脊椎生长检测的智能生长棒及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种脊椎生长检测的智能生长棒及控制方法，当患者生长后，生长棒受到力的作用，在应力集中区域存在最大应变，由四片应变片组成的电桥将应变的变化反应到成电压的变化并将测量值传送到单片机中；当输入单片机的电压值到达阈值后，单片机发出指令驱动直线电机运动，实现生长棒的伸长或缩短；直到应力值小于阈值后，直线电机停止运动。

【技术实现步骤摘要】
脊椎生长检测的智能生长棒及控制方法
本专利技术总体上涉及一种辅助治疗脊椎畸形的生长棒，并且更具体地涉及一种可以固定到病人的脊椎并自动伸缩以与病人的脊椎一起生长的生长棒。
技术介绍
现在医学对病人的脊椎治疗后没有办法对病人的姿势进行监测，有时病人不良的姿势会导致病人康复过程缓慢甚至出现其他症状。本专利技术涉及脊椎生长检测的智能生长棒装置，即适合于安装到病人的长骨或脊椎上并且具有使其总长度伸缩的能力的装置。现有技术已经开发了用于在儿童的脊椎中植入以校正诸如脊椎侧弯的脊椎的异常弯曲的生长棒装置。在这种类型的装置中，杆组件逐渐加长以减少异常弯曲，同时允许儿童的身体适应于脊椎位置的改变。一个典型的生长棒装置包括一对轴向对准的杆，每个杆终止于构造成附接到脊椎的固定元件。一个或两个杆的加长需要外科手术以提高杆的有效长度，通常大约每六个月一次。这种方法需要多次手术，通常需要数年的时间，其结果是矫正了由脊椎侧弯发作引起的脊椎弯曲。虽然生长的杆装置已经显示出其在矫正严重的脊椎畸形中的价值，但是需要多次外科手术仍然存在很大问题。迫切需要一种不需要手术即可调节装置长度的生长棒装置。
技术实现思路
为了克服现有的技术的不足，本专利技术提供了一种智能动态生长棒，可以在不进行再次手术的情况下，准确判断病人的生长状态，智能调节生长棒长度。智能生长棒包括壳体、支架棒、电机、丝杆、支撑棒、第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片和控制模块；支架棒存在应力集中区域，第一应变片和第二应变片安装在应力集中区域的同一侧，第三应变片和第四应变片安装在应力集中区域的另一侧；电机安装在生长棒装置的中部，支架棒与电机通过螺栓连接，控制模块贴装在电机上，电机可在丝杆上移动；丝杆与支撑棒通过螺栓连接在一起。电机与丝杆从该装置的相对端被共轴对准，电机与丝杆的端部分别终止于支架棒、支撑棒，支架棒、支撑棒通过适当的紧固件与骨连接，可以采用其他的骨连接紧固件将细长的支架棒、支撑棒连接到脊椎。支架棒具有两端较宽中部较窄的近似哑铃形状，应力集中区域位于中部较窄的区域，第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片的安装位置呈现向内凹陷的形状，两侧凹陷的形状关于智能生长棒的竖直中心轴对称。控制模块包含自主学习功能，自主学习功能包含三个层次，首先通过对多个病人的历史病历数据自主学习，预设伸缩控制与应变片数据之间的对应关系；其次，通信设备实时接受当前的气温、湿度、天气数据，控制模块根据以上数据实时调整生长棒的长度；再次，病人可以手动反馈脊椎感受，控制模块对病人的反馈数据自主学习，重新调整伸缩控制的控制策略。生长棒装置被植入病人体内后可以被遥控，从而减少了对外科手术来调节长度的需要。在一个实施例中，该设备包括壳体，该壳体包含电子设备和支撑驱动件，该驱动件可操作以使沿着该设备的轴线突出的相关联的延伸件伸出或缩回。每个延伸件终止于固定元件，该固定元件被配置为固定到解剖结构的一部分，例如椎骨的椎弓根或长骨。每个驱动组件都包括一个微型电动机。在一个实施例中，驱动转子可旋转地设置在壳体定子内。优选的，电子设备包括微处理器，电源和接收器/发送器。优选的，电源是感应电源，其依赖于来自外部的感应能量传递。电源可以包括可充电电池，或者仅在外部感应电源供电时才向电子设备提供电能的电源转换器。在另一方面，植入病人体内的多个生长棒装置的电子设备可以通过公共数据总线进行通信。每个微处理器具有唯一的地址或标识符，从而仅与该特定设备有关的控制信号被发送到该设备或由该设备确认。电子设备还可以包含各种状态传感器，例如可用于确定驱动件的运动的旋转和位移传感器，可用于传输载荷数据的应变计和温度传感器。在本专利技术的另一方面，提供了一种编程单元。编程单元为植入的生长棒设备提供外部接口，特别是将传感器数据传输到设备并接收设备发送的数据。编程单元与驻留在单元上或计算机中的软件进行交互，该软件允许生成病人体内每个生长棒设备的传感器数据。在编程单元上，可以通过键盘直接输入运动数据。替代地或附加地，可以提供计算数据或协议的软件。该软件用于与护士/医生交互以生成运动数据或协议。