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多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統、外科用鉆機或驅動器和外科用鉆頭系統.pdf

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多用途 外科 鉆機 驅動器 鉆頭 系統
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摘要
申請專利號:

CN201120194609.9

申請日:

20110603

公開號:

CN202505475U

公開日:

20121031

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A61B17/92 主分類號: A61B17/92
申請人: 巴奧米特微定位有限責任公司
發明人: 薩迪·R··加西亞,布拉德利·溫特羅思,賴安·尼古拉斯·盧比,拉里·米勒,克里斯托弗·C··戴爾,本杰明·J··格雷,艾倫·J··梅雷迪思
地址: 美國佛羅里達州
優先權: 61/396,803,13/134,253
專利代理機構: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 代理人: 張文;苗麗娟
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法律狀態
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CN201120194609.9

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法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統、外科用鉆機或驅動器和外科用鉆頭系統。借助于識別應用到鉆機或驅動器的鉆頭的傳感器,自動地設定鉆機或驅動器的多種操作模式。多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統包括:外科用鉆機或驅動器;多個鉆頭,每個鉆頭均具有唯一識別器;傳感器;存儲器;手動控制器;以及超馳控制器。還提供外科用鉆機或驅動器,包括:本體,其安裝在具有鉆頭的機動化軸上,鉆頭具有唯一識別器;以及控制器。還提供外科用鉆機或驅動器,包括:本體,其安裝在具有鉆頭的機動化軸上,鉆頭具有唯一識別器;以及控制器。還提供外科用鉆頭系統,各鉆頭均具有唯一識別器,識別器端部的從至少一個翼部延伸到識別器端部的最近端部的長度用于唯一識別多個鉆頭中的鉆頭。

權利要求書

1.一種多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統,包括:外科用鉆機或驅動器,包括用于連接多個鉆頭的連接器;多個鉆頭,每個所述鉆頭均具有唯一的識別器;傳感器,傳感器連接在所述外科用鉆機或驅動器上,用于識別已與所述外科用鉆機或驅動器連接在一起的所述鉆頭;存儲器,存儲器限定專用于所述已識別鉆頭的所述已識別鉆頭的操作參數;手動控制器,手動控制器響應手動指令信號操作所述外科用鉆機或驅動器;以及超馳控制器,當所述手動指令信號處在用于所述已識別鉆頭的期望操作參數之外時,所述超馳控制器超馳控制提供給所述外科用鉆機或驅動器的所述手動指令信號。2.如權利要求1所述的多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統,其中,所述外科用鉆機或驅動器具有限時器以防止所述外科用鉆機或驅動器過熱。3.如權利要求1所述的多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統,其中,所述識別器是所述鉆頭的一部分的長度。4.如權利要求3所述的多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統,其中,與所述連接器連接的所述鉆頭包括:工作端;相對的沿徑向延伸的翼部;以及識別器端部。5.如權利要求3所述的多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統,還包括被加載抵靠所述已連接的鉆頭以輔助確定所述鉆頭長度的柱塞。6.如權利要求5所述的多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統,具有夾頭型連接器。7.如權利要求6所述的多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統,其中,為了釋放所述已連接的鉆頭,向前拉動所述夾頭。8.如權利要求6所述的多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統,其中,所述鉆機或驅動器具有轉動的管形軸,以及其中所述柱塞定位在所述管形軸內部,所述管形軸具有用于鎖定所述鉆頭的翼部的接收的鉤形止擋裝置。?9.如權利要求8所述的多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統,其中,所述夾頭具有接觸所述鉆頭以鎖定所述鉆頭使其不相對于所述管形軸轉動的止擋裝置。10.如權利要求9所述的多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統,其中,所述夾頭具有窗口,以及其中所述窗口確定所述鉆頭的所述翼部的接收的角方位。11.如權利要求8所述的多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統,其中,所述鉆頭具有與沿徑向延伸的翼部相對的工作端,以及用于插入所述軸內以與所述柱塞接觸以設定所述柱塞的軸向位置的識別器端部。12.一種外科用鉆機或驅動器,包括:本體,本體安裝在具有用于驅動外科用螺釘的已連接驅動器鉆頭的機動化軸上,所述已連接驅動器鉆頭具有唯一識別器;以及控制器,控制器識別所述鉆機或驅動器的扭矩水平輸出,其中,所述控制器確定在輸出扭矩水平加速度的第一尖峰之前的螺紋插入操作階段、在所述輸出扭矩水平加速度的第一尖峰之后并在輸出扭矩加速度的第二尖峰之前的外科用螺釘頭部與物體接觸的操作階段、以及在所述輸出扭矩加速度的第二尖峰之后的壓縮操作階段,其中在所述輸出扭矩水平加速度的第二尖峰之后所述控制器關斷外科用鉆機或驅動器以防止脫落。13.一種外科用鉆機或驅動器,包括:本體,本體安裝在具有用于驅動外科用螺釘的已連接驅動器鉆頭的機動化軸上,所述已連接驅動器鉆頭具有唯一識別器;以及控制器,控制器識別所述鉆機或驅動器的扭矩水平輸出,其中,所述控制器確定輸出扭矩水平的第一峰值、在所述輸出扭矩水平的第一峰值之后的輸出扭矩水平的第一低谷、以及在所述輸出扭矩水平的第一低谷之后的輸出扭矩水平的負的第一導數,其中所述控制器關斷所述外科用鉆機或驅動器和鉆頭以防止外科用螺釘與病人骨物質脫落。14.一種外科用鉆頭系統,其具有多個圓筒形鉆頭,各所述鉆頭均具有唯一識別器,各所述鉆頭均包括:遠端的工作端部;近端的識別器端部;以及介于所述工作端部和所述識別器端部之間的至少一個沿徑向延伸的翼部;所述識別器端部的從所述至少一個翼部延伸到所述識別器端部的最近端部的長度用于唯一識別所述多個鉆頭中的鉆頭。?

