CN101325917A - 成形扩孔钻齿以及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种髋臼扩孔钻(10′)用于切割所需切口形状。该扩孔钻有切割壳体(12′)，该切割壳体上有一系列双弯曲切割齿(16′)，该切割齿的数量大大减小在各齿上的切割压力，同时减小切割时产生的普通切屑的尺寸。基本所有的齿都各自具有较大长度的匹配圆弧形切割边缘(20′)，该切割边缘具有与要切割的形状轮廓基本匹配的切割轮廓。其中形成切割边缘的孔有至少一个直边缘(80)，在形成边缘的处理中使用的冲头可以通过该直边缘来定向。这样的结构减少了切割该形状所需的齿数。

Description

成形扩孔钻齿以及制造方法

相关申请的交叉引用

本申请是美国申请No.11/257417(申请日为2005年10月24日，标题为“CONTOUR REAMER TEETH AND  METHOD OFMANUFACTURE”，申请人为Fehlbaum和Lechot)的继续申请，是美国申请No.10/500944(申请日为2004年7月7日，标题为“CONTOUR REAMER TEETH”，申请人为Lechot)的部分延续，这些文献的内容被本文参引，且目的与本发明一致。

技术领域

本发明涉及外科手术产品，特别是涉及用于在骨中切割成形腔体的外科手术扩孔钻。

背景技术

为了在骨中产生用于髋部移植件的成形腔体(该腔体需要平滑的壁和精确的形状)，优选是扩孔钻壳体或切割碗(cutting bowl)为半球形。而且，切割齿必须合适定位和定向。而且，齿高度对于骨碎屑的尺寸很重要，因此对于由扩孔钻切出的形状的精度也很重要。

在大部分情况下，在髋穴窝中的移植件最好固定在凹形的半球形腔体中。不过，并不严格需要这样的形状。其它髋臼切割壳体并不是半球形，但是这里所述的原理可以用于包括这些其它几何形状。

特别对于无粘接髋部外科手术，越来越重要的是使髋臼钻孔成正确形状，通常是半球形，因此能够在骨和最后(半球形)移植件之间进行最大接触。

而且，越来越强调切割更小的切口，以便对病人的损伤最小，并有助于恢复速率。为了满足该附加需要，医疗仪器和移植件的设计者面临更多的挑战。另外，外科手术步骤的改变包括这样的情况，外科医生目前更通常将髋臼扩孔钻的手柄保持在单一轴线上，而不是采用将工具手柄端部“扫过”一定角度并因此连续改变扩孔钻切割轴线的步骤。当进行将现有技术扩孔钻手柄保持在恒定轴线上的试验时，将切割在宏观上接近半球形的一系列同心环。当外科医生“扫过”扩孔钻手柄的轴线时，将除去这些不规则部分(以类似于抛光的方式)，从而产生半球形表面。

在努力使得同心环的数目最大、使颤振/振动最小和因此在不进行扫过的情况下获得平滑的半球形表面时，需要添加更多齿。不过，当这样做时，机械强度降低。而且例如对于普通的“奶酪锉”类型的扩孔钻(如授予Weigand的美国专利No.4023572中所述)，更难以保证各齿的切割轮廓交叠或者保证齿相对于切割方向合适定位。已经尝试采用更大的普通形式齿，但是切屑尺寸和切割应力太大，或者扩孔钻太复杂。而且，由于邻近更大齿的较大开口，至少在一定程度上牺牲了机械强度。

授予Sayler的美国专利No.5116165介绍了一种具有有限数目的离散刀片状齿的刮刀类型扩孔钻。这些齿由要切割的形状轮廓的单个曲线来确定。换句话说，这些齿基本平直。这样的齿形并不能得到支持，因为当有时面对与钻孔相关的异常高切割应力时没有提供用于保持齿形状的结构(除了齿自身)。而且，当在扩孔钻的球形体中出现有限数目的延伸狭槽或切口时，扩孔钻的球形形状的完整性可能受到影响。由于在狭槽的相对尖锐拐角处引起的高应力而影响该完整性。

