TWI769427B - 肘關節外固定裝置 - Google Patents

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Abstract

一種肘關節外固定裝置，包含固定骨板，該固定骨板包含上部與下部，其中，上部具有一曲率半徑以配合肘關節之解剖學形貌，下部則接續於上部末端，並由肱骨遠端，往前臂骨遠端的方向延伸；數個螺釘孔，設於固定骨板表面，使骨螺釘得依適應症之需要，將肘關節外固定裝置固定於肘關節所需的位置上；以及，外固定環，始於固定骨板上部之一側，延伸環繞肘關節，並在末端打入肱骨遠端，以將肘關節復位。

Description

肘關節外固定裝置
本發明提出一種肘關節外固定裝置，更詳而言之，為藉由將肘關節外固定裝置裝設於肱骨與前臂之間，固定肘關節處骨折、脫臼、關節韌帶損傷的同時，還能保持病患肘關節的活動度的外固定裝置。
在日常生活中，肘關節(Elbow Joint)常因為跌倒、運動、意外，而導致肘關節傷害，其受傷的情形包含了骨折，肘關節的脫臼、環狀韌帶或橈側韌帶的損傷等等。對於上述的適應症而言，較常用的手術治療方式為利用骨板、骨釘、鋼線、石膏等等進行患部的固定，除了提供肘關節立即的穩定性外，也有利於將肘關節回復至自然的解剖學狀態，若是在骨折的情況下，也能避免骨折斷裂處的尖端部位反覆的刺傷軟組織，以減少周遭軟組織的傷害及降低血液流失，而若是關節炎或韌帶損傷的適應症，則有助由維持住關節面的距離，避免滑囊、軟骨組織等繼續受到壓迫，同時所維持的距離亦有助於軟組織的復原。
然而，無論其列於上述的適應症為何，由於肘關節內部空間有限，若病患在肘關節固定的時間內怠於復健或是接受不當治療，則有可能導致肘關節發生僵硬、攣縮(Contracture)的現象。其中，肘關節攣縮分為關節外與關節內，關節外攣縮通常源自異位骨化、關節外骨畸形，或是肌腱、周遭肌肉肌力退化而縮短，而關節內攣縮則可能有關節炎、關節僵硬、關節沾黏等等原因，在固定的早期，創傷沒有癒合之前，肢體的外形可近乎正常；一旦癒合，攣縮力量增加，輕者只是皮膚及皮下軟組織攣縮，重者可造成肌肉、肌腱、血管、神經的短縮，甚至骨關節畸形，從而完全喪失功能。攣縮的力量可能超過骨、關節、韌帶、肌腱的張力，使關節扭曲、關節半脫位或脫位，使得患肢在癒合後，需要進行額外 的治療或手術，以將患肢攣縮或僵硬的關節拉開。
然而，承上述，即便將患肢藉由額外的治療或手術將關節拉開，以試圖回復其活動的角度，若是在後續患肢的固定依然採用傳統的固定方式(如石膏)，而在復原的過程中，再度因為長時間無法活動，則在患肢癒合後，仍然會有關節僵硬的情形發生，因此對於肘關節的的治療而言，無論其適應症是骨折、脫臼、關節炎，抑或關節韌帶損傷，治療與固定的過程中需盡可能避免攣縮或關節僵硬的情形發生，因此在固定肘關節時，若能維持關節面的距離以及其活動度，則對於病患術後的恢復速度亦有相當的幫助。
以肘關節固定的器具來說，目前市面上的肘關節骨外固定器，例如中國專利公告號CN103417279A，其揭示了一種由通用鉸鏈固定器(Compass Universal Hinge Fixator)類型進行改良的肘關節固定裝置，其結構包含了三個呈現「U」字型構型的洞孔半環，兩個用於固定病患的肱骨部分，一個則用以固定前臂，三個洞孔半環以連接桿相連，以達到固定肘關節的目的。然而，該類型的肘關節固定裝置，通常體積龐大、重量重、設計複雜，且還需手術施行時配合，將肘關節固定裝置的旋轉軸(通常包含齒輪、洞孔半環等元件)，完美的對齊肘關節的旋轉軸，避免肘關節在活動時運動阻力增加，對於關節面比較完整，或關節軸心仍存在的病患而言，習知肘關節外固定器的安裝過程中的難度較高，且在患肢復原的過程中僅能執行屈曲(Flexion)與伸展(Extension)的動作，而無法執行旋前(Pronation)和旋後(Supination)，且可能因元件對齊肘關節旋轉軸時的誤差，影響活動度而較不利於固定後，對病患進行的關節牽引與復健。