說明書

技術領域

本實用新型涉及多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統、以及用于將外科用螺釘插入和旋轉進病人身體的外科用鉆機或驅動器、以及外科用鉆頭系統。?

背景技術

外科用螺釘在外科手術中用于多種目的。外科用螺釘用于修復骨折或用于將修補物假體附接到骨頭。外科用螺釘也用于在手術之后永久地或暫時地將板與病人身體連接。當在手術環境中使用外科用螺釘時,期望鉆機或驅動器以可能的最安全的、最高效方式在病人身體內旋轉螺釘。?

在很多面部或頭蓋骨手術中,在完成手術之后,利用板來穩定骨的兩個部分。在本實用新型之前,典型地,用外科用鉆機或驅動器在病人骨內鉆孔。然后,自攻型外科用螺釘由醫生用手旋轉進上述孔內。在一替代性方法中,使用自鉆型外科用螺釘。醫生根據他們的經驗和觸覺式觸摸,細心地不過度旋轉外科用螺釘。過度旋轉外科用螺釘會導致在病人骨物質內所產生的螺紋的脫落(strip?out)。?

雖然手動旋轉帶螺紋的外科用螺釘以將板附接到病人身體是有效的,但存在一些可發生的不期望的狀況。由于手動轉動螺釘驅動器時沿螺釘驅動器轉動軸線的固有晃動,故手動旋轉外科用螺釘會提供不佳的結果。甚至在最熟練醫生手中,也通常會發生一些晃動。第二,過度旋轉外科用螺釘而導致骨內形成的螺紋的脫落主要依賴于醫生的技能。第三,期望以額外需要醫生較少努力的方法將外科用螺釘以及關聯板旋入病人身體。第四,期望以比手動旋入程序少的時間完成將外科用螺釘旋入病人內。?

為了對將外科用螺釘旋進病人骨內以將板固定到病人身體的手動操作做出改進,已研發了多種被供以電流的外科用鉆機或驅動器。大多數外科用鉆機或驅動器被供電,并優選地被電池供電。被供電的鉆機或驅動器的主要優點之一是在旋轉過程中旋轉軸線保持恒定,以及因此消除了醫生手動操作中的固有晃動。然而,在將外科用螺釘機械旋轉到病人骨內的情況下,缺少提醒醫生進一步的旋轉操作會無意地導致病人骨物質內所形成的螺紋的脫落的這種對醫生的善于機變的反饋。?

