一种用于跟骨骨折复位的自动化装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及骨科医疗器械技术领域，尤其是涉及一种用于跟骨骨折复位的自动化装置及其使用方法。


背景技术：

2.跟骨是足部最大一块跗骨，是由一薄层骨皮质包绕丰富的松质骨组成的不规则长方形结构。跟骨骨折是足跗骨中最常见的骨折，跟骨骨折以足跟部剧烈疼痛，肿胀和淤斑明显，足跟不能着地行走，跟骨压痛为主要表现。本病成年人较多发生，常由高处坠下或挤压致伤。经常伴有脊椎骨折，骨盆骨折，头、胸、腹伤。跟骨为松质骨，血循供应比较丰富，骨不连者少见。但如骨折线进入关节面或复位不良，后遗创伤性关节炎及跟骨负重时疼痛者很常见。
3.跟骨关节内骨折通常采用切开复位内固定手术，然而其发生切口感染、皮瓣坏死、神经血管损伤、创伤后关节炎、后足外侧疼痛等并发症的风险较大。
4.本发明人通过对近500例关节内跟骨骨折治疗经验的总结，系统分析了跟骨骨折术后并发症与复位质量之间的关系，尤其是量化评估了术后跟骨增宽与后足外侧疼痛的关系，发现常规手术能够恢复跟骨关节面的解剖形态，重塑关节面的完整性，然而不能同时有效恢复跟骨的高度、宽度、长度等正常解剖形态，这是影响患足功能恢复、并发症发生率居高不下的重要因素。
5.经系列解剖学、影像学、生物力学和临床研究，本发明人率先提出了跟骨骨折内加压理论，通过经皮牵引、撬拨复位、微创置入解剖接骨板和加压骨栓固定，有效恢复跟骨的关节面、长度和高度，同时对跟骨进行充分加压，使变宽的跟骨恢复正常宽度。该加压是在皮下直接对骨的加压，故称内加压。内加压理论主要包括三点:第一，首先闭合穿针、牵拉跟骨恢复其长度，然后双钉撬拨后关节面恢复角和gissan角，恢复跟骨高度，复位关节面。
6.具体操作:跟骨骨折患者入院后给予常规术前准备，待肿胀消退，踝部皮肤出现皱褶后手术。对于单侧骨折采用健侧卧位，对于双侧骨折于腰硬联合麻醉成功后采用俯卧位。首先自跟骨结节处横向植入3.5mm克氏针牵引跟骨恢复其长度，用2根直径3.5mm的斯氏针由跟腱外侧插入跟骨结节后上方的骨块内，通过经皮撬拔，抬起后关节面向前下方的旋转部分，恢复后关节面的形态及跟骨高度。在助手维持牵引下，经皮撬拔其关节面复位。这样大大减少了传统开放性复位的副作用，提高了患者术后康复程度。
7.然而，目前该手术在术中仍存在一些问题。传统术中复位时首先需要在足部楔骨附近穿入克氏针，跟骨后端穿入克氏针。然后两个人分别牵引两个克氏针拉伸患者足部，完成该动作后，需要透视观察拉伸复位的情况，指标合格后需要在脚底垫一个凸起器械，然后双手同时向下压脚背和脚后跟，进行撬拨复位，并反复进行透视调整。要对患处进行复位，通常需要多人协助手动复位，这个过程中需要多次透视，观察复位效果，同时需要很大力气进行复位和矫正，手术过程费时费力。并且医护人员在对跟骨进行复位过程中需要在透视
射线下方进行操作，医护人员易受到射线的辐射影响，同样多次的射线透视无疑会对患者造成辐射影响。


技术实现要素：

8.本发明提出一种用于跟骨骨折复位的自动化装置及其使用方法，以解决传统跟骨骨折复位方法手术过程费时费力，并因射线辐射次数较多而对医护人员及患者造成辐射影响的问题，以减少手术中的透视次数，同时代替人工进行精准复位动作，为将来无人手术的术中远程操作奠定基础。
9.本发明的技术方案是这样实现的：
