本申請要求2014年3月12日提交的且題目為“Automated Struts for Use in External Fixation Devices”的美國臨時專利申請?zhí)?1/951,560的權(quán)益，該臨時專利的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)療裝置領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

外部固定裝置通常用于固定、操縱、轉(zhuǎn)移或施加力到一個或多個骨段以進(jìn)行各種骨骼缺陷治療，諸如骨折修復(fù)、關(guān)節(jié)固定、肢體延長以及畸形校正。外部固定裝置可包括固定件（諸如板和多平面或單側(cè)/單軌）。多平面外部固定件可包括附接到銷和/或線的一個或多個環(huán)或環(huán)部分，其使骨的固定牢固。單側(cè)或單軌固定件可附接到銷、線或棒。固定件可與一個或多個能調(diào)整柱相互連接，以固定骨折或關(guān)節(jié)，并且實現(xiàn)骨段的單側(cè)或三維運動。

柱的長度通常由病人每天若干次在常常痛苦的、困難的和復(fù)雜的過程中手動地調(diào)整。缺乏靈活性或柱的錯誤調(diào)整能夠造成嚴(yán)重并發(fā)癥，并且是對于這樣的程序的常見禁忌癥候。此外，有效治療通常需要施加大的力，其通過醫(yī)療柱操作可能是困難且昂貴的。

相關(guān)技術(shù)的上述示例和與之相關(guān)的限制旨在是示例性的并且不是排他性的。相關(guān)技術(shù)的其他限制對本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀說明書和學(xué)習(xí)附圖時將變得明顯。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

結(jié)合系統(tǒng)、工具以及方法來描述并示出下述實施例及其各方面，所述系統(tǒng)、工具以及方法意在是示例性的和說明性的，而不限制范圍。

根據(jù)實施例提供一種醫(yī)療裝置，其包括：醫(yī)療柱；構(gòu)造成儲存能量的預(yù)加載器，其中所述醫(yī)療柱構(gòu)造成將儲存在所述預(yù)加載器中的能量轉(zhuǎn)化為能施加到身體組織的第一力；致動器，其構(gòu)造成施加第二力以調(diào)整所述醫(yī)療柱的長度，從而促進(jìn)將所儲存的能量轉(zhuǎn)化為所述第一力；以及配置成控制所述致動器的控制器。

在一些實施例中，所述致動器包括馬達(dá)，并且其中所述第二力包括轉(zhuǎn)矩。

在一些實施例中，調(diào)整所述醫(yī)療柱的長度包括延長所述醫(yī)療柱。

在一些實施例中，沿著所述醫(yī)療柱的縱向軸線縱向地施加所述第一力。

在一些實施例中，所述醫(yī)療柱連接到一個或多個外部固定裝置，所述外部固定裝置經(jīng)由一個或多個銷連接到所述身體組織，從而將所述第一力傳遞到所述身體組織。

在一些實施例中，所述醫(yī)療柱經(jīng)由一機(jī)械裝置連接到所述一個或多個外部固定裝置，所述機(jī)械裝置提供所述醫(yī)療柱相對于一個或多個矯形固定裝置的多軸運動。

在一些實施例中，所述致動器還構(gòu)造成獨立于所述預(yù)加載器縮短所述醫(yī)療柱。

在一些實施例中，還提供構(gòu)造成隨所述致動器一起旋轉(zhuǎn)的螺紋軸，其中所述致動器連接到單向軸承，從而允許獨立于所述預(yù)加載器縮短所述醫(yī)療柱。

在一些實施例中，所述預(yù)加載器包括彈簧。

在一些實施例中，所述彈簧包括密封腔，所述腔構(gòu)造成在高壓下儲存流體。

在一些實施例中，還提供密封所述腔的活塞，其中由所述致動器施加的所述第二力構(gòu)造成引起所述活塞從所述腔縮回，從而延長所述醫(yī)療柱。

在一些實施例中，所述彈簧包括機(jī)械彈簧。

在一些實施例中，所述控制器控制以下中的任一者：用于操作所述致動器的持續(xù)時間、由所述致動器施加的力、或目標(biāo)醫(yī)療柱長度。

在一些實施例中，所述控制器控制目標(biāo)骨延長速率。

在一些實施例中，所述控制器被配置成從傳感器接收指標(biāo)并且應(yīng)用所述指標(biāo)以監(jiān)測、控制和/或同步所述醫(yī)療柱的操作。

在一些實施例中，所述控制器被配置成向外部控制裝置發(fā)送所述指標(biāo)。

在一些實施例中，所述控制器被配置成響應(yīng)于接收所述指標(biāo)的所述外部控制裝置，從所述外部控制裝置接收用于控制所述醫(yī)療裝置的部件中的任一者的參數(shù)。

根據(jù)實施例提供一種用于提供醫(yī)療治療的成套工具，包括：醫(yī)療柱，所述醫(yī)療柱包括：構(gòu)造成儲存能量的預(yù)加載器，其中所述醫(yī)療柱構(gòu)造成將儲存在所述預(yù)加載器中的能量轉(zhuǎn)化為能施加到身體組織的第一力，致動器，其構(gòu)造成施加第二力以調(diào)整所述醫(yī)療柱的長度，從而促進(jìn)將所儲存的能量轉(zhuǎn)化為所述第一力，和配置成控制所述致動器的控制器；以及外部固定裝置，其構(gòu)造成經(jīng)由一個或多個銷連接到所述醫(yī)療柱并連接到所述身體組織，從而將所述第一力傳遞到所述身體組織。