先前的手動骨螺釘插入技術典型地需要三至五秒。為了減少所需時間,傾向于向前述機械鉆機或驅動器發展。然而,增大機械鉆機或驅動器的速度,增加了病人骨物質內所形成的螺紋的無意脫落的機會。期望提供一種鉆機或驅動器和一種使用所述鉆機或驅?動器的方法,可防止形成于病人骨內的螺紋的脫落,同時容許鉆機或驅動器操作以在短至45ms(實際螺釘插入時間依據螺釘尺寸而定)時段內將外科用螺釘與病人連接。另外,也期望提供一種如下的鉆機或驅動器,其具有鉆頭識別形式,以在鉆機或驅動器的手動指示信號處于用于與外科用鉆機或驅動器連接的鉆機鉆頭或驅動器鉆頭的期望操作參數之外時,容許外科用鉆機或驅動器超馳控制提供給鉆機或驅動器的手動指令信號。?

實用新型內容

為了使上述以及其它多種形式的期望顯現,因此產生本實用新型。在一優選實施方式中,本實用新型提供一種外科用鉆機或驅動器,其中借助于識別施加到鉆機或驅動器的鉆頭的控制器,鉆機或驅動器的多種操作模式被自動地設定。因此,本實用新型的一優選實施方式提供一種使用上述鉆機或驅動器的方法,其容許鉆機或驅動器以高速施加外科用螺釘,同時自動地防止使外科用螺釘從病人骨脫落的過大扭矩水平。?

一方面,本實用新型提供一種多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統,包括:外科用鉆機或驅動器,包括用于連接多個鉆頭的連接器;多個鉆頭,每個所述鉆頭均具有唯一的識別器;傳感器,傳感器連接在所述外科用鉆機或驅動器上,用于識別已與所述外科用鉆機或驅動器連接在一起的所述鉆頭;存儲器,存儲器限定專用于所述已識別鉆頭的所述已識別鉆頭的操作參數;手動控制器,手動控制器響應手動指令信號操作所述外科用鉆機或驅動器;以及超馳控制器,當所述手動指令信號處在用于所述已識別鉆頭的期望操作參數之外時,所述超馳控制器超馳控制提供給所述外科用鉆機或驅動器的所述手動指令信號。?

另一方面,本實用新型提供一種外科用鉆機或驅動器,包括:本體,本體安裝在具有用于驅動外科用螺釘的已連接驅動器鉆頭的機動化軸上,所述已連接驅動器鉆頭具有唯一識別器;以及控制器,控制器識別所述鉆機或驅動器的扭矩水平輸出,其中,所述控制器確定在輸出扭矩水平加速度的第一尖峰之前的螺紋插入操作階段、在所述輸出扭矩水平加速度的第一尖峰之后并在輸出扭矩加速度的第二尖峰之前的外科用螺釘頭部與物體接觸的操作階段、以及在所述輸出扭矩加速度的第二尖峰之后的壓縮操作階段,其中在所述輸出扭矩水平加速度的第二尖峰之后所述控制器關斷外科用鉆機或驅動器以防止脫落。?

另一方面,本實用新型提供一種外科用鉆機或驅動器,包括:本體,本體安裝在具有用于驅動外科用螺釘的已連接驅動器鉆頭的機動化軸上,所述已連接驅動器鉆頭具有唯一識別器;以及控制器,控制器識別所述鉆機或驅動器的扭矩水平輸出,其中,所述控制器確定輸出扭矩水平的第一峰值、在所述輸出扭矩水平的第一峰值之后的輸出扭矩水平的第一低谷、以及在所述輸出扭矩水平的第一低谷之后的輸出扭矩水平的負的第一?導數,其中所述控制器關斷所述外科用鉆機或驅動器和鉆頭以防止外科用螺釘與病人骨物質脫落。?

另一方面,本實用新型提供一種外科用鉆頭系統,其具有多個圓筒形鉆頭,各所述鉆頭均具有唯一識別器,各所述鉆頭均包括:遠端的工作端部;近端的識別器端部;以及介于所述工作端部和所述識別器端部之間的至少一個沿徑向延伸的翼部;所述識別器端部的從所述至少一個翼部延伸到所述識別器端部的最近端部的長度用于唯一識別所述多個鉆頭中的鉆頭。?

