CN108495592B - 外科用钻头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于在骨(9)中形成管状孔的钻头(1)，所述钻头包括：纵向主体(2)，所述纵向主体沿着轴线(21)延伸并且具有近端和远端(22)；主切削刃(3)，所述主切削刃在所述主体(2)的所述远端(22)处形成；主切削面(4)，所述主切削面从所述主切削刃(3)延伸并且限定前角(α)；以及螺旋槽(5)，所述螺旋槽在所述主体(2)的周围形成并且沿着所述主体(2)的所述轴线(21)从所述主切削面(4)延伸。所述主切削刃(3)是所述钻头(1)的唯一一个主切削刃(3)。所述螺旋槽(5)是所述钻头的唯一一个螺旋槽(5)。所述前角(α)是至少25°。根据本发明钻头的钻头(1)允许在骨中钻孔时使产热最小化。

Description

外科用钻头

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求1的前序所述的外科用钻头。这样的钻头可以用于在骨中形成管状孔，所述钻头包括：纵向主体，所述纵向主体沿着轴线延伸并且具有近端和远端；主切削刃，所述主切削刃在主体的远端处形成；主切削面，所述主切削面从主切削刃延伸并且限定前角；以及螺旋槽，所述螺旋槽在主体的周围形成并且沿着主体的轴线从主切削面延伸。

背景技术

在很多外科治疗或疗法中，需要在患者的骨中形成一个或多个管状孔。例如，种植牙或人工耳蜗通常设置在颌或其他骨中所形成的孔中，在孔中它们牢固地连接到骨。或者，在整形外科应用中，通常将诸如金属板的支撑结构或诸如人工关节等代替物旋拧到相关联的骨，其中螺丝钉设置在骨中的预先钻的孔中。或者，在其他应用中，需要在颞骨的乳突中钻孔。

为了使骨产生孔，通常使用外科用钻子。此类钻子通常包括具有驱动装置和手持件的主设备。通常，手持件具有连接器，钻头可以可旋转地安装到所述连接器。此类钻头通常包括纵向主体，纵向主体具有锐利的远端和形成为轴杆的近端。为了安装，轴杆可以夹紧到手持件的连接器中。在主体的远端处，通常成形有多个切削面，这些切削面过渡到沿着主体的轴线在主体周围延伸的螺旋槽中。例如WO 2013/154686 A1中描述了本技术的外科用钻头。

在使用时，为了使骨产生孔，选择合适的钻头并且将它安装到钻子的手持件中。为了选择合适的钻头，通常要考虑钻头的尺寸和几何形状以及骨组织和预期孔的条件。随后由钻子的手持件的驱动装置使钻头围绕其轴线旋转，其中视孔的种类、骨条件以及钻头的类型而定，调整合适的旋转速度。通过使钻头沿着其轴线推进来将钻头应用于骨，其中钻头的尖头或尖端向前。由此，切削面切削骨，并且由所述切削产生的碎片被螺旋槽运送离开骨。

使用已知钻头的传统钻子的问题在于，钻孔所产生的热量可能会损害孔周围的骨组织。具体地，此类热量可以引起骨组织碳化，这可能会降低骨组织的质量。例如，当骨组织要连接或生长到任何其他部分，例如，植入物或螺丝钉时，这样的碳化会阻碍骨的快速愈合，并且因此阻碍骨快速连接到其他部分。

因此，需要一种允许在骨中钻孔时使产热最小化的钻子或钻头。

发明内容

根据本发明，这种需要由一种如独立权利要求1的特征所限定的钻头解决。优选实施方案是从属权利要求的主题。

具体地，本发明涉及一种用于在骨中形成管状孔的钻头。所述钻头包括纵向主体，所述纵向主体沿着轴线延伸并且具有近端和远端。它还具有在主体的远端处形成的主切削刃以及从主切削刃延伸的主切削面。主切削面限定前角。所述钻头包括螺旋槽，所述螺旋槽在主体的周围形成并且沿着主体的轴线从主切削面延伸。主切削刃是钻头的唯一一个主切削刃。螺旋槽是钻头的唯一一个螺旋槽。前角是至少25°。

