专利名称:手术扩铰刀及其使用的制作方法图1A为根据本发明之扩铰装置一实施例从左侧观察的透视图;图1B为图1A所示装置从右侧观察的透视图;图2为图1A和1B所示扩铰装置的顶视图;图3为沿图2中A-A线剖切的剖视图;图4为根据本发明驱动轴组件一实施例的透视图;图5为根据本发明之扩铰刀头一实施例的侧视图;图6为图5所示扩铰刀头的前视图;图7为图5所示扩铰刀头的后视图;图8为图5所示扩铰刀头的前视透视图;图9为图5所示扩铰刀头的后视透视图;图10为图5所示侧视图的放大视图;图11为图1A和1B所示扩铰刀放大比例的视图,其中一部分为分解透视图,一部分为剖视图;图12示出了一试验抽样图表,该图表表示使用图1所示扩铰刀、图5所示扩铰刀头和图4所示驱动轴组件所构成的系统时的压力-时间曲线;图13为图4驱动轴组件一部分的透视图,该驱动轴组件具有插入驱动轴中心孔的引导线;图14为沿图13中A-A线剖切的驱动轴组件的剖面图;图15为根据本发明扩铰装置另一实施例的顶视图;图16为根据本发明扩铰装置另一实施例的前视透视图;图17为图16所示扩铰刀头放大比例的侧视图。为方便起见,在附图所示本发明不同实施例中,相同或等价的元件用相同的字符表示。此外,在下述说明中无论取向与方向主要是从便于说明考虑,并不意味着对本发明范围有任何限制。参看图1-3,根据本发明之扩铰刀10的第一实施例包括扩铰刀头20,设置在扩铰刀10的远端,用于扩铰髓线管;柔性吸取管13,用于吸取并排出由扩铰刀头20所生成的乳化骨及其它物质;扩铰刀头保持器14,用于将扩铰刀头20安装在吸取管13上,并同时允许扩铰刀头20相对于吸取管13转动;复式接头组件12,设置在扩铰刀10的近端。因此,正如在本中请中所采用的,术语远端是指接近扩铰刀头20的端部或指向扩铰刀10前部的方向,而术语近端是指接近复式接头组件12的端部或指向扩铰刀10后部的方向。术语纵向是指吸取管13中轴线的方向。吸取管13为柔性管,因此可弯曲以适应骨的曲率,该管最好用半透明材料制成以便观察被吸取的物质。复式接头组件12具有冲洗口15和吸取口16,分别用于与冲洗源和吸取装置连接。驱动轴联轴器17设置在复式接头组件12的近端。驱动轴联轴节17可容易地在驱动轴或其它用于使扩铰刀头20旋转的装置上安装与拆卸。图4示出了驱动轴组件100,此驱动轴组件可用于扩铰刀10,使扩铰刀头20以足够的速度旋转以扩铰髓线管。驱动轴组件100在扩铰刀10的使用(或在任何模块化系统中的使用,其中驱动装置是包容在一个部件中,该部件独立于扩铰刀),允许驱动轴组件100可重复用于驱动多种不同的扩铰刀。这种模块化是有利的,因为不同的患者和不同的临床状况将要求不同尺寸的扩铰刀头。此外,是扩铰刀头而不是驱动装置在经受与所切削的骨组织之间摩擦而磨损。因此扩铰刀10可以是一对一的专用可拆卸部分,而驱动轴组件100可以使用更长的时间。驱动轴组件100包括柔性驱动轴102,该驱动轴具有扩铰刀头连接器104,设置在驱动轴的远端,以与扩铰刀头20可拆卸地连接,于是,当柔性驱动轴102旋转时扩铰刀头20旋转;动力源连接器106,用于与动力源连接以驱动驱动轴102旋转;复式联轴器108,设置在扩铰刀头连接器104与动力源连接器106之间,用于连接驱动轴联轴节17。驱动轴102的尺寸设计成可配合于吸取管13的管腔中。