計算機控制骨折整復外固定系統的製作方法

2023-09-22 11:22:00 1

專利名稱：計算機控制骨折整復外固定系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種外科接骨器械，尤其是涉及一種外科外部接骨器械以用於整復接骨。
目前國際上主張骨折外固定的呼聲較高，並已有多種外固定器問世，如HJIn3APOB，KRONER與FISHER外固定器均為手動器械，且只有固定功能，不具備整復功能。經查閱國內外專利文獻，近年來在骨外固定器研究方面有新的進展，如一種為三環支柱式結構，帶有電機操作組件，可簡單遙控操作的整骨系統。此系統設計形式有新意，但是，其具體實現存在問題較多1.其固定器的三個環均為上、下兩半合成，其齒圈和蝸輪的接合部經常發生卡滯現象，尤其兩個拉伸環的(直齒、蝸齒)複合型齒圈只能用金屬製造，與蝸杆啃咬嚴重，既遮擋X射線，又顯粗笨沉重；2.其旋轉環與四個柱的連接是緊固死的，在往人肢體上安裝時困難較大，僅依靠拉伸環來調整間距十分緩慢，費時費力；3.其旋轉環沒有安全限位裝置，在遙控操作方式極易造成旋轉過度，對肢體造成二次傷害；4.其移位器及懸臂式附加器，從其設計和安裝使用部位上看，是通過肢體表皮、肌肉施加壓力給骨幹，使該段骨在Y軸上位移，然而這個動作與環外側的骨針調整架的作用是相矛盾的，這種錯誤動作極易對軟組織造成傷害，其安裝方法及部位即不能與旋轉同步，也不能與拉伸同步，當其頂板及附加器施加於肢體時，如此時有旋轉或拉伸及壓縮動作，軟組織立即會被劃傷；5.從該外固定器的豎面上分析，根本沒有提到和解決折骨的豎面(Z軸)成角問題，由此推測其遙控整復無法完成，是設計上的嚴重失誤；6.安裝於兩環外側的骨針調整架，其萬向球應該是起固定骨針作用的，而球孔與骨針之間是滑動的，其固定作用無法令人信服，其調整動作自然也是不可靠的；7.該固定器使用的是普通圓骨針，其串針的問題依然存在，因此其固定效果也不可靠，串針又極易造成針道感染；8.在臨床肢體骨折的整復過程中，常常需要對遠端骨作橫向移位，該固定器沒有此項功能；9.其手扣式骨針夾固器在設計上問題較多如其架體為平直型，嚴重侵佔了圓筒形外固定器的內部空間，與肢體位置空間重疊，實際上很難使用；其次，其固定骨針的手段不科學，以兩根螺釘來夾住骨針是不可靠的，此環節是外固定的關鍵所在，術後此處一旦鬆動或走位，後果不堪設想；10.其遙控操作的電機、減速箱的直插方式使其固定器外觀複雜而龐大，使用極不方便；所提到的軟軸連接方式並沒有具體實施方案。11.電腦部分
我們在以前的專利中所提到的整復外固定器的控制部分，有無線控制和有線控制兩種，有線控制部分分簡易控制和微機控制，但無論哪一種都僅僅是直接控制驅動電機的轉動或停止，也就是整復外固定器的各功能動作的產生或停止。而這些動作的產生，需要非常熟悉整復外固定器工作原理的醫生通過觀看x光圖像才能操作，而且極易產生誤操作。對X光機的圖像也僅能觀測不能處理，如把整復的前後過程的圖像保存等。
本發明的再一個目的在於提供一種可順利實現每段骨折三維六個自由度的整復，通過骨針使骨折兩端作拉伸、壓縮、旋轉、移位、調角、復位並能自鎖固定的計算機控制骨折整復外固定系統，使折骨達到生理解剖位置。其中安裝有應力傳感器，使骨折軸向加壓力度以數據形式精確顯示，供臨床醫生參考、研究和應用，從而使骨折整復與固定更加科學和精確，提高了骨折癒合質量，縮短了癒合周期。