本文中所使用的术语“钻头”可以涉及适于安装到钻孔装置并由其旋转的纵向可旋转件。通常，钻头具有基本上杆状或圆柱形形式，其中以特定方式给出圆周的轮廓。通常，它们由诸如金属的比较硬的材料制成，例如，不锈钢、碳化钨或铂，或者陶瓷。钻头可以进行涂层以有助于碎片排出或其他目的。这样的涂层可以例如为类金刚石(DLC)、氮化钛(TIN)或者其他材料和或层。

在本发明的背景下，术语“管状孔”可以涉及具有圆形或类似截面的线性或非线性导管或盲孔。

关于切削刃和切削面的术语“主”可以涉及与钻头的其他部分的切削或碾磨相比，钻头的主要切削或主要碾磨部分。通常，主切削刃指向主体的远端并且主切削面基本上在远端的方向上(即，在轴向方向上)切削骨。通常，钻头还具有在基本上径向方向上切削骨的侧切削刃和侧切削面。

在本发明的背景下，术语“前角”可以涉及主切削面相对于工件的角。具体地，它可以涉及在钻头的预期操作中在钻头所作用的工件的区域与钻头的主切削面之间延伸的角。由此，工件的平面可以是将由钻头产生的表面，即，预期新表面。换言之，前角可以在垂直于碾磨方向或主切削面切削骨的方向的平面与主切削面本身之间。此外，前角可以沿着主切削面改变，诸如它可以朝向钻头的中心减小。在此类实施方案中，结合本发明使用的“前角”涉及钻头的外边界处(即，在主切削面的外围或径向端部处)的前角。

优选地，前角被限定在骨的将由钻头产生的预期新表面与钻头的主切削面之间，小于90°。结合在骨中钻孔的术语“预期新表面”可以涉及通过旋转钻头并迫使其进入骨中而产生的表面，使得产生骨的新表面。通常，就钻头的移动方向而言，新表面位于切削刃和切削面的前面或在它们的前面产生。

由此，骨的预期新表面优选地是管状孔的内表面。相对于管状孔的术语“内表面”可以涉及孔的圆柱形外围表面以及孔的底表面。

根据本发明，单个切削刃允许使尖头或尖端周围的其中对骨进行挖凿而非切削的区域最小化。由于与切削骨相比，对骨进行挖凿可以涉及比较高的产热，因此，在钻孔过程内使挖凿最小化允许减少产热。

因此，通过将提供单个主切削刃和单个螺旋槽与比较大的前角相结合，根据本发明钻头的钻头允许在骨中钻孔时使产热最小化。

优选地，前角小于40°或小于35°。通过将前角的大小确定在25°到40°或到35°的范围内，可以实现形成切削面的钻头的截面楔足够坚固，并且在钻孔期间仍可以在钻头与骨之间提供合适的间隙。具体地，在截面图中，楔可以限定楔角并且间隙可以限定间隙角。由此，前角、楔角和间隙角的总和达到90°。

优选地，螺旋槽限定螺旋角，所述螺旋角小于前角。由此，螺旋角可以由螺旋槽的槽脊和纵向主体的轴线限定。螺旋槽还可以具有沿着轴线改变的多个螺旋角。另外，前角与螺旋角之间的过渡可以在沿着轴线的任何地方。提供比较小的螺旋角允许将由钻孔过程产生的骨碎片运送离开孔。在已知的钻头中，螺旋角通常与前角相同，即，切削面一致地过渡到螺旋槽中。另外，在根据本发明的钻头中，主切削面优选地过渡到螺旋槽中。然而，根据本发明，前角比较高，如果螺旋角也一样的话，则会导致比较平坦的螺旋槽。通过减小螺旋角并且具体地减小到小于前角的程度，可以实现螺旋槽比较陡峭，使得碎片可以沿着螺旋槽更直接且有效地运送。