10.一种用于跟骨骨折复位的自动化装置，包括与楔骨固定连接用于带动楔骨向前牵引以将跟骨间隙牵开的牵引机构以及与跟骨固定连接并对跟骨进行横向压缩的跟骨挤压机构，跟骨挤压机构上连接设置有位于人脚楔骨和跟骨结节处正下方的底部支撑结构以及位于人体脚背上方用于带动牵引机构下压以实现跟骨纵向复位的撬拨机构；还包括用于控制装置整体自动运作的控制器，牵引机构、跟骨挤压机构和撬拨机构的受控端分别连接于控制器的输出端。
11.进一步优化技术方案，所述跟骨挤压机构包括固定端砧板、横向固定设置在固定端砧板上的固定滑道板、滑动配装设置在固定滑道板上的活动端砧板以及贯穿跟骨并对跟骨进行定位的跟骨克氏针，固定端砧板的内侧壁上固定设置有缓冲板，活动端砧板的内侧壁上固定设置有挤压复位凸板；所述固定端砧板与活动端砧板之间还设置有用于驱动活动端砧板及挤压复位凸板沿固定滑道板横向移动的挤压驱动机构，挤压驱动机构的受控端连接于控制器的输出端。
12.进一步优化技术方案，所述活动端砧板上设置有第一撬拨杆转轴，活动端砧板能够相对于第一撬拨杆转轴横向移动，固定端砧板上设置有第二撬拨杆转轴，第一撬拨杆转轴和第二撬拨杆转轴的内部分别设置有定位轴承，两定位轴承上分别开设有跟骨克氏针孔，跟骨克氏针从两跟骨克氏针孔穿过。
13.进一步优化技术方案，所述定位轴承为万向球轴承，万向球轴承的外侧套设有具有弹性的球套。
14.进一步优化技术方案，所述底部支撑结构包括分别转动设置在第一撬拨杆转轴和第二撬拨杆转轴上的两个撬拨复位臂，两个撬拨复位臂倾斜设置且侧壁底端之间通过连接柱连接设置有对人脚底部进行支撑的撬拨复位滚子。
15.进一步优化技术方案，所述牵引机构包括呈弧形状设置的牵引弓、连接设置在牵引弓中部的牵引弓连接杆、穿设在牵引弓上并贯穿人脚楔骨的前端克氏针以及用于驱动牵引弓和前端克氏针前后移动以带动楔骨向前牵引的牵引电机，牵引电机的受控端连接于控制器的输出端。
16.进一步优化技术方案，所述撬拨机构包括分别连接设置在第一撬拨杆转轴和第二撬拨杆转轴上的两个撬拨杆，两个撬拨杆的一端连接设置有用于定位牵引电机固定端的电机固定杆，两个撬拨杆的另一端分别设置有用于驱动撬拨杆、牵引弓和前端克氏针转动以实现对跟骨纵向复位的撬拨杆驱动机构，撬拨杆驱动机构的受控端连接于控制器的输出端。
17.进一步优化技术方案，所述撬拨杆驱动机构包括倾斜设置在撬拨复位臂上方的撬拨复位臂凸板、倾斜设置并与撬拨杆后段螺纹配装的第一丝杠以及连接设置在第一丝杠底端的第一电机，第一丝杠的上端与撬拨复位臂凸板转动连接，第一电机的受控端连接于控制器的输出端。
18.一种用于跟骨骨折复位的自动化装置的使用方法，包括以下步骤：
19.s1、将跟骨挤压机构与跟骨进行定位，将牵引机构与楔骨或跖骨进行定位，通过牵引机构对楔骨或跖骨进行牵引，将跟骨间隙牵开；
20.s2、跟骨挤压机构对跟骨进行横向压缩塑性；
21.s3、撬拨机构带动牵引机构下压，对人脚前端进行撬拨，跟骨在牵引力、横向夹持力以及撬拨力的共同作用下，实现纵向方向的复位。
22.采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：
23.本发明代替了人工进行精准复位动作，能够精准地定量进行跟骨的拉伸牵引、挤压、撬拨复位，增大了盲复位精度，缩减了手术时间，实现了跟骨的精准复位，减少了射线透视次数，并且时可以在术中进行ct扫描的同时进行远程操控，使得医生可以在不存在射线的安全位置下进行操控复位，极大程度上保护了患者和医护人员。