不过,正如将在后面详细说明的那样,在驱动轴102的外壁与吸取管13的内壁之间有足够的空间,允许被吸取物质从扩铰刀头20经过吸取管13输送至吸取口16。正如在吸取管13那样,驱动轴102是柔性的,可以适应被扩铰骨的任何曲率。驱动轴102具有中心孔110,用于容纳引导线120。如图11、13和14所示,在中心孔110的内壁和引导线120的外壁之间有足够的空间,以允许冲洗流体从冲洗口15经过中心孔110输送至扩铰刀头20。驱动轴102具有开口126,该开口从驱动轴102的外壁延伸至中心孔110。开口126设置在驱动轴102上,因此当驱动轴组件100连接在扩铰装置10上时,开口126与冲洗口15流体连通以允许冲洗液流经中心孔110。开口126具有曲线形壁128、130。曲线形壁128向外弯曲而具有外凸轮廓,曲线形壁130向内弯曲而具有内凹轮廓。当驱动轴102旋转时,曲线形壁128、130的曲率有助于将水引入中心孔110(驱动轴的旋转方向在图14中为逆时针方向)。任何用作可拆卸连接复式联轴节108和驱动轴联轴节17的合适装置均可使用。最好使用一种快速连接装置以快速安装与拆卸。例如,复式联轴节108可具有一种弹簧加载插栓机构,诸如滚珠支承,该机构与驱动轴联轴节17上的槽连接。
与此类似,任何适合的动力源和可靠地连接动力源与驱动轴组件100的装置均可使用。由于气动工具被广泛应用于矫形手术,动力源最好是空气驱动,正如宾西法尼亚州Paoli的Synthes(U.S.A)所生产的便携式空气驱动装置。
回来参看图3,密封元件34和套筒轴承31设置在复式接头组件12内。密封装置34和套筒轴承31限定了一冲洗室35,并保证密闭的密封,以防止在工作过程中冲洗流体从冲洗室35中泄漏至吸取口16,或流出扩铰刀装置10近端之外。此外,套筒轴承31防止所吸取的乳化物质进入冲洗室35。
扩铰刀头20在吸取管13的远端同轴地设置在扩铰刀头保持器14内。图15示出了扩铰刀210,该扩铰刀具有外轮廓总体为球形的扩铰刀保持器14’。当扩铰刀头保持器14’随扩铰刀头20行进时,扩铰刀头保持器14’的形状允许扩铰刀头保持器14’掠进髓线管壁,使吸取管13相对于驱动轴102发生弯曲。因此,当通过髓线管时、扩铰后撤回时以及在骨折部位时,扩铰刀头保持器14’可平滑地运动。
扩铰刀头20最好用不锈钢制造,虽然任何适于加工骨组织的金属、聚合物、陶瓷或复合材料均可使用。扩铰刀孔22从扩铰刀头20的远端尖部延伸至近端(见图7和8)。扩铰刀头孔22与驱动轴102的中心孔110对齐,从而使引导线可从驱动轴102的近端延伸至扩铰刀头20的远端。
尽管各种不同的扩铰刀头可用于扩铰刀10、210,图5-10示出了一实施例。正如在这些图中所示,扩铰刀头20包括与管形刀柄25制成一体的切削头40。管形刀柄25的外周边为圆柱形,并具有环绕外圆周的保持槽26,该保持槽容纳扩铰刀头保持器14内部的扩展部,并使扩铰刀头在吸取管13的远端保持一固定的纵向位置的情况下,允许扩铰刀头20旋转。管形柄部25具有设置在近端的驱动轴容座23,该容座的形状设置成可容纳驱动轴102的扩铰刀头连接器104,于是当驱动轴102旋转时扩铰刀头20必须旋转。尽管驱动轴容座22可以是任何适合于容纳扩铰刀头连接器104外轮廓的形状,最好是具有凹入六角形特征。
