一种具有力学自锁功能的可伸长髓内针制造技术

本发明专利技术提供一种具有力学自锁功能的可伸长髓内针，包括依次连接的：前定位段，包括带有内螺纹的空心前管，及安装在前管内的前固定杆；后定位段，包括通过一端与前管内螺接的后管，及安装在后管内的伸长管，和驱动伸长管在后管内移动的驱动装置；该伸长管通过螺纹拧入前管内；自锁结构，用于防止螺纹连接处在固定后回转；信号控制装置，包括安装在人体内的信号接收器，和设置在人体外的信号发送器。本发明专利技术在实现了可满足骨折修复与畸形矫正的髓内可延长髓内钉的医学功能的同时，解决了可延长髓内针难于监控、伸长过量或不足等关键问题；同时能够防止术后日常生活中螺纹不发生反向运动，以及伸长治疗中足以克服阻力以实现伸长的力学效果。的力学效果。的力学效果。

【技术实现步骤摘要】
一种具有力学自锁功能的可伸长髓内针


[0001]本专利技术涉及医学骨科领域，特别涉及一种针对骨折修复与畸形矫正中所使用的具有力学自锁功能的可延长髓内针。

技术介绍

[0002]可延长髓内针主要为成骨不全症患者四肢长骨骨折,脆骨病、瓷娃娃,骨折修复与畸形矫正。目前在除此之外的治疗方法中，使用外支架固定方式，其需要多支钢针通过皮肤进入骨头，带来巨大的痛楚，并且还很可能导致感染和其他问题；内外型固定的方式，有可能会引起新骨骨头生长不平整等问题。
[0003]可延长髓内针，作为下肢延长的器械中最先进的技术。它像其它肢体植入支架一样，与置入部位相适配，没有外部支架，减小病人痛苦，术后恢复稳定。其是一种技术含量高的治疗方法，但其存在难于监控、伸长过量或不足等问题，是目前该领域研究的热点。
[0004]此外，髓内针一般是通过螺纹结构实现整体伸展，但现有技术中的髓内针在伸展后，经常出现螺纹回转的现象，这是因为现有螺纹结构简化了导程角α与牙形角β等参数之间的相关关系，未考虑之中对当量摩擦以及压力FN分量的组合影响，且现有技术中未考虑扭矩载荷M以及轴向载荷F对螺纹传动规律的影响，最终影响髓内针的定位效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种针对骨折修复与畸形矫正中所使用的具有力学自锁功能的可延长髓内针。
[0006]具体地，本专利技术提供一种具有力学自锁功能的可伸长髓内针，包括依次连接的：
[0007]前定位段，包括带有内螺纹的空心前管，及安装在前管内的前固定杆，前固定杆的一端设置有供医用钉穿过的前连接孔，另一端设置有与方便卡接的回转凹槽；
[0008]后定位段，包括通过一端与前管内螺接的后管，在后管远离前管的一端设置有后连接孔，及安装在后管内的伸长管，和驱动伸长管在后管内移动的驱动装置；该伸长管为空心管，一端通过螺纹拧入前管内，且拧入端利用卡合结构与前固定杆的回转凹槽卡接；
[0009]自锁结构，其中，伸长管与前管内的连接结构在需伸长治疗中足以克服阻力以实现伸长功能时需满足如下条件：
[0010]or
[0011]伸长管与前管内的连接结构在安装后日常活动中螺纹不发生反向运动所需满足
如下条件：
[0012]or
[0013]其中，治疗中M为减速箱的输出扭矩，F为轴向驱动杆在伸展时的轴向阻力，日常活动中M为减速箱的锁定阻力扭矩，F为轴向驱动杆的轴向承载支持力载荷，其中r为螺纹平均直径、μ1为螺纹间摩擦系数、D为轴向键槽的等效接触直径、μ2为轴向键槽的摩擦系数，α为螺纹导程角，β为牙形角；
[0014]信号控制装置，包括安装在人体内的信号接收器，和设置在人体外的信号发送器；信号接收器与驱动装置连接以控制驱动装置并反馈信号，信号发送器用于为信号接收器提供动力输入及控制信号。
[0015]本专利技术在实现了骨折修复与畸形矫正的髓内可延长髓内钉医学功能的同时，解决了可延长髓内针难于监控、伸长过量或不足等关键问题，具有可精确检测位移伸长、自动测控伸长量的优点。操作简单，医师或病人能很好的操作，科学有效。
[0016]同时能够实现术后日常生活中螺纹不发生反向运动，以及伸长治疗中足以克服阻力以实现伸长的力学效果。
附图说明
[0017]图1为本专利技术一个实施方式的髓内针结构示意图；
[0018]图2为图1中的前管结构剖视图；
[0019]图3为图1中的前固定杆结构示意图；
[0020]图4为图1中的后管结构剖视图；
[0021]图5为图1中的驱动装置和信号接收器连接示意图；
[0022]图6为本专利技术一个实施方式的信号发送器结构示意图。
具体实施方式
[0023]以下通过具体实施例和附图对本方案的具体结构和实施过程进行详细说明。
[0024]如图1所示，在本专利技术的一个实施方式中，公开一种具有力学自锁功能的可伸长髓内针，其包括依次连接的前定位段1、后定位段2、自锁结构和信号控制装置4。