有鑒於此，目前市場上仍然需要一種在固定肘關節能採取相對難度較低的骨外固定裝置，除了降低安裝時手術的難度，由於其固定的方式無可避免會有開放性的傷口，因此裝置的整體尺寸和重量也需降低，避免在未來數週的康復過程中，給病患帶來額外的重量負擔與傷口感染的風險；此外，在安裝過後，肘關節在復元過程中仍然需要能維持鉸鏈關節(Hinge Joint)的功能，使其保持在一定程度能屈曲、伸展、旋前，和旋後的範圍，以避免肘關節在治療後發生攣縮 或僵硬的現象，而影響到病患康復後肘關節的功能。
因此，基於以上，本發明提出了一種肘關節外固定裝置，其結構包含固定骨板，該固定骨板包含上部與下部，其中，上部為配合肘關節的肱骨及前臂骨的人體結構，具有一曲率半徑的範圍，下部則位於上部之後，並由肱骨遠端，往前臂骨遠端的方向延伸；複數個螺釘孔，設於上部與下部，骨螺釘得依適應症之需要，選擇適當的螺釘孔位置打入，將肘關節外固定裝置裝設於肘關節之上；以及，外固定環，起始於固定骨板上部之一側，延伸並環繞肘關節至上部的另一側，所述的外固定環的中端處具有一垂直彎折，並在末端打入肱骨遠端，以將肘關節復位，以增加固定的力量。
根據本發明之較佳的實施例，肘關節外固定裝置尚包含一具中空構造的絞鍊螺釘(Hinge Pin Screw)，於肘關節外固定裝置裝設於肘關節之前，先行打入肘關節進行固定，再將外固定環插入絞鍊螺釘，避免外固定環直接接觸骨骼，造成感染機率上升。
根據本發明之較佳的實施例，外固定環的起始處位置，位於上部第3個螺釘孔，與下部第1個螺釘孔之間，以較佳地能配合患肢的解剖學形貌。
根據本發明內容，其上部的曲率半徑R的範圍，為20~25mm，以配合病患肱骨、前臂骨與肌肉的解剖學結構，提高使用上的泛用性。
根據本發明內容，外固定環起始處和末端之間的寬度L，為40~60mm，以配合病患肱骨、前臂骨與肌肉的解剖學結構，提高使用上的泛用性。
根據本發明內容，位於固定骨板上的螺釘孔，由前臂骨近端，往前臂骨遠端的方向設置，並呈現左右交錯排列，使骨螺釘在打入骨骼時，能與水平軸的左右角度φ呈現±10°的範圍，以根據適應症，例如關節面所需拉開的距 離，或骨折的症狀，選擇適合的螺釘孔位置與角度。
根據本發明內容，固定骨板由肱骨遠端，往前臂骨遠端方向的兩側，具有波浪狀的結構，其固定骨板其中一側的波峰，對應到相應另一側的波谷，以配合到上述左右交錯排列的螺釘孔設置，使肘關節的固定能配合所需的適應症，或病患個體差異的解剖學結構。
根據本發明內容，肘關節外固定裝置的材料可為鈦合金，較佳的，為鈦六鋁四釩，其擁有較佳的生物相容性，藉此降低人體免疫排斥與開放性傷口感染的機率，並使肘關節外固定裝置能以三維列印(Additive Manufacturing)的方式進行各個部件的結構調整，增進針對病患個體差異的客製化彈性。
以上所述係用以說明本發明之目的、技術手段以及其可達成之功效，相關領域內熟悉此技術之人可以經由以下實施例之示範與伴隨之圖式說明及申請專利範圍更清楚明瞭本發明。
100‧‧‧肘關節外固定裝置
101‧‧‧外固定環
103‧‧‧固定骨板
1031‧‧‧上部
1033‧‧‧螺釘孔
1035‧‧‧下部
105‧‧‧骨螺釘
107‧‧‧外側表面
109‧‧‧內側表面
111‧‧‧絞鍊螺釘
201‧‧‧肱骨
203‧‧‧前臂骨
501‧‧‧水平軸