本領域技術人員將從附圖以及詳細描述中提供的本實用新型的說明中,更清楚本用新型的其它優點。?

附圖說明

從詳細描述和附圖中將更全面理解本實用新型,其中:?

圖1是根據本實用新型的外科用鉆機或驅動器的立體圖;?

圖2是圖1所示的鉆機或驅動器的立體剖視圖;?

圖3是與圖1和2所示的鉆機或驅動器一起使用的各種鉆機鉆頭和驅動器鉆頭的示意性平面圖;?

圖4是用于根據本實用新型的鉆機或驅動器的一替代性配置夾頭的放大立體圖;?

圖5是圖4所示的夾頭的前部的后視立體圖;?

圖6是圖4所示的夾頭的前部的另一后視立體圖;?

圖7是圖4所示的夾頭的前部的前視圖;?

圖8是圖4所示的夾頭的前部的側視圖;?

圖9是圖4所示的夾頭的后部的立體圖;?

圖10是圖4所示的夾頭的后部的側視圖;?

圖11是與圖4的夾頭一起使用的管形軸的前部的放大立體圖;?

圖12A是與圖4所示的夾頭一起使用的鉆頭的側視圖;?

圖12B是與圖4所示的夾頭一起使用的鉆頭的俯視圖;?

圖12C是圖12A所示鉆頭的一部分的放大立體圖;?

圖13是用于金屬外科用螺釘的與圖4的夾頭一起使用的緊固件驅動器的側視圖;?

圖14是利用圖4的夾頭的用于lactosorbic鉆頭的驅動器;?

圖15是圖4中所示的夾頭的主視圖,示出安裝在夾頭內的鉆頭;?

圖16是使用根據本實用新型的鉆機或驅動器的方法的曲線圖,圖示了扭矩水平與時間之間的關系;?

圖17是圖示圖16所示方法的扭矩水平加速度與時間之間的關系的方法曲線圖;?

圖18是與圖16相似的圖,圖示了使用比產生圖3圖示的關系中所使用的更大的外科用螺釘的前述方法;?

圖19是與圖17的相似的曲線圖,圖示了圖18中所示的扭矩水平加速度與時間之間的關系;?

圖20是與圖16的相似的圖,其附加地示出了用于多個骨密度的扭矩水平與時間之間的關系;?

圖21是與圖17相似的曲線圖,圖示了圖20中圖示方法的扭矩水平加速度與時間之間的關系;?

圖22是使用根據本實用新型的鉆機或驅動器的另一優選實施方式方法的曲線圖。?

具體實施方式

優選實施方式的以下描述本質上僅是示例性的,并且無論如何無意限制本實用新型及其應用、或用途。?

參見圖1、2以及3,提供具有智能鉆頭識別系統(smart?bit?recognition?system)的多用途外科用鉆機或驅動器組件7。外科用鉆機或驅動器組件7具有鉆機本體10。鉆機本體10典型地由金屬或聚合物材料制成。鉆機本體10在其后端與電池組(battery?pack)14連接以容許外科用鉆機或驅動器組件7在無電源線(power?cord)情況下起作用。?

鉆機本體10安裝有無刷馬達11。馬達11典型地具有具備195m?Nm失速扭矩(stall?torque)的名義20瓦輸出,并具有達到35,500rpm的可變(無負載)速度。控制電子?器件的大部分位于馬達11下方的電路板23上。鉆機本體10具有手柄22。頂部的手動控制觸發器24響應醫生的輸入。觸發器24對馬達11提供手動指令信號。?

