專利名稱：步進電機式壓力反饋多模式微動外固定架的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械的骨折治療用外固定裝置，具體涉及一種步進電機式壓力反 饋多模式微動外固定架。
背景技術：
通常治療肢體骨折，可采用髓針、鋼板內固定技術和夾板、石膏固定、金屬外固定 架等外固定技術。臨床觀察發(fā)現(xiàn)，過于堅強的固定(包括內固定和外固定)會導致骨折愈 合緩慢，而不穩(wěn)定的固定會導致骨折愈合延遲，甚至不愈合。保持基本穩(wěn)定的前提下，適當 的微動或壓力可促進骨折的愈合。通常通過肢體鍛煉、負重等方式，對骨折斷端施加微動或壓力刺激。但是這些方式 對骨折斷端的刺激無法量化觀察。而且患者活動能力和疼痛刺激等因素也影響鍛煉的實 施。且內固定條件下，肢體負重的壓力大多由內固定物承受，對斷端的力學刺激不確實。臨 床需要對骨折斷端進行可控動態(tài)加壓的裝置，促進骨愈合。國內外學者采用外固定架結合機械結構的方式，使外固定架主動循環(huán)壓縮，對斷 端施加動態(tài)壓力。他們的出發(fā)點以及設計思想和采用的動力方式、結構、裝配等不盡相同。 以考慮頻率、振幅為主。這些研究獲得了初步的經驗，同時也發(fā)現(xiàn)一些問題。如國內張先龍 等通過外固定架給予骨折斷端0. 25mm不同頻率的微動刺激，發(fā)現(xiàn)早期對骨痂形成有促進 作用。近期Jogodzinski總結國外相關研究成果，發(fā)現(xiàn)早期斷端微動刺激，可促進骨痂的形 成，晚期微動刺激則抑制骨痂生長。其原因與晚期剛性較強的骨性骨痂形成，不能承受過大 的變形，而發(fā)生破壞有關。但是，臨床觀察發(fā)現(xiàn)骨折晚期通過負重，對斷端加壓對骨折愈合 起到加速作用。微動刺激實驗與臨床觀察說明骨折晚期不適合微動刺激，只需給予一定壓 力刺激，不需要明顯形變，即可起到促進愈合作用?，F(xiàn)在，國內的學者也研制出不同結構類型電動式的微動康復裝置，但都存在一定 缺陷或不足。據國內文獻和一些專利介紹過采用電動式的微動裝置。有的利用凸輪機構實現(xiàn)往 復運動，頻率依靠電機轉速變化。往復運動的行程(微動幅度)由凸輪升程所決定。其只 能依靠更換凸輪來調節(jié)微動幅度，實用性差，并且骨折斷端所獲得的壓力是無法確定的。也有采用微型直流電機帶動絲杠使機構實現(xiàn)往復運動的(中國專利申請?zhí)?021371775. X)。該裝置在骨折康復期間的切入點是頻率、時間和振幅為主，實現(xiàn)了周期性微 動，但其僅僅實現(xiàn)了位移刺激(也即上述的微動刺激)的調節(jié)，并且絲杠結構可能存在一定 間隙，不利于精確調控。最重要的是該裝置無法確定斷端壓力。綜上說明只可施加應變刺激(即斷端微動)的外固定架(例如中國專利 02137175. X)并不能滿足骨折愈合各個階段的需要，而且有可能起到抑制愈合的反作用。因 此根據愈合階段采用不同的力學刺激方式，針對性治療才可達到好的治療效果。如何判斷愈合階段是另一重要難題。骨折愈合分血腫形成、纖維骨痂、軟骨骨痂、 骨性骨痂多個階段?，F(xiàn)有實驗結果均采用長骨橫斷模型或橫骨折患者，骨折一致性很好，可通過時間判斷愈合階段。而臨床應用時，由于個體差異、骨折類型不同等原因，即使恢復時 間相同，不同個體骨折愈合情況差異也會很大。而且臨床上，除骨性骨痂可在X線片上觀察 夕卜，其他階段常規(guī)方法無法有效識別。利用現(xiàn)有骨折微動外固定系統(tǒng)均無法判斷愈合階段， 因而不能制定針對性力學刺激治療方案。為應用于臨床，提高治療效果，判斷骨折愈合階段 是必須解決的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中骨折康復外固定架不能判斷愈合階段，不能全面提供 各愈合階段骨折斷端所需的刺激，甚至會起到抑制愈合的不良作用的問題，提供了一種數 字化自動控制的步進電機式壓力反饋多模式微動外固定架。