一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器及应用方法技术

本发明专利技术涉及一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器及应用方法，包括外固定架、内衬和驱动装置，所述外固定架包括上固定环、中固定环和下固定环，所述内衬设置在所述上固定环、所述中固定环和所述下固定环的内侧，所述驱动装置包括电源、控制系统和驱动机构，所述驱动机构有六个，所述驱动机构在所述控制系统的控制下实现所述上固定环、所述中固定环相对于所述下固定环的六自由度运动。本发明专利技术可以良好地固定患者腰椎骨折部位，并帮助患者便捷精确地进行康复功能锻炼，避免关节僵硬，废用性肌萎缩；还可以对脊柱进行纵向垂体拉伸，通过保守治疗地方式一定程度上恢复骨折压缩程度，从而获得更好的预后。从而获得更好的预后。从而获得更好的预后。

【技术实现步骤摘要】
一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器及应用方法

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[0001]本专利技术涉及骨骼矫形器
，具体涉及一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器及应用方法。

技术介绍
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[0002]骨质疏松症是由于多种原因导致的骨密度和骨质量下降，骨微结构破坏，造成骨脆性增加，从而容易发生骨折的全身性骨病。骨质疏松症每年引起全球范围约890万例患者发生骨折，平均每3秒发生1例次，50岁以上约1/3的女性和1/5的男性将会发生骨质疏松性骨折。椎体是最常见的骨质疏松性骨折发生部位，骨质疏松性椎体压缩性骨折(Osteoporotic vertebral compression fracture，OVCF)，约50％以上骨质疏松性骨折发生于椎体，好发于胸腰段。2017年我国流行病学研究显示，北京绝经后女性影像学椎体骨折的患病率随年龄增加，50～59岁患病率为13.4％，80岁以上高达58.1％；北京另一项研究显示，2000年，椎体骨折患病率50～59岁为15％，80岁以上为36.6％。一项应用模拟模型研究显示，我国2015年50岁以上人群，新发OVCF约为127万例；预计到2020年，将达到约149万例；到2050年，则可高达约300万例。对于骨质疏松引起的椎体压缩性骨折，多见于老年人。在老年人出现椎体部位钙质异常流失以后，很容易导致椎体部位的骨质出现异常的骨量流失，引起骨质疏松，从而引起椎体的牢固性减弱，特别是对于椎体部位的承重力会明显的遭受破坏，从而在椎体部位遭受轻度的外伤以后，就会引起椎体压缩性的骨折。《骨质疏松性椎体压缩性骨折诊疗与管理专家共识(2018版)》提出，如果骨质疏松椎体压缩性骨折，椎体的高度压缩不超过1/3，这种情况可以采用保守的卧床休息治疗就可以，一般采用矫形器辅助治疗，并且治疗期间一定要注意钙质的补充，以避免出现骨质疏松椎体压缩的加重。
[0003]现有的用于OVCF的矫形器主要可归为穿戴式与平台式两种。其中穿戴式矫形器整体为固定的外部支撑固定，其原理是利用内加弹性支条增强的材料裹住躯干，给腰部及腹部软组织施加一定的压力提高腹腔内压，借以减轻体重对胸腰椎的负重，限制脊柱运动，主要起到固定支撑脊柱、矫治脊柱畸形、减轻脊柱纵向压力以及避免二次伤害的作用。穿戴式矫形器虽然经济适用，穿戴方便，患者依从性好等优点，但其治疗作用有限，并造成废用性肌萎缩及腰椎关节僵硬及功能障碍等缺点。平台式矫形器主要是大型固定式矫形平台，一般分为矫形床与控制器两部分组成，该型矫形器可以做到多体位功能康复训练，有一定的临床数据支撑，但往往因为其治疗费用以及便捷程度而造成患者依从性较低。专利申请号为CN201611235348.4的专利通过三点压力机构及其压板装置在人体脊柱前后形成三点压力系统，并通过调节装置调整压板装置的压力大小，不仅能起到对胸腰椎的固定作用，还可有效地矫正或控制胸腰椎体的非正常弯曲；并且配合控制机构以及测试元件，根据压板装置的实际施压大小及施压需求，进行手动调节，或者通过控制机构自动调节，也可二者结合进行调压，用以维持脊柱的正常生理曲线，使压缩、变形的椎体及椎间隙恢复到原有位置，达到治疗压缩性骨折的效果。但是现有的矫形器均无法满足智能化动态矫形器的要求，即
不具备收集佩戴患者的背部肌电信号、收集佩戴患者6自由度获得的运动数据，如旋转角速度等；收集患者腹背部作用力及压力大小、基于多关节串、并联的力输出机构支持可调节幅度和方向的动态扭矩输出等功能，亦无法完成个体数据收集与分析，建档与归纳、治疗周期与治疗模式的设定安全值限定与最大值限定、肌肉电刺激等康复功能、可穿戴性等舒适性/小型化/便捷式设计反馈跟进机制以及结合数据根据矫治路径判断治疗方案及流程。因此，现有的矫形器无法满足老年OVCF的快速康复以及较高质量的功能锻炼的功能。

