CN111405884B - 可扩张装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了可扩张装置和用于展开可扩张装置的插入工具。当从闭合构型扩张到打开构型以占据更大的体积并呈现更大的表面积时,可扩张装置能够增加高度和宽度。可扩张装置为可锁定的,并且能够在扩张之后刚性地占据间隙。在一些实施例中,可扩张装置可用作用于脊柱融合的椎间融合器。

Description

可扩张装置
相关申请的引证
本申请要求在2017年9月29日提交的美国临时专利申请号62/565,374的优先权,其全部内容通过引证并入本文。
背景技术
某些脊柱融合手术会去除退化的椎间盘材料并填充椎间隙,以保持相邻椎骨之间的分离。虽然某些手术用骨形成组织填充椎间隙,但其他手术则插入刚性装置以更可靠地使椎骨分离。为了减少恢复时间和手术组织损伤,有利的是,刚性装置插入物具有小的轮廓以通过微创切口来装配,同时还具有较大的占地面积以最大化椎间盘间隙的稳定性。
因此,在本领域中需要能够扩张以占据较大占地面积的小型刚性装置。本发明满足了这种需求。
发明内容
在一个方面,本发明涉及一种可扩张装置,包括:第一和第二上臂以及第一和第二下臂,每个臂具有前端和后端以及顶表面和底表面,并且每个臂具有穿过顶表面和底表面的前开口和后开口,其中,第一上臂定位在第一下臂上方且前开口和后开口对准,并且第二上臂定位在第二下臂上方且前开口和后开口对准;分别位于臂的每个开口内的四个圆柱形螺栓,每个螺栓具有顶端、底端、外表面以及外表面内的第一、第二、第三和第四狭槽;其中,每个螺栓的第一狭槽和第二狭槽彼此相对地定位并从每个螺栓的中部附近向每个螺栓的顶端延伸,并且每个螺栓的第三狭槽和第四狭槽彼此相对地定位并从每个螺栓的中部附近向每个螺栓的底端延伸;位于臂的前开口内的连接每个螺栓的第一杆,以及位于臂的后开口内的连接每个螺栓的第二杆;以及多个销,每个销连接至臂的每个开口的内表面,并且可滑动地接合至位于相应开口内的螺栓的狭槽。
在一个实施例中,四个臂中的每个臂在闭合构型中基本上彼此平行。在一个实施例中,四个臂可绕四个螺栓移动,同时保持彼此基本上平行的对准。
在一个实施例中,每个螺栓的第一和第二狭槽以约90度的弯曲度从每个螺栓的中部附近围绕外表面朝向每个螺栓的顶端延伸,并且其中,每个螺栓的第三和第四狭槽以约90度的弯曲度从每个螺栓的中部附近围绕外表面朝向每个螺栓的底端延伸。
在一个实施例中,该装置包括闭合构型,该闭合构型将四个臂定位成彼此相邻并且将多个销定位在每个螺栓的中部附近。在一个实施例中,该装置包括打开构型,该打开构型将四个臂定位成彼此远离并且将多个销定位在每个螺栓的顶端和底端附近。
在一个实施例中,至少一个臂包括可驱动到螺栓中的锁定钻头。在一个实施例中,每个臂包括一个或多个空腔。在一个实施例中,空腔预填充有骨组织。在一个实施例中,空腔预填充有选自由以下组成的组的治疗剂:干细胞群,抗炎剂,抗生素和抗病毒剂。在一个实施例中,空腔的大小设置成适合于传感器,该传感器选自由以下组成的列表:温度传感器,压力传感器,腐蚀传感器和陀螺仪。在一个实施例中,该装置的大小设置成适合于在椎间盘间隙内。
在一个实施例中,第一上臂包括从其后端延伸的连接器,第二上臂包括从其后端延伸的插槽。在一个实施例中,第一上臂和第一下臂均包括从其后端延伸的连接器。在一个实施例中,第一上臂包括从其后端延伸的连接器,以及第二杆包括横档。
在另一方面,本发明涉及一种用于使本发明的可扩张装置扩张的插入工具,该插入工具包括:管状壳体,该管状壳体包括旋转部分、非旋转部分以及贯穿整个壳体的内腔;定位在内腔内的从管状壳体沿前方向延伸的细长夹具,该夹具可接合至第一上臂的连接器;以及可沿前方向固定至非旋转部分的锚杆,该锚杆可与第二上臂的插槽接合。
在一个实施例中,锚杆将第二上臂保持在静止位置,同时夹具可沿前方向和后方向移动以移动第一上臂。在一个实施例中,夹具可通过致动壳体的旋转部分而移动。在一个实施例中,插入工具还包括可与定位在第一上臂的连接器中的锁定钻头接合的钻头驱动器。
在另一方面,本发明涉及一种用于使本发明的可扩张装置扩张的插入工具,该插入工具包括:管状壳体,其包括后部旋转部分,前铰接部分,其将壳体分成可连接至第一上臂的连接器的上半部分和可连接至第一下臂的连接器的下半部分,以及贯穿整个管状壳体的内腔,定位在内腔内的楔形杆,该楔形杆包括位于铰接部分的内腔内的前楔形头;以及可沿管状壳体的外部滑动的细长钩状构件,该细长钩状构件包括可与可扩张装置的第二杆接合的前钩。
在一个实施例中,楔形杆可沿后方向移动以使用楔形头打开铰接部分,并展开可扩张装置的连接的第一上臂和第一下臂。在一个实施例中,楔形杆可通过致动壳体的旋转部分而移动。在一个实施例中,细长钩状构件可沿后方向移动以拉动可扩张装置的接合的第二杆。在一个实施例中,细长钩状构件的运动与楔形杆的运动耦合。在一个实施例中,细长钩状构件和楔形杆的耦合运动同时展开了相连的第一上臂和第一下臂,并拉动了可扩张装置的接合的第二杆。
另一方面,本发明涉及一种用于使本发明的可扩张装置扩张的插入工具,该插入工具包括:管状壳体,该管状壳体具有旋转部分、非旋转部分和贯穿整个壳体的内腔;从非旋转部分沿前方向延伸的一对可扩张的夹钳,该夹钳可接合至第一上臂的连接器;可以在该对夹钳上方滑动的锁紧套;以及位于壳体的内腔中的细长展开驱动器,该展开驱动器具有可与第二上臂的插槽接合的前销。
在一个实施例中,将锁紧套定位在最前位置将一对夹钳固定至第一上臂的连接器,将其保持在静止位置,同时展开驱动器可沿前方向和后方向移动以使第二上臂移动。在一个实施例中,展开驱动器可通过致动壳体的旋转部分而移动。在一个实施例中,这对夹钳包括内腔,该内腔的大小设置成适合于可与定位在第一上臂的连接器中的锁定钻头接合的钻头驱动器。
在另一方面,本发明涉及一种用于使本发明的可扩张装置扩张的插入工具,该插入工具包括:细长轴,该细长轴具有位于前端处的接合构件;以及与细长轴相邻的细长拉杆,该细长拉杆具有可与可扩张装置的第二杆的横档接合的前钩。
在一个实施例中,所述轴将第一上臂保持在静止位置,而拉杆可沿后方向移动以拉动可扩张装置的第二杆。在一个实施例中,接合构件包括螺钉。在一个实施例中,拉杆可以用细长推杆代替,该推杆具有可与可扩张装置的第二杆的横档接合的前镫形件。
附图说明
当结合附图阅读时,将更好地理解本发明的示例性实施例的以下详细描述。然而,应当理解,本发明不限于附图中所示实施例的精确布置和手段。
图1A至图1D描绘了示例性可扩张装置的透视图。图1A和图1C描绘了处于闭合构型的装置。图1B和图1D描绘了处于打开构型的装置。
图2A至图2C描绘了示例性可扩张装置的螺栓和螺栓内的销导向器的视图,该销用于打开和闭合该装置。在图2A中,顶图描绘了通过杆连接的两个螺栓,左下图描绘了一个螺栓和每个销导向器的闭合位置,以及右下图描绘了旋转约90度的同一螺栓以示出每个销导向器的打开位置。在图2B和图2C中,已删除了装置的外部部件以示出内部部件的移动。
