CN103127863A - 用于混合骨水泥的设备和用于混合骨水泥的方法以及该设备的用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于混合骨水泥的设备和用于混合骨水泥的方法以及该设备的用途。本发明涉及用于骨水泥自动混合的设备。该设备包括具有气体馈送部（9）和气体出口（6）两个分开的柱塞空间部分（3、4），它们通过柱塞（1）彼此分开。阻挡机构（5）设置在柱塞（1）中并且在柱塞路径的回转点处被切换。合适的连接设施（13、14）将柱塞（1）连接到布置在混合容器内的混合设施。在两个柱塞空间部分（3、4）中交替地建立压差和压力均衡使得柱塞（1）上下移动。柱塞运动实现混合设施的同时的上下运动和旋转。

Description

用于混合骨水泥的设备和用于混合骨水泥的方法以及该设备的用途

技术领域

 本发明涉及用于混合骨水泥的设备，尤其是PMMA骨水泥（聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥）。 

背景技术

 传统的PMMA骨水泥数十年来为人所知并且是基于Charnley先生的独创性工作（Charnley, J.： 股骨骨体的股骨头假体的锚定。J.Bone Joint Surg. 42 (1960) 28-30). PMMA骨水泥的基本结构从那时起保持不变。 PMMA骨水泥由液体单体成分和粉末成分组成。 单体成分通常包含单体、甲基丙烯酸甲酯和溶解在其中的活化剂（N,N-二甲基-p-对甲苯胺）。 粉末成分由一种或多种聚合物、射线遮光剂和引发剂过氧化二苯甲酰组成，所述聚合物由基于甲基丙烯酸甲酯和共聚单体例如苯乙烯、异丁烯酸盐或类似单体的聚合反应优选是悬浮聚合反应制成。 混合粉末成分和单体成分，通过粉末成分的聚合物在甲基丙烯酸甲酯中的膨胀生成了可被可塑性成形的面团。 当粉末成分和单体成分被混合时，活化剂N,N-二甲基-p-对甲苯胺与过氧化二苯甲酰反应，过氧化二苯甲酰分解并形成自由基。 由此形成的自由基触发了甲基丙烯酸甲酯的自由基聚合反应。 在进行甲基丙烯酸甲酯的聚合反应时，水泥面团的粘性不断增加直到水泥面团变成固体并由此固化。

 聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥可通过在抹刀的帮助下在合适的混合烧杯中混合水泥粉末和单体液体而被混合。 这个程序是不利的，因为在由此形成的水泥面团中会存在被包含的空气并且空气此后会使骨水泥不稳定。 由此原因，优选的是在真空混合系统中混合骨水泥分粉末和单体液体，因为在真空中混合将在很大程度上从水泥面团中去除被包含的空气并因此实现了最优的水泥质量。（Breusch, S.J. et al.: Der Stand der Zementiertechnik in Deutschland, Z. Orthop. 1999, 137： 101-07). 在真空中混合的骨水泥具有明显减少的多孔性并且因此显示出改进的机械性能。 已经公开了大量的真空水泥接合系统，处于示例性的目的，下面列举了一些： US 4,671,263, US 5,624186, US 6,033,105, EP 0 692 229 A1, EP 1 005 901 A2, EP 1 020 167 A2。

 真空水泥接合系统是改进系统，其中水泥粉末和单体液体都已预包装在混合系统的单独的舱室中，并且仅在应用该水泥接合系统中的水泥之前才将它们彼此混合（US 5,997,544, EP 0 692 229 A1, US 6,709,149）。 

 除了混合系统通过电马达驱动以外，目前所使用的水泥接合系统通过对混合杆的手动致动来混合液体水泥成分和粉末状成分，该混合杆具有混合机构，例如混合轮或混合叶片。 手动驱动混合的混合结果很大程度上依赖于个人如何执行混合过程。 人员所用的力量、垂直混合运动的数量、混合运动的旋转角度、混合机构沿筒头部和筒底板的方向上的最大倾斜、和整体混合时间都在水泥面团的均匀性方面影响混合结果。 在不同的医疗使用者之间水泥质量因此可能变化很大。 因此期望的是具有均匀水泥面团的可再生产式生产，由此水泥质量应该完全与个人医疗使用者无关，由此可以实现最佳的水泥接合结果。

