CN107184247A - 一种髋臼旋转刀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种髋臼旋转刀，该髋臼旋转刀包括一个半球壳体和连接在半球壳体下端口的支架，半球壳体球面的顶点到半球壳体球心的连线为半球壳体旋转时的旋转轴线，球面上围绕球面顶点均匀设置有至少三对凹槽，凹槽沿球面顶点到球面边缘之间的螺旋线向下延伸至球面边缘，其中一对凹槽沿各自所在的螺旋线向上延伸至球面顶点，凹槽与旋转轴线呈一螺旋夹角，凹槽的后侧面与球面相交构成切削刃，髋臼旋转刀具有后刀面和副后刀面，后刀面上均匀设置有若干与切削刃相交并延伸至副后刀面的凹口，每个凹槽内设置有一个沿凹槽所在螺旋线向下延伸的贯通槽，后刀面的高度高于刀跟的高度。本发明的髋臼旋转刀具有使用寿命长、结构简单和制造成本低的优点。

Description

一种髋臼旋转刀
技术领域
本发明涉及骨臼的铣刀领域，具体涉及一种髋臼旋转刀。
背景技术
铰刀或切骨刀具是一种用于从人体去除组织和骨的装置，特别是在准备植入人工髋关节假体杯时，设计用来去除髋臼窝组织和骨的髋臼锉和切骨刀具。通常，髋臼锉或切骨刀具由具有连续的部分半球面构成，这种半球面非常适合成形与假体杯匹配的腔体。植入髋臼的假体杯通常具有弯曲的外表面，旋转的切骨刀具使用许多带有刀刃、在半球型旋转刀头上略带防护的刀片。
公开号为US4,131,116的美国专利文献公开了一种具有半球形切削头的切骨刀具。刀具具有许多从切削头的外表面进入到切削头内腔的径向槽，在每个槽的后缘形成稍稍高于切削头表面的刀刃。每个刀刃在切削头外表面延伸，从髋臼切除一小部分的骨和软骨，然后切除的骨经过前端是刀刃的槽进入到切屑头内腔，在切削头从驱动轴卸下之前，切除的骨一直保留在切削头的内腔中。因此，在旋转时这种类型的切削头在髋臼附近没有松的骨和软骨。通过使用至少三个槽和切削刃，切削头旋转时在全部径向上的载荷相等，切削操作过程中切削头的旋转轴没有倾斜的趋势。至少有一个槽和切削刃通过旋转轴端部与切削头的交点，使髋臼的整个表面得到完整的切削。上述专利中的切骨道具只含有径向的切削刃和槽，在切削过程中存在振动，刀具切削阻力大，寿命低。
公开号为US5,203,653的美国专利文献公开了一种带有许多螺旋刀槽的半球型切削头，这些刀槽经过切削头的外表面进入切削头的空心内腔。每一螺旋刀槽的后缘带有略高于半球面的刀刃，以便在切削头旋转的过程中使从臼窝切下来的材料进入切削头的内腔。该专利还公布了一种用于连接和拆卸切削头和驱动轴一种连接元件。该专利的刀具只有一个刀刃通过半球型刀具的中心，刀刃的后角为0°，未考虑后刀面和韧带宽度，刀具切削阻力较大，寿命低。
公开号为US5,376,092的美国专利文献公开了一种对美国专利5,203,653的切削头的改进版本。发明的切削头具有卓越的切削稳定性，提供的髋臼锉有两个刀刃跨过半球型切削头的中心。因此，在刀头旋转时，比以前的髋臼锉获得更加完整的切削。由于改进了髋臼锉与可旋转轴的连接方法，刀头不完全封闭，髋臼锉不会被切屑填满。此外，提供了髋臼锉与可旋转动力源的快速连接与拆卸的连接方法。所公布的切削头还包含易于切除骨和软骨的齿形刀片。在切削骨或组织时，螺旋实体槽的应用产生更有效地片切，而不是径向槽髋臼锉的刮落。该专利中的切削头仍未考虑切削刀具的基本参数，如刀刃的前角、后角、后刀面宽度、韧带宽度等。
公开号为US6,764,490的美国专利文献公开了一种具有本质上为半球型表面和由此面限定的内部空心区域的外科手术刀具。至少有一个刀片配置在半球面，从半球面的极点延伸到赤道，刀片上至少有一个具有朝向工件的切削面和背离工件的切削面的切削单元。半球面上配置了与刀片相互作用的开口，用于把切下的材料传送进内部空心区域。一个轴杆穿过内部空心区域，固定在能够绕对称轴旋转的半球面上，形成旋转轴。刀具后角在半球面与朝向工件的切削单元的切削面之间形成，沿半球面极点至半球面赤道方向减小。此外，在半球面上有螺旋形的附加导向单元，导向单元从极点到赤道基本上以螺旋方式伸展，在刀刃附近被中断，穿过任意两刀刃间的区域至少两次。该专利文献中的手术刀具考虑了切削刃的前角和第一后角，由于刀具的后刀面宽度不是常数及导向单元的存在，造成结构复杂，制造成本较高。