在一些實施例中，所述致動器包括馬達(dá)，并且其中所述第二力包括轉(zhuǎn)矩。

在一些實施例中，調(diào)整所述醫(yī)療柱的長度包括延長所述醫(yī)療柱。

在一些實施例中，沿著所述醫(yī)療柱的縱向軸線縱向地施加所述第一力。

在一些實施例中，所述醫(yī)療柱經(jīng)由一機(jī)械裝置連接到所述一個或多個外部固定裝置，所述機(jī)械裝置提供所述醫(yī)療柱相對于一個或多個矯形固定裝置的多軸運動。

在一些實施例中，所述致動器還構(gòu)造成獨立于所述預(yù)加載器縮短所述醫(yī)療柱。

在一些實施例中，還設(shè)置構(gòu)造成隨所述致動器一起旋轉(zhuǎn)的螺紋軸，其中所述致動器連接到單向軸承，從而允許獨立于所述預(yù)加載器縮短所述醫(yī)療柱。

在一些實施例中，所述預(yù)加載器包括彈簧。

在一些實施例中，所述彈簧包括密封腔，所述腔構(gòu)造成在高壓下儲存流體。

在一些實施例中，還設(shè)置密封所述腔的活塞，其中由所述致動器施加的所述第二力構(gòu)造成引起所述活塞從所述腔縮回，從而延長所述醫(yī)療柱。

在一些實施例中，所述彈簧包括機(jī)械彈簧。

在一些實施例中，所述控制器控制以下中的任一者：操作所述致動器的持續(xù)時間、由所述致動器施加的力、或目標(biāo)醫(yī)療柱長度。

在一些實施例中，所述控制器控制目標(biāo)骨延長速率。

在一些實施例中，所述控制器被配置成從傳感器接收指標(biāo)并且應(yīng)用所述指標(biāo)以監(jiān)測、控制和/或同步所述醫(yī)療柱的操作。

在一些實施例中，所述控制器被配置成向外部控制裝置發(fā)送所述指標(biāo)。

在一些實施例中，所述控制器被配置成響應(yīng)于接收所述指標(biāo)的所述外部控制裝置，從所述外部控制裝置接收用于控制所述成套工具的部件中的任一者的參數(shù)。

根據(jù)實施例提供一種醫(yī)療裝置，其包括：醫(yī)療柱；液壓機(jī)械裝置，其構(gòu)造成施加力以調(diào)整所述醫(yī)療柱的長度，其中所述醫(yī)療柱構(gòu)造成將所施加的力傳遞到身體組織；以及配置成控制所述醫(yī)療柱和/或所述液壓機(jī)械裝置的控制器。

在一些實施例中，所述醫(yī)療柱連接到一個或多個外部固定裝置，所述外部固定裝置經(jīng)由一個或多個銷連接到所述身體組織，從而將所述力傳遞到所述身體組織。

在一些實施例中，所述一個或多個外部固定裝置構(gòu)造成儲存流體，并且其中所述液壓機(jī)械裝置構(gòu)造成泵送所儲存的流體以施加所述力。

在一些實施例中，所述控制器控制以下中的任一者：操作所述致動器的持續(xù)時間、由所述致動器施加的力、或目標(biāo)醫(yī)療柱長度。

在一些實施例中，所述控制器控制目標(biāo)骨延長速率。

在一些實施例中，所述控制器被配置成從傳感器接收指標(biāo)并且應(yīng)用所述指標(biāo)以監(jiān)測、控制和/或同步所述醫(yī)療柱的操作。

在一些實施例中，所述控制器被配置成向外部控制裝置發(fā)送所述指標(biāo)。

在一些實施例中，所述控制器被配置成響應(yīng)于接收所述指標(biāo)的所述外部控制裝置，從所述外部控制裝置接收用于控制所述醫(yī)療裝置的部件中的任一者的參數(shù)。

根據(jù)實施例提供一種方法，其包括：經(jīng)由醫(yī)療柱將通過預(yù)加載器儲存的能量轉(zhuǎn)化為第一力以施加到身體組織；經(jīng)由致動器施加第二力以調(diào)整所述醫(yī)療柱的長度，從而促進(jìn)將所儲存的能量轉(zhuǎn)化為所述第一力；以及控制所述致動器。

在一些實施例中，所述致動器包括馬達(dá)，并且其中所述第二力包括轉(zhuǎn)矩。

在一些實施例中，調(diào)整所述醫(yī)療柱的長度包括延長所述醫(yī)療柱。

在一些實施例中，所述方法還包括沿著所述醫(yī)療柱的縱向軸線縱向地施加所述第一力。

在一些實施例中，所述方法還包括將所述醫(yī)療柱連接到一個或多個外部固定裝置，所述外部固定裝置經(jīng)由一個或多個銷連接到所述身體組織，從而將所述第一力傳遞到所述身體組織。

在一些實施例中，所述方法還包括提供所述醫(yī)療柱相對于一個或多個矯形固定裝置的多軸運動。

在一些實施例中，所述方法還包括獨立于所述預(yù)加載器縮短所述醫(yī)療柱。

在一些實施例中，獨立于所述預(yù)加載器縮短所述醫(yī)療柱還包括引起螺紋軸隨所述致動器一起旋轉(zhuǎn)，其中所述致動器連接到單向軸承。

在一些實施例中，所述方法進(jìn)一步所述預(yù)加載器包括彈簧。

在一些實施例中，所述彈簧包括密封腔，所述腔構(gòu)造成在高壓下儲存流體。

在一些實施例中，所述方法還包括利用活塞密封所述腔，其中由所述致動器施加的所述第二力構(gòu)造成引起所述活塞從所述腔縮回，從而延長所述醫(yī)療柱。

在一些實施例中，所述彈簧包括機(jī)械彈簧。

在一些實施例中，所述方法還包括控制以下中的任一者：操作所述致動器的持續(xù)時間、由所述致動器施加的力、或目標(biāo)醫(yī)療柱長度。

在一些實施例中，所述方法還包括控制目標(biāo)骨延長速率。

在一些實施例中，所述方法還包括從傳感器接收指標(biāo)并且應(yīng)用所述指標(biāo)以監(jiān)測、控制和/或同步所述醫(yī)療柱的操作。

在一些實施例中，所述方法還包括向外部控制裝置發(fā)送所述指標(biāo)。

在一些實施例中，所述方法還包括響應(yīng)于接收所述指標(biāo)的所述外部控制裝置，從所述外部控制裝置接收用于控制所述醫(yī)療裝置的部件中的任一者的參數(shù)。

