本发明专利技术提供一种关节可调节精密并联外固定器，该外固定器共有六个自由度，包括近端固定环、远端固定环、三根连接杆、球运动关节、克氏针、针夹钳。通过蜗轮蜗杆调节连接杆的长度，远端固定环处设置由一对锥齿轮组成的旋转驱动副调节球运动关节相对远端固定环的角度，从而改变远端固定环的位姿，完成三维畸形的矫正。本发明专利技术每个球运动关节都可以实现单独的调节和锁定，以弥补球运动关节运动摆角范围较小的问题。三根连接杆采用蜗轮蜗杆调节其长度，将蜗杆旋钮处的转动转化成连接杆的长度微小变化，从而避免因人为失误等因素导致连接杆长度的剧烈变化，避免带来不必要的损伤。避免带来不必要的损伤。避免带来不必要的损伤。
【技术实现步骤摘要】
一种关节可调节精密并联外固定器
[0001]本专利技术涉及一种骨科手术专用的并联外固定器，具体涉及一种用于骨折复位、骨畸形矫正的胫骨畸形矫正并联外固定器。
技术介绍
[0002]近年来，随着科学技术的不断进步，交通运输业的迅速发展和环境污染等因素的影响，每年四肢骨折和骨畸形患者的数量呈不断增加的趋势。越来越多的骨科创伤和先天性的四肢畸形影响了人们的正常生活。外固定器作为一种传统的骨畸形矫正器具，根据“张力
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应力法则”缓慢牵拉，刺激组织再生与重建，被广泛用于治疗骨折、骨畸形、肢体延长等问题。
[0003]并联外固定器拥有运动惯性小、精度高、组织创伤小、适应症广、不易产生感染和各种并发症等特点。它作为医疗设备使用最早出现在俄罗斯，由俄罗斯著名骨科医生伊里扎洛夫在二战期间发现可以通过缓慢牵拉断骨来促进骨的再生，进而专利技术了伊里扎洛夫环形外固定器，伊里扎洛夫环形外固定器包括两个结构相同具有很多环形分布的连接孔的固定环和多根长度相同的螺纹杆。美国人查尔斯.泰勒等人在伊里扎洛夫环形外固定器的基础上，改进设计成了泰勒外固定器，该泰勒外固定器是由六根长度可以伸缩的连接杆倾斜地连接在近端环和远端环上，并在铰接点处可以自由旋转，只要调节其中一根连杆的长度，一个固定环就会相对另一个固定环改变位姿。
[0004]公开号WO2017131309Al和公开号US20100312243Al分别提供了一种球轴承关节和鱼眼球关节的并联泰勒式外固定器，但是其没有解决球铰的运动摆角范围较小的问题，导致外固定器工作空间小，出现奇异位型；专利CN02229946以伊里扎洛夫环形外固定器为原型，改进了部分零部件的结构，提高其实用性，但没有改变其可调节的自由度。
[0005]现有的外固定器存在结构单一、普遍采用6根连接杆导致连接杆之间容易发生涉从而影响整个外固定工作空间，万向节或者球铰的运动摆角范围不足经常导致卡死等问题；现有的外固定器的长度可调节连接杆都依靠丝杠和丝杠螺母调节长度，无法实现自锁导致丝杠螺母之间会有相对晃动和转动，使调节出现误差；直接手拧丝杠螺母会产生较大的调节范围，导致连接杆的长度变化过大或者不足，给患者带来不必要的伤痛。
[0006]因此，需要针对现有问题，提出一种可以避免在畸形矫正时支链间以及支链与肢体间发生碰撞，运动副出现卡死，调节精度提高，同时满足所有畸形矫正的外固定器具。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于提供一种关节可调节精密并联外固定器，可实现空间6
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DOF运动，矫正任意空间三维骨畸形，具有三根支链，其有长度采用蜗轮蜗杆调节和角度可调节的球运动关节。