24.本发明挤压复位板为凸起设计，凸起曲率是根据常规跟骨凹陷区曲率设计，其目的在于挤压过程贴服骨面，增加复位精度，同时均匀挤压曲面压力，减少复位过程中对血管神经的压迫。
25.本发明对人脚进行ct扫描的ct扫描装置的信号输出端连接于控制器的输入端，ct扫描装置能够将ct扫描信息反馈至控制器，进而使得医护人员了解人脚上跟骨骨折复位情况，便于在控制器内设定参数，来分别实现对牵引机构、跟骨挤压机构和撬拨机构的远程控制。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明一种用于跟骨骨折复位的自动化装置的结构示意图一；
28.图2为本发明一种用于跟骨骨折复位的自动化装置的结构示意图二；
29.图3为本发明一种用于跟骨骨折复位的自动化装置的结构示意图三；
30.图4为本发明一种用于跟骨骨折复位的自动化装置的结构示意图四。
31.其中：1、固定端砧板，2、缓冲板，3、挤压复位凸板，4、固定滑道板，5、滚珠丝杆，6、跟骨克氏针，7、撬拨复位臂，8、撬拨复位滚子，9、前端克氏针，11、电机固定杆，12、万向球轴承，13、第一撬拨杆转轴，14、牵引弓，15、牵引电机，16、撬拨杆，17、活动端砧板，18、牵引弓连接杆，19、撬拨复位臂凸板，20、第一丝杠，21、第一电机，22、第二电机。
具体实施方式
32.下面将结合具体实施方案对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，但是本领
域技术人员应当理解，下文所述的实施方案仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施方案，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方案，都属于本发明保护的范围。
33.一种用于跟骨骨折复位的自动化装置，结合图1至图4所示，包括牵引机构、跟骨挤压机构、底部支撑结构、撬拨机构和控制器。
34.控制器用于控制装置整体自动运作，牵引机构、跟骨挤压机构和撬拨机构的受控端分别连接于控制器的输出端，控制器可采用plc控制器或其他类型的控制器。控制器上设置有显示屏，便于医护人员查看显示信息。对人脚进行ct扫描的ct扫描装置的信号输出端连接于控制器的输入端，ct扫描装置能够将ct扫描信息反馈至控制器，进而使得医护人员了解人脚上跟骨骨折复位情况，便于在控制器内设定参数，来分别实现对牵引机构、跟骨挤压机构和撬拨机构的远程控制。
35.跟骨挤压机构与跟骨固定连接，并对跟骨进行横向压缩，能够跟骨进行充分加压，使变宽的跟骨恢复正常宽度，实现对跟骨宽度方向的复位。跟骨挤压机构包括固定端砧板1、固定滑道板4、活动端砧板17、跟骨克氏针6、缓冲板、挤压复位凸板3和挤压驱动机构。
36.固定滑道板4横向固定设置在固定端砧板1上。活动端砧板17滑动配装设置在固定滑道板4上，能够沿着固定滑道板4横向滑动。
37.固定端砧板1的内侧壁上固定设置有缓冲板2，本发明中的缓冲板2采用的材料为硬质记忆缓冲棉，并与人脚后部的形态相匹配。
38.活动端砧板17的内侧壁上固定设置有挤压复位凸板3，挤压复位凸板3与人脚后部的形态相匹配。本发明挤压复位板为凸起设计，凸起曲率是根据常规跟骨凹陷区曲率设计，其目的在于挤压过程贴服骨面，增加复位精度，同时均匀挤压曲面压力，减少复位过程中对血管神经的压迫。