优选地，主体的远端具有与主体的轴线正交的前部轮廓，并且切削刃延伸越过主体的远端的前部轮廓。由此，切削刃的切削部分可以覆盖大约一半的距离或其延伸的一半。在这一点上，术语“越过前部轮廓”可以涉及从前部轮廓的外围端部的一侧到前部轮廓的外围端部的相对侧的过程。由此，相对侧不必是在前部轮廓的外围周围彼此偏移180°的意义上的严格相对。然而，相对侧的偏移应为至少90°或至少105°，例如，约135°。在钻孔时，这样的切削刃允许在孔的基本上整个圆周或基本上整个前部轮廓上有效地切削骨。

优选地，主体的远端具有位于主体的轴线上的尖头。尖头限定点角，所述点角对于钻头尤其在倾斜表面上的定心特性而言比较重要。具体地，尖头优选地限定在约70°到约140°的范围内的点角，并且更具体地约90°的点角。通过具有在这样的范围内的点角，它可以比较小，使得尖头可以比较锐利，这允许提供上述定心性质。

切削刃优选地偏离主体的尖头。这样的布置允许有效地提供并行的连续切削刃和尖头。由此，小的点角使得有可能将偏移最小化，其中仍可以确保尖头的用于使钻头定心的功能。

由此，圆锥形凿面优选地在主体的尖头与切削刃之间形成。凿面的圆锥可以比较陡峭，因为前角比较高。因此，尖头可以比较锐利，这允许在钻孔时有效地提供它的功能。

优选地，主体包括沿着轴线从近端延伸的轴杆。通过使钻头具有近端轴杆，可以提供有效地连接到钻子装置的一部分。由此，轴杆可以适当地成形以便连接到钻子。例如，轴杆可以是圆柱形或具有不规则的轮廓。

由此，主体优选地包括在螺旋槽与轴杆之间的过渡部分，其中螺旋槽连续地过渡到轴杆中。在这个背景下，“连续地过渡”可以是指允许降低钻头的断裂风险的平滑过渡。为钻头提供过渡部分允许连续且有效地运送和移除由钻孔过程产生的骨碎片。

优选地，螺旋槽具有与主切削面相邻的远端和浅的近端。浅端可以在与主切削面相对的螺旋槽的一侧处。螺旋槽的这样的浅端允许防止碎片破裂。

附图说明

下文通过示例性实施方案的方式并且参考附图来更详细地描述根据本发明的钻头，其中：

图1示出了根据本发明的钻头的一个实施方案的正视示意图；

图2示出了图1的钻头的侧视示意图；

图3示出了沿着图2的线Z-Z得到的操作中的图1的钻头的截面示意图；

图4示出了作为根据本发明的钻头的另一实施方案的标准钻头与定制钻头之间的测试比较的温度结果；

图5示出了图4的测试比较的推力结果；以及

图6示出了图4的测试比较的扭矩结果。

具体实施方式

在以下描述中，出于方便的原因使用了某些术语，但并不意图限制本发明。术语“右”、“左”、“上”、“下”、“下方”和“上方”指代附图中的方向。术语包括明确提及的术语以及它们的衍生词和具有类似意义的术语。另外，诸“下面”、“下边”、“下部”、“上方”、“上部”、“近”、“远”等空间相对术语可以用来描述如附图所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除了附图中示出的位置和取向外，这些空间相对术语意图涵盖使用或操作中的装置的不同位置和取向。例如，如果附图中的装置翻过来，那么被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件便将在其他元件或特征的“上方”或“之上”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两者的位置和取向。装置可以以其他方式取向(旋转90度或处于其他取向)，并且本文中使用的空间相对描述符号相应地进行解释。同样地，对沿着和围绕各种轴线的移动的描述包括各种特殊装置位置和取向。