技术实现思路
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[0004](一)解决的技术问题
[0005]本专利技术旨在提供一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器及应用方法，解决现有设备无法满足老年骨质疏松性椎体压缩性骨折的快速康复以及无法辅助进行较高质量的功能锻炼的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器，包括外固定架、内衬和驱动装置，所述外固定架包括上固定环、中固定环和下固定环，所述内衬设置在所述上固定环、所述中固定环和所述下固定环的内侧，所述驱动装置包括电源、控制系统和驱动机构，所述驱动机构有六个，其中两个所述驱动机构连接所述上固定环和所述中固定环的背面，两个所述驱动机构连接所述中固定环和所述下固定环的背面，两个所述驱动机构连接所述上固定环、所述中固定环和所述下固定环的侧面，所述驱动机构在所述控制系统的控制下实现所述上固定环、所述中固定环相对于所述下固定环的六自由度运动。
[0008]所述上固定环用于贴合固定在患者的胸段周围，所述中固定环用于贴合固定在患者的腹段周围，所述下固定环用于贴合固定在患者骨盆处，所述驱动装置通过控制所述驱动机构的运动方向和角度，使所述上固定环和所述中固定环相对于所述下固定环在垂直和前后、左右六个方向活动，从而实现模拟脊柱六自由度运动，可以帮助患者便捷精确地进行康复功能锻炼，避免关节僵硬，废用性肌萎缩；还可以对脊柱进行纵向垂体拉伸，通过保守治疗地方式一定程度上恢复骨折压缩程度，从而获得更好的预后。
[0009]进一步地，所述驱动机构包括上安装座、下安装座、两个支撑杆、伸缩杆和直线电机，两个所述支撑杆分别设置在所述上安装座和所述下安装座上，所述直线电机驱动所述伸缩杆，所述直线电机与所述伸缩杆的一端分别与所述上安装座和所述下安装座上的所述支撑杆铰接，所述上安装座与所述下安装座用于与所述外固定架固定连接。所述上安装座和所述下安装座分别用于与所述上固定环、所述中固定环和所述下固定环的外侧固定连接，所述直线电机用于在所述控制系统的控制下驱动所述伸缩杆伸缩，以根据规划的矫正路径调整所述伸缩杆的杆长和相对于所述支撑杆的旋转角度。
[0010]进一步地，所述上安装座和所述下安装座上均设有力传感器，所述力传感器与所述控制系统电连接。所述控制系统可以为不同患者的不同类型压缩性骨折的治疗提供个性化治疗方案，根据已有的矫治路径进行智能化矫形，所述力传感器用于测量所述外固定架不同部位的受力，为所述控制系统提供患者身体不同部位的受力反馈，以修正矫正路径，保证较好的矫正效果。
[0011]进一步地，所述伸缩杆上设有用于测量所述伸缩杆杆长的位移传感器。以便于所述控制系统获取每个所述伸缩杆的实时杆长参数，方便对所述伸缩杆的伸缩长度进行精准调节。
[0012]进一步地，所述支撑杆与所述上安装座之间为竖直方向可滑动式连接，所述支撑杆与所述下安装座之间为水平方向可滑动式连接，所述上安装座和所述下安装座上均设有用于锁紧所述支撑杆位置的锁紧螺钉。所述上安装座上的所述支撑杆可以调节竖直方向的安装长度，所述下安装座上的所述支撑杆可以调节水平方向的安装长度，便于根据患者体型调整本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器，其特征在于：包括外固定架、内衬和驱动装置，所述外固定架包括上固定环、中固定环和下固定环，所述内衬设置在所述上固定环、所述中固定环和所述下固定环的内侧，所述驱动装置包括电源、控制系统和驱动机构，所述驱动机构有六个，其中两个所述驱动机构连接所述上固定环和所述中固定环的背面，两个所述驱动机构连接所述中固定环和所述下固定环的背面，两个所述驱动机构连接所述上固定环、所述中固定环和所述下固定环的侧面，所述驱动机构在所述控制系统的控制下实现所述上固定环、所述中固定环相对于所述下固定环的六自由度运动。2.