发明内容

 本发明基于开发一种设备的目的，该设备尽可能地简单并且可被用于通过均匀混合液体骨水泥成分和粉末状骨水泥成分来可靠地生产骨水泥面团并且该面团具有可再生产的质量。

 该目的由权利要求1实现。本发明的范围包括一种用于骨水泥自动混合的设备，该设备具有位于柱塞空间中的柱塞，该柱塞将柱塞空间分成第一柱塞空间部分和第二柱塞空间部分，并且该柱塞包括阻挡机构，该阻挡机构在柱塞回转点处被切换。 设备还包括位于第一柱塞空间部分中的气体出口，被布置在柱塞和第一柱塞空间部分中的与柱塞相对的壁之间的弹性恢复结构元件例如弹簧元件，位于第二柱塞空间部分中的气体馈送部、和连接到该柱塞的混合设施。

 本发明基于如下基本原理－通过负压或超压、真空或压缩气体在柱塞空间中移动柱塞，由此柱塞空间被连接到筒封闭。 柱塞借助旋转接头以强制配合或非强制配合式的方式被连接到轴向可移动的杆，使得该杆可独立于柱塞的旋转执行绕轴线的运动。 柱塞包含阻挡机构，该阻挡机构具有可透气通道，该可透气通道将柱塞上方的空间连接到柱塞下方的空间。 在封闭的状态中，阻挡机构以气密的方式关闭所述通道。 阻挡机构在柱塞的回转点被从封闭状态切换到打开状态，并且在另一回转点从打开状态被切换到封闭状态。 真空或压缩气体被用于使柱塞移动，使得柱塞在柱塞空间内前后移动并由此使得杆执行旋转运动。 设置在杆上的混合机构混合骨水泥。 

 优选地，柱塞空间是中空的圆柱体，其端部以气密方式被封闭。 柱塞被布置在柱塞空间中，柱塞可沿着圆柱体轴线移动并且以气密的方式接触柱塞空间的侧壁。

 布置在柱塞中的阻挡机构包括至少一个通道，该通道在打开位置时将位于柱塞一侧的第一柱塞空间部分以可透气方式连接到位于柱塞另一侧的第二柱塞空间部分，并且在封闭位置时以气密方式将两个柱塞空间部分彼此分开。 

 优选地，阻挡机构中的通道的截面大于气体出口的截面。 还优选地，阻挡机构中的通道的截面大于气体馈送部的截面。 这确保了出现与周围大气的完全压力均衡，直到阻挡机构在柱塞回转点处被切换。

 优选地，阻挡机构是旋转阀。 特别优选地，旋转阀通过两个销控制，这两个销被附接在旋转阀的外圆周处并且被布置成彼此之间的源自旋转阀的旋转轴线的角度小于180度。 通过使该销因柱塞运动而碰撞柱塞空间的壁而将旋转阀从打开位置切换到封闭位置，反之亦然。 在该过程中，使销压靠着柱塞并且旋转阀绕其轴线旋转并从打开状态切换到封闭状态，反之亦然。

 其它选择也是可行的。 因此，可变换的密封件，例如在一侧被封闭并且具有侧开口的中空圆柱体，可在其碰撞柱塞空间的壁时被变换到打开位置和封闭位置。

 柱塞将柱塞空间分成两个柱塞空间部分。 一个柱塞空间部分设有气体出口，而另一个柱塞空间部分包括气体馈送部。 

 旋转接头将柱塞连接到杆，其具有附接到其上的混合设施。 杆可延伸通过包括气体馈送部的柱塞空间部分。 不过，其也可仅延伸通过具有气体出口的柱塞空间部分。 

 优选地，气体出口位于柱塞空间的前壁附近。 如果混合设施延伸通过连接有压缩气体的腔，那么特别优选的是，气体出口凹入前壁。 

 同样地，气体馈送部也优选地位于柱塞空间的前壁附近。 如果混合设施延伸通过连接有真空的腔，那么特别优选的是，气体馈送部凹入前壁。

 弹性恢复结构元件被布置在柱塞和具有气体出口的柱塞空间部分中的面对柱塞的壁之间。 优选地，弹性恢复结构元件是弹簧元件，优选是螺旋弹簧。 

 在阻挡机构的封闭状态中，柱塞因通过超压或负压而施加在柱塞上的力而移动。 这意味着，第一柱塞空间部分的尺寸减小，即具有气体出口的柱塞空间部分的尺寸减小。 当柱塞碰撞第一柱塞空间部分的相对壁时，阻挡机构被切换到打开状态并且压力被均衡。 弹性恢复结构元件的恢复力沿相反方向移动柱塞。 在该过程中，第二柱塞空间部分，即具有气体馈送部的柱塞部分，的尺寸减小。 柱塞碰撞相对壁并且阻挡机构被再次关闭。 只要气体被排出或被提供，那么该过程就被重复。

