CN107753089B - 用于矫形冲击的电机驱动工具 - Google Patents

Abstract

矫形冲击工具包括：电机、线性运动转换器、气腔、压缩活塞、撞针、棘爪和拉刀适配器。所述压缩活塞可以使所述撞针向适配器施加控制力从而形成精确开口以便随后将假体安装在患者体内。所述棘爪可以将所述撞针保持就位直到施加了足够的压力释放所述撞针为止。所述工具允许向前或向后冲击以便扩大所述开口的大小或体积，或者，用于有助于从所述开口移除促进所述拉刀和工具。所述工具的力调节控制使用户能够增加或减少冲击力。光源和把手使所述工具易于操作。

Description

用于矫形冲击的电机驱动工具

本发明申请是申请日为2013年3月8日、发明名称为“用于矫形冲击的电机驱动工具”、申请号为201380023969.4的分案申请。

技术领域

本申请是待决美国专利申请案第13/337,075号的连续案并且要求其优先权，并且是待决美国专利申请案第No.12/980,329号的部分连续案并且要求其优先权，这两个申请的公开内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及在矫形应用中用于冲击的电动冲击工具，更具体地，涉及一种用于矫形冲击的电机驱动工具，该工具能够向拉刀、骨凿、或其他装置提供可控冲击，用于在区域中(例如，在骨结构中)形成开口将假体牢牢容纳在该区域内。

在矫形领域中，人造关节等假体装置通常通过将其置于患者骨腔内而植入或置于患者体内。空腔必须在置入或植入假体前形成，传统上，医生可以从即将形成空腔的区域移除磨损的、多余的或病变的骨结构，然后沿着骨块的髓管挖出一个空腔。假体通常包括作为插入空腔内的特定假体部分的假体柄或其他凸起。

医生可以使用拉刀来形成这类空腔，该拉刀与假体柄的形状一致。本领域中已知的解决方案是提供一种具有拉刀的手柄，医生可在将拉刀敲入植入区域的同时握住该手柄。遗憾的是，鉴于特定医生所持技能不同，该方法笨拙且不可预知。该方法几乎不可避免地会导致空腔的位置和结构不准确。进一步地，该方法存在可能会损坏非计划区域中的骨结构的风险。

形成假体空腔的另一种技术是气动驱动拉刀，即，通过压缩空气驱动拉刀。该方法的缺点在于：例如，由于系索空气管线、空气从工具排入无菌操作区、以及医生疲于操作该工具，所以不利于发挥冲击工具的可携带性。进一步地，如美国专利第5,057,112号的示例所示，该方法无法精确控制冲击力或频率，相反，在致动时，运行起来更类似于手提钻。其次，由于缺少对精确控制的任何测量，使空腔的准确拉削更加困难。

本领域中已知的工具的另一缺点是，长时间使用该工具期间，工具把手上会积聚流体，诸如体液或水分。例如，在外科手术过程中，本领域已知的拉刀冲击装置的操作难度可能会增加，这是因为把手上可能到处都是体液，医生很难握住该类现有技术装置。

因此，需要一种克服现有技术中存在的各种缺点的冲击工具。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述缺点，提供了一种配置为包括了现有技术的所有优点并且克服了固有缺陷的电机驱动矫形冲击工具。该工具可以供矫形外科医生对臀部、膝盖和肩部进行矫形冲击。该工具能够保持拉刀、骨凿或其他装置，并且利用可控的叩诊冲击将拉刀、骨凿或其他装置轻轻敲入空腔内，从而更好地贴合假体或植入体。进一步地，根据患者的特定骨型或其他轮廓，采用电操控拉刀、骨凿或其他装置的控制来调节冲击力设置。此外，该工具使假体或植入体能够正确放入植入腔内或从植入腔内移除。

在实施例中，电机驱动矫形冲击工具包括：控制装置、壳体、线性运动转换器、至少一个齿轮减速器、冲击元件(本文又称撞针)、气腔、压缩活塞和力调节控制。该工具可以进一步包括：电机、LED、具有用于适当握住该工具的至少一个把手的手柄部分、适配器、电池、反馈系统和用于适配器的鼻夹。各种部件中的至少一些部件优选地包含在壳体内。该工具能够在拉刀、骨凿、或其他装置、或植入体上施加循环冲击力，并且能够将冲击力微调为多种等级的冲击力。

