给体内微型控制器202。 MUC内已预先写入程序，当接收到字符后，读取程序，做出相应情况下的输出反应，并将指令再进一步传递给H桥201。最后通过H桥201改变直流电路为交流电路，将电信号传递给微型电机107，进而控制微型电机107的旋转。整个体内控制器2部分，由可无线充电的锂电池模块供电，该模块应放置于离体表皮肤较近的地方，以便通过外置无线充电器进行充电。

本例中，体内控制器2这部分与假体主体分离,通过绝缘导线连接，因此体内控制器2可以置于较靠近皮肤的地方，方便进行更换或维修，将患者的创伤减低。同时，也可以保证无线充电和蓝牙通讯尽可能顺畅得进行。

进行假体植入手术时，将假体两端的髓针通过骨水泥或压配方式分别固定于患者所需延长的骨头两端，假体植入后能够承受人体正常的胜利生活载荷，并满足关节日常活动所需的活动范围。

进行假体延长时，所述的蓝牙连接的APP首先发送指令至体内控制器，指令包括控制电机的移动速度和旋转度数(圈数)。所述电机的最大延长速度为2mm/min，额定延长速度为0.5～0.6mm/min。电机输出轴向旋转，通过变速箱带动旋转体旋转。所述旋转体通过螺纹延长，考虑到患者的适应程度，其单次最大延长长度为8～10mm，总最大延长长度为80～120mm。

当单次延长达到设定值后，体内控制器执行停止指令，内置系统进入休眠状态。

所述的假体的密封外壳外直径根据肢体直径定制，为15mm左右，内直径为13mm左右，假体部分主要由钛合金和不锈钢材料制成。

当体内控制器的电池电量用尽后，通过外置无线充电器，即可为其充电。

Claims (10)

1.一种可控无创延长的植入式电动人工假体，其包括人工假体、体内控制器和体外控制器，其特征在于，所述人工假体包括固定髓针、密封外壳、移动体、旋转体、变速传动箱、微型电机，所述固定髓针为两个，分别位于假体的两端，其中一个固定髓针固定于密封外壳的一端，另一个固定髓针固定于移动体的一端；所述微型电机固定在密封外壳内的一端，微型电机的输出端与变速传动箱的输入端相连，变数传动箱的输出端与移动体相连，用于带动旋转体旋转；所述旋转体与移动体通过丝杠方式连接，在所述旋转体外周具有旋转防退装置，在旋转体靠近微型变速箱的一端设有限位环，用于限制旋转体的轴向移动；所述移动体具有固定髓针的一端位于密封外壳外，另一端位于密封外壳内，所述密封外壳具有防旋转限位器，用于限制移动体周向旋转；所述体内控制器通过绝缘导线与所述微型电机连接，所述体内控制器包括电连接的无线通讯模块、微控制器以及可无线充电的电池模块；所述体外控制器通过无线通讯模块与体内控制器通讯。

2.如权利要求1所述的植入式电动人工假体，其特征在于，所述微控制器内置控制程序，所述无线通讯模块接收到外部输入的指令后将指令传输给微控制器，微控制器根据指令输出控制信号控制微型电机旋转。

3.如权利要求2所述的植入式电动人工假体，其特征在于，所述体内控制器还包括H桥，所述微控制器将控制信号传递给H桥，通过H桥改变直流电路为交流电路，将电信号传递给电机，进而控制电机的旋转。

4.如权利要求3所述的植入式电动人工假体，其特征在于，所述无线通讯模块、微控制器、H桥和可无线充电的电池模块集成在柔性印刷电路板上。

5.如权利要求4所述的植入式电动人工假体，其特征在于，所述无线通讯模块、微控制器、H桥集成在柔性印刷电路板的正面，所述可无线充电的电池模块集成在柔性印刷电路板的背面。

6.如权利要求4所述的植入式电动人工假体，其特征在于，所述可无线充电的锂电池模块包括微型电池和无线充电线圈，所述无线充电线圈印刷在所述柔性印刷电路板的背面。

7.如权利要求1所述的植入式电动人工假体，其特征在于，所述无线通讯模块为蓝牙模块。

8.如权利要求1～7任一项所述的植入式电动人工假体，其特征在于，所述旋转防退装置为棘轮防退装置，所述棘轮防退装置在正确的旋转方向上存在一定的阻尼。

9.如权利要求1～7任一项所述的植入式电动人工假体，其特征在于，所述密封外壳上具有两圈向内的平行环形凸起形成容纳所述限位环的环形凹槽，所述限位环被所述环形凹槽固定。

10.如权利要求1～7任一项所述的植入式电动人工假体，其特征在于，所述体外控制器为具有无线通讯功能的智能设备。

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