如下所述之對本發明的詳細描述與實施例之示意圖，應使本發明更被充分地理解；然而，應可理解此僅限於作為理解本發明應用之參考，而非限制本發明於一特定實施例之中。
圖1A說明肘關節外固定裝置的裝置構造。
圖1B顯示本發明之較佳的實施例中，肘關節外固定裝置更包含一絞鍊螺釘，以避免外固定環與肱骨直接接觸。
圖2說明肘關節外固定裝置如何固定肘關節，以及與骨骼固定的相對位置。
圖3說明肘關節外固定裝置如何固定肘關節，以及與骨骼固定的相對位置。
圖4說明肘關節外固定裝置如何固定肘關節，以及與骨骼固定的相對位置。
圖5顯示肘關節外固定裝置的俯視圖。
圖6顯示肘關節外固定裝置的側邊視圖。
本發明將以較佳之實施例及觀點加以詳細敘述。下列描述提供本發明特定的施行細節，俾使閱者徹底瞭解這些實施例之實行方式。然該領域之熟習技藝者須瞭解本發明亦可在不具備這些細節之條件下實行。此外，本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述之各項細節亦可基於不同需求而應用，且在不悖離本發明之精神下進行各種不同的修飾或變更。本發明將以較佳實施例及觀點加以敘述，此類敘述係解釋本發明之結構，僅用以說明而非用以限制本發明之申請專利範圍。以下描述中使用之術語將以最廣義的合理方式解釋，即使其與本發明某特定實施例之細節描述一起使用。
本發明的目的，在於改善習知的肘關節固定裝置，通常體積龐大、重量重、結構複雜，且應用上仰賴裝置各元件精準對齊肘關節的相應處，若手術過程中安裝的距離誤差較大，例如，偏離10mm以上時，則肘關節在復原中期需要牽引復健時，其運動阻力與原來相較可能高達數倍，而不利於復健，甚至因此使骨螺釘承受過度的扭矩，而發生骨螺釘斷裂或鬆脫的現象。此外，對於關節面較完整，或關節軸心仍存在的病患，改善習知肘關節外固定器的的複雜設計，亦能降低固定時所需的骨螺釘的使用數量，減少開放性傷口在未來數週時的感染風險，同時因結構上的改善，也同時進一步降低重量，避免患肢過度影響病患的日常生活。
有鑑於上述目的，請參閱圖1A，本發明提出了一種肘關節外固定裝置(100)，其結構包含一構型可配合肱骨(201)遠端至前臂骨(203)近端之間解剖學構造的固定骨板(103)，該固定骨板(103)包含上部(1031)與下部(1035)，請一併參考圖2到圖4，其中，上部(1031)為配合肘關節的肱骨(201)及前臂骨(203)的人體結構，具有一曲率半徑R的範圍，較佳的，為20~25mm，以配合病患肱骨(201)、前臂骨(203)與肌肉的解剖學結構，提高使用上的泛用性；下部(1305)則接續上部(1031)之後端，並由肱骨(201)遠端，往前臂骨(203)遠端的方向延伸；複數個螺釘孔(1033)，設於上部(1031)與下部(1035)的，貫通外側表面(107)與內側表面(109)，使骨螺釘(105)得依適應症之需要，選擇適當的螺釘孔(1033)位置打入，將肘關節外固定裝置(100)裝設於肘關節之上；以及，外固定環(101)，起始於固定骨板(103)之上部(1031)的一側上部(1031)的另一側，其中端處具有一垂直彎折，使其在末端處打入肱骨(201)遠端，將肘關節復位時，可具有最大的固定力。其中，在本發明一實施例中，外固定環(101)往外的延伸處，位於上部(1031)的末端最後一個螺釘孔(1033)，與下部(1035)的第一個螺釘孔(1033)之間，使其固定的力量，與維持肘關節屈曲、伸展、旋前、旋後的活動度為最佳，並使患肢在肘關節外固定裝置(100)術後的數小時至三天內，即可依照病患的自主意識開始患肢屈曲、伸展、旋前，和旋後等動作的復健，杜絕攣縮或關節僵硬的情形發生。