本發明的又一個目的是提供一種利用計算機控制系統來完成複雜而又繁瑣的工作，使得醫生的工作變得簡單而又直觀。其主要方法包括X光機的圖像信號直接進入控制計算機，處理平面圖像為立體圖像等各種圖像的處理，由於X光機的圖形信號已經進入計算機所以可實現遠程異地操作成為現實；能在該骨骼圖像上直接獲取各功能的控制參數或手動設定控制參數實現各功能動作的自動完成；能自動檢測非正常的和不合理的動作，並立即終止；為病人提供病例檔案管理，使病人對病情的長期跟蹤帶來方便，使醫生對病情的分析提供有效的數據；工作狀態動態顯示一目了然，人機對話界面友好操作更方便；提供一種直接的操作方式，該目的可使一些對電腦操作極不熟悉的醫生提供的操作整復外固定器的方法。比以前的系統更方便、更安全；應力、扭力傳感器，限位開關這些數據既能提供給醫生作為參考，又能起到安全防範的目的。
本發明是這樣實現的它由X光機(又稱X光信號機)、計算機組合裝置、變速箱、轉軸、傳感器、整復外固定器組成的。其中計算機組合裝置分別與X光機、傳感器、兩個變速箱相連；整復外固定器分別與傳感器、兩個軟軸相連。變速箱和相應的軟軸相連。變速箱還和相應手動按鈕功能顯示燈連。計算機組合裝置包括計算機、印表機、滑鼠、鍵盤、採集卡、A/D卡、I/O卡、限位開關，其中，計算機分別連印表機、滑鼠、鍵盤、採集卡、A/D卡、I/O卡。變速箱與手動按鈕功能顯示燈連接，I/O卡分別連變速箱和限位開關，A/D卡又連應力、扭力傳感器，採集卡連X光機。整復外固定器包括；拉伸環旋轉環、全螺紋接杆、螺紋連接樁、螺紋骨針、骨針調整架、手扣式骨針調整架、骨針調節器、橫向移位器，其中，整復外固定器為兩環四螺紋連接杆框架結構，左環為旋轉環，主要由蝸輪蝸杆組成。右環為拉伸環，主要由蝸輪、蝸杆、四小齒輪和全螺紋連接杆組成。並構成複合螺紋幅；有與拉伸環的外環相連接的螺紋連接樁；有由殼體、蝸杆、蝸輪、螺杆、提升臂組成的遠近端骨針調整器；在骨針調整架上安裝測力傳感器；由弧形槽式架體、骨針固定子、夾塊、固定螺栓、固定螺母組成的手扣式骨針固定架；有由殼體、拉杆、裝針座組成的橫向移位器；有由殼體、拉杆、複合裝針座組成的骨針調整架；有一端帶有凹槽的全螺紋連接杆。所述計算機控制骨折整復外固定系統有兩種控制方式即普通的控鍵方式和計算機控制方式。並應用了中間具有凸螺紋骨針的整復外固定器，由拉伸環四根全螺紋連接杆組成並沿X軸作拉伸或壓縮動作；由旋轉環的齒圈及齒圈上兩骨針調整架組成並經過螺紋骨針作順時或逆時針方向的旋轉；由橫向移位器結合旋轉圈上兩骨針調整架，使螺紋骨針作Y軸的橫向移動；由遠、近端骨針調整器依託旋圈和全螺紋連接杆經骨針作Z軸的升、降動作；由拉伸環上兩骨針調整架經螺紋骨針作Z軸的調角或移位動作；由旋轉環齒圈上兩骨針調架經螺紋骨針作X軸的調角或移位動作；所述的系統應用變速箱及軟軸將計算機與外固定器相互連接，由計算機發出指令給變速箱，並將變速箱產生的轉矩，施加於外固定器，從而達到遙控接骨的目的。