39.固定端砧板1与活动端砧板17之间还设置有用于驱动活动端砧板17及挤压复位凸板3沿固定滑道板4横向移动的挤压驱动机构，挤压驱动机构的受控端连接于控制器的输出端。挤压驱动机构包括滚珠丝杆5和第二电机22。滚珠丝杆5的一端活动穿过缓冲板2并与固定端砧板1转动连接，滚珠丝杆5的另一端与活动端砧板17螺纹配装。第二电机22连接设置在滚珠丝杆5的一端，第二电机22的受控端连接于控制器的输出端，第二电机22为步进电机。当第二电机22运作时，第二电机22会带动滚珠丝杆5转动，进而来驱动活动端砧板17和挤压复位凸板3沿着固定滑道板4横向移动，实现对跟骨进行横向压缩的目的。
40.活动端砧板17上设置有第一撬拨杆转轴13，活动端砧板17能够相对于第一撬拨杆转轴13横向移动，即在活动端砧板17沿着固定滑道板4横向移动时，同样会沿着第一撬拨杆转轴13横向移动，进而来保证活动端砧板17能够进行正常的移动。
41.固定端砧板1上设置有第二撬拨杆转轴，第一撬拨杆转轴13和第二撬拨杆转轴的内部分别设置有定位轴承，两定位轴承上分别开设有跟骨克氏针孔，跟骨克氏针6从两跟骨克氏针孔穿过，跟骨克氏针6贯穿跟骨并对跟骨进行定位。
42.在跟骨克氏针6进针时，因患者的体态不同，跟骨骨折线的位置不同，跟骨克氏针6的进针位置会发生偏差或改变，即跟骨克氏针6不会一直进行垂直地横向进针。为此，本发明将定位轴承设置为万向球轴承12，跟骨克氏针孔开设在万向球轴承12上。并且本发明将万向球轴承(即球轴)外侧套设有具有弹性的球套，球套的材质采用聚四氟乙烯，球套可在
球轴的配合下对打入的跟骨克氏针进行垂直于根骨方位的上下微调整(2mm左右)，使跟骨克氏针保持较好的垂直度，便于跟骨克氏针能够从另一侧的万向球轴承穿出。
43.万向球轴承12能够在撬拨杆转轴的内部转动，其转动的角度较小，避免因其转动的角度过大而出现无法从另一侧的万向轴承穿出的问题。万向球轴承12外露的部分为球面状，当进入的跟骨克氏针与跟骨未垂直时，此时需要对跟骨克氏针进行微动调节，轻微转动万向球轴承12，跟骨克氏针孔的位置会发生改变，进而来稍微改变进针的角度，并且可对万向球轴承进行上下微调，使得万向球轴承挤压外侧的球套，以保证穿入的跟骨克氏针垂直于跟骨。
44.此外，需要说明的是，采用本方式进行进针时，仅需从两个万向球轴承中的一个万向球轴承进行进针即可，进入的跟骨克氏针仍然从跟骨贯穿。
45.跟骨挤压机构上连接设置有底部支撑结构，底部支撑结构位于人脚楔骨和跟骨结节处正下方。
46.底部支撑结构包括分别转动设置在第一撬拨杆转轴13和第二撬拨杆转轴上的两个撬拨复位臂7，两个撬拨复位臂7倾斜设置且侧壁底端之间通过连接柱连接设置有对人脚底部进行支撑的撬拨复位滚子8。
47.牵引机构与楔骨或跖骨固定连接，用于带动楔骨或跖骨向前牵引以将跟骨间隙牵开。牵引机构包括牵引弓14、牵引弓连接杆18、前端克氏针9以及牵引电机15。
48.牵引弓14呈弧形状设置，牵引弓14上开设有克氏针孔。牵引弓连接杆18连接设置在牵引弓14中部。
49.前端克氏针9穿设在牵引弓14上并贯穿人脚楔骨或跖骨。
50.牵引电机15的受控端连接于控制器的输出端，牵引电机15用于驱动牵引弓14和前端克氏针9前后移动，以带动楔骨或跖骨向前牵引，进而将跟骨间隙牵开，以便于对跟骨的后续复位。