图3A和图3B描绘了示例性可扩张装置和锁定机构的俯视图。
图4描绘了用于展开本发明的可扩张装置的示例性插入工具的透视图。
图5A至图5C描绘了示例性插入工具的局部线框图,以示出内部部件。
图6A和图6B描绘了示例性插入工具的前尖端的各种视图。
图7A和图7B描绘了示例性插入工具,该示例性插入工具固定至闭合的可扩张装置(图7A)并且被致动以打开和锁定可扩张装置(图7B)。
图8A和图8B描绘了处于闭合构型(图8A)和处于打开构型(图8B)的示例性可扩张装置的透视图。
图9A和图9B描绘了处于闭合构型(图9A)和处于打开构型(图9B)的示例性可扩张装置的透视图,其中外部部件被去除以示出内部部件的运动。
图10描绘了用于展开本发明的可扩张装置的示例性插入工具的透视图。
图11描绘了示例性插入工具的局部线框图,以示出内部部件。
图12A和图12B描绘了示例性插入工具的后部的局部放大线框图。
图13A和图13B描绘了处于闭合构型(图13A)和打开构型(图13B)的示例性插入工具楔形系统的局部线框图。
图14描绘了示例性插入工具的前端的透视图。
图15描绘了与示例性可扩张装置相邻并置的示例性插入工具的前端。
图16A和图16B描绘了接合至示例性可扩张装置的示例性插入工具(图16A)以及已经打开了可扩张装置的插入工具(图16B)。
图17A至图17D描绘了处于闭合构型的示例性可扩张装置的透视图。
图18A和图18B分别描绘了连接示例性可扩张装置的两个螺栓的第一连杆的透视图和俯视图。
图18C和图18D分别描绘了连接示例性可扩张装置的两个螺栓的第二连杆的透视图和俯视图。
图19独立地描绘了示例性可扩张装置的臂的内部。
图20A至图20C描绘了处于打开构型的示例性可扩张装置的透视图、俯视图和后视图。
图21描绘了示例性插入工具的透视图。
图22A至图22D描绘了接合至示例性可扩张装置的示例性插入工具的透视图。
图23A和图23B分别描绘了示例性插入工具的驱动器角状件和展开驱动器以及接合至示例性可扩张装置的驱动器角状件。
图24描绘了示例性插入工具的透视图,其指示了驱动展开驱动器的操作。
图25A至图25D描绘了使用示例性插入工具以将示例性可扩张装置从闭合构型转变为打开构型的顺序。
图26A和图26B描绘了将锁定驱动器与示例性插入工具一起使用以将示例性可扩张装置锁定在打开构型中。
图27A至图27C描绘了漏斗与示例性插入工具一起使用以将材料引入打开的示例性可扩张装置。
图28A和图28B分别描绘了处于闭合构型的示例性可扩张装置和示例性插入装置的前端的透视图。
图29A和图29B描绘了接合至示例性插入装置的示例性可扩张装置的透视图。
图30A和图30B分别描绘了示例性插入工具的拉杆和接合至示例性可扩张装置的拉杆。
图31A至图31E描绘了使用示例性插入工具以将示例性可扩张装置从闭合构型转变为打开构型的顺序。
图32A和图32B分别描绘了示例性插入工具的推杆和接合至示例性可扩张装置的推杆。
图33为在脊柱融合手术中使用可扩张身体装置的示例性方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供了可扩张装置和用于展开可扩张装置的插入工具。当从闭合构型扩张到打开构型以占据更大的体积并呈现更大的表面积时,可扩张装置能够增加高度和宽度。可扩张装置为可锁定的,并且能够在扩张之后刚性地占据间隙。在一些实施例中,可扩张装置可用作用于脊柱融合的椎间融合器。
定义
应当理解,已经简化了本发明的附图和描述,以示出与清楚理解本发明相关的元件,同时为了清楚起见,消除了本领域中通常发现的许多其他元件。本领域普通技术人员可以认识到,在实现本发明时其他元件和/或步骤是期望和/或需要的。然而,由于这样的元件和步骤在本领域中是众所周知的,并且因为它们不促进对本发明的更好的理解,因此本文不提供对这样的元件和步骤的讨论。本文的公开内容针对本领域技术人员已知的这样的元件和方法的所有这样的变型和修改。
除非另有定义,否则本文使用的所有技术术语和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文描述的那些类似或等同的任何方法和材料可用于实施或测试本发明,但描述了示例性的方法和材料。
如本文所用,以下每个术语在本节中具有与其相关的含义。
冠词“一”和“一个”在本文中用于指代该冠词的语法对象的一个或多个(即,至少一个)。举例来说,“一个元件”是指一个元件或一个以上元件。
当涉及诸如量、时间持续时间的可测量值时,本文所使用的“约”意指涵盖相对于指定值的±20%、±10%、±5%、±1%和±0.1的变化,只要这样的变化是适当的。
在整个本公开中,可以以范围格式来呈现本发明的各个方面。应当理解,范围格式的描述仅是为了方便和简洁,而不应被解释为对本发明的范围的不灵活的限制。因此,应该认为范围的描述已经具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如,对范围从诸如1到6的描述应视为已明确公开了诸如从1到3、从1到4、从1到5、从2到4、从2到6、从3到6等的子范围,以及该范围内的单个数字,例如2.7、3、4、5、5.3和6,以及其间的所有增量和局部增量。无论范围的广度如何,这都适用。
第一可扩张装置
现在参考图1A至图1D,其描绘了示例性可扩张装置100。可扩张装置100包括四个臂(第一上臂109a,第二上臂109b,第三下臂110a和第四下臂110b)和四个可移动螺栓112(在本文中称为第一后螺栓112a,第二前螺栓112b,第三后螺栓112c和第四前螺栓112d)。每个臂包括两个大小设置成适合于可移动螺栓112的狭槽111。每个螺栓112通过固定至每个臂的销114固定在狭槽111内,并且螺栓112a-112d通过连杆124(连接至112c的112a,连接至112d的112b)成对固定,这在本文其他地方描述。
臂109a、109b、110a、110b,螺栓112a-112d和销114优选地由诸如金属或硬质聚合物的刚性材料构成。在各种实施例中,刚性材料为生物相容性材料。在某些实施例中,每个臂可包括带纹理的表面或至少部分地覆盖有倒钩或长钉的表面,以改善可扩张装置100在间隙内的附接。
在各种实施例中,每个臂可包括多个空腔116。可以在每个臂上放置空腔116,而不会损害可扩张装置100的刚度。空腔116可以填充有与可扩张装置100的功能协同作用的任何部件。例如,在一些实施例中,空腔116可以填充有生物材料以促进诸如骨头的组织的向内生长。在一些实施例中,空腔116可以填充有用于治疗周围组织的治疗剂。在一些实施例中,诸如温度传感器、压力传感器、腐蚀传感器等的一个或多个传感器可以被插入到空腔116中以监测装置及其周围环境。在一些实施例中,空腔116可用于通过接受螺钉或接合剂来将可扩张装置100固定在间隙内。空腔116还可用于查看和监测骨骼生长到可扩张装置100内部的进度。