在实施例中，该工具进一步包括控制装置，该控制装置包括力调节控制(作为替代方案，本文称为“力调节器”)，并且该力调节控制可以控制冲击并且避免由不受控冲击造成的损坏。可以电子地或通过使用机械棘爪调整该力。机械棘爪可以在不牺牲拉刀加工操作的控制或精度的情况下增加冲击力。

该工具可以进一步包括铁砧元件(作为替代方案，本文称为“铁砧”)，该铁砧包括前向和后向冲击点以及限制撞针基本上在轴向方向上移动的导向件。在操作中，撞针沿着铁砧的导向件持续地在前向或后向方向上移动直到撞针撞击到冲击点为止。如上下文中所用的，“前向方向”指撞针朝着拉刀或患者的移动，而“后向方向”指撞针远离拉刀或骨凿或患者的移动。如果冲击点位于工具的前方，即，在前向方向上，那么冲击会使冲击力传递至拉刀或骨凿，将拉刀或骨凿进一步推入空腔中。如果冲击点位于工具的后方，那么冲击力将从空腔中拉出拉刀或骨凿。双向或单向冲击的可选择性为外科医生在植入腔内切割或压缩材料提供了灵活性，在外科手术程序中，选择移除材料或压实材料往往很关键。冲击点可以是设置在铁砧的一端或各端处的冲击板。

该工具进一步能够调节撞针的频率。通过调节撞针的频率，该工具可以在维持相同的冲击幅度的同时施加更大的总时间加权叩诊冲击。这使外科医生能够控制拉刀或骨凿的切割速度。例如，在拉刀或骨凿整体移动期间，外科医生可以选择更快的切割速度(高频率冲击)，然后随着拉刀或骨凿接近理想深度后放慢切割速度。

用户可牢牢握住工具的手柄部分，并且利用LED发出的光照亮工作区域，并且将拉刀、骨凿或其他装置精确定位在假体或植入体的理想位置上。施加在拉刀、骨凿或其他装置上的往复移动敲击植入体和/或拉刀、骨凿或其他装置，从而将假体或植入体正确放入植入腔内或从植入腔内移除，或者拉刀、骨凿或其他装置进行可控冲击以形成或成形一个植入腔。该工具还可以包括反馈系统，该反馈系统在拉刀、骨凿或其他装置/植入体接口处检测到超出特定幅度范围的弯曲或离线定向时向外科医生发出警告。

这些方面连同本公开的其他方面以及表征本公开的各种新颖性特征在所附权利要求中作为特殊性指出，并且构成本公开的一部分。为了更好地理解本公开，该工具操作优点及通过使用该工具达到的特定目的，必须参考图示了本公开示例性实施例的附图和描述性内容。