[0025]该前定位段1用于固定在待修复或矫正的修复点一端，如图2所示，包括带有内螺纹121的空心前管12，及安装在前管12内的前固定杆11，如图3所示，前固定杆11的一端设置有供医用钉穿过的前连接孔111，另一端设置有与方便卡接的回转凹槽112；前固定杆11在前管12内能够实现轴向移动，其前连接孔111一端能够由前管12的前端伸出。前固定杆11的回转凹槽112一端需要承受病人术后日常生活中的轴向拉压负载，以满足治疗的机械功能需求。例如当病人站立时，髓内针受缩短方向的压力负载，前固定杆11有向后的缩短运动趋势，此时其受力面为回转凹槽112表面，其承载前段压缩力；同理当病人提腿时，前固定杆11
提住整个下半段骨骼肢体的重量，有向前伸长的运动趋势，此时受力面为前固定杆11连接回转凹槽112的凹槽表面。
[0026]后定位段2用于固定在待修复或矫正的修复点另一端，如图4所示，包括通过一端与前管12内螺接的后管21，在后管21远离前管12的一端设置有后连接孔211，及安装在后管21内的伸长管25，和驱动伸长管25在后管21内移动的驱动装置3；如图5所示，该伸长管25为空心管，内表面设置有轴向键槽，一端通过外螺纹251拧入前管12的一端内，且拧入端利用卡合结构252与前固定杆11的回转凹槽112卡接；伸长管25与前固定杆11相接触的一端卡合后，伸长管25的轴向移动能够推动前固定杆11在前管12内轴向移动，但伸长管25的径向转动不能带动前固定杆11径向转动。
[0027]安装后的髓内针需要实现术后日常生活中螺纹不发生反向运动，同时还要实现在治疗时满足克服阻力以实现伸展的功能效果，因此，其各处的螺纹结构，特别是伸长管25与前管12的螺纹连接结构需要满足特定的形状，该形状限定通过下述公式确定。
[0028]螺纹结构一般涉及到导程角α、牙形角β、扭矩载荷M、轴向载荷F等参数，通过调整导程角α、牙形角β之间的接触角度和接触面，再考虑扭矩载荷M、轴向载荷F以及摩擦系数μ之间的关系，即可实现防止螺纹连接后回转的效果，以及在治疗时满足克服阻力以实现伸展的功能效果。
[0029]具体地，实现螺纹自锁以及满足克服阻力以实现伸展的功能的形状参数推导过程如下：
[0030]内外螺纹之间接触产生接触压力FN，考虑导程角α、牙形角β对当量摩擦以及压力FN分量的组合影响，由几何关系，可以得到接触面之间的摩擦力f与压力FN在坐标系中xyz三个方向的分量表达式为：
[0031][0032]fy:＝0
[0033][0034][0035][0036][0037]上式为考虑导程角α、牙形角β对当量摩擦以及压力FN分量的组合影响的力学表达式。
[0038]为了实现伸长治疗与日常生活两种工况所需要的技术功能效果，需要考虑扭矩载荷M以及轴向载荷F对螺纹传动规律的影响。同时，根据可延长髓内针的结构特点，还需考虑在扭矩传递过程中驱动杆31与伸长管25之间因传递扭矩所产生的的附加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有力学自锁功能的可伸长髓内针，其特征在于，包括依次连接的：前定位段，包括带有内螺纹的空心前管，及安装在前管内的前固定杆，前固定杆的一端设置有供医用钉穿过的前连接孔，另一端设置有与方便卡接的回转凹槽；后定位段，包括通过一端与前管内螺接的后管，在后管远离前管的一端设置有后连接孔，及安装在后管内的伸长管，和驱动伸长管在后管内移动的驱动装置；该伸长管为空心管，一端通过螺纹拧入前管内，且拧入端利用卡合结构与前固定杆的回转凹槽卡接；自锁结构，其中，伸长管与前管内的连接结构在需伸长治疗中足以克服阻力以实现伸长功能时需满足如下条件：or伸长管与前管内的连接结构在安装后日常活动中螺纹不发生反向运动所需满足如下条件：or其中，治疗中M为减速箱的输出扭矩，F为轴向驱动杆在伸展时的轴向阻力，日常活动中M为减速箱的锁定阻力扭矩，F为轴向驱动杆的轴向承载支持力载荷，其中r为螺纹平均直径、μ1为螺纹间摩擦系数、D为轴向键槽的等效接触直径、μ2为轴向键槽的摩擦系数，α为螺纹导程角，β为牙形角；信号控制装置，包括安装在人体内的信号接收器，和设置在人体外的信号发送器；信号接收器与驱动装置连接以控制驱动装置并反馈信号，信号发送器用于为信号接收器提供动力输入及控制信号。2.根据权利要求1所述的髓内针，其特征在于，所述前管的内表面设置有轴向的限位槽，在所述前固定杆的杆身上设置有与限位槽对应的限位键。3.根据权利要求2所述的髓内针，其特征在于，所述驱动装置包括；轴向驱动杆，插入所述伸长管内，且外表面设置有轴向凸键，在所述伸长管的内表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：郇勇，陈博，王君，李钰，刘岩，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：