 该过程通过在两个柱塞空间部分中交替地建立压差和压力均衡而实现。 在此上下文中压差的至关重要，而如果在气体馈送部一侧应用超压或者在气体出口一侧应用负压，那么它就无关紧要了。 优选的是，在气体出口一侧应用负压，因为真空已经存在在那里，并真空还有助于为骨水泥脱气。

 柱塞通过连接元件例如杆连接到混合设施。 优选地，杆可被旋转，例如通过旋转接头，例如扭转接头或球接头。 杆可设有例如由钉接合的陡螺纹。

 该杆延伸通过筒封闭件，该筒封闭件拥有开口，该开口的直径对应该杆的外径。 该杆被布置在这个开口中从而可轴向移动。

 优选地，该杆具有至少一个陡螺纹，该陡螺纹被布置在筒封闭件的开口中从而不可移动的钉接合。 所连接的杆在轴向柱塞运动期间前后运动。 同时，杆被制成为通过接合螺纹的不可移动的钉来绕其轴线旋转。 结果，布置在杆的端部的混合设施也同时执行线性、轴向运动和旋转运动。 骨水泥通过这些组合运动被混合。 

 杆应该足够长以使混合机构接触筒底板，使得在筒底板处的骨水泥也被混合。 优选地，杆可在足够的程度上沿着封闭端的方向在柱塞中移动，以使混合机构的上侧接触筒封闭件的底侧。 结果，甚至是位于筒封闭件的底侧处的残余水泥也能被混合机构安全地挂掉。 有利的是，混合机构借助其外边缘接触筒的内侧。

 根据本发明，在不使用任何手动力作用的情况下，通过真空驱动或压力驱动驱动单元来实现混合。 目前在市场上常见的水泥接合系统包含真空泵，其产生高达100-150毫巴的真空。 根据本发明的设备可利用所述接近150毫巴的真空来实现推进。 

 该设备用于混合聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥和无机骨水泥，该无机骨水泥包含磷酸钙和/或硫酸钙作为它们的主要成分。 这主要涉及基于无定形磷酸钙、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、磷酸四钙、钙磷石、三斜磷钙石、和磷酸八钙以及它们的混合物的磷酸钙水泥。 硫酸钙骨水泥基于硫酸钙半水化合物。

附图说明

 下面将基于附图以示例性的方式图示本发明。 附图中： 

图1示出了本发明的第一实施例的细节的截面图；和

图2示出了本发明的第二实施例的细节的截面图。

具体实施方式

 图1示出了混合设施的驱动装置，混合设施包含带有柱塞空间2的中空圆柱体。柱塞1被布置在所述中空圆柱体内并且通过真空或压缩气体被移动。 柱塞将柱塞空间2分成两个柱塞空间部分3、4。第一柱塞空间部分3包括气体出口6。

 所述柱塞1具有布置在其中的旋转阀5，该旋转阀在打开状态连接两个柱塞空间部分3、4到彼此。 在封闭状态，两个柱塞空间部分3、4通过气密方式被彼此隔开。 弹簧元件7被布置在中空圆柱体帽的内壁8和柱塞1之间，并且在放松状态中，将柱塞压靠在第二柱塞空间部分4的与柱塞相对的壁上。

 如果此时将真空应用到第一柱塞空间部分并且旋转阀处于封闭状态，那么就建立了在两个柱塞空间部分3和4之间的压差。 应用到第二柱塞空间部分4的压力高于应用到第一柱塞空间部分3的压力。所述压差克服弹簧元件7的力朝向第一柱塞空间部分的相对壁8移动柱塞1。 当销10碰撞壁8时，它被压靠在柱塞1上并且旋转阀5移动到打开位置。 这导致压力在两个柱塞空间部分3和4之间被均衡。第二柱塞空间部分中的超压被移除并且柱塞1通过弹簧元件7的恢复力沿着筒的方向移动（在图中向下）。在这种情况下，第二销碰撞第二柱塞空间部分4与柱塞相对的另一壁。 结果，旋转阀5再被切换，这次切换成封闭位置。 随着旋转阀5关闭，再次建立压差，其此时将柱塞1再向上移动。 只要应用真空，这个过程就被重复。

 这个上下运动使得杆13也上下运动，杆13通过旋转接头14附接到柱塞1。 杆13具有凹入到其中的螺纹15，该螺纹由布置在筒盖11的开口12中的钉16接合。杆13的上下运动和螺纹15接合钉16使得杆同时旋转。