額外于上述示例性方面和實施例，其他方面和實施例將通過參考附圖和通過學(xué)習(xí)下面的詳細(xì)描述變得明顯。

附圖說明

在參考附圖中示出示例性實施例。附圖中示出的部件和特征的尺寸大體為了展示的方便和清楚而選擇并且不一定按比例示出。附圖在下面列出。

圖1A-D示出根據(jù)實施例的柱的透視圖和橫截面視圖；

圖1E-1F示出圖1A-D的柱的另外的透視圖，以及

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的柱的分解視圖。

具體實施方式

本文公開的是一種構(gòu)造成用于連接到一個或多個外部固定裝置（諸如環(huán)或單軌）的矯形柱，該外部固定裝置依次為了治療性目的經(jīng)由一個或多個連接銷、線、釘或板連接到患者的身體組織（諸如，骨、韌帶或關(guān)節(jié)）。柱可具有能調(diào)整長度并且可儲存一定量的能量（諸如，機(jī)械能、電能、化學(xué)能、磁能或其他能量），該能量可以以受控方式釋放以施加縱向力，從而調(diào)整柱的長度。該縱向力可被傳遞到所連接的固定裝置并被施加到所連接的身體組織。

參考圖1A-B，其一起示出根據(jù)實施例的分別處于壓縮和展開狀態(tài)的柱100的橫截面視圖。預(yù)加載器102可隨柱100一起設(shè)置以儲存能量（諸如壓力）。柱100可將由預(yù)加載器102儲存的能量轉(zhuǎn)化為用于施加到身體組織的力?？裳刂目v向軸線縱向地施加力。隨柱100一起設(shè)置的致動器104可施加第二力以調(diào)整柱100的長度，諸如通過延長柱100，如在圖1A中所示。在一個實施例中，預(yù)加載器102設(shè)置在柱100內(nèi)并與柱100成一體。

致動器104可包括用于產(chǎn)生力以釋放儲存在預(yù)加載器102中的能量的電氣器件、磁性器件、機(jī)械器件或其他器件。例如，致動器104可包括馬達(dá)、磁性元件、化學(xué)元件或機(jī)械元件，諸如扭力彈簧或扭力桿。由柱100提供的用于治療性治療的相當(dāng)大的力可經(jīng)由預(yù)加載器102供應(yīng)，而致動器104可僅需提供足以可控制地釋放儲存在預(yù)加載器102中的能量的第二力。因此，與由預(yù)加載器102施加的主要力相比，致動器104可施加相對小的第二力或轉(zhuǎn)矩。在一個實施例中，致動器104設(shè)置在柱100內(nèi)并與柱100成一體。

例如，預(yù)加載器102可提供1500牛頓（N）的力，該力可經(jīng)由柱100施加在身體組織上，而致動器可提供從小至0.05牛頓*米（N*m）到0.5 N*m范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩。

在一個實施例中，致動器104可包括馬達(dá)，其可由任何合適的電源（諸如電池）供電。致動器104可產(chǎn)生線性和/或旋轉(zhuǎn)運動，并可包括任何合適類型的馬達(dá)（諸如有刷馬達(dá)、無刷馬達(dá)、直流/交流（DC/AC）伺服馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)），并可包括任何合適的元件（諸如，壓電線性致動器、電磁體、化學(xué)反應(yīng)、泵或液壓泵，僅舉幾個列子）。在實施例中，致動器104的直徑可在6-20毫米（mm）的范圍內(nèi)，并且具有在6-24伏（V）范圍內(nèi)的操作電壓，其中保持轉(zhuǎn)矩范圍為15-30克/厘米（gr/cm）。在一個實施例中，操作電壓可為12V?？蛇x地，致動器104具有在0.03-0.350瓦特（W）范圍內(nèi)的操作電功率，其中轉(zhuǎn)矩的范圍為0.05-0.5牛頓-米-50。

現(xiàn)在參考圖1C-D，其一起示出根據(jù)實施例的、連接到一個或多個外部固定裝置的、分別處于縮短和延長狀態(tài)的多個柱100。僅為了清楚目的，圖1C-D的若干特征未標(biāo)明，例如，所示出的六個柱中的僅一個柱被標(biāo)明。然而，將理解的是在圖1A-B中描述和/或標(biāo)明的任何特征類似地適用于圖1C-D。

柱100的端部可連接到一個或多個外部固定件（諸如，環(huán)106a和106b、釘、螺釘、板或單軌），該外部固定件可經(jīng)由一個或多個銷（未示出）連接到身體組織。因此，通過柱100施加的延長力可經(jīng)由所連接的外部固定件106a和106b及銷傳遞到身體組織。

在實施例中，柱100可經(jīng)由球銷接頭108連接到一個或多個外部固定件，諸如骨固定件106a和106b。柱100可連接到固定件106a和106b，作為在手術(shù)室中的外科手術(shù)的一部分。柱100可設(shè)置成壓縮的并準(zhǔn)備用于安裝，替代地，操作者可使用壓縮工具或夾具來壓縮柱100。