为了避免附图以及对各个方面和说明性实施方案的描述的重复，应理解，很多特征是很多方面和实施方案共有的。从描述或附图中省略一个方面并不意味着在合并了该方面的实施方案中缺少该方面。相反，为了清晰起见并且为了避免冗长的描述，可能已经省略了所述方面。在这个背景下，下文应用于本描述内容的其余部分：如果为了阐明附图，附图含有未在描述内容的直接相关联部分中说明的附图标号，那么参考先前或之后的描述章节。此外，出于清晰的原因，如果在一个附图中，并非部件的所有特征都被提供附图标号，那么参考示出相同部件的其他附图。两个或更多附图中的类似数字表示相同或类似元件。

图1示出了根据本发明的钻头1的主体2的远端22的视图。由此，可见远端22的前部轮廓221，其中前部轮廓221与主体2的轴线(图1中不可见)正交地延伸。钻头1具有在它的整个长度上保持不变的直径。例如，直径可以在约1.5mm到约4mm或者约2mm到约3mm的范围内，或者它可以是约2.5mm。

钻头1可以具有弯曲的主切削刃3或切削唇，其延伸越过主体2的远端22的前部轮廓221并且可以是锐利的刃或圆形刃。具体地，主切削刃3从前部轮廓221的外围的一侧行进到前部轮廓221的外围的相对侧。由此，主切削刃3在两个不同位置穿过前部轮廓221的外围，使得限定约135°的外围切削刃偏移222。

在轴线(图1中不可见)的中心或端部处，主体2的远端22具有尖头223。主切削刃3在尖头223旁边越过前部轮廓221，使得尖头偏移224被限定为尖头224与主切削刃3之间的最近距离。尖头偏移224比较小。例如，对于具有约2.5mm直径的钻头1，它在约0.03mm到约0.1mm或者约0.04mm到约0.08mm的范围内，或者它可以是0.05mm。对于其他直径，所述范围可以改变。

在主体2的尖头223与切削刃3之间，形成圆锥形凿面225。凿面225的圆锥相对陡峭，使得尖头223比较锐利。钻头1还包括侧面部分6和使得能够排出切削骨或碎片的一个单一的螺旋槽5或螺旋部分。钻头1的设计允许将凿面225的直径最小化并且由最小不对称组成。两个对应的边缘8从侧面部分6的两个相对侧径向地延伸。边缘8可以具有在约0.1mm到0.5mm范围内的厚度。边缘8减小钻头外直径与钻的孔之间的接触表面。钻头1也可以具有少于或多于两个边缘。

如可以在图2中看出，尖头223限定点角δ，所述点角对于钻头1尤其在倾斜表面上的定心性质而言比较重要。主体2的轴线21沿着主体2纵向延伸并且在中心穿过主体。在螺旋槽5的槽脊51与主体2的轴线21之间限定螺旋角ε，所述槽脊位于钻头1的外直径处。螺旋角ε在约15°到约35°的范围内，它比较小。螺旋角ε限定螺旋槽5如何缠绕在钻头1的轴线21周围。它影响碎片排出。

从主切削刃3开始，钻头1包括过渡到螺旋槽5中的主切削面4。过渡到螺旋槽5中的切削面4的距离可以在约1mm到约5mm的范围内。

朝向近端，钻头1的主体2具有轴杆71。在轴杆71与螺旋槽5的近螺旋端52之间形成过渡部分72。在过渡部分72中，螺旋槽5平滑地过渡到轴杆71中。过渡部分72被设计成具有一定半径来降低振动和破裂风险。螺旋端52被设计成具有平滑地过渡的浅端部。轴杆71经过设定尺寸以配合钻子的连接构件。更具体地，它具有期望的长度、直径和设计，以允许联接到期望的手动或电子装置，即，钻子装置。这个装置可以设置到任何期望的参数，诸如旋转速度、进给率等。

在图3中，示意性地示出在应用于骨9时的钻头1。骨9具有原始或老表面93(即，钻头1尚未作用在其上的表面)以及新表面92(即，钻头1确实已经作用在其上的表面)。预期新表面91与新表面92处于一个平面中，所述预期新表面就是在进一步应用钻头1时将由所述钻头产生的表面。从主切削刃3向上的主切削面4切削骨9。由此，产生骨9的碎片94，这些碎片由螺旋槽5运送。