本發(fā)明采用如下的技術方案實現(xiàn)步進電機式壓力反饋多模式微動外固定架，包括兩個夾針固定器，兩夾針固定器 分別與導柱、導套連接，導柱上安裝有步進電機座，用于固定由控制器控制的步進電機，導 套上安裝傳感器座，傳感器座上安裝有可向控制器傳輸信號的壓力傳感器，壓力傳感器上 安裝與步進電機的輸出端連接的滾珠絲桿螺母副。壓力傳感器感受壓力，傳輸到控制器(如DSP、單片機等)，控制器根據設定條件調 節(jié)控制步進電機，步進電機帶動滾珠絲杠螺母副達到設定壓力或位移，壓力數據和位移數 據均通過控制器顯示。在動力執(zhí)行元件(步進電機)、滾珠絲杠螺母副以及壓力傳感器的選用和總體結 構的考慮等等均采取了先進的、易普及的、低成本的且容易實現(xiàn)數字化控制、高精度的元器 件和設計。(注步進電機、滾珠絲杠螺母副是實現(xiàn)數字化控制的常用配置。由于采用步進 電機，因此，可以方便的使用DSP等控制器對其控制。滾珠絲杠螺母副無間隙、摩擦系數小、 機械效率高等良好表現(xiàn)為獲得準確數據提供了基本保障。)由于骨折愈合各階段力學性質(如彈性模量)有很大不同(血腫階段最軟，纖維 骨痂，軟骨骨痂到骨性骨痂硬度逐漸增加)，本發(fā)明采用加壓后測量形變或形變后測壓(控 制器和傳感器配合作用，控制施加壓力測量斷端處組織的形變，或者控制斷端處組織的形 變測量其產生的抗力)，所獲得形變數據或者壓力數據就可以反映骨折斷端的力學性質，判 斷愈合階段，從而給予針對性的力學刺激方案，提高療效。刺激方案可采用設定位移模式，也可采用設定壓力模式(設定壓力條件下控制器根 據壓力傳感器數據調節(jié)電機工作達到設定壓力，設定位移條件下控制器根據設定距離直接調 節(jié)電機工作達到設定距離)。其他相關參數(如頻率、時間等)均可通過控制器編程設定。本發(fā)明所述的裝置，綜合考慮到骨折斷端的復雜性、隨機性，可根據患者在不同的 康復階段，準確獲知骨折斷端的力學性質，判斷愈合階段，根據獲得的斷端信息，進行力學 刺激。除可采用控制位移的模式進行加壓外，還可采用控制壓力進行加壓的模式，對斷端施 加動態(tài)壓力，避免某些階段位移模式對骨痂生長的抑制。各種刺激模式的各項參數均可調 節(jié)，可實現(xiàn)力學刺激方式的個體化應用。如上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比首先通過動態(tài)加壓而獲取的信息，測定斷端力 學性質，判斷骨折愈合的不同階段，然后分別給予不同模式(位移刺激模式或壓力刺激模 式)的周期性力學刺激?？朔爽F(xiàn)有設計無法判斷斷端愈合階段情況，無法針對性調整力學刺激的弊端。并且實現(xiàn)了動態(tài)壓力刺激模式，克服了單獨位移刺激模式在骨折愈合后期 導致骨痂破壞的缺陷。各種刺激模式的頻率、壓力、振幅等參數均可通過控制器調節(jié)，實現(xiàn) 治療方案的個體化、數字化，容易獲得令人滿意的療效。


圖1為本發(fā)明的結構示意2為圖1的側視圖 圖中1-步進電機，2-步進電機座，3-螺栓I，4-彈性聯(lián)軸器，5-導柱，6-傳感器座 壓板，7-螺栓II，8-傳感器座，9-壓力傳感器，10-滾珠絲杠螺母副，11-螺栓III，12-螺栓 IV，13-導柱、導套座壓板，14-導套，15-導柱和導套座，16-球面萬向節(jié)，17-側壓板，18-夾 針固定器，19-電機座壓板。