附图说明

参考下面的详细说明和权利要求书并且结合附图将更好地理解本发明的优点和特征，其中，相同的元件用相同的符号表示，在附图中：

图1示出了根据本公开示例性实施例的矫形冲击工具的透视图；

图2示出了根据本公开示例性实施例的压缩活塞在电池驱动式矫形冲击工具的空气压缩腔中压缩空气的透视图；

图3示出了根据本公开示例性实施例的从磁性棘爪释放并且朝着铁砧加速的撞针；

图4示出了根据本公开示例性实施例的冲击铁砧驱动拉刀进入空腔中的撞针；

图5图示了根据本公开示例性实施例的压缩活塞，该压缩活塞返回由此在撞针上形成真空并且使撞针改变方向并且向后移动；以及

图6示出了根据本公开示例性实施例的冲击撞针空腔的后部的撞针。

在附图的多个视图的整个说明中，相同的附图标记表示相同的元件。

附图中的元件列表

1 适配器

2 空气压缩腔入口孔

3 拉刀

4 撞针

5 空气压缩腔

6 压缩活塞

7 齿轮减速器

8 电机

9 撞针鼻

10 棘爪

12 线性运动转换器

13 冲程限制器

14 铁砧

16 铁砧的前向冲击表面

18 力调节器

19 空气通道

20 撞针导向件排气孔

21 控制装置

22 传感器

具体实施方式

根据本公开的优选实施例提出了执行本公开的最佳模式。在本文中，这些优选实施例在附图中进行了图示。本文出于图示之目的所详细描述的优选实施例可以进行多种变型。要理解，在权宜情况下设想各种省略和等效物替换，但是，旨在在不脱离本公开的精神或范围的情况下包含此类应用或实施方式。

本文中的术语“一”和“一个”并非是对数量的限制，相反，表示存在至少一个引用项。

本公开提供了一种具有可控叩诊冲击的电机驱动矫形冲击工具。该工具具有执行单次或多次冲击以及执行可变向、可变力和可变频率冲击的能力。当撞针释放时，通过控制气腔中的气量来调节冲击力。这可以简单地借由针阀完成，例如(未示出)作为力调节器18。该装置中使用的棘爪有利地确定为磁驱动，虽然，显然也可以使用其他棘爪机构。棘爪有助于生成足以有效撞击拉刀、骨凿或其他装置，或者，撞击手术区域的撞击力。

该工具包括壳体。壳体牢牢覆盖并保持多个工具部件。在实施例中，壳体包含：电机、至少一个减速齿轮、线性运动转换器、压缩腔、撞针、力调节器、控制装置、以及具有前向冲击表面和后向冲击表面(例如，该冲击表面可以是铁砧的一部分、撞针导向件的一部分、或拉刀适配器的一部分)的铁砧。

该工具可以进一步包括：具有用于适当并牢牢保持该工具的至少一个把手的手柄部分、适配器、电池、位置传感器、方向传感器和扭矩传感器。该工具可以进一步包括诸如LED等在用户采用工具的工作区域中提供照明的发光元件。铁砧可以通过使用适配器联接至拉刀。这类适配器可以具有快速连接机构以有助于迅速改变不同的拉削大小。

在实施例中，现在参考图1，线性运动转换器12由曲柄滑块机构构成，该曲柄滑块操作性地联接至电机8和齿轮减速器7。该工具进一步包括容纳压缩活塞6的空气压缩腔5，该压缩活塞6由线性运动转换器12致动。设置在压缩活塞6的前向部分和撞针鼻9之间的气团称为“压缩空气腔部分”或“压缩空气腔”或“空气压缩腔”5。

在本公开的实施例中，工具的电机使线性运动转换器移动压缩活塞直到在压缩空气腔5内产生了足够的压力为止，该压缩空气腔5设置在压缩活塞的前向端和撞针鼻9之间以克服棘爪10，否则该棘爪10将撞针4保持在后向位置中。棘爪10是将撞针4保持在其后向位置中的同时在压缩空气腔5内产生气压的任何装置。棘爪的进一步特性为：一旦被克服，在撞针4的第一次20％移动内，棘爪在撞针4上的保持力减少至少50％。力减少这一特征意外使撞针4以高出50％的增加力冲击铁砧前向冲击表面16或适配器。

在进一步实施例中，工具的电机使线性运动转换器移动压缩活塞直到压缩活塞移动足以使活塞6的前向部分冲击到撞针鼻9的距离为止，从而克服了将撞针4保持在后方位置中的棘爪10。一旦撞针4从棘爪释放，在压缩空气腔5中的压缩空气冲出空气通道19，然后空气压力产生的力使撞针4加速，该撞针4从空腔(在实施例中，该空腔包括撞针导向件11)轴向向下滑入工具壳体内部并且撞击铁砧前向冲击表面16或适配器。由此产生的力传送通过在冲击表面16附近的铁砧14，可选地，传送通过可以附接用于放入或移除植入体或假体的拉刀、骨凿或其他装置的适配器(该适配器将在下面进行更详细地描述)。撞针导向件11具有气室排气孔20，该气室排气孔20使在撞针前面的空气逸出，由此增加撞针4对铁砧14的撞击力。