在各种实施例中,每个臂可包括一个或多个鳍片117,以增加可扩张装置100的顶部和底部的表面积。翅片117的大小可设置成在闭合可扩张装置100时互锁以减小可扩张装置100的占地面积。
如本文其他地方所述,在一些实施例中,臂还可包括用于接合插入工具的特征部。例如,臂109a可包括连接器118,该连接器118具有带螺纹的内部,其大小设置成适合于锁定钻头120。连接器118包括一个或多个附接特征部119以与插入工具配合。附接特征部119可以为如图1C和图1D所示的凹口,以适合于插入工具的夹具。可替代地,附接特征部119可以为螺纹以螺纹接合接合工具。可以致动锁定钻头120以锁定到螺栓112中,从而阻止可扩张装置100(图3A,图3B)中的运动。如本文其他地方所述,在另一示例中,臂109b可包括插槽122以适合于插入工具的杆。
现在参考图2A至图2C,其描绘了螺栓112。螺栓112通过连杆124配对在一起。每个螺栓112包括具有顶端、底端和外表面的圆柱形状。每个螺栓112包括切入外表面中的四个销导向器126。每个销导向器126为弯曲的狭槽,其在螺栓112的中心附近具有闭合位置128,并且在螺栓112的顶端和底部附近具有打开位置130。闭合位置128和打开位置130在外表面上彼此分开约90度放置。销导向器126在螺栓112的上半部分和下半部分上相对成对地布置在螺栓112上,使得销114可以延伸穿过一对相对的销导向器126。
在图2B和图2C中,描绘了没有臂109b和110b的可扩张装置100,以示出螺栓112a-112d的布置以及螺栓112a-112d、销114和臂以同步方式打开和闭合的机构。在该实施例中,每个臂109a、109b、110a和110b彼此平行或基本上平行地对准(通过在每个臂的长度上延伸的臂轴线134可视化),并且每个臂包括固定销114,该固定销114穿过一对相对的销导向器126将螺栓112固定至其两个狭槽111中的每个狭槽中。销114相对于每个臂固定,使得每个销114彼此平行或基本上平行地布置(通过在每个销114的长度上延伸的销轴线132可视化)。旋转螺栓112使销114在销导向器126中在闭合位置128和打开位置130之间滑动。因此,闭合位置128和打开位置130之间的高度差增加了销114之间的距离,这也将上臂109a和109b与下臂110a和110b分离。图3A和图3B示出了在闭合构型和打开构型之间变换可扩张装置100时,还保持一侧的臂109a(以及下面的臂110a)和另一侧的臂109b(以及下面的臂110b)之间的平行对准(通过平行臂轴线134可视化)以及销114之间的平行对准(通过平行销轴线132可视化)。图3A和图3B还示出了由于连杆124的长度,使可扩张装置100在闭合构型和打开构型之间变换引起一侧的臂109a和110a与相对侧的臂109b和110b之间的距离分离。
示例性可扩张装置100被描绘为当闭合时具有带有四个矩形边和平行四边形顶部和底部的多面体形状(图1A),以及当其打开时具有带有四个矩形边和矩形顶部和底部的多面体形状(图1B)。然而,应当理解,可扩张装置100不限于所描绘的形状,并且可以具有任何合适的形状。例如,每个臂可包括半圆形,以使可扩张装置100具有带有弯曲的边以及圆形或椭圆形的顶部和底部的整体圆柱形状。
在一些实施例中,一个或多个连杆124可具有不同的长度(未图示)。例如,螺栓112a和螺栓112c可以通过具有第一长度的连杆124连接,以及螺栓112c和螺栓112d可以通过具有第二长度的连杆124连接,使得臂109a和110a与相对的臂109b和110b通过在一端处的第一长度和在相对端处的第二长度分离。由此,可扩张装置100以这种方式,在闭合时可以保持基本上矩形的顶部和底部,并且在打开时可以具有基本上梯形的顶部和底部。
在一些实施例中,一个或多个螺栓112可具有销导向器126,其具有不同的打开位置130(未图示)。例如,螺栓112a和螺栓112c可各自具有在第一高度处具有打开位置130的销导向器126,以及螺栓112b和螺栓112d可各自具有在第二高度处具有打开位置130的销导向器126,使得上臂109a和109b与下臂110a和110b通过在一端处的第一高度和在相对端处的第二高度分离。由此,可扩张装置100以这种方式,在闭合时可以保持基本上矩形的边,并且在打开时可以具有大致梯形的左边和右边的前凸角。
可扩张装置100在其闭合构型和打开构型之间可以具有任何合适的尺寸。例如,在某些实施例中,可扩张装置100可具有在30mm至30cm之间的闭合长度、在7mm至7cm之间的闭合宽度以及在8mm至8cm之间的闭合高度。在某些实施例中,可扩张装置100可具有在20mm至20cm之间的打开长度、在10mm至10cm之间的打开宽度以及在10mm至10cm之间的打开高度。可扩张装置100的表面积和占地面积将取决于长度、宽度和高度,并且将相应地在打开构型和闭合构型之间改变。可扩张装置100的表面积将进一步取决于对可扩张装置100的修改,诸如空腔116的数量以及鳍片117的大小和重叠。在一个实施例中,示例性可扩张装置100具有34.81mm、7.94mm和8mm的闭合长度、宽度和高度;27.36mm、17.27mm和10.63mm的打开长度、宽度和高度;221.16mm2和165.84mm2的封闭占地面积和占地面积表面积;以及361.68mm2和184.02mm2的打开占地面积和占地面积表面积。
第一可扩张装置的第一插入工具
现在参考图4,其描绘了示例性插入工具200。插入工具200包括前端202、后端204、非旋转手柄210、旋转手柄211、夹具214、锁定钻头驱动器216和锚杆218。在图5A至图5C中更详细地示出了插入工具200的内部。
非旋转手柄210和旋转手柄211通过凸缘212连接,旋转手柄211围绕凸缘212自由地扭转。旋转手柄211具有中空的内部,该内部包括螺纹213和连接至非旋转手柄210的内腔的内腔。夹具214位于非旋转手柄210和旋转手柄211的连续内腔中。夹具214包括具有贯穿整个夹具的内腔的细长管状形状,并且由前端202处的钩224和后端204处的螺纹部分215倾斜。螺纹部分215与旋转手柄211的中空内部的螺纹213配合,使得扭转旋转手柄211使螺纹213扭转以使夹具214沿前方向或后方向前进。夹具214还可以包括安装在非旋转手柄210内的凸片220,以防止夹具214在插入工具200内旋转。
锁定钻头驱动器216位于夹具214的内腔中,并且在夹具214内可自由扭转和滑动。锁定钻头驱动器216包括细长的杆形状,并且在前端202(图6A、图6B)处被驱动器226倾斜。在后端204处,锁定钻头驱动器216可包括任何合适的手柄或把手。