柱100可經(jīng)由任何合適的機(jī)械裝置附接到外部固定件，所述機(jī)械裝置提供相對于固定件的多軸運動。在實施例中，柱100可設(shè)置有兩個球銷接頭108，每個均定位在柱100的相對端部處。球銷接頭108可允許每個柱100相對于固定件106a和106b中的任一者在三維中旋轉(zhuǎn)，從而允許每個柱100在附接到固定件106a和106b的同時獨立于任何其他柱100延長。通過提供經(jīng)由多個球銷接頭108連接到一個或多個固定件106a和106b的多個柱100，可將跨越多個平面的多個力施加到身體組織。

球銷接頭108可由任何合適的材料構(gòu)成，諸如不銹鋼、鋁、鈦或其組合。在一個實施例中，球銷接頭108的銷部分的長度可在10-20 mm的范圍內(nèi)。在一個實施例中，銷部分的長度可為16 mm。在一個實施例中，銷部分的直徑可在4-6 mm的范圍內(nèi)。在一個實施例中，銷部分的直徑為5 mm。在一個實施例中，球銷接頭108的球部分的直徑可在10-15 mm的范圍內(nèi)。在一個實施例中，球銷接頭108的球部分的直徑為12 mm。

返回參考圖1A-B，預(yù)加載器102可包括用于儲存和釋放能量的彈簧。在一個實施例中，預(yù)加載器102可包括用于在高壓下儲存流體（諸如空氣）的密封腔110。腔110可包括管，該管在一個端部處封閉并在另一端部處通過活塞112和由橡膠或硅樹脂或任何其他合適的材料制成的一個或多個密封環(huán)（未示出）密封?；钊?12可在腔110內(nèi)線性運動以壓縮和/或釋放腔110內(nèi)的流體壓力。

在實施例中，腔110可由鋁、碳增強(qiáng)聚合物或適用于容納大約30-100個大氣壓（atm）的壓力的任何其他輕量且堅固的材料制成。在一個實施例中，腔100可具有在10-30 mm之間的直徑。腔110的長度可在大約20到400 mm的范圍內(nèi)，并且可根據(jù)柱延長需要來設(shè)置。

在實施例中，活塞112可由鋁或不銹鋼制成并可具有直徑在10-30 mm之間的帽，該帽具有足夠公差以安裝在腔110內(nèi)?；钊?12的長度可在50-100 mm的范圍內(nèi)并且可變化以對應(yīng)于柱100的總體長度。

通過馬達(dá)104所施加的轉(zhuǎn)矩可引起活塞112從腔110和延長柱100縮回對應(yīng)軸向距離，如在圖1A中所示。腔110內(nèi)的流體壓力可足夠高，使得由活塞112的縮回所產(chǎn)生的壓力的釋放相對于釋放前的壓力可忽略不計，從而在活塞112的縮回之后在活塞112上施加相對強(qiáng)的力并且導(dǎo)致柱100的延長。貫穿柱100的延長在腔110內(nèi)維持的高壓可在活塞112從腔100縮回后施加在活塞112上，并且可被傳遞到身體組織。

在實施例中，可設(shè)置內(nèi)部鎖（未示出）以防止在致動器104未操作時通過柱100的壓力釋放。

在實施例中，活塞112可連接到與軸114b聯(lián)接的蝸桿小齒輪114a，其設(shè)置成維持腔110內(nèi)的相對高壓。由致動器104產(chǎn)生的相對小的轉(zhuǎn)矩可經(jīng)由軸114b傳遞到蝸桿小齒輪114a，從而引起蝸桿小齒輪114a沿著設(shè)置在腔110內(nèi)的螺紋旋轉(zhuǎn)。當(dāng)延長柱100時，通過致動器104的逆時針旋轉(zhuǎn)可引起小齒輪114a從腔110至少部分地“旋出”，從而引起連接到小齒輪114a和軸114b的活塞112相應(yīng)地從腔100縮回，同時維持腔100的氣密性密封。

在實施例中，活塞112可以以下述方式連接到軸114b，該方式允許活塞112相對于軸114b能旋轉(zhuǎn)地滑動，使得活塞112的運動沿著柱100的長度是基本縱向的。

在實施例中，小齒輪114a可由硬化不銹鋼制成，并且可包括直徑為6-16 mm，且長度為10-100 mm且螺距（peach）為0.5-2 mm的鋼蝸桿齒輪。致動器104結(jié)合小齒輪114a和軸114b可以引起增量為0.05-0.1 mm的柱100的受控伸長。

在一個實施例中，可設(shè)置齒輪組116（未示出）以調(diào)整致動器104的速度和轉(zhuǎn)矩并且將通過致動器104的第一角旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^小齒輪114a和軸114b的第二角旋轉(zhuǎn)。在實施例中，齒輪組116可構(gòu)造成根據(jù)柱100的期望縮短和/或延長來將第一角旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙切D(zhuǎn)。額外地或替代地，齒輪組116可通過致動器104將相對快速的旋轉(zhuǎn)（其產(chǎn)生小的轉(zhuǎn)矩）調(diào)整為產(chǎn)生更大轉(zhuǎn)矩的更慢旋轉(zhuǎn)，該較大轉(zhuǎn)矩足以克服小齒輪114a與軸114b之間的摩擦并使得活塞112能夠使柱100延長。

齒輪組116可由塑料和/或不銹鋼或其組合制成。在一個實施例中，齒輪組116可具有1:100到1:1000的減速比、在6-16 mm之間的范圍內(nèi)的直徑、以及在10-50 mm之間的范圍內(nèi)的高度。齒輪組116與致動器104一起可在離開齒輪時提供0.05-1.0牛頓-米（NM）范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩。

在一個實施例中，致動器104，和/或小齒輪114a和軸114b，和/或齒輪組116可被容納在殼體118中，該殼體118諸如包括管、箱或由鋁、塑料、不銹鋼或其他合適材料制成的其他中空特征。