授予Sayler的美国专利No.6730094介绍了一种具有有限数目的离散刀片状齿的刮刀类型扩孔钻的另一实施例。这些齿也为平直的。这样的齿形并不能得到支持，因为当有时面对与钻孔相关的异常高切割应力时没有提供用于保持齿形状的结构(除了齿自身)。而且，开口的形状提供了在刀片外边缘处的、不希望的钩住和撕裂点(释放狭槽40)(在刀片过渡至壳体后面的支承部分处)。在使用过程中，这些点可能不利地撕开或钩住软组织(它在使用中滑靠在该软组织上)。Sayler的图9也是这样，该实施例最易于钩住和撕裂(槽40显然被齿挡住而看不见)。

通常，在扩孔钻上的齿的形状取决于原始材料形状、板材、半球形的基底直径或制造方法。通常并不考虑切割表面的形状。因此，单个齿的切割通常只近似于所需的球形或半球形形状。例如，它可能产生平表面，或者具有与所需不同的半径，还产生不规则的总体半球形形状。

因此，还需要一种扩孔钻，它使得离散切割表面最小，并产生包括单个确定几何形状的一系列切口。而且，还需要一种机构，用于合适定位和定向切割齿。而且，还需要一种齿形，它能够独立于原材料形状来被控制。

发明内容

上述问题通过提供一种用于切割所需切口形状的髋臼扩孔钻来解决，该扩孔钻具有切割壳体，一系列双弯曲切割齿位于该切割壳体上，该切割齿的数量大大减小在各齿上的切割压力，同时减小切割时产生的普通切屑的尺寸。基本所有的齿都各自具有较大长度的匹配圆弧形切割边缘，这些切割边缘具有与要切割的形状轮廓基本匹配的切割轮廓。

优点是，本发明的结构减少了切割该形状所需的齿数，与标准“奶酪锉”型扩孔钻相比减少了大约30％。另一优点是，上面形成切割边缘的孔并不为圆形，因此提供了能够精确定位工具(该工具形成切割边缘)的指示表面。而且，通过冲压或形成更多的较小齿(与现有技术的刮刀型扩孔钻相比)，更容易保持扩孔钻的球形形状。

另一优点是，本发明改进了切割边缘的质量和方位，因此提高了切割表面，同时使用更少的齿。

附图说明

图1是现有技术的扩孔钻的透视图。

图2a是现有技术的扩孔钻的齿的俯视图。

图2b是现有技术的扩孔钻的齿的侧剖图。

图2c是现有技术的扩孔钻的齿的正视图。

图3是现有技术的可选齿的详细视图。

图4a是本发明的扩孔钻的齿的俯视图。

图4b是本发明的扩孔钻的齿的侧剖图。

图4c是本发明的扩孔钻的齿的正视图。

图4d是本发明的齿的可选实施例的俯视图。

图4e是本发明的齿的可选实施例的俯视图。

图5是本发明的扩孔钻的侧视图。

图6a是本发明的扩孔钻的侧剖图。

图6b是本发明的扩孔钻的透视图。

图7是现有技术扩孔钻的磨损特征的表格。

图8是本发明的扩孔钻的磨损特征的表格。

图9是本发明的制造方法的流程图。

具体实施方式

参考图1，图中表示了现有技术的普通髋臼扩孔钻10。扩孔钻10有确定了表面14的切割碗或壳体12，邻近开口18的齿16位于该表面14上。基座20提供了工具接合装置(未示出)。

下面参考图2a，图中表示了扩孔钻10的齿16。齿16有背向切割边缘20的发散表面22(“升高部分”，标记为区域A)。虚线26位于切割边缘20后面一定距离处(图中在切割边缘的左侧)，该表面30开始朝向B区域表面向内弯曲，然后朝着扩孔钻切割碗表面14。表面反射线28有助于表示这些表面的形状。

下面参考图2b，图中表示了现有技术扩孔钻10的齿轮廓32的侧剖图。升高部分22的轮廓形状32表示为非线性。

参考图2c，从现有技术扩孔钻10的齿16的正视图看时，可以看见区域A的发散表面22。在另一现有技术扩孔钻中(未示出)，升高部分22的相应部分在正视图中不能看见，而是在图中隐藏，因为它们朝着顶点收敛。