根据权利要求1所述的一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器，其特征在于：所述驱动机构包括上安装座、下安装座、两个支撑杆、伸缩杆和直线电机，两个所述支撑杆分别设置在所述上安装座和所述下安装座上，所述直线电机驱动所述伸缩杆，所述直线电机与所述伸缩杆的一端分别与所述上安装座和所述下安装座上的所述支撑杆铰接，所述上安装座与所述下安装座用于与所述外固定架固定连接。3.根据权利要求2所述的一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器，其特征在于：所述上安装座和所述下安装座上均设有力传感器，所述力传感器与所述控制系统电连接。4.根据权利要求3所述的一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器，其特征在于：所述伸缩杆上设有用于测量所述伸缩杆杆长的位移传感器，所述位移传感器与所述控制系统电连接。5.根据权利要求4所述的一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器，其特征在于：所述支撑杆与所述上安装座之间为竖直方向可滑动式连接，所述支撑杆与所述下安装座之间为水平方向可滑动式连接，所述上安装座和所述下安装座上均设有用于锁紧所述支撑杆位置的锁紧螺钉。6.根据权利要求5所述的一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器，其特征在于：所述外固定架上设有若干个振动按摩器。7.根据权利要求6所述的一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器，其特征在于：所述外固定架采用轻质合金制作，所述内衬为柔性透气软垫。8.根据权利要求7所述的一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，获取健康志愿者和椎体压缩性骨折患者在多种姿态下的样本集数据，所述样本集数据包括：健康者和椎体压缩性骨折患者对应胸椎和腰椎的Cobb角信息、冠状位偏移距、顶椎偏移距以及患者基础信息；步骤二，通过所述样本集数据建立深度神经网络DNN模型，以收集到的健康者的所述样本集数据为基准，确定椎体压缩性骨折患者的矫正路径规划；步骤三，将所述外固定架设置在椎体压缩性骨折患者身上，根据所述控制系统获取的所述力传感器和所述位移传感器的反馈数据，结合获取的所述样本集数据，建立外固定数学模型，量化反馈输入，对矫正路径进行优化；所述外固定数学模型用于描述矫正骨段在三维空间的位置信息以及运动信息；通过直角坐标路径控制法对所述矫正骨段进行直线轨迹规划，获取所述矫正骨段的位置姿态参数；根据所述矫正骨段的位置姿态参数，获取六个所述伸缩杆的长度参数；
步骤四，基于六个多关节串、并联的所述驱动机构，通过所述控制系统控制所述驱动机构进行可以调节幅度和方向的动态扭矩输出，以使分别贴合在骨盆、腰段和胸段上的所述下固定环、所述中固定环和所述上固定环实现六自由度运动，从而实现腰部(移动骨段)和胸部(移动骨段)相对于骨盆(参照骨段)的全自由度运动，实现对脊柱位姿的精确控制。9.根据权利要求8所述的一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器的应用方法，其特征在于：所述健康者和椎体压缩性骨折患者对应胸椎和腰椎的Cobb角信息、冠状位偏移距、顶椎偏移距，具体为：获取健康者和椎体压缩性骨折患者的CT或X射线图片，将骶1椎体中点作为原点，将其与胸1椎体的竖直方向距离标记为纵坐标的单位100，通过标注的12个胸椎、5个腰椎的中点位置得到每个椎体的坐标，测量得到胸椎和腰椎弯曲方向切线相交得到的夹角记作Cobb角，胸1椎体横坐标为冠状...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国辉，闫晨晨，米博斌，熊元，曹发奇，陈朗，
申请(专利权)人：华中科技大学同济医学院附属协和医院，
类型：发明
国别省市：