可設(shè)置包括電子和/或軟件元件，和/或機(jī)械元件，和/或其他元件以及其任何組合的控制器122，以控制和/或協(xié)調(diào)柱100內(nèi)的部件中的任一者的操作?？刂破?22可包括具有用戶界面（UI）的處理器，以允許由醫(yī)生向控制器122加載治療計劃，諸如處方?？刂破?22可使用任何合適的有線和/或無線器件來加載治療程序。

例如，治療計劃可包括對在設(shè)定時間段內(nèi)目標(biāo)骨延長、和/或速率、和/或方向、和/或目標(biāo)力、和/或根據(jù)計劃表的定義。

控制器122可包括用于計算一個或多個機(jī)械信號、電氣信號或其他信號的計算應(yīng)用，以便控制柱100的部件中的任一者以實施治療計劃。例如，控制器122可計算馬達(dá)或齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)，或必須由致動器104實施的力以實施目標(biāo)骨延長，或目標(biāo)骨延長速率，或目標(biāo)柱長度，并且可確定用于操作致動器100的對應(yīng)計劃表。這樣的計劃表可限定一天內(nèi)的時間和以小時或分鐘測量的用于操作致動器104的持續(xù)時間。

在一個實施例中，控制器122可同時控制多個柱100，柱100連接到附接到患者的一個或多個固定裝置?？刂破?22可根據(jù)治療計劃同步所連接的柱100中的任一個柱的運動，從而在多個維度中控制柱100相對于固定件106a和106b的位置，并且因此控制所連接的身體組織的相對位置。

在另一實施例中，主控制器（未示出）可控制和/或同步隨多個柱100一起設(shè)置的多個控制器122中的每一個?？刂破?22和/或主控制器可以以任何合適的方式定位，以便允許控制器122與柱100的由控制器122控制的元件之間的通信。例如，控制器122可定位在柱100內(nèi)、固定到柱100、或與柱100鄰近。替代地，控制器122可利用連接到柱100的任何外部固定裝置安置。

控制器122可使用有線或無線器件（諸如，藍(lán)牙、RF、紅外Wi-Fi或能夠?qū)崿F(xiàn)控制器122與裝置124之間的雙向通信的任何其他合適的通信技術(shù)）將關(guān)于柱100的操作的一個或多個指標(biāo)發(fā)送到外部控制裝置124（諸如，監(jiān)督醫(yī)生的計算機(jī)、蜂窩電話或平板電腦）。例如，控制器122可向醫(yī)生發(fā)送關(guān)于柱100的延長，或由致動器104產(chǎn)生的角運動的常規(guī)指標(biāo)。可根據(jù)計劃表（諸如，每天地或每周地）發(fā)送指標(biāo)，從而允許醫(yī)生監(jiān)測患者治療的進(jìn)度。

可設(shè)置一個或多個傳感器126以測量對應(yīng)于操作柱100的指標(biāo)?？刂破?22可從傳感器126接收指標(biāo)，并應(yīng)用其以監(jiān)測、控制/或同步柱100的操作。在一個實施例中，單個柱100可設(shè)置有多個傳感器126以便測量該柱的多個指標(biāo)，諸如體溫、光電測量值、距離和/或身體組織的位置的角測量值。

在一個實施例中，控制器122可響應(yīng)于被發(fā)送到裝置124并由裝置124分析的指標(biāo)從裝置124接收用于控制柱100的一個或多個參數(shù)，諸如治療程序或?qū)︻A(yù)加載的治療程序的調(diào)整。

在另一實施例中，可設(shè)置傳感器126以便測量用于多個柱100的指標(biāo)。傳感器126可諸如利用柱100或利用固定件106a和106b中的任一者安置在任何合適的位置。傳感器126可確定角旋轉(zhuǎn)，或通過致動器104或柱100的任何其他旋轉(zhuǎn)部件（諸如蝸桿小齒輪144a）施加的力矩。替代地，傳感器126可測量柱100的延長和/或縮短，或由柱100施加到固定件106a和106b的線性力和/或應(yīng)力?？墒褂萌魏魏线m的有線或無線器件將由傳感器126測量的指標(biāo)發(fā)送到控制器106?？刂破?22可使用由傳感器126中的任一者接收的指標(biāo)來同步和協(xié)調(diào)多個柱100的操作，諸如根據(jù)圖1C-D的實施例。

在一個實施例中，傳感器126在故障或緊急情況下可觸發(fā)警報。患者和/或操作者可經(jīng)由裝置124感測警報。可設(shè)置觸發(fā)器以諸如在緊急情況下關(guān)閉系統(tǒng)。

類似地，控制器122可響應(yīng)于更新從裝置124接收一個或多個指令，諸如對柱100的操作的調(diào)整。控制器122可計算實施期望調(diào)整所需的對應(yīng)電氣和/或機(jī)械信號并且相應(yīng)地應(yīng)用這些信號。

在實施例中，柱100可包括用于獨立于預(yù)加載器102縮短柱100的縮短機(jī)械裝置。縮短機(jī)械裝置可包括聯(lián)接到軸128b（諸如螺桿（screw））的螺紋套128a，用于調(diào)整柱100的長度，并且可獨立于小齒輪114a、軸114b和活塞122操作。在一個實施例中，軸128b的直徑可在M5-M8的范圍內(nèi)，并且套128a可具有20 mm的直徑和10 mm的高度，并且可由任何合適的材料（諸如塑料或鋁）制成。

在一個實施例中，額外于馬達(dá)軸114b，致動器104可以下述方式固定到軸128b，即使得允許軸128b隨致動器104一起旋轉(zhuǎn)。致動器104根據(jù)來自控制器122的控制信號可在順時針和逆時針方向兩者上可操作，以相應(yīng)地不僅操作縮短機(jī)械裝置而且操作用于延長柱100的小齒輪114a、軸114b及活塞122。