本發明的積極效果在於1.可以遠程遙控方式，通過微機操作完成骨折三維六自由度精確整復，整復自動化程度高；本發明達到了光機電一體化，自動化程度較高，從而降低了醫生的勞動強度，使醫生避開了X射線傷害，提高了接骨精度和速度，減輕了患者痛苦，能提高骨傷治癒，縮短了骨傷癒合周期；2.本發明優異的調整功能，在骨延長術中應用優勢突出；3.對開放、閉合型的單一骨折及粉碎性骨折均可使用，整復功能全，固定效果牢靠；4.本發明的外固定器組件均採用高分子新材料注塑成形，具有美觀、輕巧、堅固、無毒、阻燃、耐高溫(225℃)、不遮擋X射線的優點；5.本發明的產品為一次性使用，避免了交叉感染，材料回收可再生循環使用，即節約了資源，又不汙染環境；6.本發明採用中間有凸螺紋的骨針進行了整復與固定，調整的可靠性及固定的牢固性得到保證，具有不串針、針道不感染的特點。7.用該系統完成整復外固定器各功能的動作使整復外固定器複雜的調整變為簡單的滑鼠操作；在所述的X光信號的引入並進行的骨骼圖像的處理；在所述的自動設定調整參數和手動設定調整參數，並自動完成該功能的動作；在所述的傳感器的參數顯示，安全防護措施；在所述的屏幕顯示的各種內容；如病人圖像，檔案管理；能實現遠程控制操作；將整復外固定器同時接上壓力、扭力傳感器，限位開關並把信號通過A/D卡引入計算機就能用各種功能軟體模塊實現上述動作。
圖2是本發明的旋轉環結構剖視示意圖。
圖3是本發明的手扣式骨針固定架剖視示意圖。
圖4是本發明的近端骨針調整器剖視示意圖。
圖5是本發明的拉伸環結構剖視示意圖。
圖6是本發明的拉伸環骨針調整架剖視示意圖。
圖7是本發明的遠端骨針調整器剖視示意圖。
圖8-1是本發明的橫向移位器剖視示意圖。
圖8-2是本發明的橫向移位器俯視示意圖。
圖9是本發明的旋轉環骨針調整架剖視示意圖。


圖10是本發明的系統結構框圖。
圖11是本發明控制計算機組合裝置結構框圖。
圖12是本發明的程序框圖。
圖13是系統面板和CRT顯示圖。
如圖2所示左環為旋轉環其結構有外環2-1、齒圈2-2、蝸杆2-3。外環上有四個孔與四根連接杆相接，並由四對螺母將外環夾固在四根全螺紋接杆上。齒圈上裝有一對骨針調整架9，還裝有遠端骨針調整器7。其中骨針調整架上安有橫向移位器8。連接杆遠端安裝有旋轉限位開關15。當蝸杆輸入轉矩時，齒圈轉動，帶動骨針調整架上的骨針旋轉，同時也帶動橫向移位器8和骨針調整器7同步旋轉，當轉到一定角度時，限位開關斷開，起到旋轉保護作用。
如圖3所示為手扣式骨針固定架，該架由弧形槽式架體3-1、骨針固定子3-2、夾塊3-3、固定螺栓3-4及固定螺母3-5組成。該架可將骨針作任意角度的固定。
如圖4所示為近端骨針調整器，其構造、功能與遠端骨針調整器7相同，只是連接部位不同，由手扣式固定架體4-1固定於靠近拉伸環5上部的兩根螺紋連接樁及長連杆上，對近端骨針作Z軸的運動。
如圖6所示為拉伸環骨針調整架(一對)，有殼體6-1、拉杆、6-2、複合裝針座6-3、固定螺母6-4組成。該對骨針調整架將螺紋骨針7固定，並能使該骨針的兩端作X軸和Z軸的移位和調角。
如圖7所示為遠端骨針調整器，由槽柱7-1殼體7-2、蝸杆7-3蝸輪7-4、蝸紋柱7-5及提升臂7-6組成。該調整器由一根槽柱插接於旋轉環2齒圈定位孔內，並與此環齒圈同步轉動。該調整器的提升臂與骨針10相連接，當蝸杆輸入轉矩時，蝸輪轉動並以內螺紋與螺紋柱組成螺紋幅，帶動提升臂骨針作Z軸運動。