 因此，附接到杆13的混合设施（未示出）也上下运动并同时搅动，从而可高效地混合骨水泥。

 所述类型的驱动设施也可仅由气体超压驱动，而不使用真空。 在这种情况下，超压通过气体连接9被应用，而气体出口6处的气压为常压。 随着阀被关闭，柱塞1向上移动（见图1）。 所述驱动装置的工作原理与前面讨论的那个完全一样。

 图2也示出了混合设施的驱动装置，该混合设施包含带有柱塞空间2的中空圆柱体。和前面一样，所述柱塞1可借助真空或压缩气体被移动并且将柱塞空间2分成第一柱塞空间部分3和第二柱塞空间部分4。第一柱塞空间部分3在此图中被布置在第二柱塞空间部分4下方，并包括气体出口6。

 所述柱塞1具有布置在其中的旋转阀5，该旋转阀在打开状态连接两个柱塞空间部分3、4到彼此。 在封闭状态，两个柱塞空间部分3、4通过气密方式被彼此隔开。 

 弹簧元件7在第一柱塞空间部分3中被布置在柱塞1和筒盖11之间。在放松的状态下，所述弹簧元件7将柱塞1压靠在第二柱塞空间部分4的与柱塞1相对的壁8上。

 如果此时将真空应用到第一柱塞空间部分3并且旋转阀5处于封闭状态，那么就建立了在两个柱塞空间部分3和4之间的压差。 应用到第二柱塞空间部分4的压力高于应用到第一柱塞空间部分3的压力。所述压差克服弹簧元件7的力朝着筒盖11移动柱塞1。当销10碰撞筒盖11时，它被朝着柱塞1移动并且旋转阀5移动到打开位置。 这导致压力在两个柱塞空间部分3和4之间被均衡。第二柱塞空间部分4中的超压被移除并且柱塞1通过弹簧元件7的恢复力沿着壁8的方向移动（在图中向上）。在这种情况下，第二销碰撞第二柱塞空间部分4的壁8。结果，旋转阀5被再次切换，这次切换到封闭位置。 随着旋转阀5关闭，再次建立压差，其将柱塞1再次向下移动。 只要应用真空，这个过程就被重复。

 这个上下运动使得杆13也上下运动，杆13通过旋转接头14附接到柱塞1。 杆13具有凹入到其中的螺纹15，该螺纹由布置在筒盖11的开口12中的钉16接合。杆13的上下运动和螺纹15接合钉16使得杆同时旋转。

 因此，附接到杆13的混合设施（未示出）也上下运动并同时搅动，从而可高效地混合骨水泥。

 该驱动设施也可仅由气体超压驱动，而不使用真空。 在这种情况下，超压通过气体连接9被应用，而气体出口6处的气压为常压。 随着阀被关闭，柱塞1向下移动（见图2）。 

 附图标记列表

1          柱塞

2          柱塞空间

3          第一柱塞空间部分

4          第二柱塞空间部分

5          阻挡机构，旋转阀

6          气体出口

7          弹性恢复元件，弹簧元件

8          壁

9          气体馈送部

10      销

11      筒盖

12      开口

13      杆

14      旋转接头

15      螺纹

16      钉

Claims (10)

1.一种用于骨水泥自动混合的设备，

其特征在于

柱塞空间（2）中的柱塞（1），其将柱塞空间（2）分成第一柱塞空间部分（3）和第二柱塞空间部分（4）并且包括阻挡机构（5），阻挡机构在柱塞回转点处被切换，并且阻挡机构在打开状态将第一柱塞空间部分（3）连接到第二柱塞空间部分（4），

气体出口（6），其位于第一柱塞空间部分（3）内，

弹性恢复结构元件（7），其布置在柱塞（1）和第一柱塞空间部分（3）的与该柱塞相对的壁（8、11）之间，

气体馈送部（9），其位于第二柱塞空间部分（4）内，以及

混合设施，其连接到柱塞（1）。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于

在气体出口（6）处应用真空。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于

通过气体馈送部（9）提供压缩气体。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，

旋转阀作为阻挡机构（5）。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于

两个销（10）被附接到旋转阀的外圆周并且被布置成彼此之间的源自该旋转阀的旋转轴线的角度小于180度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，

连接元件（13）穿过第二柱塞空间部分（4）在柱塞（1）和混合设施之间延伸。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其特征在于

连接元件（13）穿过第一柱塞空间部分（3）在柱塞（1）和混合设施之间延伸。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的设备，其特征在于

连接元件（13）是具有螺纹（15）的杆，杆通过旋转接头（14）连接到柱塞（1），由此螺纹（15）由静止的钉（16）接合。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，

阻挡机构（5）中的通道的截面大于气体出口（6）的截面。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，

阻挡机构（5）中的通道的截面大于气体馈送部（9）的截面。

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