这些升高部分22、各切割边缘22和开口18或者成螺旋结构定位在扩孔钻切割表面上，或者以另外方式交错，或者随机布置。术语“螺旋形”的意思是包括任意形状，即切割齿19整齐组织，以便扫过要切割的整个形状。在优选的螺旋结构中，相邻齿在任意相邻纬度圆上彼此均匀地角度偏移，即相邻齿位于彼此均匀间隔开的不同纬度圆上。而且，优选是在相邻切割环之间产生交叠(即环由每个齿16扫过)。

这些现有技术扩孔钻10有顶峰38，该顶峰大致近似于狭窄峰顶。

下面参考图3，轮廓70表示称为“DR扩孔钻”的扩孔钻的现有技术齿72，它为美国专利No.5968049的主题，它的内容被本文参引。DR扩孔钻的齿72形成弦，该弦在两点74和76处与合适切口轮廓70相交。因此，这些现有技术扩孔钻没有在普通情况中的峰顶。

下面参考图4a至4c，本发明有切割壳体12′，一系列双弯曲切割齿16′位于该切割壳体12′上，该切割齿的数量将大大降低施加在各齿上的切割压力，并减小通过切割产生的普通切屑尺寸。基本所有齿16′都各自有较大长度的匹配圆弧形切割边缘20′，该切割边缘的切割轮廓基本与要切割的形状轮廓匹配。匹配的圆弧形切割边缘20′是相邻的第二切割边缘21′，由相邻升高部分29′支承，该升高部分的特征可以如角撑板或支承壁部分，它往回朝着切割壳体12′弯曲，并支承第二切割边缘21′。因此，全部切割边缘20′为双弯曲，其中，需要至少两个不同曲线来确定各切割边缘20′。当扩孔钻10′旋转以便切割时，平滑边缘开口18′在切割边缘前面。通过使开口18′确定为“平滑边缘”，它意味着确定非圆形开口，其中，没有可能引起应力集中或者软组织钩住或撕开点的狭槽或者狭窄槽。这种结构减少了切割该形状和在使用过程中减小钩住或撕开软组织的危险所需的齿的数目。因此，本发明改进了切割表面的质量，并能够使用更少的齿16′。

尽管切割边缘20′在图中表示为平直，但是它实际上沿着要切割的表面轮廓，在本例中为半球形表面。在本实施例中，切割边缘20′的半径R与要切割的表面的半径匹配。与传统认识不同，新齿16′并不通过制造与该齿相邻的较大或较宽开口18而产生。与现有技术中相同，开口18′基本为圆形形状。齿16′这样产生，其中，齿变形成最终形状轮廓。在本实施例中，升高部分22′近似矩形棱柱形状，与切割碗12的表面相切地与该切割碗相交。齿16′具有清楚的发散表面(在区域A中)，该发散表面沿着切割边缘20′。应当知道，在全部附图中，相同参考标号用于相同或相似特征。

下面参考图4e和4d，本发明可选实施例的齿16′包括这样的齿，其中，齿由孔18′的平直侧80形成(图4e)，还包括这样的齿，其中，孔为三角形形状(图4d)。该可选实施例的侧视图和正视图基本分别与图4b和4c所示相同。

而且，应当知道，通过形成或冲出更低轮廓的齿，将更容易保证不会损坏扩孔钻的球形形状。

对于从髋臼的中心至周边的任意给定半径，通过不同齿16′切割该扇形的不同部分。本发明的更长齿16′(该更长齿在圆形开口18′的后面，并更紧密地匹配所需半径R)意味着减少了切割整个半径所需的齿数。而且，认为尽管切割边缘只凸出半球形壳体14的表面0.5mm，但是开口更大意味着有效切割高度可以大于0.5mm，这是由于，从切割边缘20′的最外边缘的中心到经孔18′延伸的线的垂直距离明显大于0.5mm。而且，在切割壳体12′上使用一系列切割齿16′大大降低了在各齿上的切割压力，还减小了通过切割产生的普通切屑的尺寸。能够使用更少齿16′还允许除去半球形的部分50(图5中所示)，同时保持切割表面的高质量。具有切除部分的髋臼扩孔钻的实例在PCT申请PCT/IB01/02675和PCT/IB01/02676(标题分别为HOLDER FOR ASURGICAL REAMER和SURGICAL REAMER，申请日为2001年12月21日)中给出，这些文献被本文参引。