现在参考图6A和图6B,其描绘了插入工具200的前端202的构型。锚杆218为刚性构件,该刚性构件从非旋转手柄210沿前方向邻近夹具214和锁定钻头驱动器216延伸。锚杆218松散地连接至非旋转手柄210,使得锚杆218可在水平面上自由枢转。在某些实施例中,锚杆218被限制从水平面偏离。如本文其他地方所述,锚杆218包括可连接至可扩张装置的上翘前端。
狭缝222被切入夹具214的前端中以形成可弯曲部分,该可弯曲部分延伸超过夹具214的前端并终止于钩224。在图6B中,夹具214的局部线框图描绘了位于可弯曲部分的内表面上的脊230。图6B还描绘了锁定钻头驱动器216的前端,其中,凹口邻近锁定钻头驱动器216的头部228定位以容纳脊230。在这种布置中,在夹具214内沿后方向滑动锁定钻头驱动器216使头部228与脊230接触。进一步的后移将头部228楔在脊230下方,致使夹具214的可弯曲部分和钩224弯曲离开头部228。
现在参考图7A和图7B,其描绘了插入工具200接合至可扩张装置100并打开可扩张装置100。在图7A中,插入工具200的夹具216和锚杆218分别接合至臂109a和臂109b。夹具216的钩224插入臂109a的附接特征部119中,并且锚杆218的上翘的前端插入臂109b的插槽122中。为了打开可扩张装置100,在非旋转手柄210保持快速固定的同时扭转旋转手柄211,使得夹具216在旋转手柄211中沿前方向前进。夹具216的向前移动沿前方向推动臂109a,而由于刚性锚杆218将臂109b保持在适当位置而阻止了臂109b的在前方向上移动。臂109a相对于臂109b的重新定位导致同步的一系列运动,其中臂109a中的销114移动通过销导向器126,使相关的螺栓112以及通过连杆124连接的相对螺栓112旋转,从而将所有销114定位它们在如图7B所示的打开位置130。可扩张装置100可通过沿相反方向扭转旋转手柄211而闭合,这使夹具216和臂109a沿后方向前进,并使上述运动反向进行。
通过将锁定钻头驱动器216滑动到其最前位置以将驱动器226搁置在锁定钻头120中,可扩张装置100可以被锁定在其打开构型和其闭合构型之间的任何位置。锁定钻头驱动器216可以被扭转以将锁定钻头120驱动到相邻的螺栓112中,从而锁定其旋转以及每隔一个互连件的运动。然后可以将锁定钻头驱动器216滑动到其最后位置,从而锁定钻头驱动器216的头部228将脊部230推开以使钩224与附接特征部119脱离,从而使插入工具200从可扩张装置100脱离。
第二可扩张装置
现在参考图8A和图8B,其描绘了示例性可扩张装置300。可扩张装置300包括四个臂(第一上臂309a,第二上臂309b,第一下臂310a和第二下臂310b)和四个可移动螺栓312(在本文中称为第一后螺栓312a、第二前螺栓312b、第三后螺栓312c和第四前螺栓312d)。每个臂包括两个大小设置成适合于可移动螺栓312的狭槽311。如图9A和图9B所示,每个螺栓312通过固定在每个臂上的销314固定在狭槽311中,并且螺栓312a-312d通过连杆324(连接至312c的312a,连接至312d的312b)成对固定。
臂309a、309b、310a、310b、螺栓312a-312d以及销314优选地由诸如金属或硬质聚合物的刚性材料构成。在各种实施例中,刚性材料为生物相容性材料。在某些实施例中,臂310可包括带纹理的表面或至少部分地覆盖有倒钩或长钉的表面,以改善可扩张装置300在间隙内的附接。
在各种实施例中,每个臂可包括多个空腔316。可以在每个臂310上放置空腔316,而不会损害可扩张装置300的刚度。空腔316可以填充有与可扩张装置300的功能协同作用的任何部件。例如,在一些实施例中,空腔316可以填充有生物材料以促进诸如骨头的组织的向内生长。在一些实施例中,空腔316可以填充有用于治疗周围组织的治疗剂。在一些实施例中,诸如温度传感器、压力传感器、腐蚀传感器等的一个或多个传感器可以被插入到空腔316中以监测装置及其周围环境。在一些实施例中,空腔316可用于通过接受螺钉或接合剂来将可扩张装置300固定在间隙内。空腔316还可用于查看和监测骨骼生长到可扩张装置300内部的进度。
在各种实施例中,每个臂可包括一个或多个鳍片317,以增加可扩张装置300的顶部和底部的表面积。翅片317的大小可设置成在闭合可扩张装置300时互锁以减小可扩张装置300的占地面积。
如本文其他地方所述,在一些实施例中,臂还可包括用于接合插入工具的特征部。例如,如本文其他地方所述,臂309a和臂310a可分别包括连接器318a和连接器318b,以接合插入工具的撬棒。如本文其他地方所述,在某些实施例中,臂309a还可包括间隙320以促进插入工具的链臂钩的接合。
在图9A和图9B中,已经描绘了没有臂309b和310b的可扩张装置300,以示出螺栓312a-312d的布置以及螺栓312a-312d、销314和臂以同步方式打开和闭合的机构。螺栓312的结构类似于上面和图2A中针对螺栓112所描述的结构。在该实施例中,每个臂309a、309b、310a和310b彼此平行或基本上平行地对准(通过在每个臂的长度上延伸的臂轴线334可视化),并且每个臂包括固定销314,该固定销114穿过一对相对的销导向器326将螺栓312固定至其两个狭槽311中的每个狭槽中。销314相对于每个臂固定,使得每个销314彼此平行或基本上平行地布置(通过在每个销314的长度上延伸的销轴线332可视化)。旋转螺栓312使销314在销导向器326中在闭合位置328和打开位置330之间滑动。因此,闭合位置328和打开位置330之间的高度差增加了销314之间的距离,这也将上臂309a和309b与下臂310a和310b分离。类似于图3A和图3B中所示的可扩张装置100,在闭合构型和打开构型之间变换可扩张装置300保持一侧的臂309a(和下方的臂310a)与相对侧的臂309b(和下方的臂310b)之间的平行对准以及销314之间的平行对准。由于连杆324的长度,使可扩张装置300在闭合构型和打开构型之间变换还引起一侧的臂309a和310a与相对侧的臂309b和310b之间的距离分离。
示例性可扩张装置300被描绘为当闭合时具有带有四个矩形边和平行四边形顶部和底部的多面体形状(图8A),以及当其打开时具有带有四个矩形边和矩形顶部和底部的多面体形状(图8B)。然而,应当理解,可扩张装置300不限于所描绘的形状,并且可以具有任何合适的形状。例如,每个臂可包括半圆形,以使可扩张装置300具有带有弯曲的边以及圆形或椭圆形的顶部和底部的整体圆柱形状。