馬達11驅動外軸25。外軸驅動內軸26。內軸26的末端是夾頭連接器28。施加在夾頭28上的向前推力將夾頭多內徑32中的增大部分30定位成鄰近保持器軸承滾珠34,容許保持器滾珠被向外推離位于內軸26中的保持器滾珠的保持器開孔36。選擇性地與夾頭28連接的是多個鉆頭42和44。鉆頭42是用于螺釘驅動器刀片的。鉆頭44是用于鉆機的。鉆頭44是用于特定組的鈦螺釘。未示出其它可用于其它尺寸螺釘或生物可吸收螺釘的鉆頭。典型地,鉆頭42作用為用于具有多種長度和直徑的若干鈦螺釘。各鉆頭具有具備唯一長度的柄部,該唯一長度是從凸部47到柄部末端測得的。鉆頭42的柄部43可具有大約0.445英寸的長度“A”。柄部的從凸部到環形槽45的部分對于所有鉆頭典型地恒定,環形槽45與保持軸承滾珠34匹配。為鉆頭44提供的柄部54可具有大約0.563英寸的長度。如后文解釋的,柄部長度用于關聯于鉆機或驅動器7的控制器,鉆機或驅動器7的鉆頭與夾頭28連接。?

可滑動地安裝在內軸26內部的是柱塞62。柱塞62被彈性加載以抵靠接觸鉆頭的與夾頭28連接的柄部。穿過外軸25中的槽縫(未示出),一組反射器靶(reflector?target)66與柱塞62連接。位于觸發器24底下的印刷電路板65上的定位傳感器通過確定靶66位置而確定柱塞62的軸向位置。如前所述,各鉆頭具有具備作為辨別特征的唯一長度的部分。在一替代性實施方式(未示出)中,各鉆頭的辨別特征可為電阻、柄部的柄部幾何形狀或磁場強度、或無線射頻識別光學特征或常規辨別特征。專用于已辨別鉆頭的多種操作參數的期望范圍存儲在存儲器中。存儲器可與控制器(典型地位于控制板23上)通信。?

當鉆頭與鉆機或驅動器連接時,諸如速度、扭矩水平、插入率(insertion?rate)和/或其導數(derivative)等預定期望操作參數從存儲器發出通知(alert)到控制器,以控制鉆機或驅動器7的操作。轉速傳感器將轉速數據通知控制器。附加的其它傳感器可給控制器提供由其它操作參數獲得的數據。在某些條件下,控制器提供超馳功能(override?function)。如果醫生試圖在給定鉆頭的預定操作參數之外來操作鉆機或驅動器,則控制器提供超馳功能以超馳控制由醫生提供的手動指令信號。例如,當鉆機或驅動器7處于鉆機模式時,鉆機或驅動器7可設置有時控自動關斷開關(以防止馬達11過熱)。鉆機或驅動器7為防止過熱的切斷也經過編程,以在任何時候控制器確定存在大于0英寸-盎司的扭矩水平時——該扭矩水平通知控制器,鉆頭44當前位于骨材料內,因此不應該使鉆機或驅動器7關斷以防止鉆頭44卡在病人骨物質內——不能起作用。?

參見圖4至15,提供用于本實用新型的一替代性實施方式的夾頭和鉆頭配置。夾頭?70具有前部件72和后部封閉端部件74。前部件72具有大體長方形的窗口76。前部件72的內部具有帶兩個弦狀平坦部80的大體圓形孔78。自弦狀平坦部80一部分大體沿徑向延伸的是兩個止擋裝置82。位于圓形孔78之后的是彈簧腔室84。夾頭前部件具有后端部86。夾頭后部構件74具有環形部75,環形部75裝配在前部件72的彈簧腔室84內部。?

由馬達11供以動力的是大體管形軸88。管形軸88具有中央孔90。可滑動地沿軸向安裝在管形孔90內的是柱塞92。連接在管形軸88前端部上的是兩個相對的鉤形止擋裝置94。各鉤形止擋裝置94均具有凹槽部(nest)96和疊蓋的懸臂部98。另外,管形軸88具有兩個弦狀平坦部100,弦狀平坦部100與夾頭前端件的弦狀平坦部80配合以用軸88按照一定角度地保持夾頭70。軸88附加地具有用于安裝C形環(未示出)的C形環槽102,C形環槽102保持推抵C形環的彈簧(未示出)。彈簧附加地推抵夾頭后部74的大體環形平坦部77,以將夾頭70向后朝鉆機或驅動器的其余部分偏置。?

