膨胀螺钉式髓内钉及其自锁调节方法与流程

1.本发明涉及髓内钉领域，具体涉及一种膨胀螺钉式髓内钉及其自锁调节方法。


背景技术：

2.传统髓内钉结构具有髓内钉杆，在髓内钉杆近端设有近端锁定螺钉孔，在髓内钉杆远端设有远端锁定螺钉孔。使用时，为了防止骨折的两部分产生旋转，需要用数枚螺钉横向穿过骨干及髓内钉给予锁定，医生会在髓内钉插入骨髓腔之前将一个钻孔导向器与髓内钉结合在一起，理论上导向器的导向孔正对髓内钉的锁定螺钉孔，这样钻头穿过导向孔可以正对锁定螺钉孔钻入，但由于髓内钉插入骨髓腔后经常会受长骨形状影响使位置发生偏移，导致钻头在实际应用的时候并不能对准远端螺钉孔，从而出现锁钉困难。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种膨胀螺钉式髓内钉及其自锁调节方法，不需要使用数枚螺钉横向穿过骨干及髓内钉给予锁定，避免了远端锁定螺钉孔定位的繁琐操作，出现锁钉困难的情况，同时提高了锁钉的适应性。
4.本发明采取如下技术方案实现上述目的，膨胀螺钉式髓内钉，膨胀螺钉式髓内钉，包括锥形螺杆1与膨胀管3，锥形螺杆1穿过髓内钉套管11，髓内钉套管远端为膨胀管3，锥形螺杆的锥形头2直径大于膨胀管3直径，所述膨胀螺钉式髓内钉还包括压力传感器，锥形螺杆向髓内钉套管近端4运动时，锥形头使膨胀管胀开，与植入部位形成摩擦自锁，压力传感器用于监测膨胀管压力变化，将压力信号发送至外部终端，外部终端通过压力信号的变化判断摩擦自锁程度是否合理，若不合理，则提醒操作人员进行调整。
5.进一步的是，所述压力传感器设置在膨胀管3外壁上，压力传感器与锥形螺杆中的主控芯片连接，主控芯片将压力信号处理后发送至外部移动终端。
6.进一步的是，所述膨胀管外壁设有多个变形缝5，变形缝5之间的膨胀管外壁上均设置有压力传感器。
7.进一步的是，所述压力传感器为应变片，应变片紧贴在变形缝5之间的膨胀管外壁上。
8.进一步的是，膨胀管3与髓内钉套管近端4之间的锥形螺杆的表面开设有凹槽8，与凹槽8对应的髓内钉套管内壁设置有限位螺钉9，限位螺钉9一端与髓内钉套管内壁固定连接，另一端插在凹槽8内。
9.进一步的是，髓内钉还包括指示装置，指示装置设置在髓内钉近端7，与主控芯片连接，指示装置根据不同的压力信号进行不同的指示。
10.进一步的是，所述指示装置为三色指示灯，三色指示灯根据压力传感器检测到的不同压力指示不同的颜色。
11.进一步的是，所述压力传感器设置在锥形头2的内壁上。
12.进一步的是，所述压力传感器设置在压力传感器取放装置的底部位置，锥形螺杆1
中设置有内腔，压力传感器取放装置位于锥形螺杆1的内腔中，传感器取放装置头部受按压后，压力传感器取放装置的底部向下移动，将压力传感器紧贴在锥形头2的内壁上。
13.膨胀螺钉式髓内钉自锁调节方法，包括：
14.启动磁性驱动工具，磁性驱动工具驱动磁性螺钉转动，磁性螺钉转动带动锥形螺杆向髓内钉近端运动；
15.锥形螺杆的锥形头与膨胀管接触，使膨胀管胀开；膨胀管与植入部位接触，压力传感器实时监测压力信号的变化并发送至主控芯片，主控芯片对此时的压力值进行判断，若此时的压力值大于第一阈值压力，则主控芯片控制三色指示灯指示第一颜色；
16.继续驱动锥形螺杆向髓内钉近端运动，膨胀管持续胀开；主控芯片对此时的压力值进行判断，若此时的压力值大于等于第二阈值压力并小于第三阈值压力，则主控芯片控制三色指示灯指示第二颜色，并停止驱动锥形螺杆向髓内钉近端运动；