例如，為使柱100延長，控制器可發(fā)送“延長”信號到致動器104，其可引起致動器104產(chǎn)生在逆時針方向上的轉(zhuǎn)矩。致動器104可連接到單向軸承132（諸如棘輪機(jī)械裝置），其可防止致動器104的任何逆時針旋轉(zhuǎn)，從而將由致動器104產(chǎn)生的逆時針轉(zhuǎn)矩傳遞到軸114b以便使柱100延長，如上所述。

相對地，為使柱100縮短，控制器可發(fā)送“縮短”信號到致動器104，其可引起致動器104產(chǎn)生在順時針方向上的轉(zhuǎn)矩。由預(yù)加載器102施加在軸114b上的對順時針旋轉(zhuǎn)的相對高的阻力可防止軸114b旋轉(zhuǎn)，從而將順時針轉(zhuǎn)矩傳遞到致動器104上，可通過單向軸承132使得致動器104能夠順時針旋轉(zhuǎn)。由致動器104所產(chǎn)生的順時針旋轉(zhuǎn)可引起螺紋軸128b相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)，并且將軸128b“旋擰”到殼體128a中以相應(yīng)地使柱100縮短。

因此，通過向致動器104提供單向軸承132和固定的螺紋軸128b，致動器104可獨立于預(yù)加載器102縮短柱100。

通過在縮短柱100時由致動器104排除預(yù)加載器102的壓縮，致動器104可包括相對簡單的低功率馬達(dá)以既用于延長柱100又用于縮短柱100。此外，通過連接到柱100的身體組織經(jīng)由上述外部固定件中的任一者施加在柱100上的力可經(jīng)由縮短機(jī)械裝置促進(jìn)柱100的縮短。

在一個實施例中，棘輪機(jī)械裝置132可包括具有10-15個齒的直徑大約為15mm的帶齒輪或30-40 mm長的帶齒桿。棘輪機(jī)械裝置132可包括由不銹鋼或其他硬化的醫(yī)用等級材料制成的插銷以便實現(xiàn)和/或禁止致動器104的旋轉(zhuǎn)。

在實施例中，彈簧可包括可被容納在柱100內(nèi)的機(jī)械彈簧。彈簧可包括任何合適彈簧，諸如壓縮彈簧或扭力桿，僅列舉若干。在一個實施例中，彈簧可包括高碳鋼螺旋片簧，其具有大約4-10 mm并優(yōu)選地6 mm的內(nèi)徑、大約15-25 mm，優(yōu)選地18 mm的外徑、和大約20-40 mm，優(yōu)選地30 mm的高度，以及大約0.1-1 mm，優(yōu)選地0.5 mm的片寬度。

可設(shè)置加載端口以經(jīng)由任何合適的加載方法（諸如通過使用扳手或鉆頭）加載彈簧。在一個實施例中，彈簧加載端口可具有直徑為4-8 mm且長度為3-6 mm的三角形、正方形、六邊形或梅花型元件，并且為了手動地加載彈簧的目的，其可連接到帶有匹配鉆頭的扳手。

可將彈簧安置在軸內(nèi)。在一個實施例中，軸可包括不銹鋼桿，該桿的直徑在大約4-8 mm的范圍內(nèi)且優(yōu)選地6 mm并且其長度高達(dá)至大約100 mm。軸的第一端部可連接到加載端口，并且軸的第二端部可設(shè)置有適于與螺栓（未示出）配合的螺釘（未示出）。螺釘與螺栓一起可與致動器104聯(lián)接并引起柱100的延長和/或縮短。

在實施例中，可設(shè)置包括齒輪和插銷的棘輪機(jī)械裝置，用于加載預(yù)加載器102。在一個實施例中，棘輪齒輪可包括近似直徑在10-20 mm的范圍內(nèi)且優(yōu)選地12 mm的帶齒輪。棘輪機(jī)械裝置可與軸聯(lián)接以允許單向旋轉(zhuǎn)以便加載預(yù)加載器102。

在另一實施例中，可設(shè)置擒縱機(jī)械裝置以通過馬達(dá)104調(diào)節(jié)預(yù)加載器102的釋放。擒縱機(jī)械裝置可包括不銹鋼帶齒輪，其與止動器或擺動件接合并且可經(jīng)由一個或多個鉸接件和/或齒輪與馬達(dá)接合，從而通過旋轉(zhuǎn)螺釘和螺栓機(jī)械裝置而使柱100延長，每次通過一個齒接合或“咔噠聲”來調(diào)節(jié)預(yù)加載器102的釋放。制動器可包括長度為5-10 mm且寬度為3-6 mm的不銹鋼“L”形板，和直徑為2-5 mm的兩個不銹鋼銷。在一個實施例中，離軸輪可利用馬達(dá)104接合擒縱機(jī)械裝置，并可包括直徑為3-8 mm且高度為3-6 mm的圓筒，其中鉸接件非對稱地位于距離圓筒的中部0.1-2 mm處。鉸接件可以是直徑為2-5 mm的不銹鋼銷。

可使用手動或自動器件經(jīng)由加載端口來加載機(jī)械彈簧。

可注意到的是通過預(yù)加載柱100足夠的能量存儲以便有效地處理醫(yī)療狀況，可避免致動器104施加超過可控制地釋放預(yù)加載器102所需的力，從而為柱100提供相對簡單和/或小的致動器104。

現(xiàn)在參考圖1E-F，其示出連接到單軌固定件106c的柱100。柱100可響應(yīng)于來自控制器122的一個或多個控制信號（諸如根據(jù)由傳感器126接收的一個或多個信號）如上文關(guān)于圖1A-D所描述的那樣操作。如在圖1E中所示，延長柱100可使單軌固定件106c變寬或打開以在身體組織上施加對應(yīng)力；而如在圖1F中所示，縮短柱100可使單軌固定件106c變窄或封閉。至于圖1C-D，僅為了清楚目的，圖1E-F中的若干特征未被標(biāo)明，然而，應(yīng)理解的是所描述的和/或在圖1A-B中標(biāo)明的任何特征類似地適用于圖1E-F。