參見圖12A、12B以及12C,示出具有提供鉆孔部分的工作端112的鉆頭110。該鉆頭附加地具有相對的沿徑向突伸的翼部114,沿徑向突伸的翼部114具有平坦部116。鉆頭110具有具備唯一長度118的辨別器端部115,唯一長度118是指從翼部114的前端到鉆頭110的端部120。當識別器端部115安裝在軸88的孔90內部時,端部120在與鉆機或驅動器安裝在一起時鄰接柱塞92。長度118由通知控制器鉆頭110被連接的前述鉆機或驅動器傳感器系統辨別。?

提供具有扭轉螺釘驅動器頭部105的金屬外科用螺釘驅動器鉆頭126。鉆頭126也具有帶關聯平坦部116的翼部114,并具有從翼部114到鉆頭126的端部128的唯一長度130。?

另一可與本實用新型的鉆機或驅動器7一起使用的鉆頭是lactosorbic驅動器鉆頭140。lactosorbic驅動器鉆頭140用于驅動lactosorbic外科用螺釘,并再次具有帶從翼部14前端部到鉆頭端部144的唯一長度142的翼部114。典型地,當使用lactosorbic鉆頭時,鉆機或驅動器7可具有限時器,上述限時器將在lactosorbic螺釘不根據設計剪切以防止鉆機或驅動器7燒掉或以另外方式故障的例外情況下切斷鉆機或驅動器。可在Garcia等人的美國專利公開文獻No.2008/0215060?A1中發現對lactosorbic螺釘使用的更詳細描述。?

為了將上述鉆頭之一與夾頭連接,克服偏置彈簧(未示出)的力向前拉動夾頭70。鉆頭端部,例如具有識別器端部115的鉆頭110,以翼部114沿一定角度定向的方式插入夾頭窗口76內,使得翼部與窗口76大體對齊。鉆頭端部120接觸柱塞92,并向后推?動柱塞,直到翼部114接觸軸的大體環形平坦部150。旋轉鉆頭110,從而將翼部114帶入位于止擋裝置94的凹槽96內的大體鎖定位置,并被接收在止擋裝置的部分98之下。當釋放夾頭70時,彈簧向后推動夾頭70,使三角形止擋裝置82定位成在翼部114相對側上與來自軸的凹槽96的翼部114相接觸,因此沿兩個角方向鎖定鉆頭110的翼部114。鉆頭110現在準備好供使用了。為了改變鉆頭110,醫生僅需要在夾頭70向前拉動,并轉動鉆頭110,從而將鉆頭翼部114從軸的止擋裝置94之下的其鎖定位置帶出,并將翼部114與夾頭的窗口76對齊。?

參見圖16至21,提供一種使用根據本實用新型的外科用鉆機或驅動器7的方法。圖16是扭矩水平與時間之間關系的曲線圖。圖17是圖16中所使用的外科用鉆機或驅動器的扭矩水平加速度與時間之間關系的曲線圖。圖18是顯示使用與圖16中所用的相同驅動器的同一類型的外科用螺釘時扭矩水平與時間之間的關系。然而,與圖16中使用的螺釘相比,在圖18中,螺釘具有增大的直徑和/或增大的長度。圖19是圖18中所使用的外科用鉆機或鉆驅動器的扭矩水平加速度與時間之間關系的曲線圖。圖20的中間線是針對產生圖16的曲線圖所用的相同的螺釘和相同鉆頭的扭矩水平與時間之間關系的曲線圖。另外在圖20中,給出當病人具有比正常的高或低的骨密度時扭矩水平與時間之間關系的曲線圖。圖21是在圖20中使用的外科用鉆機或驅動器的扭矩水平加速度與時間之間關系的曲線圖。?

參見圖16,根據本實用新型的外科用鉆機或驅動器7具有大約三個操作階段。第一操作階段是在圖16中用200標示的初始螺紋階段。第二操作階段是當外科用螺釘的頭部首次接觸板時的階段。第二操作階段被標示為202。標示有204的外科用鉆機或驅動器7的第三操作階段是當板抵靠病人骨時病人的骨受壓縮的階段。在本實用新型之前,當根據觸覺式觸摸而將外科用螺釘手動旋入到病人內時,醫生將在扭矩增加時意識到,并在骨材料脫落之前保持。如前所述,這種手動方法能可能花費醫生所進行的操作的五秒或更多時間。在根據本實用新型的鉆機或驅動器7的情況下,該過程花費大約0.045至0.060秒(依據螺釘尺寸和病人骨密度)。通過參閱前述Garcia等人的美國專利公開文獻可獲得快速插入螺釘時的更詳細細節。在鉆機或驅動器7增大的速度(5000RPM到18,000RPM)情況下,沒有足夠的時間來手動切斷鉆機或驅動器7以防止將導致脫落的過大扭矩水平206。脫落扭矩水平206(參見圖16)不但依賴于所用的外科用螺釘的尺寸,而且也依賴于病人骨物質的厚度和密度。?