在一些实施例中,一个或多个连杆324可具有不同的长度(未图示)。例如,螺栓312a和螺栓312c可以通过具有第一长度的连杆324连接,以及螺栓312c和螺栓312d可以通过具有第二长度的连杆324连接,使得臂309a和310a与相对的臂309b和310b通过在一端处的第一长度和在相对端处的第二长度分离。由此,可扩张装置300以这种方式,在闭合时可以保持基本上矩形的顶部和底部,并且在打开时可以具有基本上梯形的顶部和底部。
在一些实施例中,一个或多个螺栓312可具有销导向器326,其具有不同的打开位置330(未图示)。例如,螺栓312a和螺栓312c可各自具有在第一高度处具有打开位置330的销导向器326,以及螺栓312b和螺栓312d可各自具有在第二高度处具有打开位置330的销导向器326,使得上臂309a和309b与下臂310a和310b通过在一端处的第一高度和在相对端处的第二高度分离。由此,可扩张装置300以这种方式,在闭合时可以保持基本上矩形的边,并且在打开时可以具有大致梯形的左边和右边的前凸角。
可扩张装置300在其闭合构型和打开构型之间可以具有任何合适的尺寸。例如,在某些实施例中,可扩张装置300可具有在30mm至30cm之间的闭合长度、在7mm至7cm之间的闭合宽度以及在8mm至8cm之间的闭合高度。在某些实施例中,可扩张装置300可具有在20mm至20cm之间的打开长度、在10mm至10cm之间的打开宽度以及在10mm至10cm之间的打开高度。可扩张装置300的表面积和占地面积将取决于长度、宽度和高度,并且将相应地在打开构型和闭合构型之间改变。可扩张装置300的表面积将进一步取决于对可扩张装置300的修改,诸如空腔316的数量以及鳍片317的大小和重叠。在一个实施例中,示例性可扩张装置300具有31.33mm、7.55mm和8mm的闭合长度、宽度和高度;25.03mm、13.83mm和10.62mm的打开长度、宽度和高度;195.52mm2和141.15mm2的封闭占地面积和占地面积表面积;以及299.07mm2和158.53mm2的打开占地面积和占地面积表面积。
第二可扩张装置的第二插入工具
现在参考图10,其描绘了示例性插入工具400。插入工具400包括前端402、后端404、壳体410、旋转手柄412、滑块414、撬棒416a和416b以及链臂钩417。插入工具400的内部在图11中更详细地示出。
壳体410包括具有贯穿整个壳体的内腔的管状形状。旋转手柄412连接至壳体410的后端,并且包括连接至壳体410的内腔的螺纹内腔420。撬棒416a和撬棒416b均通过铰链连接至壳体410的前端。在一些实施例中,插入工具400包括保持撬棒416a和撬棒416b之间的吸引力的装置,诸如磁体、弹簧或弹性带。滑块414沿着壳体410的侧面滑动并且包括位于其前端的链臂钩417。楔形杆418被定位在壳体410的内腔内。楔形杆418在其后端处包括螺纹区域(未图示),并且在其前端处终止于楔形件419。图12A和图12B描绘了通过旋转手柄412来致动楔形杆418,其中扭转旋转手柄412使螺纹内腔420与楔形杆418的后螺纹区域配合以使楔形杆418沿前方向或后方向前进。在一些实施例中,楔形杆418和滑块414通过耦接器422附接,使得滑块414的运动与楔形杆418的运动耦合。
现在参考图13A和图13B,其描绘了楔形杆418的功能。撬棒416a已经在线框中绘制以露出倾斜的凹口426,该凹口426也存在于撬棒416b中。结合两个倾斜的凹口426提供了能够在最前位置时容纳楔形件419的间隙。如上所述,可以使用旋转手柄412沿前方向或后方向推动楔形杆418。在图13B中,楔形杆418的向后前进使楔形件419抵着倾斜的凹口426滑动,以使撬棒416a和撬棒416b稳定地彼此远离。
现在参考图14,其详细描绘了插入工具400的前端。撬棒416a和撬棒416b的前端分别终止于凸片424a和凸片424b。链臂钩417由从滑块414的前端延伸并且终止于钩的一系列臂链构成,该钩的大小设置成围绕可扩张装置300的连杆324成环。图15将插入工具400的前端与可扩张装置300并置,以示出接合点。如本文其他地方所述,凸片424a和凸片424b装配在连接器318a和连接器318b内,以将撬棒424a接合至臂309a并且将撬棒424b接合至臂310a。链臂钩417环绕连杆324,在臂309a上设有间隙320,以方便接近连杆324。
现在参考图16A和图16B,其描绘了插入工具400接合至可扩张装置300并打开可扩张装置300。在图16A中,插入工具400的撬棒416a和撬棒416b分别接合至臂309a和臂310a,并且链臂钩417环绕连杆324(不可见)。为了打开可扩张装置300,在保持壳体410固定的同时,扭转旋转手柄412,使得楔形杆418在壳体410内沿后方向前进。楔形杆418的向后前进沿后方向拉动楔形件419,使撬棒416a和撬棒416b分开,以将臂309a和臂310a推开。通过拉动滑块414的方向或借助于将滑块414的运动与楔形件419耦接的耦接器422,滑块414也沿后方向前进。滑块414的向后前进在后方向上拉动链臂钩417,该链臂钩在连杆324上拉动以促进螺栓312a的旋转。推开臂309a和臂310b并在连杆324上拉动的协同作用产生同步的一系列运动,其中销314通过销导向器326被引导,从而将所有销314定位在图7B所示的打开位置330中。可以通过沿相反的方向扭转旋转手柄412以沿前方向推动楔形杆418,并从倾斜的凹口426清除楔形件419来移除插入工具400,从而使撬棒416a和撬棒416b闭合在一起并使凸片424a和凸片424b与连接器318a和连接器318b脱离。链臂钩417可从连杆324上脱开,从而使插入工具400脱离可扩张装置300。
第三可扩张装置
现在参考图17A至图17D,其描绘了示例性可扩张装置500。可扩张装置500包括四个臂(第一上臂502a,第二上臂502b,第三下臂504a和第四下臂504b)和四个可移动螺栓508(在本文中称为第一后螺栓508a,第二前螺栓508b,第三后螺栓508c和第四前螺栓508d)。每个臂包括两个大小设置成适合于可移动螺栓508的狭槽506。每个螺栓508通过固定至每个臂的销512固定在狭槽506内。如本文其他地方所述,螺栓508a通过横杆510a固定至螺栓508c,以及螺栓508b通过横杆510b固定至螺栓508d。
臂502a、502b、504a、504b、螺栓508a-508d和销512优选地由诸如金属或硬质聚合物的刚性材料构成。在各种实施例中,刚性材料为生物相容性材料。在某些实施例中,每个臂可包括带纹理的表面或至少部分地覆盖有倒钩或长钉的表面,以改善可扩张装置500在间隙内的附接,诸如倒钩516。在某些实施例中,每个臂可以在前端处的锥度505处终止,其中,锥度505促进可扩张装置500进入间隙中。