現(xiàn)在參考圖2，其示出根據(jù)另一實施例的柱。柱200可安置有用于提供力的液壓機(jī)械裝置以便調(diào)整柱的長度?？稍O(shè)置液壓泵202b，用于從貯存器202a泵送流體以在活塞212上施加力?；钊?12可與聯(lián)接到螺紋軸或螺栓230b的齒輪230a接合。因此，通過活塞212的每個脈沖可通過齒輪230a引起預(yù)定角度的旋轉(zhuǎn)，并且其通過螺栓230b引起對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致柱200的伸長。

由液壓機(jī)械裝置施加的力可通過柱200諸如經(jīng)由連接到柱200的外部固定裝置傳遞到身體組織，如上文關(guān)于柱100所描述的。

在一個實施例中，齒輪230a可具有在大約15 mm-30 mm范圍內(nèi)的直徑，并且螺栓230b可具有在大約3-10 mm范圍內(nèi)的直徑。齒輪230a和螺栓230b可由任何合適的剛性聚合物制成，諸如碳纖維、不銹鋼合金或鋁合金。

在一個實施例中，可設(shè)置棘輪機(jī)械裝置或插銷（未示出）以防止齒輪230a的反向旋轉(zhuǎn)。液體貯存器202a和泵202b可安置在柱200內(nèi)或在柱200外部。在一個實施例中，液體貯存器202a可被容納在固定裝置的本體內(nèi)，諸如在固定裝置的中空部分內(nèi)。

可將液體維持在封閉系統(tǒng)中。在活塞212的每個脈沖后，液體可被泵送回到貯存器。在一個實施例中，貯存器可由在將液體泵送到活塞212時允許體積減小并且在活塞的每個循環(huán)結(jié)束時允許體積恢復(fù)的彈性材料（諸如橡膠或硅）制成。貯存器的彈性材料可有助于在輔助泵將液體泵送回到貯存器的方向上的壓降。

在一個實施例中，柱200可設(shè)置有錨固連接件。錨固連接件可包括長約8 mm到15 mm且直徑通常在2-4 mm之間的銷，并且其可由剛性聚合物、碳纖維、不銹鋼或鋁合金制成。

在一個實施例中，彈性液壓液體貯存器可由剛性室保護(hù)，諸如可由剛性聚合物、碳纖維、不銹鋼合金或鋁合金制成。剛性室可根據(jù)外部固定裝置中的一個或多個部件的任何對準(zhǔn)要求來成形。

在另一實施例中，可設(shè)置微型液壓泵，諸如微型壓電泵或微型電泵。泵可在兩個方向上交替地操作，泵可包括在相對方向上操作的兩個泵。

在實施例中，到活塞212的入口直徑在大約0.5 mm-3 mm的范圍內(nèi)，并且軸直徑在大約15 mm-30 mm的范圍內(nèi)?；钊?12可由任何合適的材料（諸如不銹鋼合金或鋁合金）制成，并且可具有線性構(gòu)造且與柱200縱向地對準(zhǔn)。替代地，活塞212可具有任何其他合適的形狀，諸如L形。

泵的每個脈沖均可引起來自貯存器的一定量液體推動活塞212，從而引起齒輪通過凹口旋轉(zhuǎn)以使柱200延長。棘輪機(jī)械裝置可防止齒輪在相對方向上轉(zhuǎn)動。在活塞212的每個循環(huán)后，泵可將液體泵送回到貯存器，從而引起活塞212縮回，直到通過泵的下一脈沖。

如上文關(guān)于圖1A-D所描述的，柱200可設(shè)置有控制柱200的部件中的任一者的一個或多個控制器222（未示出），和/或包括泵驅(qū)動活塞212的液壓機(jī)械裝置。控制器222可接收由傳感器226（未示出）（諸如可類似于上述的傳感器126）測量的一個或多個指標(biāo)，并且可分析該指標(biāo)以對應(yīng)地監(jiān)測、控制和/或同步柱200的任何部件的操作。控制器222可與所述的外部控制裝置224通信，并且從裝置224接收用于控制柱200的部件中的任一者的參數(shù)?？刂破?22可經(jīng)由裝置224向操作者（諸如醫(yī)生）發(fā)送由傳感器226測量的指標(biāo)，并且可響應(yīng)于接收該指標(biāo)的裝置224來接收該參數(shù)。

本發(fā)明可以是系統(tǒng)、方法和/或計算機(jī)程序產(chǎn)品。計算機(jī)程序產(chǎn)品可包括計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)（或多個介質(zhì)），該介質(zhì)在其上具有計算機(jī)可讀程序指令，用于使處理器執(zhí)行本發(fā)明的各方面。

計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)能夠是非暫態(tài)有形裝置，其能夠保持并儲存指令以供指令執(zhí)行裝置使用。計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)可以例如是但不限于：電子存儲裝置、磁性存儲裝置、光存儲裝置、電磁存儲裝置、半導(dǎo)體存儲裝置或上述的任何合適組合。計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)的更具體示例的非詳盡列表包括以下：便攜式計算機(jī)磁盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、可擦除可編程只讀存儲器（EPROM或閃速存儲器）、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器（SRAM）、便攜式光盤只讀存儲器（CD-ROM）、數(shù)字通用盤（DVD）、記憶棒、軟盤、機(jī)械編碼裝置（諸如穿孔卡或在其上記錄有指令的凹槽中的凸起結(jié)構(gòu)）、以及上述的任何合適組合。計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，如本文中所使用的，不應(yīng)被解釋為是短暫信號本身，諸如無線電波或其他自由傳播的電磁波、傳播通過波導(dǎo)或其他傳輸介質(zhì)的電磁波（例如，傳遞通過光纖電纜的光脈沖）、或通過線傳輸?shù)碾姎庑盘枴?/p>