圖16中的曲線圖典型地是具有1.5mm直徑和4mm或5mm長度的鈦外科用螺釘。這種螺釘的示例是巴奧米特公司制造的91-6104和91-6105螺釘。如前所述,部段200表示初始螺紋插入。在初始螺紋插入結束時(時間t1),扭矩水平處于TL1。?

參見圖17,呈現扭矩水平加速度與以秒計算的時間之間關系的曲線圖。在螺紋插入200以及螺紋頭部與板初始接觸202之間的相交處,存在交點210。在交點210和時間“t1”處,存在扭矩的初始峰值213,初始峰值213被檢測到并以信號方式通知鉆機或驅動器7的控制器。在外科用螺釘頭部碰撞到板之后,雖然實際扭矩水平正在上升,但扭矩水平的加速度下降,直到螺釘頭部和板(降至最低點)在交點214(圖16)處碰撞上病人身體為止,導致在圖17中稱作選項(item)215的扭矩水平加速度的第二峰值出現。峰值215出現在時間t2處的扭矩水平TL2處。在輸出扭矩加速度的第二尖峰處,控制器關斷外科用鉆機或驅動器7以防止骨脫落。這就導致扭矩輸出沿著線220示出的路徑在時間t3處降至零,而非沿著將導致在位置206處脫落的部分222繼續行進。位置206典型地位于12-16英寸-盎司之上。?

參見圖18和19,提供用于使用了相同驅動器鉆頭的相同鉆機或驅動器7的扭矩水平和扭矩水平加速度的曲線圖,除了較大直徑螺釘和/或較長長度螺釘2.0mm×7.0mm或2.4mm×16mm外。在螺紋插入的初始階段300期間,由于在圖18中使用的外科用螺釘與圖16中示出的相比較長和/或具有較大直徑,因此這兩個因素都使得時間t1+(用于初始插入階段300)大于時間t1。以313標示的加速度的第一尖峰出現在t1+處。在扭矩水平加速度的位于第一尖峰313之后的螺釘與板接觸的操作階段302處,外科用螺釘頭部接觸板。在點314和在時間t2+處,存在扭矩水平加速度的第二尖峰315,該第二尖峰315在控制器中被辨識出。在扭矩加速度的第二尖峰315之后,鉆機或驅動器7進入以304標示的壓縮操作階段。在扭矩加速度的前述第二尖峰315(時間t2+)處,控制器65關斷鉆機或驅動器7的操作,導致扭矩水平沿著線320下降,防止了骨物質脫落。可以明顯看出,由于用于圖18和19的操作中的外科用螺釘的增大直徑和/或長度從而對扭矩水平輸出的增大需求,故扭矩水平TL2+典型地大于TL2。?

參見圖20和21,給出的扭矩水平與時間之間關系和扭矩水平加速度與時間之間關系的曲線圖適用于使用了具有與圖16和17中使用的相同的驅動器鉆頭的外科用鉆機或驅動器7。并且,在圖20和21中,使用相同尺寸的外科用螺釘。在圖20中,中間線與圖16中的相同,并表示被應用于具有中等密度骨的病人的外科用螺釘。上部線適用于被應用于具有較高密度的骨物質的病人的外科用螺釘。下部線適用于被應用于具有損壞的、較薄或較低骨密度的病人的外科用螺釘。在高密度骨情況下,螺紋插入400所需的時間t1++比t1大。因此,絕對扭矩水平TL1++大于TL1,且附加地,鉆機或驅動器7的關斷開關的扭矩水平TL2++比中等密度骨物質的扭矩水平TL2高。在較低骨密度情況下,螺紋插入500所需的時間t1+++少于t1的。另外,絕對扭矩水平TL1+++小于TL1,且附加地鉆機或驅動器關斷開關的扭矩水平TL2+++低于較強的中等密度骨物質在關斷時的扭矩水平TL2。因此,通過利用檢測到的扭矩加速度的第二尖峰來控制其關斷,本實用新型的鉆機或驅動?器7可以高速在非常短時段內操作。鉆機或驅動器7自動調整關斷,從而防止了用于相同鉆頭的骨脫落,而不管螺釘尺寸或骨情況如何。?

