[发明专利]一种用于存在五自由度矫治需求的足踝畸形的并联外固定器系统

说明书

本发明涉及一种用于存在五自由度矫治需求的足踝畸形的并联外固定器系统，包括参照环组件、牵引环组件和驱动杆组件。为了满足足踝部位不同体段的矫治需求，参照环组件包括六边形参照环、水平U型参照环和竖直U型参照环，牵引环组件包括大六边形牵引环、小六边形牵引环和U型牵引环。通过选择五自由度约束力驱动杆或五自由度约束力偶驱动杆来搭配4条六自由度驱动杆，能够得到三转两移与两转三移类并联外固定器，以适应所有存在五自由度矫治需求的畸形。在这种情况下，驱动器数目正好满足畸形矫治自由度需求，解决了现有并联外固定器在矫治此类型畸形时存在的矫治自由度冗余的缺点。

技术领域

本发明涉及一种足踝并联外固定器系统，具体来说，涉及两种辅助足踝部位完成复杂畸形矫治的并联机构。

背景技术

足踝部位具有复杂的生物力学机制以及多样的畸形种类与形态多样。对于复杂的足踝畸形，其矫治自由度需求个数可能为5个，包括3个转动自由度与2个移动自由度的组合或者2个转动自由度与3个移动自由度的组合。在众多的临床案例中，存在此类矫治自由度需求的畸形涉及：胫骨远端矢状面前弓/后弓-额状面内翻/外翻畸形、踝关节融合前的矢状面马蹄/高弓-额状面内翻/外翻畸形、踝关节融合前的额状面内翻/外翻-横切面内旋/外旋畸形、踝关节马蹄挛缩、前中足矢状面高弓/摇椅足-额状面旋前/旋后-横切面内收/外展畸形和后足马蹄/高弓-内翻/外翻畸形。在矫治上述畸形时，外固定器在存在角度畸形的两个或三个平面内应当具备转动自由度。此外，考虑到足踝畸形矫治过程中，沿牵引环组件自身矢状面的运动更为重要，能够支持包括高度重建、长度重建、加压融合和关节保护等在内的移位操作，而横向的外观能够间接的获得。因此，当横向的移动矫治自由度能够省略时，外固定器在牵引环组件的矢状面获得移动自由度即可。

面向足踝畸形存在五自由度矫治需求的情况，开发具有对应自由度的外固定器是具有重要意义的。在现有的外固定器装置中，尚无专门针对此类型畸形的设计。当足踝畸形矫治所需的矫治自由度为5时，所对应的驱动器个数也为5个，而在临床应用中，基于并联机构的外固定器构型多为6自由度，在矫治此类型畸形的过程中，存在矫治自由度冗余的问题，导致驱动器较多，使成本增加。在后续较长一段时间的人工调节过程中，更会增加患者家属的记忆与操作难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于存在五自由度矫治需求的足踝畸形的并联外固定器系统，以解决上述问题。

本发明的实施例提供了一种用于存在五自由度矫治需求的足踝畸形的并联外固定器系统，其特征在于：该并联外固定器包括参照环组件、牵引环组件和驱动杆组件，驱动杆组件包括4条六自由度驱动杆、1条五自由度约束力驱动杆和1条五自由度约束力偶驱动杆。

进一步，参照环组件与牵引环组件通过骨针与足踝体段进行连接，驱动杆组件以并联的方式连接参照环组件与牵引环组件，在驱动杆组件的协同运动下，带动牵引环组件相对于参照环组件进行运动，进而完成矫治操作。

进一步，参照环组件包括六边形参照环、水平U型参照环和竖直U型参照环，参照环组件之间能够根据足踝部位出现畸形的体段改变其安装形态，依据矫治需求通过螺钉进行重组，一般为水平U型参照环与竖直U型参照环的组合。

进一步，牵引环组件作为外固定器的运动末端，包括大六边形牵引环、小六边形牵引环和U型牵引环，能够适应足踝部位不同体段的尺寸差异。

进一步，4条六自由度驱动杆包括第一六自由度驱动杆、第二六自由度驱动杆、第三六自由度驱动杆和第四六自由度驱动杆，其运动副设置均为六自由度驱动杆虎克副、六自由度驱动杆移动副与六自由度驱动杆球副的顺次连接，六自由度驱动杆虎克副通过螺钉与参照环组件固定连接，六自由度驱动杆球副与牵引环组件连接。

进一步，五自由度约束力驱动杆的运动副设置为五自由度约束力驱动杆球副、五自由度约束力驱动杆移动副与五自由度约束力驱动杆转动副的顺次连接，五自由度约束力驱动杆球副与参照环组件连接，五自由度约束力驱动杆转动副通过螺钉与牵引环组件固定连接。