本文中所描述的計算機(jī)可讀程序指令能夠從計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)下載到相應(yīng)計算/處理裝置，或經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如，因特網(wǎng)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和/或無線網(wǎng)絡(luò)）下載到外部計算機(jī)或外部存儲裝置。網(wǎng)絡(luò)可包括銅傳輸電纜、光傳輸光纖、無線傳輸、路由器、防火墻、交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)計算機(jī)和/或邊緣服務(wù)器。在每個計算/處理裝置中的網(wǎng)絡(luò)適配器卡或網(wǎng)絡(luò)接口從網(wǎng)絡(luò)接收計算機(jī)可讀程序指令并且轉(zhuǎn)發(fā)該計算機(jī)可讀程序指令，用于存儲在相應(yīng)計算/處理裝置內(nèi)的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中。

用于執(zhí)行本發(fā)明的操作的計算機(jī)可讀程序指令可以是匯編指令、指令集架構(gòu)（ISA）指令、機(jī)器指令、機(jī)器相關(guān)指令、微代碼、固件指令、狀態(tài)設(shè)置數(shù)據(jù)、或源代碼或以一種或多種編程語言的任何組合編寫的對象代碼，所述編程語言包括面向?qū)ο蟮木幊陶Z言（諸如Java、Smalltalk、C++等）和常規(guī)程序性編程語言（諸如“C”編程語言或類似編程語言）。計算機(jī)可讀程序指令可完全在用戶的計算機(jī)上執(zhí)行、部分地在用戶的計算機(jī)上執(zhí)行（作為獨立的軟件包）、部分地在用戶的計算機(jī)上且部分地在遠(yuǎn)程計算機(jī)上執(zhí)行、或完全地在遠(yuǎn)程計算機(jī)或服務(wù)器上執(zhí)行。在后一種情況下，遠(yuǎn)程計算機(jī)可通過任何類型的網(wǎng)絡(luò)（包括局域網(wǎng)（LAN）或廣域網(wǎng)（WAN））連接到用戶的計算機(jī)，或可連接到外部計算機(jī)（例如，通過使用因特網(wǎng)服務(wù)提供商的因特網(wǎng)）。在一些實施例中，包括例如可編程邏輯電路、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）或可編程邏輯陣列（PLA）的電子電路可通過利用計算機(jī)可讀程序指令的狀態(tài)信息來執(zhí)行計算機(jī)可讀程序指令以個性化電子電路，以便實施本發(fā)明的各方面。

本發(fā)明的各方面可參考根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法、設(shè)備（系統(tǒng)）和計算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或框圖來描述。將理解，流程圖和/或框圖中的每個框，和流程圖和/或框圖中的框的組合能夠由計算機(jī)可讀程序指令來實施。

這些計算機(jī)可讀程序指令可被提供給通用計算機(jī)、專用計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一機(jī)器，使得經(jīng)由計算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令創(chuàng)建一器件，用于實施在流程圖和/或框圖的一個或多個框中詳細(xì)說明的功能/動作。這些計算機(jī)可讀程序指令可還儲存在計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，該計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)能夠引導(dǎo)計算機(jī)、可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備和/或其他裝置以特定方式運行，使得在其中儲存有指令的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)包括制品，其包括實施流程圖和/或框圖的框或多個框中指定的功能/動作的多個方面的指令。

還可將計算機(jī)可讀程序指令加載到計算機(jī)、其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備或其他裝置上，以引起一系列操作步驟在計算機(jī)、其他可編程設(shè)備或其他裝置上實施，從而產(chǎn)生計算機(jī)實施的過程，使得在計算機(jī)、其他可編程設(shè)備或其他裝置上執(zhí)行的指令實施在流程圖和/或框圖的一個或多個框中指定的功能/動作。

在圖中的流程圖和框圖示出根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的系統(tǒng)、方法和計算機(jī)程序產(chǎn)品的可能實施方式的構(gòu)架、功能以及操作。在該方面，流程圖或框圖中的每個框可表示模塊、段、或指令的部分，其包括用于實施特定邏輯功能（一個或復(fù)數(shù)個）的一個或多個可執(zhí)行指令。在一些替代實施方式中，在框中指出的功能可以不按圖中指出的順序發(fā)生。例如，連續(xù)示出的兩個框?qū)嶋H上可基本同時執(zhí)行，或該框可根據(jù)所涉及的功能而有時以相對順序來執(zhí)行。還將注意到，框圖和/或流程圖中的每個框，和框圖和/或流程圖中的框的組合能夠由基于專用硬件的系統(tǒng)來實施，該基于專用硬件的系統(tǒng)實施特定功能或動作或者執(zhí)行專用硬件和計算機(jī)指令的組合。

根據(jù)上文描述，本發(fā)明的許多修改和替代實施例對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，該描述應(yīng)被解釋為僅僅是說明性的并且是為了教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式的目的。在不脫離本發(fā)明的精神的情況下結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)可顯著變化，并且保留落在隨附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有修改的排他性使用。在該說明書內(nèi)，盡管已經(jīng)以使得能夠?qū)懗銮宄液啙嵉恼f明書的方式描述了各種實施例，但其旨在并將理解的是，這些實施例可不同地組合或分離而不脫離本發(fā)明。旨在本發(fā)明僅受限于隨附權(quán)利要求和可適用的法律條款所要求的范圍。

將理解，下面的權(quán)利要求將涵蓋本文中所描述的本發(fā)明的所有通用和具體特征，并且本發(fā)明的范圍的所有陳述在語言上可以認(rèn)為落入其間。