[0008]该关节可调节精密并联外固定器主要由远端固定环、近端固定环、三根长度可调节的连接杆、六个角度可调节的球运动关节、蜗杆旋钮、远端旋钮以及克氏针、骨针和针夹
钳组成；
[0009]通过克氏针和骨针将外固定器的近端固定环、远端固定环与近端骨和远端骨分别连接固定，近端固定环由三个圆心角为100
°
的近端扇形环和旋转杆连接而成。近端扇形环上分布有以10
°
相隔的针夹钳安装孔，两端分别开有相同的轴承凹槽、环螺纹孔和销钉孔，相邻的近端扇形环通过旋转杆互相连接。远端固定环由三个圆心角为100
°
的远端扇形环和远端旋转轴连接而成。而远端旋转轴一端与远端旋转轴端盖通过螺钉连接，远端旋转轴端盖卡在远端扇形环卡槽里，从而限制远端旋转轴移动，远端旋转轴的另一端与远端轴锥齿轮螺钉连接固定，与之相啮合的调节锥齿轮的轴穿过远端扇形环孔隙，锁紧环卡在远端扇形环孔隙凹面，穿过锁紧环与远端旋钮通过螺钉连接固定。
[0010]近端固定环处的球运动关节的球铰座与旋转杆连接，旋转杆两端对称分布有六个均匀分布的旋转杆销钉孔用于固定旋转杆，球头的另一端通过螺纹与螺纹杆连接，并通过销钉固定。远端固定环处的球运动关节的球铰座与远端旋转轴连接，远端旋转轴一端通过锥齿轮传动调节固定远端旋转轴，球头的另一端通过螺纹与螺纹杆套筒连接，并通过销钉固定。
[0011]三根长度可调的连接杆完全相同，分别由螺纹杆套筒、螺纹杆、丝杆螺母、轴承、套筒端盖、蜗轮、蜗杆、蜗杆旋钮、蜗杆盖组成。通过旋转蜗杆旋钮实现蜗杆带动蜗轮和丝杆螺母旋转，实现连接杆的伸长和缩短，通过改变三根连接杆的长度实现动平台的位姿和姿态的改变。锁紧标识块通过紧固钉与螺纹杆螺纹连接，从而防止螺纹杆的转动，使丝杆可以仅实现平动而不转动。
[0012]同现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0013]本专利技术采用三支链并联机构的形式，相对比六支链可以降低干涉的概率。旋转杆、近端固定环和球铰起初固连在一起，在实际的矫正过程中，骨外固定器固有时候会出现球铰处因超过球铰的容许倾斜角而出现整个外固定器卡死的状况，本专利技术可以通过解除旋转杆与近端固定环之间的销钉连接，使旋转杆可以转动到合适的位置，再通过销钉固定，从而实现解除卡死。同时也可以通过球铰座一端的紧固螺母，实现球铰座在旋转杆上位置的变化，解除卡死现象。
[0014]本专利技术采用蜗轮蜗杆传动，结构更加简单紧凑、稳定性好、精度高。蜗轮蜗杆传动更加稳定而且可以实现自锁，从而使整个结构更加稳定可靠，无自微动，可以有效的避免连接杆不确定的晃动和长度变化。同时，蜗轮蜗杆的大传动比传动，可以将蜗杆旋钮处的转动转化成连接杆的长度微小变化，提高精确度，从而避免因人为失误等因素导致连接杆长度的剧烈变化，避免带来不必要的损伤和患者的痛疼。
[0015]本专利技术在连接杆中添加了符合要求的轴承，使整个机构精度提高并且传动平稳，减少不必要的晃动和摩擦，给骨生长提供有利的骨
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固定器生物力学环境，促进骨骼生长。
附图说明
[0016]图1是本专利技术一种关节可调节精密并联外固定器的整体装配视图；
[0017]图2是圆心角100
°
的近端扇形环；
[0018]图3是本专利技术的近端固定环的整体视图；
[0019]图4是近端固定环的俯视图；
[0020]图5是近端固定环的剖视图及其轴承凹槽的局部放大图；
[0021]图6是长度可调的连接杆的整体装配图；
[0022]图7是长度可调的连接杆的爆炸图；
[0023]图8是长度可调的连接杆的正视图及其剖视图；
[0024]图9是球运动关节的整体视图；