本发明产生了具有更宽切割轮廓的齿16′，因此，更容易与位于半球的不同纬度高度处的下一个齿产生的切割处交叠。另外，齿16′切割所需半球的一定扇区，与所需半径精确匹配。改进的齿能够通过比奶酪锉类型扩孔钻更少的齿来切割整个半球。

优选是，扩孔钻10′包括一系列均匀分布和在切割壳体上间隔开的切割齿16′。这些齿16′可以以螺旋结构布置在切割壳体12′上。

在可选实施例中，最好如图5中所示，切割壳体是半球的一部分，在这种情况下，部分50(由虚线表示)已经在制造处理中被除去。在本实施例中，切割边缘的长度选择为完全切割该形状，同时数目仍然保证良好的机械强度。更长切割边缘允许使用更少齿，同时还使得切割的半球形比可通过具有更复杂半球形状的切割壳体而形成得更好。

工具接合部分52包括两个交叉杆54和56，一个杆54可选择地具有在它的外端上的两个平部分60(图中只表示了一个)，邻近在扩孔钻切割壳体12′上的连接点。

下面参考图6a和6b，在多边形孔18′(由弯曲部分和至少一个基本直边缘80组成)的切割边缘20′后面是通过激光在半球形壳体14中形成的切口，相应多边形形状的冲头(未示出)(用于冲压扩孔钻的切割边缘的冲头的边缘的周边位置是离开冲头的相应平部分的、已知和精确控制的周边距离)用于冲压出切割边缘，优选的量为0.5mm，它是通常冲压的齿的一半量。孔18′的直边缘80定向相应多边形截面的冲头，以便保证由冲头冲压出的切割边缘相对于切割方向处于优选方位。图6表示了切割轮廓70与半球形壳体14的轮廓71的比较。

下面参考图7和8，可以认为，这样更少地透入骨中与齿的轮廓形状相组合(其中，各齿切割与要切割的腔体相对应的形状)将减小应力和热量产生，因此明显提高了扩孔钻的磨损寿命。图7的曲线是现有技术扩孔钻10的力-时间的曲线，表示了切割力如何快速地随时间增加。相反，参考图8，用于本发明扩孔钻10′的相同力-时间曲线表示了切割力在直到20次使用时都保持相对恒定，大约比奶酪锉型扩孔钻小两倍。低切割力意味着低发热和更少死组织。更少死组织改善了病人的恢复时间。

下面参考图9，本发明的制造方法100包括多个步骤。在第一步骤102中，形成的坯料由板材形成、在精密铸造或模铸中进行铸造或者由粉末金属形成(该粉末金属在进一步处理之前进行烧结)。在第二步骤104中，切割孔18′，可以选择通过激光和/或钻孔，以便包括至少一个直的指示边缘。在第三步骤106中，冲头(未示出)插入各孔中，用于形成切割边缘，坯料的指示边缘抵靠冲头的相应表面，冲头的该相应表面以已知方式定向在离切割边缘形成表面(具有与冲头上的、与切口形状匹配轮廓的表面)已知距离处。在第四步骤110中，通过在冲头上的、与切口形状匹配轮廓的表面，冲头冲压出切割边缘20′。在另一步骤112中，重复步骤106和110，直到处理了要接收切割边缘的所有孔，然后，处理的坯料向下游发送，用于安装横杆52和54，并进一步送向最终处理步骤。

优点是，提供了一种扩孔钻，它大大减小了在各齿上的切割压力，还减小了通过切割产生的普通切屑的尺寸。

另一优点是，因为所有的齿都各自有较大长度的匹配圆弧形切割边缘，该切割边缘自身有切割轮廓，该切割轮廓基本与要切割的形状轮廓匹配，切割合适形状所需的齿数减少。

另一优点是，形成切割边缘的孔为非圆形，从而提供了允许精确定位形成切割边缘的工具的指示表面。另一优点是，本发明改进了切口的质量和切割边缘的方位，从而提高了切割表面的质量，并允许使用更少的齿。