智能动态生长棒，包括应力集中支架棒，支架棒与电机连接，能在电机丝杆轨道上移动，支架棒的应力集中部分设计有4组应变片，电机轨道与另一支架棒连接。当生长棒系统安装后，应变片能检测到支架棒应力集中部分的应力变化，并将由应力引起的电压变化大小传输到单片机芯片中，通过判断该电压值的大小控制电机进行移动，控制生长棒伸长；当病人脊椎生长后，生长棒受到力的作用，在应力集中区域存在最大应变，由四片应变片将应变的变化反应到成电压的变化并将测量值传送到单片机中；当输入单片机的电压值到达阈值后，单片机发出指令驱动电机运动，实现生长棒的伸长或缩短；直到应力值小于阈值后，电机停止运动。附图说明图1为智能生长棒整体结构示意图；图2为支撑棒1的左视图；图3为支撑棒1的右视图；图4为应变片接线示意图；图5为丝杆3的分层示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述。为使本专利技术的目的、技术优点更清晰，一下结合附图，对本专利技术进行详细说明。如图1所示，脊椎生长检测的智能生长棒主要包括壳体、支架棒1，电机2，丝杆3，支撑棒4，第一应变片5，第二应变片6，第三应变片7，第四应变片8和控制模块9，支架棒1存在应力集中区域10。如图2-3所示，应变片5和应变片6安装在应力集中区域10的同一侧，应变片7和应变片8安装在应力集中区域10的另一侧。如图4所示，当生长棒受到拉力时，应变片5电阻增加ΔR，应变片6电阻减小μΔR，应变片7电阻增加ΔR，应变片8电阻减小为μΔR，输出电压信号为：当生长棒受到压力时，应变片5电阻减小ΔR，应变片6电阻增加μΔR，应变片7电阻减小ΔR，应变片8电阻增加μΔR，输出电压信号为：其中Ve表示激励电压，Vout1与Vout2分别为拉压情况下的输出电压信号，R为应变片未发生形变时的阻值，由于布局的不同，导致应变片5与应变片6形变量的不同导致电阻变化的阻值不同，阻值变化分别为ΔR和μΔR，μ即为阻值变化的比例。当Vout1超出预设阈值范围时控制丝杆3伸长，当Vout2超出预设阈值范围时控制丝杆3缩短。电机2安装在生长棒装置的中部，支架棒1与电机通过螺栓11连接，控制模块9贴装在电机2上，电机2可在丝杆3上移动；丝杆3与支撑棒4通过螺栓12连接在一起。电机2与丝杆3从该装置的相对端被共轴对准，电机2与丝杆3的端部分别终止于支架棒1、支撑棒4，支架棒1、支撑棒4可以是具有槽的板，支架棒1、支撑棒4通过适当的紧固件与骨连接，可以采用其他的骨连接紧固件将细长的支架棒1、支撑棒4连接到脊椎。生长棒组件跨过若干椎骨，螺纹可以提供必要的作用力，以将器械椎骨保持正常的脊椎载荷。优选地选择螺纹的角度以最小化驱动件产生的扭矩，特别是因为该扭矩是由病人的自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脊椎生长检测的智能生长棒，其特征在于：包括壳体、支架棒(1)、电机(2)、丝杆(3)、支撑棒(4)、第一应变片(5)、第二应变片(6)、第三应变片(7)、第四应变片(8)和控制模块(9)；支架棒(1)存在应力集中区域(10)，第一应变片(5)和第二应变片(6)安装在应力集中区域(10)的同一侧，第三应变片(7)和第四应变片(8)安装在应力集中区域(10)的另一侧；电机(2)安装在生长棒装置的中部，支架棒(1)与电机(2)连接；丝杆(3)与支撑棒(4)连接在一起。/n

【技术特征摘要】
1.一种脊椎生长检测的智能生长棒，其特征在于：包括壳体、支架棒(1)、电机(2)、丝杆(3)、支撑棒(4)、第一应变片(5)、第二应变片(6)、第三应变片(7)、第四应变片(8)和控制模块(9)；支架棒(1)存在应力集中区域(10)，第一应变片(5)和第二应变片(6)安装在应力集中区域(10)的同一侧，第三应变片(7)和第四应变片(8)安装在应力集中区域(10)的另一侧；电机(2)安装在生长棒装置的中部，支架棒(1)与电机(2)连接；丝杆(3)与支撑棒(4)连接在一起。


2.根据权利要求1所述的一种脊椎生长检测的智能生长棒，其特征在于：电机(2)与丝杆(3)从该装置的相对端被共轴对准，电机(2)与丝杆(3)的端部分别终止于支架棒(1)、支撑棒(4)，支架棒(1)、支撑棒(4)通过适当的紧固件与骨连接，可以采用其他的骨连接紧固件将细长的支架棒(1)、支撑棒(4)连接到脊椎。


3.根据权利要求1-2所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：周吴，冉龙骐，于慧君，魏敦文，曾志，吴一川，彭倍，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51