請參閱圖1B，根據本發明之較佳的實施例，肘關節外固定裝置(100)尚包含一具中空構造的絞鍊螺釘(111)，於肘關節外固定裝置(100)裝設於肘關節之前，先行打入肘關節進行固定，再將外固定環(101)插入絞鍊螺釘(111)，避免外固定環(101)直接接觸骨骼，較佳地，該絞鍊螺釘(111)的長度範圍，可依照病患個別的生理結構，或日後復健時患肢所需的活動角度，選擇50-100mm的範圍，而該絞鍊螺釘(111)的直徑範圍，則為3-8mm。其中，絞鍊螺釘(111)的設置，除了避免患肢活動時，肘關節不至於和外固定環(101)因為摩擦的關係，導致其打入的傷口在患肢癒合與復健的過程中逐步擴大以外，亦可避免傷口和外固定環(101)的接觸部位分泌物增加，導致傷口感染的機率上升。此外，絞鍊螺釘(111)的設置，相較於習知肘關節外固定器，也能使患者於患肢復原後可直接於 門診拆卸肘關節外固定裝置(100)，而毋須再度進行二次手術，具有大幅提高肘關節外固定裝置(100)治療上的便利性的特點。
請參閱圖2-4，其顯示了肘關節外固定裝置(100)，在骨骼上實施時的裝設方向。其中，上部(1031)裝設於肱骨(201)近端與前臂骨(203)的近端之間，下部(1035)裝設於前臂骨(203)的遠端，同時內側表面(109)貼合肘關節上鷹嘴凸一側的皮膚，外固定環(101)則於上部(1031)沿水平軸(501)之方向延伸並環繞肘關節環套住患肢，並在末端處打入肱骨(201)遠端，以強化肘關節外固定裝置(100)的固定力量。在本發明之一觀點中，固定骨板(103)上的骨螺釘(105)的數量可依應用上的需要而調整。而在本發明之較佳的實施例中，上部(1031)的螺釘孔(1031)為3個，下部(1035)的螺釘孔(1031)為7個，使肘關節外固定裝置(100)能較佳的對應不同病患的解剖學構造與適應症，包含骨折脫臼、關節炎、關節僵硬，與關節韌帶損傷。
根據本發明內容，位於固定骨板(103)上的螺釘孔(105)，由前臂骨(203)近端，往前臂骨(203)遠端的方向設置，並呈現左右交錯排列。請參閱圖5，在本發明實施例中，當骨螺釘(105)由外側表面(107)貫穿至內側表面(109)後，肘關節外固定裝置(100)由俯視圖的平面觀之，數個骨螺釘(105)將彼此交錯，每一個的骨螺釘(105)，則與水平軸(501)呈現φ=-10°~+10°的夾角，使骨螺釘(105)得依骨折脫臼的角度、形貌、關節面是否完整等因素，或是依照關節炎、韌帶損傷時，關節內包含滑囊、軟骨、韌帶等軟組織所需保持的距離，選擇骨螺釘(105)所需鎖入骨骼的數量、角度和距離，及中期牽引復健時屈曲、伸展等動作的需要，以利於肘關節在復原時促進軟組織生長，同時避免肘關節在復原的過程中周遭的肌肉、肌腱產生攣縮的現象，影響患肢康復後的活動功能。
根據本發明之一實施例，固定骨板(103)的下部(1033)，具有波浪狀的結構，其中一側的波峰，對應到相應另一側的波谷，除了配合到上述左右交錯排列的螺釘孔(1035)設置外，亦能在擴大固定骨板(103)的左右側的空間，以及螺釘孔(1035)所能打入的角度同時，避免固定骨板(103)在沒有波浪狀結構時，冗 餘的空間使肘關節外固定裝置(100)重量增加，導致患肢打入骨螺釘(105)的開放性傷口負重增加。此外，若肘關節外固定裝置(100)以三維列印的方式進行生產時，亦有利於製作材料的節約，同時相較於傳統CNC製作，亦能加快肘關節外固定裝置(100)的生產速度。