扩铰刀头20的切削头40具有数个刀齿41,刀齿数最好至少为五个,刀齿从扩铰刀孔22径向向外延伸,以形成本质上为螺旋线的刀齿。刀齿数与刀齿具体几何参数及旋转速度的相关性是有利的,以便在保证有效切削的同时允许适当的骨组织材料被排出。当给定刀齿形状使用过多的刀齿时,容屑槽变得很浅,结果排出的骨材料变少。当所用刀齿数量不足时,扩铰刀头不能有效地切削骨组织。事实上,在切削骨组织材料时扩铰刀头可能堵塞。
每一刀齿41具有由多个角度表面构成的远端部,该远端部具有直前切削刃42,该直前切削刃与螺旋侧切削刃44连接。前切削刃42由刀齿内壁45与第一主后平面51的交线限定,刀齿内壁45与第一主后平面51间的夹角为锐角。第二后平面52与第一主后平面51相交,其夹角为钝角以形成第一棱边56。第三后平面53与第二后平面52相交,其夹角为钝角以形成后棱边58。侧切削刃44由刀齿内壁45与刀齿外壁46的交线所限定,并以纵向轴线为中心、半径为常数、纵向沿螺旋线延伸。刀齿外壁46从侧切削刃44径向向内沿弧线向另一相邻刀齿的刀齿内壁蜗旋延伸。相邻刀齿之间的空间限定了容屑槽43,在切削过程中,此容屑槽起使被切削的髓线管物质汇集至扩铰刀头20近端的作用,以在真空作用下从骨腔经过吸取管13排出。刀齿内壁45和刀齿外壁46在扩铰刀头40上延伸至肩部48的近端结束。肩部48与管形柄部25邻近。
图16和17示出了根据本发明之扩铰刀头20’的另一实施例。扩铰刀头20’并不具有任何侧切削刃,因此横向扩铰穿透骨皮层的风险本质上最小。每一刀齿41具有由多个角度表面构成的远端部。前切削刃42由刀齿内壁45与第一主后平面51的交线限定。刀齿内壁45与第一主后平面51间的夹角为锐角。第二后平面52与第一主后平面51相交,其夹角为钝角以形成第一棱边56。刀齿外表面(即刀齿副后面)46从侧切削刃44径向向内沿弧线向另一相邻刀齿的刀齿内壁蜗旋延伸。相邻刀齿之间的空间限定了容屑槽43,在切削过程中,此容屑槽起使被切削的髓线管物质汇集至扩铰刀头20近端的作用,以在真空作用下从骨腔经过吸取管13排出。
扩铰刀10可用于开式的、经皮的以及其它任何最小侵害性的手术,对其使用将主要参考图11进行说明。需要指出,扩铰刀210的使用类似于扩铰刀10的使用,扩铰刀10与扩铰刀210的主要区别在于,图2所示扩铰刀头14的保持器14’与图15所示扩铰刀头保持器14’具有不同的几何特征。在进入所将扩铰的骨中后,引导线120被插入骨124的髓线管122。插入引导线120的典型方式是使用荧光镜,以保证正确地置放引导线120。设置有适当切削部(诸如扩铰刀头20或20’)的扩铰刀10,安装并连接在驱动轴100上,然后放在引导线上,于是,引导线120完全贯穿吸取管13,并保证在扩铰髓线管时扩铰刀10所跟随的迹线。最好,与驱动轴连接的扩铰刀10在插入髓线管122之前已经连接至驱动装置。这样,引导线120实际穿过驱动轴102的中心孔110和扩铰刀头20的孔22。
当扩铰髓线管122时,冲洗和吸取是同时进行的。冲洗本质上冷却扩铰刀头20、髓线管122和骨组织124。以足够流量和压力输送冲洗流体的较好的冲洗源是标准盐水袋,该盐水袋悬挂在冲洗口15上方一米处。还需要指出,除盐水袋外,任何生物相容的溶液及其输送系统均可用作冲洗源。冲洗流体从冲洗源进入冲洗口15并进入冲洗室35。冲洗流体沿尖头I所示方向行进,流经空腔内壁与引导线120之间空间的空腔110并流出扩铰刀头20。