随着压缩活塞6在其冲程上继续，活塞24朝着后方方向移动，这在压缩空气腔5上形成真空(如图5和图6所示)。所述真空传送通过空气通道19，该通过的真空作用在撞针4的背侧。这使撞针改变方向，朝着撞针导向件11的后部15加速，最终冲击撞针导向件11的后部15。这将后向力传至工具，并且可以用于移除例如插入空腔内的拉刀。该真空可以利用复位弹簧(未示出)实现，该复位弹簧使撞针4朝着撞针导向件11的后部15偏置。进一步地，这使棘爪10将撞针4锁定就位以便进行另一次撞击。压缩活塞完成其后向冲程，然后静止在压缩空气腔的下死点处或附近。压缩空气腔可以包括位于其侧壁中的开口，该开口能够实现对任何损耗空气的补给。由此，在一个完整的循环中，指向前向和/或后向方向的冲击力可以施加在拉刀、骨凿或其他装置、或植入体/假体上。此外，还应注意，冲击的方向可以由用户施加在工具和冲程限制器13上的力控制。例如，如果将工具拉离空腔，那么撞针不会冲击铁砧(或拉刀适配器)，但是会冲击撞针导向件的前部，由此不会传送任何前向推力至拉刀。进一步地，如果维持了这一状况，那么撞针在其复位时会冲击撞针导向件11的后部15，由此向拉刀传送移除力。由此，该工具的另一优点是：用户可通过在工具上施加偏压来控制冲击方向。由于用户能够控制冲击的方向，所以其能够对适配器是基本上来回振荡还是主要在一个方向上振荡进行控制。这在要求振荡或冲击的方法中已有所应用。

该工具的曲柄滑块实施例有助于实现撞针和铁砧(或适配器)的可控继续冲击。对于这类继续冲击，在通过压缩活塞形成压缩之后，曲柄滑块回到其冲程的底部，这又在撞针上抽出真空并使撞针回到其初始静止位置。对于可控继续冲击，显而易见的是，该循环可以无限重复。

对于单冲程，线性运动转换器(诸如本文所描述的曲柄滑块)会停在后方位置处或接近后方位置处，由此释放撞针上的前向压力并使撞针回到其起始位置为另一冲程做准备。在该操作模式下，用户可以使工具选择性地冲击(与反复地冲击相反)，由此进一步控制冲击并形成或成形手术区域等。

在进一步实施例中，将阀门或其他空气排出装置用作力调节器18。通过在活塞6的前向移动期间使特定量的压缩空气排出，减少了用于使撞针4加速的空气量，由此减少了在铁砧和拉刀上的冲击力。该力减少对于大龄或骨质稀疏患者很有用，这是因为外科医生能够有效拉削骨骼，无环向破裂的风险，例如。

可以提供操作性地联接至控制装置的传感器，以协助调整线性运动转换器的优选循环操作。例如，传感器可以将至少一个位置传送至控制装置，使线性运动转换器静止在完全背面位置处或接近完全背面位置。这使工具能够为生成下一次冲击所用压力做准备。

控制装置进一步能够对每个周期的冲击力的大小进行微调。通过控制冲击力，工具可以避免由不受控冲击或过大冲击造成的损坏。例如，对于患有骨质疏松症的老年患者，用户可以降低冲击设置，或者，可以针对更有弹性或完整的运动骨骼结构提高冲击设置。

一种这类力控制优选地包括在固定撞针的棘爪上的可选释放设置显而易见的是，在将撞针从棘爪移除所需压力增加的情况下，撞针用更大的力冲击铁砧或适配器。在另一实施例中，棘爪可以包括螺线管，该螺线管可以基于预定的压力积累而致动，之后，撞针4释放，从而冲击铁砧。

在进一步实施例中，压缩空气腔可以进一步包括使一些压缩空气从空腔逸出的可调节或固定漏缝。这减少了可用于使撞针加速的空气量，由此减少了对铁砧的冲击力。对于可调节漏缝，显而易见的是，将漏缝调节至最大会使撞针的冲击力最低，而调节漏缝使其关闭(零漏缝)会使撞针的冲击力最高。