在这里所述的本发明实施例中可以有多种变化和改变。尽管已经表示和介绍了本发明的特定图示实施例，但是在前述说明中也考虑了多种变化、改变和代替。在一些情况下，本发明的一些特征可以在没有相应使用其它特征的情况下使用。因此，前述说明只是广义解释，并通过图示和实例来理解，本发明的精神和范围只由附后的权利要求来确定。

Claims (15)

1.一种用于切割所需切口形状的髋臼扩孔钻(10′)，包括切割壳体(12′)，该切割壳体中有一系列复杂形状的、非圆形的平滑边缘的孔(18′)，该孔包括至少一个直边缘(80)，该孔(18′)上确定了切割齿(16、16′)，其中，基本所有齿(16′)为双弯曲的，具有较大长度的匹配圆弧形切割边缘(20′)，该匹配圆弧形切割边缘(20′)有基本与要切割的形状轮廓匹配的切割轮廓，因此，能够减少切割该形状所需的齿(16、16′)的数量，该齿(16′)还有使得切割边缘(20′)过渡至切割壳体(12′)的支承壁部分(29′)。

2.根据权利要求1所述的扩孔钻(10′)，其中：非圆形孔(18′)为包括圆形边缘(19)的复合形状。

3.根据权利要求2所述的扩孔钻(10′)，其中：切割边缘(20′)形成于大致圆形边缘(19)上，且当扩孔钻(10′)旋转以便切割时，直边缘(80)在切割边缘(20′)的前面。

4.根据权利要求2所述的扩孔钻(10′)，其中：切割边缘(20′)形成于直边缘(80)上，且当扩孔钻(10′)旋转以便切割时，大致圆形边缘(19)在切割边缘(20′)的前面。

5.根据权利要求2所述的扩孔钻(10′)，其中：所述一系列切割齿(16、16′)均匀和间隔开地布置在切割壳体(12′)上。

6.根据权利要求2所述的扩孔钻(10′)，其中：切割齿(16、16′)成螺旋结构布置在切割壳体(12′)中。

7.根据权利要求2所述的扩孔钻(10′)，其中：切割壳体(12′)是球体的一部分，切割边缘(20′)的长度被选择为完全切割该形状，从而与具有更复杂半球形的切割壳体(12′)相比可以潜在地使用更少的齿(16、16′)。

8.根据权利要求7所述的扩孔钻(10′)，其中：切割壳体(12′)为半球形或者半球形的一部分。

9.根据权利要求3所述的扩孔钻(10′)，其中：所述一系列切割齿(16、16′)均匀和间隔开地布置在切割壳体(12′)上。

10.根据权利要求3所述的扩孔钻(10′)，其中：切割齿(16、16′)成螺旋结构布置在切割壳体(12′)上。

11.根据权利要求5所述的扩孔钻(10′)，其中：切割齿(16、16′)成螺旋结构布置在切割壳体(12′)上。

12.根据权利要求3所述的扩孔钻(10′)，其中：切割壳体(12′)是球体的一部分，切割边缘(20′)的长度被选择为完全切割该形状，从而与具有更复杂半球形的切割壳体(12′)相比可以潜在地使用更少的齿(16、16′)。

13.根据权利要求5所述的扩孔钻(10′)，其中：切割壳体(12′)是球体的一部分，切割边缘(20′)的长度被选择为完全切割该形状，从而与具有更复杂半球形的切割壳体(12′)相比可以潜在地使用更少的齿(16、16′)。

14.根据权利要求6所述的扩孔钻(10′)，其中：切割壳体(12′)是球体的一部分，切割边缘(20′)的长度被选择为完全切割该形状，从而与具有更复杂半球形的切割壳体(12′)相比可以潜在地使用更少的齿(16、16′)。

15.一种形成如权利要求1所述的成形扩孔钻(10′)的方法，该方法包括以下步骤：

a.形成坯料；

b.在坯料中切割非圆形孔(18′)；

c.利用非圆形孔(18′)的特征(80)来使得冲头相对于所述孔定向；

d.当所述特征被孔合适定向时，在坯料上冲出切割边缘(20′)；以及

e.重复步骤c和d，直到冲出在切割边缘(20′)上希望有的所有孔。

Images