公开号为US8,709,012 B2的美国专利文献公开了对一种外科切削工具(公开号为US6,764,490的美国专利)的一些重要改进。切削工具的外侧体现为从铣削区域的旋转中心到旋转边，至少带有两个在外侧面上伸展的切削刃的铣削头，特别是以螺旋型延伸的铣削头。切削刃在切削器件上伸展，通过穿透切削刃的凹口把切削刃分成单个的切削单元。新放置了从极点到赤道以螺旋状延伸的槽形凹口，螺旋可以是倾斜或圆形，导通切削刃。由此，在槽形与切削刃相交的位置，出现了断屑方式的切削单元。切削单元的长度从极点到赤道递减，切削器件由背离工件的第一切削面和朝向工件的第二切削面组成。切削工具同样由紧邻切削刃布置的开口组成，用于把切屑传到内部区域。至少两个由凹型横截面构成的终止面相邻排布，在侧面上基本与切削刃平行延伸，限定切削刃在横跨涉及切入组织深度的面的轴向切削方向上切入身体组织的界限。从极点到赤道，切削刃表面沿整个长度具有相同的宽度。切削刃包含前角α和后角γ，从切削刃旋转中心区域到切削刃旋转边区域，前角增加，后角减小。该专利中的切削刀具中的两个停止面的截面过于复杂，刀片和半球是两个部件，导致制造成本较高，不易于推广使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种髋臼旋转刀，用以解决现有骨臼的铣刀存在刀具寿命短、结构复杂和制造成本高的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种髋臼旋转刀，所述髋臼旋转刀包括一个底部开设有下端口内部具有空腔的半球壳体和连接在所述半球壳体下端口的支架，所述半球壳体球面的顶点到半球壳体球心的连线为半球壳体旋转时的旋转轴线，所述球面上围绕球面顶点均匀设置有至少三对凹槽，所述凹槽沿球面顶点到球面边缘之间的螺旋线向下延伸至球面边缘，其中一对所述凹槽沿各自所在的螺旋线向上延伸至球面顶点，所述凹槽与旋转轴线成一螺旋夹角，所述凹槽的后侧面与所述球面相交构成切削刃，所述后刀面上均匀设置有若干与切削刃相交并延伸至副后刀面的凹口，每个所述凹槽内设置有一个沿凹槽所在螺旋线向下延伸的贯通槽，所述后刀面的高度高于刀跟的高度。
优选的，所述切削刃与所述刀跟的高度差为齿顶高，所述齿顶高的取值范围为0.01mm-1.0mm。
优选的，所述后刀面的宽度的取值范围为0.3mm-3mm。
优选的所述凹槽与旋转轴线的螺旋夹角的取值范围为5°～60°，所述凹槽的宽度的取值范围为1mm～6mm，所述凹槽的截面深度的取值范围为0.5mm～2mm。
优选的，根据权利要求1所述的髋臼旋转刀，其特征在于，所述凹槽的后侧面与基面间的夹角为前角，所述前角向下延伸的过程中逐渐增大或恒定不变。
优选的，所述后刀面与切削面间的夹角为第一后角，所述第一后角向下延伸过程中逐渐变小或恒定不变。
优选的，所述副后刀面与切削面间的夹角为第二后角，所述第二后角向下延伸过程中逐渐变小或恒定不变。
优选的，所述切削刃的后刀面和副后刀面的宽度总和为韧带宽度，所述韧带宽度的取值范围为0.3mm-12mm。
优选的，所述支架包括圆环型的固定环和连接件，所述连接件位于固定环的中心，所述连接件包括上端通过若干辐条与固定环连接的第一连接柱以及与所述第一连接柱下端连接的第二连接柱，所述第一连接柱和第二连接柱为两个直径不同的圆柱体，所述第一连接柱靠近第二连接柱的柱面上设置有两个相互平行的对称面，所述第二连接柱的柱面上设置有一个环形的圆槽。
优选的，所述贯通槽的宽度与所述凹槽的宽度相同。
本发明具有如下优点：
1.本发明的髋臼旋转刀通过优化前角α、第一后角β、第二后角γ、螺旋夹角δ和齿顶高E的数值，再通过设置凹口大大延长髋臼旋转刀的使用寿命。
2.此外，本发明的髋臼旋转刀还有具有结构简单和制造成本低的优点。
附图说明
图1为本发明髋臼旋转刀的俯视结构示意图。