该工具可以进一步包括发光元件，并且在实施例中，该发光元件可以包括LED布置，该发光元件能够对用户的工作区域进行照明。在实施例中，LED可以设置在工具的壳体上并且朝着患者的身体或手术空腔定向。

该工具可以进一步包括位于工具的远离手术区域的一端处的板件或其他平坦表面，根据手术或身体状况，该板件可使用户在拉刀、骨凿或其他装置、或在手术植入体上手动施加选择性压力。例如，如果拉刀牢牢置于空腔内使得操作工具无法移除拉刀，那么用户可以手动敲击板件移除拉刀。

该工具可以进一步包括扭矩传感器，该扭矩传感器能够确定工具的横向或偏差力或移动，这样，如果在拉刀/植入体接口处感测到工具偏离了预定幅度，那么可以发出信号将该偏差通知给用户。以该方式或其他方式，该工具有助于使轴向拉削和植入体放置保持一致。

在进一步实施例中，适配器可以包括联动布置。在该实施例中，适配器可以接收用于进行前关节或后关节置换的拉刀。适配器的联动机构可以有助于将拉刀接收并定向在各种位置中，诸如定向在中心位置、或偏左或偏右的位置中。适配器将拉刀维持在与工具的主体和撞针平行或共线的方向上。适配器也可以包括夹具、辅助装置、或在操作工具期间可以牢牢保持拉刀、骨凿或其他装置的任何其他紧固件。

该工具可以进一步包括可移除电池组。该电池组可以是一次性的，也可以是可再充电的。一次性电池组的优点是不受灭菌周期造成的降解的影响，并且可以保持无菌包装直到使用。

该工具可以进一步包括设置在工具壳体上的把手，该把手可以包括可拆卸地设置在把手上的橡胶或其他粘性涂层。这类涂层有助于适当操作工具，并改善用户对工具的把持以增加控制性并且在操作工具期间缓解疲劳。

使用时，外科医生等用户通过手柄把手稳定保持或握住工具并且利用LED发出的光照亮工作区域，然后将已附接至工具的拉刀、骨凿或其他装置准确定位在假体或植入体的适当位置上。该工具施加在拉刀、骨凿或其他装置上的往复移动产生对植入体的敲击，从而将假体或植入体正确放入植入空腔内或从植入空腔内移除。在拉刀(或骨凿或其他装置)/植入体接口处检测到弯矩超出了特定幅度的情况下，警告系统可提醒用户。

本文所公开的工具提供了优于现有技术的多种优点。该工具有助于对手术部位进行受控冲击，这最大程度地降低了对患者身体造成的不必要的损伤，并且实现了对植入体或假体底座的精确成形。该工具还使用户能够调制冲击方向和冲击力，改善了用户操纵工具的能力。冲击设置的力控制调节使用户能够根据患者的特定骨型或其他轮廓来设置冲击力。从而，该工具使假体或植入体能够恰当放入植入腔内或从植入腔内移除。

出于图示和说明之目的已经对本公开的特定实施例进行了上述说明。上述说明不意在穷尽或将本公开限制为本文所公开的精确形式，显然，鉴于以上教导，可以做出多种修改和变型。对示例性实施例的选择和描述是为了更好地解释本公开的原则及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员更好地利用本公开和具有各种变型的各种实施例，以适用于预期的特定使用。

Claims (16)