在各种实施例中,每个臂可包括多个窗514。可以在每个臂上放置窗514,而不会损害可扩张装置500的刚度。窗514可以填充有与可扩张装置500的功能协同作用的任何部件。例如,在一些实施例中,窗514可以填充有生物材料以促进诸如骨头的组织的向内生长。在一些实施例中,窗514可以填充有用于治疗周围组织的治疗剂。在一些实施例中,诸如温度传感器、压力传感器、腐蚀传感器等的一个或多个传感器可以被插入到窗514中以监测装置及其周围环境。在一些实施例中,窗514可用于通过接受螺钉或接合剂来将可扩张装置500固定在间隙内。窗514还可用于查看和监测骨骼生长到可扩张装置500内部的进度。
如本文其他地方所述,在一些实施例中,臂还可包括用于接合插入工具的特征部。例如,臂502a可包括连接器520,该连接器118具有带螺纹的内部,其大小设置成适合于锁定钻头522。连接器520包括一个或多个附接特征部521以与插入工具配合。附接特征部521可以为如图17C和图17D所示的凹口以适合于插入工具的夹钳。可替代地,附接特征部521可以为螺纹以螺纹接合接合工具。可以致动锁定钻头522以锁定到螺栓508(诸如螺栓508a)中,从而阻止可扩张装置500中的运动。如本文其他地方所述,在另一个示例中,臂502b可包括插槽518以配合插入工具的驱动器角状件。
现在参考图18A至图18D,其描绘了螺栓508a-508d及其相应的横杆510a和510b。每个螺栓508包括具有顶端、底端和外表面的圆柱形状。每个螺栓508包括切入外表面中的四个销导向器530。每个销导向器530为弯曲的狭槽,其在螺栓508的中心附近具有闭合位置532,并且在螺栓508的顶端和底部附近具有打开位置534。闭合位置532和打开位置534在外表面上以彼此隔开约60度至130度之间的角度放置。销导向器530布置在螺栓508的上半部分和下半部分上的螺栓508上,使得销512可以延伸穿过每个销导向器530。旋转每个螺栓508从而使销512通过每个销导向器530在闭合位置534和打开位置534之间滑动。每个螺栓508还包括位于每个螺栓508的顶端和底端之间的中部的位于其外表面上的圆形凸轮536。例如,螺栓508a包括凸轮536a,螺栓508b包括凸轮536b,螺栓508c包括凸轮536c,以及螺栓508d包括凸轮536d。
螺栓508a-508d以及横杆510a和510b可具有任何合适的尺寸。在一些实施例中,每个螺栓508a-508d具有相同的尺寸。在一些实施例中,每个螺栓508a-508d具有不同的尺寸或不同尺寸的组合。例如,螺栓508a和508b被描绘为具有比螺栓508c和508d更宽的圆柱形状。螺栓508a还被描绘为在其外表面上具有多个脊538,诸如其用于接合锁定钻头522。在一些实施例中,螺栓508可具有凸台540或其他内部结构,其限制销512的插入深度。在一些实施例中,横杆510a和510b也可以各自具有相同的尺寸,在一些实施例中也可以具有不同的尺寸。例如,横杆510b被描绘为具有大体上圆柱形的形状,而横杆510a被描绘为具有成角度的弯曲和窗514。
现在参考图19,其描绘了臂502b的内部。每个狭槽506的周边包括可变倾斜的表面,随着每个螺栓508旋转,每个螺栓508的凸轮536在该表面上滑动。例如,可变倾斜表面包括相对的第一凸轮面524和相对的第二凸轮面526。当可扩张装置500处于闭合构型时,相对的第一凸轮面524提供用于保持凸轮536和横杆510的间隙。相对的第二凸轮面526具有与相对的第一凸轮面524不同的高度,于是当可扩张装置500处于打开构型时,旋转每个螺栓508定位凸轮536和横杆510以搁置在相对的第二凸轮面526上。在每个狭槽506中可见销孔528,销孔528在螺栓508旋转的同时将销512保持固定。尽管在此描绘了臂502b,但是应当理解,对臂502b的特征的描述同样适用于可扩张装置500的任何臂,包括臂502a、504a和504b的描述。
在图20A至图20C中,以打开构型描绘了可扩张装置500。如上所述,旋转螺栓508a-508d中的每个螺栓使可扩张装置500在完全闭合位置和完全打开位置之间变换。该变换通过两种机制实现:第一种是将每个销导向器530中的每个销512定位在闭合位置532与打开位置534之间;第二种是将凸轮536和横杆510定位在每个臂502a、502b、504a和504b的相对的第一凸轮面524和相对的第二凸轮面526之间。因此,在打开构型中作用在可扩张装置500上的压缩力由销导向器530中的每个销512以及每个凸轮面524和在每个凸轮面524、每个凸轮面526处压靠在每个狭槽506的周边上的可变倾斜表面的横杆510支撑并且位于它们之间。
螺栓508a-508d、销512、销导向器530、凸轮536以及相对的凸轮面524和526的布置使每个臂502a、502b、504a和504b之间的同时运动同步。将可扩张装置500从闭合构型变换为打开构型将上臂502a和502b与下臂504a和504b以相同的速率和距离分离。将可扩张装置500从闭合构型变换为打开构型还将臂502a和504a与臂502b和504b分离。在一些实施例中,臂502a和504a以相同的速率和距离与臂502b和504b平行地分离。在一些实施例中,其中,横杆510a和510b具有不同的尺寸,臂502a和504a与臂502b和504b以一定角度分离。
示例性可扩张装置500被描绘为当闭合时具有带有四个矩形边和平行四边形顶部和底部的多面体形状(图17A),以及当其打开时具有带有四个矩形边和基本上梯形的顶部和底部的不对称多面体形状(图20A)。然而,应当理解,可扩张装置500不限于所描绘的形状,并且可以具有任何合适的形状。例如,臂502a、502b、504a和504b中的每个臂可包括半圆形,以使可扩张装置500具有带有弯曲的边以及圆形或椭圆形的顶部和底部的整体圆柱形状。
在一些实施例中,一个或多个螺栓508可具有销导向器530,其具有不同的打开位置534(未图示)。例如,螺栓508a和螺栓508c可各自具有在第一高度处具有打开位置534的销导向器530,以及螺栓508b和螺栓508d可各自具有在第二高度处具有打开位置534的销导向器530,使得上臂502a和502b与下臂504a和504b通过在一端处的第一高度和在相对端处的第二高度分离。由此,可扩张装置500以这种方式,在闭合时可以保持基本上矩形的边,并且在打开时可以具有大致梯形的左边和右边的前凸角。通过在每个臂502a、502b、504a和504b中具有不同高度的第二凸轮面526可以实现类似的效果。
可扩张装置500在其闭合构型和打开构型之间可以具有任何合适的尺寸。例如,在某些实施例中,可扩张装置500可具有在30mm至30cm之间的闭合长度、在7mm至7cm之间的闭合宽度以及在8mm至8cm之间的闭合高度。在某些实施例中,可扩张装置500可具有在20mm至20cm之间的打开长度、在10mm至10cm之间的打开宽度以及在10mm至10cm之间的打开高度。可扩张装置500的表面积和占地面积将取决于长度、宽度和高度,并且将相应地在打开构型和闭合构型之间改变。可扩张装置500的表面积将进一步取决于对可扩张装置500的修改,诸如窗514的数量。