图2为本发明髋臼旋转刀的侧视结构示意图。
图3为本发明髋臼旋转刀的主视结构示意图。
图4为本发明髋臼旋转刀的仰视结构示意图。
图5为本发明髋臼旋转刀安装在驱动轴上的结构示意图。
图6为图1中K点的切面结构示意图。
图7为图3中髋臼旋转刀顺时钟旋转90度之后的结构示意图。
图8为图2中M点的切面结构示意图。
图9为本发明切削刃的三个参数位置关系的结构示意图。
图10为图4的局部放大后的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，该髋臼旋转刀包括半球壳体1和支架2，本发明的髋臼旋转刀通过优化切削刃13的各个参数大大延长髋臼旋转刀的使用寿命，此外，本发明的髋臼旋转刀还有具有结构简单和制造成本低的优点。
如图2、3、6、7、9、10所示，该半球壳体1为一个底部开设有下端口内部具有空腔19的半球壳体1，半球壳体1球面的顶点到半球壳体1球心的连线为旋转轴线，半球壳体1旋转时以旋转轴线为轴转动。球面上围绕球面顶点均匀设置有三对凹槽10，当然也可以根据需要设置四对、五对或更多的凹槽10，凹槽10沿球面顶点到球面边缘的螺旋线向下延伸至球面边缘，从而形成三对长条形的凹槽10，其中一对凹槽10沿各自所在的螺旋线向上延伸至球面顶点，以保证在半球壳体1旋转时，凹槽10的后侧面15与球面相交构成切削刃13，当髋臼旋转刀旋转时，所有切削刃13能够在切削面上形成一个完整的半球面。髋臼旋转刀具有后刀面和副后刀面，后刀面11连接在副后刀面12与凹槽10的后侧面15之间，副后刀面12与相邻凹槽10的前侧面16之间则为切削刃13的刀跟17。凹槽10与旋转轴线呈一螺旋夹角δ，当螺旋夹角δ较小时，切削刃13连续切削的效果不是令人满意，当螺旋夹角δ较大时，有利于提高被切削表面的质量，但是螺旋夹角δ较大或较小均不利于提高旋转刀的寿命，因此，本实施例中螺旋夹角δ的取值范围为5°～60°，螺旋夹角δ优选值为δ＝20°，凹槽10的宽度A的取值范围为1mm～6mm，凹槽10的截面深度D的取值范围为0.5mm～2mm，其中，凹槽10的宽度A优选值为5.2mm，凹槽10的截面深度D优选值为1mm。后刀面11的高度高于刀跟17的高度，切削刃13的高度与刀跟17的高度差为齿高E，齿高E的取值范围为0.01mm-1.5mm，后刀面11的宽度C的取值范围为0.3mm-3mm，其中，后刀面11的宽度C的优选值为0.6mm，后刀面11和副后刀面12的宽度总和为韧带宽度B，韧带宽度B的取值范围为0.3mm-12mm，韧带宽度B的优选值为8mm。凹槽10的后侧面15与基面间200的夹角为前角α，前角α沿凹槽10的后侧面15向下延伸的过程中逐渐增大，前角α的变化范围为3°～45°。切削刃13的后刀面11与切削面100间的夹角为第一后角β，第一后角β向下延伸过程中逐渐变小，第一后角β的变化范围为6°～12°。切削刃13的副后刀面12与切削面100间的夹角为第二后角γ，第二后角γ向下延伸过程中逐渐变小，第二后角γ的变化范围为15°～25°通过优化切削刃13的各个参数，使得半球壳体1旋转时更加平稳，减小半球壳体1旋转时的振动，从而大大提高髋臼旋转刀的使用寿命与切削率。后刀面11上均匀设置有若干与切削刃13相交并延伸至副后刀面12的凹口14，通过设置凹口14将切削刃13分成若干切削单元，每个切削单元的长度为3mm-8mm，切削单元长度的优选值为5mm，通过设置凹口14，可降低切削刃13崩刃的可能性，进一步提高髋臼旋转刀的使用寿命。每个凹槽10内设置有一个沿凹槽10所在螺旋线向下延伸的贯通槽18，贯通槽18的宽度与凹槽10的宽度相同，切削刃13削出的骨屑通过贯通槽18进入半球壳体1的内腔19，使被切削的髋臼骨面上没有骨屑。