17.若此时的压力值大于第三阈值压力，则主控芯片控制三色指示灯指示第三颜色，并反向驱动锥形螺杆向髓内钉远端运动。
18.膨胀螺钉式髓内钉自锁调节方法，包括：
19.旋转髓内钉，髓内钉的锥形螺杆上升，锥形螺杆的锥形头与膨胀管接触，膨胀管开始胀开，当旋转阻尼继续增大，判断为膨胀管与植入部位紧密接触时，按下压力传感器取放装置头部位置，将压力传感器紧贴在锥形头的内壁上；
20.检测并判断此时膨胀管与植入部的压力大小，若此时的压力值在阈值范围内，则判断膨胀管膨胀程度合理，并停止旋转髓内钉；
21.若此时的压力值超出阈值范围，则判断膨胀管膨胀程度过大，并反向旋转髓内钉，直到检测的压力值在阈值范围内；
22.若此时的压力值小于阈值范围，则判断膨胀管膨胀程度过小，并继续旋转髓内钉，直到检测的压力值在阈值范围内；
23.操作完成后，将传感器取放装置取出。
24.本发明的有益效果为：采用体外磁性驱动的方式锁钉，避免在病人骨骼处再次开刀，既方便实现膨胀螺杆的锁紧，也方便实现解锁。限位螺钉有效防止螺杆转动对腔体内壁产生的不稳定的摩擦力，有利于稳定螺杆法向锁紧力，同时锥形螺杆只能在一定的范围内移动，保证螺杆锁紧时，螺杆的移动范围收到限制，反之螺杆的大幅上下运动。指示装置可及时的根据膨胀管上的压力变化进行准确的指示，及时提醒操作人员当前髓内钉锁紧程度是否合理。极大地提高了髓内钉锁钉的效率以及适应性；
25.将压力传感器设置在压力传感器取放装置上，采用压力传感器取放装置测试压力，可在压力测试完毕后，将其取出，极大地提高了使用上的灵活性。
附图说明
26.图1是本发明实施例提供的一种膨胀螺钉式髓内钉结构图。
27.图2是本发明实施例提供另一种膨胀螺钉式髓内钉结构图。
28.图3是本发明实施例提供的膨胀管变化前后的结构图。
29.图4是本发明实施例提供的磁性螺钉的结构图。
30.图5是本发明自锁原理受力分析图。
31.图6是本发明实施例提供的压力传感器取放装置的底部结构示意图。
32.附图中，1为锥形螺杆，2为锥形螺杆的锥形头，3为膨胀管，4为髓内钉套管近端，5为变形缝，6为磁性螺钉，7为髓内钉近端，8为锥形螺杆表面的凹槽，9为限位螺钉，10为锥形螺杆近端，11为磁性螺钉的端部封盖，12为磁极交替分布的永磁铁，13为压力传感器取放装置，14为压力传感器。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.本发明膨胀螺钉式髓内钉，包括锥形螺杆1与膨胀管3，锥形螺杆1穿过髓内钉套管11，髓内钉套管远端为膨胀管3，锥形螺杆的锥形头2直径大于膨胀管3直径，所述膨胀螺钉式髓内钉还包括压力传感器，锥形螺杆向髓内钉套管近端4运动时，锥形头使膨胀管胀开，与植入部位形成摩擦自锁，压力传感器用于监测膨胀管压力变化，将压力信号发送至外部终端，外部终端通过压力信号的变化判断摩擦自锁程度是否合理，若不合理，则提醒操作人员进行调整。
35.在本发明的一种实施例中，压力传感器设置在膨胀管3外壁上，如图1所示，膨胀螺钉式髓内钉包括锥形螺杆1与膨胀管3，锥形螺杆1穿过髓内钉套管11，髓内钉套管远端为膨胀管3，锥形螺杆的锥形头2直径大于膨胀管3直径，膨胀管3外壁上设置有压力传感器(图中未示出)，压力传感器与锥形螺杆中的主控芯片连接，锥形螺杆向髓内钉套管近端4运动时，锥形头使膨胀管胀开，与植入部位形成摩擦自锁，压力传感器监测膨胀管压力变化，将压力信号通过主控芯片发送至外部终端，外部终端通过压力信号的变化判断摩擦自锁程度是否合理，若不合理，则提醒操作人员进行调整。
