[發明專利]一種用于存在五自由度矯治需求的足踝畸形的并聯外固定器系統

有效

• 申請號: 202110463291.8
• 申請日: 2021-04-24
• 公開（公告）號: CN113171219B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 李劍鋒;左世平;陶春靜;董明杰
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: A61F5/01
• 分類號: A61F5/01
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明涉及一種用于存在五自由度矯治需求的足踝畸形的并聯外固定器系統，包括參照環組件、牽引環組件和驅動桿組件。為了滿足足踝部位不同體段的矯治需求，參照環組件包括六邊形參照環、水平U型參照環和豎直U型參照環，牽引環組件包括大六邊形牽引環、小六邊形牽引環和U型牽引環。通過選擇五自由度約束力驅動桿或五自由度約束力偶驅動桿來搭配4條六自由度驅動桿，能夠得到三轉兩移與兩轉三移類并聯外固定器，以適應所有存在五自由度矯治需求的畸形。在這種情況下，驅動器數目正好滿足畸形矯治自由度需求，解決了現有并聯外固定器在矯治此類型畸形時存在的矯治自由度冗余的缺點。

技術領域

本發明涉及一種足踝并聯外固定器系統，具體來說，涉及兩種輔助足踝部位完成復雜畸形矯治的并聯機構。

背景技術

足踝部位具有復雜的生物力學機制以及多樣的畸形種類與形態多樣。對于復雜的足踝畸形，其矯治自由度需求個數可能為5個，包括3個轉動自由度與2個移動自由度的組合或者2個轉動自由度與3個移動自由度的組合。在眾多的臨床案例中，存在此類矯治自由度需求的畸形涉及：脛骨遠端矢狀面前弓/后弓-額狀面內翻/外翻畸形、踝關節融合前的矢狀面馬蹄/高弓-額狀面內翻/外翻畸形、踝關節融合前的額狀面內翻/外翻-橫切面內旋/外旋畸形、踝關節馬蹄攣縮、前中足矢狀面高弓/搖椅足-額狀面旋前/旋后-橫切面內收/外展畸形和后足馬蹄/高弓-內翻/外翻畸形。在矯治上述畸形時，外固定器在存在角度畸形的兩個或三個平面內應當具備轉動自由度。此外，考慮到足踝畸形矯治過程中，沿牽引環組件自身矢狀面的運動更為重要，能夠支持包括高度重建、長度重建、加壓融合和關節保護等在內的移位操作，而橫向的外觀能夠間接的獲得。因此，當橫向的移動矯治自由度能夠省略時，外固定器在牽引環組件的矢狀面獲得移動自由度即可。

面向足踝畸形存在五自由度矯治需求的情況，開發具有對應自由度的外固定器是具有重要意義的。在現有的外固定器裝置中，尚無專門針對此類型畸形的設計。當足踝畸形矯治所需的矯治自由度為5時，所對應的驅動器個數也為5個，而在臨床應用中，基于并聯機構的外固定器構型多為6自由度，在矯治此類型畸形的過程中，存在矯治自由度冗余的問題，導致驅動器較多，使成本增加。在后續較長一段時間的人工調節過程中，更會增加患者家屬的記憶與操作難度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于存在五自由度矯治需求的足踝畸形的并聯外固定器系統，以解決上述問題。

本發明的實施例提供了一種用于存在五自由度矯治需求的足踝畸形的并聯外固定器系統，其特征在于：該并聯外固定器包括參照環組件、牽引環組件和驅動桿組件，驅動桿組件包括4條六自由度驅動桿、1條五自由度約束力驅動桿和1條五自由度約束力偶驅動桿。

進一步，參照環組件與牽引環組件通過骨針與足踝體段進行連接，驅動桿組件以并聯的方式連接參照環組件與牽引環組件，在驅動桿組件的協同運動下，帶動牽引環組件相對于參照環組件進行運動，進而完成矯治操作。

進一步，參照環組件包括六邊形參照環、水平U型參照環和豎直U型參照環，參照環組件之間能夠根據足踝部位出現畸形的體段改變其安裝形態，依據矯治需求通過螺釘進行重組，一般為水平U型參照環與豎直U型參照環的組合。

進一步，牽引環組件作為外固定器的運動末端，包括大六邊形牽引環、小六邊形牽引環和U型牽引環，能夠適應足踝部位不同體段的尺寸差異。

進一步，4條六自由度驅動桿包括第一六自由度驅動桿、第二六自由度驅動桿、第三六自由度驅動桿和第四六自由度驅動桿，其運動副設置均為六自由度驅動桿虎克副、六自由度驅動桿移動副與六自由度驅動桿球副的順次連接，六自由度驅動桿虎克副通過螺釘與參照環組件固定連接，六自由度驅動桿球副與牽引環組件連接。

進一步，五自由度約束力驅動桿的運動副設置為五自由度約束力驅動桿球副、五自由度約束力驅動桿移動副與五自由度約束力驅動桿轉動副的順次連接，五自由度約束力驅動桿球副與參照環組件連接，五自由度約束力驅動桿轉動副通過螺釘與牽引環組件固定連接。