請參閱圖5，根據本發明一實施例中，外固定環(101)起始處和末端之間的寬度L，為40~60mm，藉此配合病患肱骨(201)、前臂骨(203)與肌肉的解剖學結構。其中上述之外固定環(101)末端固定於肘關節骨頭，配合骨螺釘(105)由外側表面(107)貫穿至內側表面(109)，兩者之間形成一相輔相成之固定二維平面，提升整體復健效果。請參閱圖6，其中，外固定環(101)以側邊視圖觀之，其與水平軸(501)的上下夾角θ的範圍為-10°~+10°。在本發明之較佳的實施例中，為提高肘關節外固定裝置(100)的承受應力的強度，以及使採用三維列印時容易生產，外固定環(101)、固定骨板(103)、上部(1031)、下部(1033)為一體成型。此外，在本發明中，φ角、θ角、外固定環(101)起始處和末端之間的寬度L、上部(1031)的曲率半徑R的範圍，均可根據適應症，或是病患本身的解剖學結構進行所需的調整。
根據本發明之較佳的實施例，外固定環(101)的起始處位置，位於上部(1031)第3個螺釘孔(1033)，與下部(1035)第1個螺釘孔(1033)之間，以較佳地能配合患肢的解剖學形貌。
根據本發明內容，肘關節外固定裝置(100)的材料，可為鈦合金，在本發明一實施例中，可為鈦六鋁四釩，其擁有較佳的生物相容性，藉此降低人體免疫排斥與開放性傷口感染的機率，並使肘關節外固定裝置能以三維列印(Additive Manufacturing)的方式進行各個部件的結構調整，增進針對病患個體差異的客製化彈性。
以上敘述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護 範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
100‧‧‧肘關節外固定裝置
101‧‧‧外固定環
103‧‧‧固定骨板
1031‧‧‧上部
1033‧‧‧下部
1035‧‧‧螺釘孔
105‧‧‧骨螺釘
107‧‧‧外側表面

Claims (8)

  1. 一種肘關節外固定裝置，包含：一固定骨板，該固定骨板包含一上部與一下部；其中該上部具有一曲率半徑，該下部則接續於該上部後端，由肱骨遠端，往前臂骨遠端方向延伸；複數個螺釘孔，彼此交錯排列於該固定骨板的表面上；至少一骨螺釘，透過該複數個螺釘孔，將該肘關節外固定裝置固定於肘關節；以及，一外固定環，起始於該上部之一側，並沿垂直肱骨之方向，往該上部的另一側環繞套住患肢，增加該肘關節外固定裝置的固定力，其中該外固定環的末端固定於肘關節，其中，該肘關節外固定裝置包含一絞鍊螺釘，該絞鍊螺釘具備一中空構造，設於肘關節上，使該外固定環的末端得插入該絞鍊螺釘，其中該外固定環的中端處，其有垂直彎折的結構。
  2. 如請求項1所述之肘關節外固定裝置，其中該上部的該曲率半徑R的範圍為20~25mm。
  3. 如請求項1所述之肘關節外固定裝置，其中該複數個螺釘孔在俯視平面上，與一水平軸交錯排列所呈現夾角φ的範圍，為-10°~+10°。
  4. 如請求項1所述之肘關節外固定裝置，其中該下部的兩側，具有波浪狀的結構，該下部其中一側的波峰，對應到相應另一側的波谷。
  5. 如請求項1所述之肘關節外固定裝置，其中該外固定環起始處和末端之 間的寬度L，為40~60mm。
  6. 如請求項1所述之肘關節外固定裝置，其中該外固定環在側視平面上，與一水平軸的上下夾角θ的範圍為-10°~+10°。
  7. 如請求項1所述之肘關節外固定裝置，其中該外固定環，位於該上部第3，與該下部第1的該複數個螺釘孔之間。
  8. 如請求項1所述之肘關節外固定裝置，其中該肘關節外固定裝置製作的材料為鈦六鋁四釩，藉此降低人體免疫排斥與開放性傷口感染的機率。
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