第三可扩张装置的第三插入工具
现在参考图21,其描绘了示例性插入工具600。插入工具600包括前端602、后端604、非旋转手柄606、旋转手柄608、锁紧套610、夹钳612、展开驱动器614、驱动器角状件(driver horn)616和止挡件618。
非旋转手柄606具有内腔,展开驱动器614延伸穿过该内腔。旋转手柄608包括内腔并且可绕非旋转手柄606旋转以使展开驱动器614沿后方向和前方向前进。在一些实施例中,扭矩手柄622可以附接到旋转手柄608的后端(图22D)。扭矩手柄622可以由刚性材料构成,并且可以提供增加的杠杆作用以促进旋转手柄608的旋转。
夹钳612从非旋转手柄606在前方向上不可移动地延伸。如图22A和图22B所示,夹钳612在前端604处可扩张,从而使夹钳612的前端能够接合至可扩张装置500的连接器520。夹钳612包括从后端602延伸到前端604的内腔,其中,夹钳612的内腔在与可扩张装置500接合时与锁定钻头522对准。锁紧套610可沿夹钳612滑动并在放置在最前位置时限制夹钳612的扩张。在一些实施例中,锁紧套610包括可沿夹钳612的上和下倾斜表面613滑动的销611,使得当锁紧套610处于最后位置时,销611被压靠在上和下倾斜表面613上,从而迫使钳612扩张开。在一些实施例中,可接合塞子以将锁紧套610固定在最前位置。塞子可以包括螺钉或夹具,诸如止回器618(图22C)。
在一些实施例中,撞帽620可以附接到夹钳612的内腔的后端。撞帽620可以由诸如橡胶或塑料的减震材料构成,并且可以接收锤击以将接合的可扩张装置500驱动到对象中,同时保护插入工具600的后端604处的装置特征部。
现在参考图23A和图23B,其更详细地描绘了展开驱动器614。展开驱动器614包括在其前端铰接连接的驱动器角状件616。驱动器角状件616包括栓钉617,栓钉617的大小设置成装配在可扩张装置500的插槽518内。铰接连接允许驱动器角状件616适应扩张装置500,而展开驱动器614保持与夹钳612和锁紧套610保持齐平。
如上所述,通过将夹钳612的前端围绕连接器520夹紧,可扩张装置500可以接合至插入工具600的前端604。通过将锁紧套610前进到最前位置,将夹钳612固定在连接器520周围,并且通过接合止挡件618将锁紧套610锁定在适当的位置。通过将驱动器角状件616的栓钉617插入插槽518中,可以将展开驱动器614接合至可扩张装置500。现在参考图24,旋转手柄608围绕非旋转手柄606旋转,以在前方向上推动展开驱动器614,随后臂502b被沿前方向推动,而臂502a被夹钳612保持固定。在图25A至图25D中依次示出了使用插入工具600的可扩张装置500的扩张。臂502b相对于臂502a的重定位产生本文在别处描述的一系列同步运动,从而使可扩张装置500从闭合构型变换为打开构型。如本领域技术人员将理解的,可通过反转旋转手柄608的旋转来将可展开装置500从打开构型变换为闭合构型,反转旋转手柄608的旋转在后方向上拉动展开驱动器614和臂502b。
现在参考图26A和图26B,通过将锁定钻头驱动器624滑入夹钳612的内腔中,以将锁定钻头驱动器624搁置在锁定钻头522中,可扩张装置500可以锁定在其打开构型和其闭合构型之间的任何位置。锁定钻头驱动器624可以被扭转以将锁定钻头522驱动到螺栓508a中,从而锁定其旋转以及每隔一个互连件的运动。如本文其他地方所述,螺栓508a可在其外表面上包括脊538,以增强锁定钻头522的锁定抓握力。
在一些实施例中,可以将展开驱动器614从插入工具600中移除,并替换为漏斗626。如图27A至图27C所示,可以将漏斗626插入穿过旋转手柄608和非旋转手柄606的内腔,以将漏斗626的前端定位为与可扩张装置500相邻。漏斗626包括从其后端延伸到其前端的内腔,其中,该内腔与扩张装置500的臂之间的间隔的打开间隙对准。漏斗626从而可以用来沉积诸如骨移植物或组织的材料。漏斗626也可以用于将仪器准确地引导到扩张装置500。如本文其他地方所述,可扩张装置500可以包括具有窗514的横杆510a,以方便接近扩张装置500。
第四可扩张装置
现在参考图28A,其描绘了示例性可扩张装置700。可扩张装置700包括四个臂(第一上臂702a,第二上臂702b,第三下臂704a和第四下臂704b)和四个可移动螺栓708(在本文中称为第一后螺栓708a,第二前螺栓708b,第三后螺栓708c和第四前螺栓708d)。每个臂包括两个大小设置成适合于可移动螺栓708的狭槽706。每个螺栓708通过固定至每个臂的销712固定在狭槽706内。如本文其他地方所述,螺栓708a通过横杆710a固定至螺栓708c,以及螺栓708b通过横杆710b固定至螺栓708d。
臂702a、702b、704a、704b、螺栓708a-708d和销712优选地由诸如金属或硬质聚合物的刚性材料构成。在各种实施例中,刚性材料为生物相容性材料。在某些实施例中,每个臂可包括带纹理的表面或至少部分地覆盖有倒钩或长钉的表面,以改善可扩张装置700在间隙内的附接,诸如倒钩716。在某些实施例中,每个臂可以在前端处的锥度705处终止,其中,锥度705促进可扩张装置700进入间隙中。
在各种实施例中,每个臂可包括多个窗714。可以在每个臂上放置窗714,而不会损害可扩张装置700的刚度。窗714可以填充有与可扩张装置700的功能协同作用的任何部件。例如,在一些实施例中,窗714可以填充有生物材料以促进诸如骨头的组织的向内生长。在一些实施例中,窗714可以填充有用于治疗周围组织的治疗剂。在一些实施例中,诸如温度传感器、压力传感器、腐蚀传感器等的一个或多个传感器可以被插入到窗714中以监测装置及其周围环境。在一些实施例中,窗714可用于通过接受螺钉或接合剂来将可扩张装置700固定在间隙内。窗714还可用于查看和监测骨骼生长到可扩张装置700内部的进度。
如本文其他地方所述,在一些实施例中,臂还可包括用于接合插入工具的特征部。例如,臂702a可包括具有螺纹孔721和锁定钻头722的连接器720。可以致动锁定钻头722以锁定到螺栓708(诸如螺栓708a)中,从而阻止可扩张装置700中的运动。在图30B中可见,横杆710b可包括可被拉动或推动的横档(rung)711。