如圖8所示為橫向移位器，由叉形支架8-1、殼體8-2、拉杆8-3、裝針座8-4及固定螺母8-5組成。該移位器安裝於16的骨針調整架裝針座上。拉杆螺紋與其裝針座構成螺紋幅，其裝針座將螺紋骨針1固定，當拉杆輸入轉矩時，帶動骨針作Y軸運動。
如圖9所示；為旋轉環骨針調整架(一對)，由殼體9-1、拉杆9-2、裝針座9-3、固定螺母9-4組成。該對骨針調整架將螺紋骨針1固定〔當橫向移位器8工作時，此對調整架兩固定螺母應放鬆〕，並能使該骨針的兩端作X軸的平面調角。手扣式螺紋骨針固定架12，其結構與圖3基本相同，不同點是其夾塊的小夾孔內有螺紋，可與螺紋連接樁14夾固在一起，又能在全螺紋連接杆13上滑動。當拉伸環5作X軸運動時，該固定架帶動骨針與其同步同向運動。
如圖11所示為計算機組合裝置的硬體結構圖。X光機的圖像信號通過電纜連到採集卡，採集到的圖像信號，送入控制計算機主機板。應力、扭力傳感器，通過A/D卡，連到主機板。A/D卡有放大、標定、調零、模擬量到數字量的變換等功能。變速箱、限位開關、通過I/O卡，連到主機板，主機板同時還連到印表機、滑鼠、鍵盤。
如圖12所示控制計算機的中央處理器是該系統的核心，負責軟體處理。在軟體方面。一.它完成X光的圖像採集、圖像處理、圖像顯示、圖像測定、圖像存儲和病人的病例檔案管理，提供友好的人機對話操作界面等。二.完成各種傳感器及I/O口的數據採集，分析處理，六個電機的驅動或停止命令。三.安全保證措施，通過某種功能的時間設定和對傳感器的檢測來防止各種意外發生。由軟體框圖12可進一步說明軟體的功能模塊。
如圖13所示本方法的實際屏幕效果(1)是個功能菜單，完成各功能界面的切換。(2)實時狀態顯示，它的作用是顯示某功能正在工作狀態，如時間、長度。(3)各功能選擇，整復外固定器各功能是通過觀測X光圖像，做出是拉伸還是旋轉等功能選擇，而且僅能選一項。(4)各功能參數設定，當某功能選好之後就要給定參數，或用滑鼠抓取參數(5)X光圖像，既是X光的圖像等同的窗口(6)已保存的X光圖像四個，當在整復過程中可把整個過程中的幾個階段可分別保存起來。啟動、停止按健(7)，以上所述完成之後需要按啟動命令方能工作，停止按健是立即停止當前正在運行的工作。
本方法的直接操作式是由按健和指示燈組成。當某功能健按下時，控制計算機接收到該命令，同時發出該功能指令，一旦該電機驅動電壓產生時，該指示燈點亮。指示燈的作用是指示該功能正在執行。
本發明應力傳感器有兩個作用，一.是防止操作不慎造成二次創傷，二.是給醫生提供骨骼間的受力情況。扭力傳感器的作用是檢測各功能軟軸轉動是否順暢，如有問題立即停止驅動並提示醫生檢查後方可繼續工作。位開關是防止旋轉過量，當達到限制位置時，立即切斷該功能的命令。印表機是圖片、病例、文檔輸出設備。鍵盤、滑鼠是，人機對話設備。控制計算機是完成整復外固定器整個自動、半自動化工作過程的電腦控制操作平臺，並為醫生提供清晰的骨骼圖像。控制計算機來完成複雜而又繁瑣的工作，使得醫生的工作變得簡單而又直觀。