具體實施例方式結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步說明。本發(fā)明包括步進電機1、步進電機座2、彈性聯(lián)軸器4、導柱5、傳感器壓板6、傳感器 座8、壓力傳感器9、滾珠絲杠螺母副10、導柱和導套座壓板13、導套14、導柱和導套座15、 球面萬向節(jié)16、側壓板17、夾針固定器18、電機座壓板19以及控制器(如DSP等)構成。 控制器顯示屏上可以讀到位移、壓力等信息。步進電機式壓力反饋多模式微動外固定架，包括兩個夾針固定器18，其特征在于 兩夾針固定器18分別與導柱5、導套14連接，導套14上安裝傳感器座8，傳感器座8上安 裝有可向控制器傳輸信號的壓力傳感器9，壓力傳感器9上安裝與步進電機的輸出端連接 的滾珠絲桿螺母副10?？刂破鲀?yōu)選DSP、也可以單片機、或者微電腦等。用微電機作為成熟的動力執(zhí)行元件已有許多使用經驗。除體積小、重量輕，還有噪 聲小，易控制，精度高，低壓、安全等等優(yōu)勢被廣泛使用在各行各業(yè)。所以本發(fā)明采用步進電 機帶動滾珠絲杠螺母副實現(xiàn)直線往復運動。控制步進電機的快慢及行程即可達到所需頻 率、振幅要求。壓力范圍0-500N ；頻率范圍0. 25-5Hz ；振幅0. 25_3mm。三項參數指標可分 段任意組合。在臨床裝配時，當夾針固定器18連接打入骨內螺紋針或骨圓針后，旋入球面萬向 節(jié)16，將導柱和導套座15的凹型球面與球面萬向節(jié)相配合，并將側壓板17用螺栓連接，然 后分別安裝導柱5、導套14。之后將步進電機座2及傳感器座8用電機座壓板19和傳感器 座壓板6及螺栓分別與導柱、導套連接。在步進電機座2上安裝步進電機1，在傳感器座8 上安裝壓力傳感器9。在壓力傳感器9上安裝滾珠絲杠螺母副10，旋轉滾珠絲杠逐漸接近 步進電機軸時、安裝彈性聯(lián)軸器4與步進電機的輸出軸連接。在臨床應用時，采用先加壓后測量形變或先形變后測壓，獲得骨斷端的力學性質， 判斷愈合階段，然后給予針對性的力學刺激方案。除可采用控制位移的模式進行加壓外，還 可采用控制壓力的模式進行加壓，對斷端施加動態(tài)壓力，避免骨愈合后期位移模式對骨痂 生長的抑制。各種刺激模式的各項參數均可調節(jié)，實現(xiàn)了力學刺激方式的多樣性，并實現(xiàn)自 動控制。
權利要求
一種步進電機式壓力反饋多模式微動外固定架，包括兩個夾針固定器(18)，其特征在于兩夾針固定器(18)分別與導柱(5)、導套(14)連接，導柱(5)上安裝有步進電機座(2)，用于固定由控制器控制的步進電機(1)，導套(14)上安裝傳感器座(8)，傳感器座(8)上安裝有可向控制器傳輸信號的壓力傳感器(9)，壓力傳感器(9)上安裝與步進電機(1)的輸出端連接的滾珠絲桿螺母副(10)。
2.根據權利要求1所述的步進電機式壓力反饋多模式微動外固定架，其特征在于控制 器為DSP。
3.根據權利要求1或2所述的步進電機式壓力反饋多模式微動外固定架，其特征在于 夾針固定器(18)通過球面萬向節(jié)(16)分別與導柱(5)、導套(14)連接。
4.根據權利要求3所述的步進電機式壓力反饋多模式微動外固定架，其特征在于步進 電機(1)的輸出端與滾珠絲桿通過彈性聯(lián)軸器(4)連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械的骨折治療用外固定裝置，具體涉及一種步進電機式壓力反饋多模式微動外固定架，解決了現(xiàn)有骨折康復外固定架不能判斷愈合階段，不能全面提供各愈合階段骨折斷端所需的刺激，甚至會抑制愈合的問題。其包括夾針固定器，兩夾針固定器分別與導柱、導套連接，導柱上安裝有步進電機座，用于固定由控制器控制的步進電機，導套上安裝傳感器座，傳感器座上安裝有壓力傳感器，壓力傳感器上安裝滾珠絲桿螺母副。本發(fā)明克服了現(xiàn)有設計無法判斷斷端愈合階段情況，無法針對性調整力學刺激的弊端，實現(xiàn)動態(tài)壓力刺激模式，克服了單獨位移刺激模式在骨折愈合后期導致骨痂破壞的缺陷，實現(xiàn)治療方案的個體化、數字化，容易獲得令人滿意的療效。
文檔編號A61B17/66GK101803942SQ20101010650
公開日2010年8月18日 申請日期2010年1月31日 優(yōu)先權日2010年1月31日
發(fā)明者衛(wèi)小春, 李凱, 翟寧 申請人:李凱;翟寧;衛(wèi)小春