吸取减轻了内髓线的压力,并帮助从扩铰刀头20除去乳化物质。乳化物质的去除不止可改善扩铰,而且提供了为移植目的而获取乳化材料的可能性。由吸取源所形成的吸取作用沿图中箭头A所示方向起作用。具体说,冲洗流体帮助将由扩铰刀头20生成的乳化物质形成液体流,经过容屑槽43进入驱动轴102外壁和吸取管13内壁之间的空间,将乳化物质从扩铰刀头20经过扩铰刀头保持器14、吸取管13和吸取口16,进入合适的容器。
由扩铰刀10、210、扩铰刀头20和驱动轴组件构成的系统的显著优点在于,该系统具有在一个行程(一次走刀)中将髓线管扩铰至需要尺寸的可能性,即不用使用直径递增的多个扩铰刀头直至获得所希望的扩铰尺寸。在这方面,对扩铰刀头20供给冲洗液而同时进行抽取,并使用具有有效前切削部几何参数的扩铰刀头(以及任选的侧切削部几何参数),所产生的压力和热比现有技术扩铰装置所产生的少。
图12为实验样本曲线图,示出了根据本发明系统在一动物模型所获得的压力-时间曲线。区域I示出了当在髓线管制出一进入开口时,没有导致压力增加。在II区压力的增加是由于在髓线管获取入口的标准技术所产生的结果。区域III示出了当插入引导线时没有导致压力增加。由于与标准扩铰工艺相反,本发明降低或消除了内髓线压力。具体说,综合扩铰、冲洗和吸取功能,降低内髓线压力至低于0.1333巴(100mm汞柱)。事实上,如图着区域IV所示,使用根据本发明的系统可实现负的内髓线压力。因为在髓线管中脂肪栓塞和肺栓塞的生物阈限,已知是大于或等于0.2666巴(200mm汞柱),脂肪栓塞和肺栓塞的发生率降低了。此外,由于在切削过程流体流的冷却作用,皮层的热坏死也得以消除。
图12示出了根据本发明的另一重要优点。具体说,髓线管扩铰(图中区域IV)需要大约50秒钟。相反,在相同动物模型进行传统扩铰需要大约500秒钟。扩铰时间降低为其十分之一意味着在临床情况下扩铰时间可从30分钟降低为3分钟。因此,操作时间(以及成本)可显著降低而没有任何风险。
尽管对本发明的各种说明已如上述,应当理解,其各种特征可单个使用或以任何组合使用。
因此,本发明并不局限于在此所述之具体推荐实施例。
此外,应当理解,对于与本发明相关的本领域的技术人员而言,在本发明范围内各种方案与更改都可能发生。因此,适当的修改可容易地由本领域的技术人员从在此所公开本发明范围内进行,而这些修改均包括在本发明的其它实施例中。因此,本发明的范围由所附权利要求所限定。
公开了一种加速骨髓线管扩铰的装置和使用这种装置的方法。此装置包括一扩铰刀头(20;20’),该扩铰刀头连接在可旋转的驱动轴(102)的远端。扩铰刀头(20;20’)具有切削头(40),该切削头具有数个刀齿和刀齿之间的容屑槽。每一刀齿(41)具有前切削部。至少某些刀齿具有前切削部,该前切削部包括至少两个最好至少三个后平面(51;52;53)。刀齿还可包括侧切削部(44)。所公开的从骨髓线管去除材料的方法包括下列步骤:扩铰髓线管之一区域以切除材料;在扩铰的同时冲洗被切除材料以减少所生成的热,并将被切除材料从切削区移出;和在扩铰的同时吸取被切除材料,以在内髓线管中形成负压,帮助材料的排出。
手术扩铰刀及其使用制作方法
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