其主要方法包括X光機的圖像信號直接進入控制計算機，處理平面圖像為立體圖像等各種圖像的處理，由於X光機的圖形信號已經進入計算機所以可實現遠程異地操作成為現實；能在該骨骼圖像上直接獲取各功能的控制參數或手動設定控制參數實現各功能動作的自動完成；能自動檢測非正常的和不合理的動作，並立即終止；為病人提供病例檔案管理，使病人對病情的長期跟蹤帶來方便，使醫生對病情的分析提供有效的數據；工作狀態動態顯示一目了然，人機對話界面友好操作更方便；提供一種直接的操作方式，該目的可使一些對電腦操作極不熟悉的醫生提供的操作整復外固定器的方法。比以前的系統更方便、更安全；應力、扭力傳感器，限位開關這些數據既能提供給醫生作為參考，又能起到安全防範的目的。
權利要求
1.一種計算機控制骨折整復外固定系統，它包括計算機組合裝置、變速箱、整復外固定器，其特徵在於它還包括軟軸、傳感器、X光機、手動按鈕功能顯示燈；其中，計算機組合裝置分別與X光機、傳感器、兩個變速箱相連，變速箱又和相應的軟軸、手動按鈕功能顯示燈相連，整復外固定器分別與傳感器、兩個軟軸相連。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述的計算機組合裝置的計算機分別連印表機、滑鼠、鍵盤、採集卡、A/D卡、I/O卡。變速箱與手動按鈕功能顯示燈連接，I/O卡分別連變速箱和限位開關，A/D卡又連應力、扭力傳感器，採集卡連X光機。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述整復外固定器為兩環四螺紋杆連接杆框架結構，左環為旋轉環，主要由蝸輪、蝸杆組成；右環為拉伸環，主要由蝸輪、蝸杆、四小齒輪和全螺紋連接杆組成，並構成複合螺紋幅；有與拉伸環的外環相連接的螺紋連接樁；由殼體、蝸杆、蝸輪、螺杆、提升臂組成的遠近端骨針調整器；在骨針調整架上安裝測力傳感器；由弧形槽式架體、骨針固定子、夾塊、固定螺栓、固定螺母組成的手扣式骨針固定架；有由殼體、拉杆、裝針座組成的橫向移位器；有由殼體、拉杆、複合裝針座組成的骨針調整架；有一端帶有凹槽的全螺紋連接杆，並應用了中間具有凸螺紋骨針。
4.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述的系統控制方式為兩種即普通的控鍵方式和計算機控制方式。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述整復外固定器採用堅固、無毒、阻燃、耐225℃高溫的材料製作，為一次性使用。
全文摘要
一種計算機控制骨折整復外固定系統,它由計算機組合裝置分別與X光機、傳感器、兩個變速箱相連,變速箱又和相應的軟軸、手動按鈕功能顯示燈相連,整復外固定器分別與傳感器、兩個軟軸相連組成。本系統可遠程遙控方式通過計算機操作完成骨折三維六自由度精確整復,整復自動化程度高可達到光機電一體化,降低了醫生的勞動強度,並使醫生避開了X射線傷害,提高接骨精度和速度,減輕了患者痛苦,縮短了骨傷癒合周期。對開放、閉合型的單一骨折及粉碎性骨折均可使用,整復功能全,固定效果牢。
文檔編號A61B17/60GK1389182SQ0212399
公開日2003年1月8日 申請日期2002年7月12日 優先權日2002年7月12日
發明者劉佔國, 鮑衛平 申請人:劉佔國, 鮑衛平