36.在本发明的一种实施例中，可选用nrf52840作为主控芯片，自带蓝牙传输模块，利用电池供电。整个芯片电路封装在锥形螺杆的腔体内，不影响锥形螺杆的上下移动。
37.本发明利用了螺纹自锁的工作原理。如果作用于物体的主动力的合力q的作用线在摩擦角之内，则无论这个力怎样大，总有一个全反力r与之平衡，物体保持静止；反之，如果主动力的合力q的作用线在摩擦角之外，则无论这个力多么小，物体也不可能保持平衡。
38.自锁原理受力分析图如图5所示，构件1在构件2上,作用于构件1上的外力为f，其与接触面法线之间夹角为β。若两构件之间的摩擦系数为μ，则有与接触面法线之间夹角为β。若两构件之间的摩擦系数为μ，则有是构件1与构件2之间的摩擦角。则外力f产生的摩擦阻力为外力f在水平方向上的分力为fsinβ，由则有f
f12
≤f
·
sinβ，因此无论f如何增大，也不会使构件2运动。因此当膨胀管与植入部位骨头法线形成的夹角β小于两者间的摩擦角时，可以达到良好的固定效果。
39.在本发明的实施例中，髓内钉还包括磁性螺钉6，磁性螺钉6在髓内钉套管11内，与锥形螺杆近端10连接，外部磁性驱动工具转动形成磁场以驱动磁性螺钉6转动，磁性螺钉6转动带动锥形螺杆1上下移动，所述外部磁性驱动工具为磁极交替分布的磁性驱动工具。
40.磁性螺钉的结构如图4所示，磁性螺钉6内设置内腔，内腔中放置磁极交替分布的永磁铁块12，由端部封盖11密封，体外磁性驱动工具转动可驱动磁性螺钉随着转动，带动螺杆直线上下旋进，体外磁性驱动工具正转时螺钉旋进，与该磁性螺钉连接的螺杆锥形头上移，使得其接触的分瓣胀管膨胀部分胀开，与骨内腔壁的贴合程度加大，紧固力加强，便于术后加固髓内钉；磁块反转时螺钉旋出，膨胀髓内钉的膨胀部分随锥形螺杆下移收缩，与骨的贴合程度减小，可用于取出髓内钉。胀管与骨腔内壁的贴合接触部位安装设计有薄膜压力传感器，用于监测胀管膨胀部位与骨内壁的紧固力。
41.在本发明的一种实施例中，与磁性螺钉配套的磁性驱动工具为磁极交替分布的磁块头，连接在电钻上。电钻正转时，磁性螺栓旋进；电转反转，磁性螺钉旋出。磁性驱动头带动磁性螺钉同步旋转应用的基本原理是磁铁的磁极异性相吸，同性相斥。磁性螺钉为南北磁极交替分布，当磁性驱动头的南(北)极对应磁性螺钉的北(南)极时，磁性螺钉将受到磁性驱动头异性磁极的吸引随之转动。
42.采用磁性驱动髓内钉的优势为：可定期接收到由体内压力传感器检测到的紧固力信息，发现髓内钉松动，即可在体外对其进行加固。即：当髓内钉放置在人体内之后，随着时间的增长，人体会发生骨吸收等，导致髓内钉与骨头的接触力减小，造成髓内钉的松动。当传感器检测到松动后，可采用磁性驱动头再次转动，调整髓内钉与骨头的接触力。非常的便利。
43.在本发明的一种实施例中，如图1所示，膨胀管外壁设有多个变形缝5，变形缝5之间的膨胀管外壁上均设置有压力传感器。压力传感器为应变片，应变片紧贴在变形缝5之间的膨胀管外壁上。应变片尺寸比膨胀管尺寸略小，目的是不影响膨胀螺钉使用但保证能充分测得胀管所受到的压力。
44.如图1、图2所示，膨胀管3与髓内钉套管近端4之间的锥形螺杆的表面开设有凹槽8，与凹槽8对应的髓内钉套管内壁设置有限位螺钉9，限位螺钉9一端与髓内钉套管内壁固定连接，另一端插在凹槽8内。限位螺钉只能在凹槽内上下移动，限制了锥形螺杆上下的移动范围，有效防止螺杆转动对腔体内壁产生的不稳定的摩擦力，有利于稳定螺杆法向锁紧力，同时锥形螺杆只能在一定的范围内移动，保证螺杆锁紧时，螺杆的移动范围收到限制，反之螺杆的大幅上下运动。膨胀管3变化前后的结构图如图3所示。