當使用本實用新型的鉆機或驅動器7時,首先將電池放置在鉆機或驅動器內部。LED(發光二極管)按鈕導通以給醫生指示:功率正流至鉆機或驅動器7。夾頭28(或70)被向前拉動以將期望的鉆頭或鉆機加載進夾頭28(或70)內。如果鉆機或驅動器7用來驅動螺釘,則螺釘從托盤(未示出)被加載到驅動器。板(未示出)被放置成抵靠病人骨,且螺釘末端穿過板內的孔接觸抵靠病人骨。鉆機或驅動器7構造成,使得壓力必須由鉆機或驅動器7施加到螺釘上大約2磅,或者觸發器24對起動鉆機或驅動器7不起作用。需要兩磅力,使得在插入狀態下螺釘向前推進。應該注意,在鉆孔模式下,并不需要由鉆機或驅動器7施加在病人身體上的壓力。當觸發器24被引動時(在驅動模式下),控制系統(典型地位于鉆機或驅動器內部的電路板上)開始搜尋扭矩變化,并執行如前所述的作為指令的任務。當完成螺釘插入時,移離鉆機或驅動器7,并將新的螺釘加載到鉆機或驅動器并重復任務。?

圖22是使用本實用新型的鉆機或驅動器7的方法的曲線圖,其圖示了扭矩水平和時間之間的關系。當時間等于零(0)時,驅動器7,如前所述,預加載到病人骨物質上,以容許觸發器24響應醫生致動。在點601處,存在當馬達11開始轉動時的電流(扭矩)的立即增大。當螺釘開始初始轉動時,該扭力在位置602處達到峰值。在點603處,當扭矩開始減小時,控制器辨認出此處已經存在扭矩水平的第一峰值。當馬達連續地加速時并在螺釘末端刺入骨物質之前,存在如部分604標示的扭矩水平的初始下降。當自鉆型外科用螺釘初始刺入骨物質時,存在在圖22曲線圖中以部分605標示的短階段的實際恒定扭矩水平。在借助于外科用螺釘進行的初始抓骨之后,存在隨后進行的沿著外科用螺釘內徑的骨物質初始脫落。該脫落不是當螺釘完全緊固到病人骨物質時所攻出的螺紋進入骨物質而進行的脫落,而是發生在螺釘最末端處的脫落。這種現象導致扭矩水平的略微下降,這在圖22曲線圖的部分606以曲線形式示出。在由帶螺紋的緊固件的末端導致的骨物質的初始脫落之后,當螺釘刺入病人骨物質時,存在扭矩水平的恒定增長。在點607處,辨別出:在與扭矩水平曲線圖的部分604、605以及606相比已出現的扭矩水平低谷處的點處,出現上述增長。在該點處,控制器識別出:帶螺紋的緊固件正刺入病人骨內,且正在病人骨內攻出適當螺紋路徑。上述過程沿著部段608繼續,并之后在點610處達到峰值。在點610處,當緊固件接近病人骨物質內的脫落條件時,扭矩水平的第一導數變成負的,其中在控制器切斷至馬達11的電流以防止脫落發生之后。對本領域技術人員清楚的是,依據如前文關聯圖20的曲線圖描述的骨密度的不同條件而定,與圖22所示的相似的曲線圖將略微高于圖22的曲線或低于圖22的曲線。?

本實用新型的描述本質上僅是示例性的,因此不脫離本實用新型要旨的變型將落入本實用新型的范圍內。這種變型不應視為違背了本實用新型的精神和范圍。?

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本文標題:多用途的外科用鉆機或驅動器和鉆頭系統、外科用鉆機或驅動器和外科用鉆頭系統.pdf
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