钻头1具有限定在骨9的预期新表面91与主切削面4之间的前角α，所述前角小于90°。或者换言之，前角被限定在垂直于骨9的预期新表面91的平面与主切削面4之间。前角α在约25°到约35°的范围内，它比较大。通过将前角α的大小设定在这样的范围内，可以实现形成切削面4的钻头1的截面楔足够坚固，并且在钻头1与骨9之间仍提供合适的间隙。具体地，在图3的截面图中，楔可以限定楔角γ。此外，间隙由以间隙角β成角度的侧面部分6形成。间隙角β避免因升高的进给率而划伤材料。前角α、楔角γ和间隙角β的总和达到90°。间隙角β在约15°到约25°的范围内。由于前角α比较高，因此点角δ比较小，使得尖头223比较锐利。

在下文中，描述示例性调查作为根据本发明的钻头的又一实施方案，其中将标准外科用钻头与定制钻头进行比较。两个钻头都具有2.5mm的直径。定制钻头是根据本发明设计的，以便比由美国Synthes，Johnson&Johnson制造的标准钻头产生更少的热量。开发出新的实验设置来测量钻孔力和扭矩，以及使用高分辨率热感相机在距钻的孔0.5mm距离处测量任何深度处的二维(2D)温度场。旋转速度设定为1000转/分钟(RPM)并且进给率设定为0.5mm/s。钻孔深度为25mm，并且外部冲洗率设定为30ml/min。被钻孔的材料是新鲜冷冻的4岁奶牛的皮质骨。以0.5mm的连续间隔进行钻孔，其中在间隔之间抽出钻头以允许骨的间歇冷却。实验重复8次，并且在整个钻孔深度上提取每个间隔的温度、力和扭矩的最大升高。

图4示出了标准钻头(x＝1)和定制钻头(x＝2)的最大温度升高(y＝温度[℃])。在室温(24℃)下进行实验并且在整个钻孔深度上针对每个间隔提取温度升高。与标准钻头相比，定制钻头的最大温度升高显著较低(＞10℃)。这很重要，因为它将整体温度上升限制到34℃(ΔT≈离室温10℃)。这可以转换成体温37℃+10℃＝47℃，该温度是组织损伤的阈值。因此，有可能用定制钻头进行钻孔而不损伤周围骨或其他脆弱结构，诸如神经等。这在标准钻头的情况下是不可能的。

在图5中，示出了标准钻头(x＝1)和定制钻头(x＝2)的最大轴向推力(y＝力[N])。可以看出，定制钻头的力升高低于标准钻头的推力。

图6示出了标准钻头(x＝1)和定制钻头(x＝2)的最大扭矩(y＝扭矩[Nm])。定制钻头的扭矩为约标准钻头的值的一半。因此，定制钻头能够比标准钻头更有效地切削材料，这就说明了显著较低的温度升高。

本描述内容以及展示了本发明的方面和实施方案的附图不应被视作限制定义了受保护的本发明的权利要求书。换言之，尽管已经在附图和前述描述内容中详细地展示并描述了本发明，但此类展示和描述内容应被视作说明性或示例性，而非限制性。在不脱离本描述内容和权利要求书的精神和范围的情况下，可以作出各种机械、组成、结构、电气和操作变化。在一些情况下，并未详细地示出众所周知的电路、结构和技术，以免模糊本发明。因此，将理解，在所附权利要求书的范围和精神内，普通技术人员可以作出变化和修改。具体地，本发明覆盖具有来自上文和下文描述的不同实施方案的特征的任何组合的其他实施方案。

本公开也覆盖附图中单独地示出的所有其他特征，但它们可能没有在上述或以下描述内容中详细地描述。另外，在本发明的主题或所公开的主题中放弃附图和描述内容中所描述的实施方案的单一替代方案以及其特征的单一替代方案。本公开包括由权利要求书或示例性实施方案中定义的特征组成的主题以及包括所述特征的主题。