1.一种通过可反复且受控的冲击力撞击物体以推动手术工具在相反方向操作的便携式手术撞击器，所述便携式手术撞击器包括：

电机；

整体式电源，所述整体式电源用于为所述便携式手术撞击器的电机提供电力；

控制电路，所述控制电路用于对所述电机的能量相对于空气压缩腔的存储和释放进行控制，从而生成响应所述电机的所述可反复且受控的冲击力；

适配器，所述适配器配置为可释放地接纳用于接触所述物体的所述手术工具；和

撞针，所述撞针可操作为基于传递到所述撞针的所述可反复且受控的冲击力撞击两个不同的撞击表面，从而将所述可反复且受控的冲击力提供至所述适配器，其中，

向所述两个不同的撞击表面中的第一撞击表面提供所述可反复且受控的冲击力从而在第一方向上推动所述适配器；

向所述两个不同的撞击表面中的第二撞击表面提供所述可反复且受控的冲击力从而在与所述第一方向相反的方向上推动所述适配器。

2.根据权利要求1所述的便携式手术撞击器，其中，对所述两个不同的撞击表面的选择基于施加到所述便携式手术撞击器的用户偏置力。

3.根据权利要求2所述的便携式手术撞击器，其中，在物体方向上的用户偏置力使得所述撞针撞击所述第一撞击表面。

4.根据权利要求2所述的便携式手术撞击器，其中，在远离所述物体的方向上的所述用户偏置力使得所述撞针撞击所述第二撞击表面。

5.根据权利要求1所述的便携式手术撞击器，其中，所述空气压缩腔包括腔室，当所述撞针撞击所述第一撞击表面从而在所述第一方向上推动所述手术工具时，所述腔室为至少局部真空。

6.根据权利要求1所述的便携式手术撞击器，还包括：

棘爪机构，所述棘爪机构保持所述撞针位于第一位置，直到所述棘爪机构被释放从而允许所述空气压缩腔将能量释放到所述撞针。

7.根据权利要求1所述的便携式手术撞击器，还包括：

能量调节机构，所述能量调节机构用于根据病人概况调节所述撞针传递到所述适配器的撞击能量。

8.根据权利要求1所述的便携式手术撞击器，还包括：

直线运动转换机构，所述直线运动转换机构用于将所述电机的输出转换为直线运动。

9.根据权利要求8所述的便携式手术撞击器，还包括：

传感器，所述传感器可操作地连接到所述控制电路以将所述直线运动转换机构调节为优选的循环操作。

10.根据权利要求9所述的便携式手术撞击器，其中，所述传感器检测所述直线运动转换机构的位置以限制百分比低于全功率的冲程。

11.根据权利要求1所述的便携式手术撞击器，还包括冲程限制器，所述冲程限制器用于将所述适配器的冲程限制为低于所述撞针的冲程的百分之五十。

12.根据权利要求1所述的便携式手术撞击器，其中，所述撞针通过具有所述两个不同的撞击表面的铁砧可操作地连接到所述适配器。

13.根据权利要求1所述的便携式手术撞击器，其中，所述控制电路用于在一段时间内向所述两个不同的撞击表面分配冲击力。

14.根据权利要求1所述的便携式手术撞击器，其中，所述撞针被沿着引导部引导，所述引导部中具有多个开口，用于在运行期间排出撞针前面的空气。

15.一种通过可反复且受控的冲击力撞击物体以推动手术工具在相反方向操作的便携式手术撞击器，所述便携式手术撞击器包括：

用于驱动所述便携式手术撞击器的电机；

整体式电源，所述整体式电源用于为所述用于驱动所述便携式手术撞击器的电机提供电力；

控制电路，所述控制电路用于对所述用于驱动所述便携式手术撞击器的电机的能量相对于空气压缩腔的存储和释放进行控制，从而生成响应所述用于驱动所述便携式手术撞击器的电机的所述可反复且受控的冲击力；

被安装来接纳手术工具的工具；和

撞针，所述撞针可操作为基于传递到所述撞针的所述可反复且受控的冲击力撞击两个不同的撞击表面从而将所述可反复且受控的冲击力提供给安装的所述工具，其中，

向所述两个不同的撞击表面中的第一撞击表面提供所述可反复且受控的冲击力从而在第一方向上推动安装的所述工具；

向所述两个不同的撞击表面中的第二撞击表面提供所述可反复且受控的冲击力从而在与所述第一方向相反的方向上推动安装的所述工具。

16.根据权利要求15所述的便携式手术撞击器，其中，在远离所述物体的方向上的用户偏压力使得所述撞针撞击第二撞击表面。

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