45.本发明髓内钉还包括指示装置，指示装置设置在髓内钉近端7，与主控芯片连接，指示装置根据不同的压力信号进行不同的指示。
46.在本发明的一种实施例中，指示装置为三色指示灯，三色指示灯根据压力传感器检测到的不同压力指示不同的颜色。
47.基于此，本发明实施例提供的一种膨胀螺钉式髓内钉自锁调节方法，包括：
48.启动磁性驱动工具，磁性驱动工具驱动磁性螺钉转动，磁性螺钉转动带动锥形螺杆向髓内钉近端运动；
49.锥形螺杆的锥形头与膨胀管接触，使膨胀管胀开；膨胀管与植入部位接触，压力传感器实时监测压力信号的变化并发送至主控芯片，主控芯片对此时的压力值进行判断，若此时的压力值大于第一阈值压力，则主控芯片控制三色指示灯指示第一颜色，例如指示黄色，表示压力传感器开始工作，监测到有压力的变化；
50.继续驱动锥形螺杆向髓内钉近端运动，膨胀管持续胀开；主控芯片对此时的压力
值进行判断，若此时的压力值大于等于第二阈值压力并小于第三阈值压力，则主控芯片控制三色指示灯指示第二颜色，例如指示绿色，表示此时压力值在合理的范围内，并停止驱动锥形螺杆向髓内钉近端运动；
51.若此时的压力值大于第三阈值压力，则主控芯片控制三色指示灯指示第三颜色，例如指示红色，表示此时的压力值超出合理范围，自锁太紧，容易影响植入部位的骨头的健康状况，因此需要反向驱动锥形螺杆向髓内钉远端运动。
52.由于传输距离小，主控芯片和指示灯之间可以采用蓝牙通信的方式进行信号传输。
53.另一方面，本发明压力传感器设置在锥形头2的内壁上。具体为：如图6所示，压力传感器14设置在压力传感器取放装置13的底部位置，锥形螺杆1中设置有内腔，压力传感器取放装置位于锥形螺杆1的内腔中，传感器取放装置头部受按压后，压力传感器取放装置的底部向下移动，将压力传感器14紧贴在锥形头2的内壁上。
54.在本发明的一种实施例中，膨胀螺钉式髓内钉主要由锥形头部螺杆、六角内孔螺钉、膨胀管、钉帽组成，锥形头部螺杆远端锥形头直径略大于胀管直径。传感器取放器杆中部为六角形柱，与六角内孔螺钉配合后转动，通过螺母螺杆连接方式带队螺杆上下移动，在螺杆移动过程中，锁紧时锥形螺杆往髓内钉近端运动，其锥形头部使带间隙的分瓣膨胀管胀开、抵住长骨髓内腔壁形成摩擦自锁，从而达到锁紧固定效果。
55.基于压力传感器取放装置，本发明实施例提供的一种膨胀螺钉式髓内钉自锁调节方法，包括：
56.旋转髓内钉，髓内钉的锥形螺杆上升，锥形螺杆的锥形头与膨胀管接触，膨胀管开始胀开，当旋转阻尼继续增大，判断为膨胀管与植入部位紧密接触时，例如膨胀管与长骨髓内腔壁紧密接触时，按下压力传感器取放装置头部位置，将压力传感器紧贴在锥形头的内壁上；
57.检测并判断此时膨胀管与植入部位腔壁的压力大小，若此时的压力值在阈值范围内，则判断膨胀管膨胀程度合理，并停止旋转髓内钉；
58.若此时的压力值超出阈值范围，则判断膨胀管膨胀程度过大，并反向旋转髓内钉，直到检测的压力值在阈值范围内；
59.若此时的压力值小于阈值范围，则判断膨胀管膨胀程度过小，并继续旋转髓内钉，直到检测的压力值在阈值范围内；
60.操作完成后，将传感器取放装置取出。
61.综上所述，本发明避免了远端锁定螺钉孔定位的繁琐操作，出现锁钉困难的情况，同时提高了锁钉的适应性。