此外，在权利要求书中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”并不排除多个。单个单元或步骤可以履行权利要求书中叙述的若干特征的功能。在互相不同的从属权利要求中引用某些措施的不争事实并不指示无法有利地使用这些措施的组合。结合属性或值的术语“基本上”、“约”、“大约”等也分别定义确切的属性或确切的值。在给定数值或范围的背景下，术语“约”指代在例如给定值或范围的20％内、10％内、5％内或2％内的值或范围。被描述为联接或连接的部件可以直接电联接或机械联接等，或者它们可以经由一个或多个中间部件间接地联接。权利要求书中的任何参考标号都不应被解释为限制范围。

Claims (14)

1.一种用于在骨(9)中形成管状孔的钻头(1)，所述钻头包括：

纵向主体(2)，所述纵向主体沿着轴线(21)延伸并且具有近端和远端(22)，

主切削刃(3)，所述主切削刃在所述主体(2)的所述远端(22)处形成，

主切削面(4)，所述主切削面从所述主切削刃(3)延伸并且限定前角，以及

螺旋槽(5)，所述螺旋槽在所述主体(2)的周围形成并且沿着所述主体(2)的所述轴线(21)从所述主切削面(4)延伸，

所述钻头的特征在于：

所述主切削刃(3)是所述钻头(1)的唯一一个主切削刃(3)，

所述螺旋槽(5)是所述钻头(1)的唯一一个螺旋槽(5)，并且

所述前角是至少25°，

其中所述主体(2)的所述远端(22)具有与所述主体(2)的所述轴线(21)正交的前部轮廓(221)，并且所述主切削刃(3)延伸越过所述主体(2)的所述远端(22)的所述前部轮廓(221)；

其中所述主切削刃(3)在所述前部轮廓(221)的外围的两个不同位置处延伸越过所述主体(2)的所述远端(22)的所述前部轮廓(221)；以及

其中所述两个不同位置被定位成彼此在90°至180°的范围相互偏移。

2.根据权利要求1所述的钻头(1)，其中所述前角小于40°。

3.根据权利要求1所述的钻头(1)，其中所述前角被限定在所述骨(9)的将由所述钻头(1)产生的预期新表面(91)与所述钻头(1)的所述主切削面(4)之间，所述前角小于90°。

4.根据权利要求3所述的钻头(1)，其中所述骨(9)的所述预期新表面(91)是所述管状孔的内表面。

5.根据权利要求1或2所述的钻头(1)，其中所述螺旋槽(5)限定螺旋角，所述螺旋角小于所述前角。

6.根据权利要求5所述的钻头(1)，其中所述螺旋角被限定在所述螺旋槽(5)的槽脊(51)与所述纵向主体(2)的所述轴线(21)之间。

7.根据权利要求1或2所述的钻头(1)，其中所述主切削面(4)过渡到所述螺旋槽(5)中。

8.根据权利要求1或2所述的钻头(1)，其中所述主体(2)的所述远端(22)具有位于所述主体(2)的所述轴线(21)上的尖头(223)。

9.根据权利要求8所述的钻头(1)，其中所述主切削刃(3)偏离所述主体(2)的所述尖头(223)。

10.根据权利要求9所述的钻头(1)，其中圆锥形凿面(225)布置在所述主体(2)的所述尖头(223)与所述主切削刃(3)之间。

11.根据权利要求8所述的钻头(1)，其中所述尖头(223)限定在70°到140°的范围内的点角。

12.根据权利要求1或2所述的钻头(1)，其中所述主体(2)包括沿着所述轴线(21)从所述近端延伸的轴杆(71)。

13.根据权利要求12所述的钻头(1)，其中所述主体(2)包括在所述螺旋槽(5)与所述轴杆(71)之间的过渡部分(72)，其中所述螺旋槽(5)连续地过渡到所述轴杆(71)中。

14.根据权利要求1或2所述的钻头(1)，其中所述螺旋槽(5)具有与所述主切削面(4)相邻的远端和浅的近端(52)。

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