如图4、5、8所示，支架2包括固定环22和连接件23，固定环22为圆环型，固定环22的外径与半球壳体1下端口的内径匹配，固定环22通过焊接连接在半球壳体1的下端口内，连接件23位于固定环22的中心位置，连接件23的轴线与旋转轴线为同一直线，保证半球壳体1转动时不会发生振动和偏心，连接件23包括上端通过若干辐条26与固定环22连接的第一连接柱231以及与第一连接柱231下端连接的第二连接柱232，第一连接柱231和第二连接柱232为两个直径不同的圆柱体，其中，第一连接柱231的直径大于第二连接柱232的直径，第一连接柱231靠近第二连接柱232的柱面上设置有两个相互平行的对称面24，第二连接柱232的柱面上设置有一个环形的圆槽25，使用时，将连接件23插入驱动轴4的快速装卸装置3中，通过对称面24与快速装卸装置3的配合，保证连接件23与快速装卸装置3不会发生相对转动，当驱动轴4转动通过支架2带动半球壳体1转动时，切削刃13不断从切削面上切出骨屑，骨屑通过贯通槽18进入半球壳体1的内腔19，使被切削的髋臼骨面上没有骨屑，内腔19中的骨屑最终通过辐条26之间的扇形口排出。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中前角α沿凹槽10的后侧面15向下延伸的过程中恒定不变，前角α的取值范围为3°～45°，第一后角β向下延伸过程中也恒定不变，第一后角β的取值范围为6°～12°。第二后角γ向下延伸过程中也恒定不变，第二后角γ的取值范围为15°～25°。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种髋臼旋转刀，所述髋臼旋转刀包括一个底部开设有下端口内部具有空腔的半球壳体和连接在所述半球壳体下端口的支架，所述半球壳体球面的顶点到半球壳体球心的连线为半球壳体旋转时的旋转轴线，其特征在于，所述球面上围绕球面顶点均匀设置有至少三对凹槽，所述凹槽沿球面顶点到球面边缘之间的螺旋线向下延伸至球面边缘，其中一对所述凹槽沿各自所在的螺旋线向上延伸至球面顶点，所述凹槽与旋转轴线成一螺旋夹角(δ)，所述凹槽的后侧面与所述球面相交构成切削刃，所述髋臼旋转刀具有后刀面和副后刀面，所述后刀面上均匀设置有若干与切削刃相交并延伸至副后刀面的凹口，每个所述凹槽内设置有一个沿凹槽所在螺旋线向下延伸的贯通槽，所述后刀面的高度高于刀跟的高度。
2.根据权利要求1所述的髋臼旋转刀，其特征在于，所述切削刃与所述刀跟的高度差为齿顶高(E)，所述齿顶高(E)的取值范围为0.01mm-1.0mm。
3.根据权利要求1所述的髋臼旋转刀，其特征在于，所述后刀面的宽度(C)的取值范围为0.3mm-3mm。
4.根据权利要求1所述的髋臼旋转刀，其特征在于，所述凹槽与旋转轴线的螺旋夹角(δ)的取值范围为5°～60°，所述凹槽的宽度(A)的取值范围为1mm～6mm，所述凹槽的截面深度(D)的取值范围为0.5mm～2mm。
5.根据权利要求1所述的髋臼旋转刀，其特征在于，所述凹槽的后侧面与基面间的夹角为前角(α)，所述前角(α)向下延伸的过程中逐渐增大或恒定不变。
6.根据权利要求1所述的髋臼旋转刀，其特征在于，所述后刀面与切削面间的夹角为第一后角(β)，所述第一后角(β)向下延伸过程中逐渐变小或恒定不变。
7.根据权利要求1所述的髋臼旋转刀，其特征在于，所述副后刀面与切削面间的夹角为第二后角(γ)，所述第二后角(γ)向下延伸过程中逐渐变小或恒定不变。
8.根据权利要求1所述的髋臼旋转刀，其特征在于，所述切削刃的后刀面和副后刀面的宽度总和为韧带宽度(B)，所述韧带宽度(B)的取值范围为0.3mm-12mm。
9.根据权利要求1所述的髋臼旋转刀，其特征在于，所述支架包括圆环型的固定环和连接件，所述连接件位于固定环的中心，所述连接件包括上端通过若干辐条与固定环连接的第一连接柱以及与所述第一连接柱下端连接的第二连接柱，所述第一连接柱和第二连接柱为两个直径不同的圆柱体，所述第一连接柱靠近第二连接柱的柱面上设置有两个相互平行的对称面，所述第二连接柱的柱面上设置有一个环形的圆槽。
10.根据权利要求1所述的髋臼旋转刀，其特征在于，所述贯通槽的宽度与所述凹槽的宽度相同。
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