51.本发明中的牵引电机15为直线电机，能够将电机的旋转运动转化为直线运动，进而牵引电机15能够带动牵引弓14和前端克氏针9向前对楔骨或跖骨进行牵引。
52.撬拨机构位于人体脚背上方，用于带动牵引机构中的牵引弓14和前端克氏针9下压，以实现跟骨纵向复位。
53.撬拨机构包括分别连接设置在第一撬拨杆转轴13和第二撬拨杆转轴上的两个撬拨杆16。两个撬拨杆16的一端连接设置有用于定位牵引电机15固定端的电机固定杆11，撬拨杆16的端部设置有连接球头，电机固定杆11定位设置在连接球头内。两个撬拨杆16的另一端分别设置有撬拨杆驱动机构，撬拨杆驱动机构用于驱动撬拨杆16、牵引弓14和前端克氏针9转动以实现对跟骨纵向复位，撬拨杆驱动机构的受控端连接于控制器的输出端。
54.撬拨杆驱动机构包括撬拨复位臂凸板19、第一丝杠20和第一电机21。撬拨复位臂凸板19倾斜设置在撬拨复位臂7上方，撬拨复位臂凸板19设置为块状结构。撬拨杆16被第一撬拨杆转轴13或第二撬拨杆转轴分设为前段和后段。第一丝杠20倾斜设置并与撬拨杆16后段螺纹配装，第一丝杠20的上端与撬拨复位臂凸板19转动连接，第一电机21连接设置在第一丝杠20底端，第一电机21的受控端连接于控制器的输出端，第一电机21为步进电机。当第一电机21运作时，会带动第一丝杠20转动，进而来驱动撬拨杆16的后段向上移动移动，撬拨杆16的前段向下移动，带动牵引弓14和前端克氏针9向下运动，实现对人脚前端的撬拨。
55.在进行跟骨骨折进行复位操作前，ct扫描装置对患者脚部进行扫描，确定患者跟骨骨折线位置以及跟骨所需复位的状况，进而医护人员根据患者信息输入至控制器内，通过控制器控制装置中的各部分机构协调运作，实现对跟骨骨折的高效复位，以此来减少对患者ct扫描的次数。
56.本发明对跟骨骨折的复位方式主要由拉伸、压缩和撬拨复位三部分构成，本发明对跟骨骨折进行复位的具体过程如下。
57.s1、分别打入两根克氏针。根据跟骨骨折线的分布状况，将跟骨克氏针6打入至跟骨骨折线后端位置的跟骨上。将前端克氏针9从牵引弓14上穿过并打入至楔骨或跖骨的位置。
58.控制器控制牵引电机15运作，因牵引电机15为直线电机，进而牵引电机15带动牵引弓14和前端克氏针9向脚尖前面对楔骨或跖骨进行牵引，通过软组织将跟骨间隙牵开。
59.s2、控制器控制第二电机22运作，第二电机22带动滚珠丝杆5转动，进而来驱动活动端砧板17和挤压复位凸板3沿着固定滑道板4横向移动，在挤压复位凸板3和缓冲板2的共同作用下，对跟骨进行横向压缩塑性。
60.s3、控制器控制第一电机21运作，第一电机21带动第一丝杠20转动，驱动撬拨杆16的后段向上移动移动，撬拨杆16的前段向下移动，带动牵引弓14和前端克氏针9向下运动，实现对人脚前端的撬拨，在人脚底部支撑力和撬拨力的共同作用下，在人脚足底弯出“足弓形状”。跟骨在牵引力、横向夹持力以及撬拨力的共同作用下，实现纵向方向的复位。
61.ct扫描装置对人脚进行扫描，ct扫描装置将扫描信息反馈至控制器，医护人员根据控制器上显示的跟骨骨折复位状况，判断是否需要对牵引机构、跟骨挤压机构、撬拨机构再次进行控制。若需要进行微调复位，可将复位参数输入至控制器中，通过控制器控制牵引机构、跟骨挤压机构、撬拨机构协作，进行跟骨骨折的微调复位。
62.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。