[0025]图10是蜗杆和蜗杆旋钮的装配图和剖视图；
[0026]图11是本专利技术的远端固定环的整体视图；
[0027]图12是圆心角100
°
的远端扇形环；
[0028]图13是远端固定环的俯视图；
[0029]图14是远端固定环处的远端旋转轴的局部剖视图；
[0030]图15是远端轴锥齿轮和调节锥齿轮啮合的装配图；
[0031]附图标记：1
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近端骨、2
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近端固定环、3
‑...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种关节可调节精密并联外固定器，其特征在于，该外固定器包括近端固定环、远端固定环、三根完全相同的长度可以调节的连接杆、六个球运动关节、蜗杆旋钮、远端旋钮、克氏针、针夹钳；通过克氏针和骨针将外固定器的近端固定环、远端固定环与畸形骨垂直且刚性地固定。在近端固定环、远端固定环上分别布置旋转杆、远端旋转轴，远端旋钮联接的调节锥齿轮与远端旋转轴联接的远端轴锥齿轮啮合传动，同时，球运动关节的一端分别固定在近端固定环上的旋转杆和远端固定环上的远端旋转轴，球运动关节另一端分别固定在连接杆的两端，连接杆上安装有蜗杆旋钮，通过蜗轮蜗杆调节连接杆的长度，通过扭动蜗杆旋钮，带动蜗杆旋转，由蜗杆蜗轮传动将运动传递给丝杆螺母，改变各个连接杆的长度，同时也可通过调节远端旋钮带动调节锥齿轮和相啮合的远端轴锥齿轮传动，使得远端旋转轴转动，从而可以任意调整球运动关节其在远端固定环上的角度；从而使该关节可调节精密并联外固定器实现空间6
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DOF运动。2.根据权利要求1所述的一种关节可调节精密并联外固定器，其特征在于三根长度可以调节的连接杆完全相同，都由螺纹杆、套筒端盖、蜗杆端盖、紧固钉、锁紧标志块、螺纹杆套筒、蜗杆旋钮、蜗轮、蜗杆、丝杆螺母、支链轴承组成，螺纹杆穿过螺纹杆套筒与丝杆螺母螺纹配合，蜗轮与丝杆螺母联接在一起，丝杆螺母通过支链轴承、套筒端盖固定在螺纹杆套筒内部，并通过螺钉将蜗杆端盖和蜗杆固定在螺纹杆套筒上，且使蜗杆与蜗轮相配合，通过螺钉将套筒端盖固定在螺纹杆套筒上端，而蜗杆旋钮与蜗杆通过螺钉固连；相应地，调节蜗杆旋钮，带动蜗杆旋转，通过蜗杆蜗轮传动将运动传递给丝杆螺母，通过丝杆螺母和螺纹杆将旋转运动转换成直线运动，改变各个连接杆的长度；相应地，锁紧标志块通过紧固钉固定在螺纹杆底端中，防止螺纹杆在螺纹杆套筒中自转，以保证当调整蜗杆旋钮时，螺纹杆可以正确的移动。3.根据权利要求1所述的一种关节可调节精密并联外固定器，其特征在于三连杆通过六个球运动关节与近端固定环与远端固定环连接，六个球运动关节完全相同，三个球运动关节固定在近端固定环旋转杆中间位置，三个球运动关节固定在远端固定环远端旋转轴的中间位置上；相应地，球运动关节由球头、球铰座、球铰紧固螺钉组成，近端固定环处的球运动关节的球铰座与旋转杆连接，远端固定环处的球运动关节的球铰座与远端旋转轴连接，通过球铰紧固螺钉拧紧球铰座固定在近端固定环的旋转杆和远端固定环的远端旋转轴的中间位置，而近端固定环的球头...
【专利技术属性】
技术研发人员：李剑锋，刘吉祥，刘顺启，李国通，杜祖淦，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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