尽管未详细示出,但是可扩张装置700通过其在闭合构型和打开构型之间转换的机构使用类似于本文其他地方所描述的螺栓、横杆、销、凸轮和凸轮面的系统。简而言之,螺栓708a-708d通过它们各自的横杆710a和710b连接。每个螺栓708包括具有顶端、底端和外表面的圆柱形状。每个螺栓708包括切入外表面中的四个销导向器。每个销导向器为弯曲的狭槽,其在螺栓708的中心附近具有闭合位置,并且在螺栓708的顶端和底部附近具有打开位置。闭合位置和打开位置在外表面上以彼此隔开约60至130度的角度放置。销导向器布置在螺栓708的上半部分和下半部分的螺栓708上,使得销可以延伸穿过每个销导向器。旋转每个螺栓708从而使销通过每个销导向器在闭合位置和打开位置之间滑动。每个螺栓708还包括位于每个螺栓708的顶端和底端之间的中部的位于其外表面上的圆形凸轮。
在每个臂702a,702b,704a和704b的内部,每个狭槽706的周边包括可变倾斜表面,随着每个螺栓708旋转,每个螺栓708的凸轮在该表面上滑动。例如,可变倾斜表面包括相对的第一凸轮面和相对的第二凸轮面。当可扩张装置700处于闭合构型时,相对的第一凸轮面提供用于保持凸轮和横杆的间隙。相对的第二凸轮面具有与相对的第一凸轮面不同的高度,于是当可扩张装置700处于打开构型时,旋转每个螺栓708定位凸轮和横杆以搁置在相对的第二凸轮面上。
旋转螺栓708a-708d中的每个螺栓使可扩张装置700在完全闭合位置和完全打开位置之间变换。该变换通过两种机制实现:第一种是将每个销导向器中的每个销定位在闭合位置与打开位置之间;第二种是将凸轮和横杆定位在每个臂702a、702b、704a和704b的相对的第一凸轮面和相对的第二凸轮面之间。因此,在打开构型中作用在可扩张装置700上的压缩力由销导向器中的每个销以及每个凸轮面和压靠在每个狭槽706的周边上的可变倾斜表面的横杆支撑。
螺栓708a-708d、销、销导向器、凸轮以及相对的凸轮面的布置使每个臂702a、702b、704a和704b之间的同时运动同步。将可扩张装置700从闭合构型变换为打开构型将上臂702a和702b与下臂704a和704b以相同的速率和距离分离。将可扩张装置700从闭合构型变换为打开构型还将臂702a和704a与臂702b和704b分离。在一些实施例中,臂702a和704a以相同的速率和距离与臂702b和704b平行地分离。在一些实施例中,其中,横杆710a和710b具有不同的尺寸,臂702a和704a与臂702b和704b以一定角度分离。
示例性可扩张装置700被描绘为当闭合时具有带有四个矩形边和平行四边形顶部和底部的多面体形状(图28A),以及当其打开时具有带有四个矩形边和矩形顶部和底部的多面体形状(图31E)。然而,应当理解,可扩张装置700不限于所描绘的形状,并且可以具有任何合适的形状。例如,臂702a、702b、504a和504b中的每个臂可包括半圆形,以使可扩张装置700具有带有弯曲的边以及圆形或椭圆形的顶部和底部的整体圆柱形状。
在一些实施例中,一个或多个螺栓708可具有销导向器,其具有不同的打开位置(未图示)。例如,螺栓708a和螺栓708c可各自具有在第一高度处具有打开位置的销导向器,以及螺栓708b和螺栓708d可各自具有在第二高度处具有打开位置的销导向器,使得上臂702a和702b与下臂704a和704b通过在一端处的第一高度和在相对端处的第二高度分离。由此,可扩张装置700以这种方式,在闭合时可以保持基本上矩形的边,并且在打开时可以具有大致梯形的左边和右边的前凸角。通过在每个臂702a、702b、704a和704b中具有不同高度的第二凸轮面可以实现类似的效果。
可扩张装置700在其闭合构型和打开构型之间可以具有任何合适的尺寸。例如,在某些实施例中,可扩张装置700可具有在30mm至30cm之间的闭合长度、在7mm至7cm之间的闭合宽度以及在8mm至8cm之间的闭合高度。在某些实施例中,可扩张装置700可具有在20mm至20cm之间的打开长度、在10mm至10cm之间的打开宽度以及在10mm至10cm之间的打开高度。可扩张装置700的表面积和占地面积将取决于长度、宽度和高度,并且将相应地在打开构型和闭合构型之间改变。可扩张装置700的表面积将进一步取决于对可扩张装置700的修改,诸如窗714的数量。
第四扩张装置的第四插入工具
现在参考图28B,其描绘了示例性插入工具800的前端802。插入工具800至少包括轴806、凸片808、螺钉810和连接至内腔的孔811。
如图29A和图29B所示,插入工具800通过将凸片808与连接器720配合而接合至可扩张装置700。该接合使螺钉810与螺钉孔721对准,从而使螺钉810能够被拧入螺钉孔721中。在一些实施例中,轴806包括贯穿整个轴的内腔,该内腔与螺钉810对准,从而允许通过延伸的螺丝刀驱动螺钉810。该接合还将孔811与锁定钻头722对准,从而允许由扩张的锁定钻头驱动器驱动锁定钻头722。
现在参考图30A和图30B,其描绘了展开拉杆812。展开拉杆812在其前端处包括钩814。钩814的大小设置成适合于可扩张装置700的横档711。现在参考图31A至图31E,其依次示出了使用插入工具800的可扩张装置700的扩张。如上所述,通过将凸片808与连接器720配合并且将螺钉810旋入螺钉孔721中,可扩张装置700可以接合至插入工具800的前端804。展开拉杆812可通过将钩814安装在横档711上而与可扩张装置700接合。展开拉杆812沿后方向前进,随后横杆710b沿后方向拉动臂702b,而臂702a被轴806保持固定。臂702b相对于臂702a的重定位产生本文在别处描述的一系列同步运动,从而使可扩张装置700从闭合构型变换为打开构型。
现在参考图32A和图32B,其描绘了推杆816。推杆816在其前端处包括镫形件(stirrup)818。镫形件818的大小设置成适合于可扩张装置700的横档71。通过在前方向上推动推杆816,可扩张的装置700可以从打开构型变换为闭合构型,该推杆816在前方向上推动横杆710a和臂702b。
制造方法
可以使用本领域中已知的任何合适的方法来制造本发明的装置。制造方法可能会因所使用的材料而异。例如,基本上包括金属的装置可以由较大的金属块研磨而成,或者可以由熔融金属铸造而成。同样地,基本上由塑料或聚合物组成的部件可以由较大的块料碾磨、铸造或注塑成型。在一些实施例中,可以使用3D打印或本领域中通常使用的其他增材制造技术来制造装置。
使用方法
本发明还包括使用可扩张装置的方法。如本文其他地方所述,本发明的可扩张装置可在紧凑的闭合构型和扩张的打开构型之间切换,并能够承受扩张的打开构型中的压缩力。可扩张装置可用于需要维护载荷间隙的任何应用中。
在一个实施例中,本发明的可扩张装置用作椎间融合器。例如,在患者的椎间盘摘除的情况下,本发明的可扩张装置可用作完成脊柱融合手术的椎间融合器。可扩张装置的刚性使得能够在打开构型中稳定、长期地维护椎间盘间隙。可扩张装置由于其紧凑的封闭构型也可以以较小的侵入方式插入。在典型的脊柱融合手术中,在需要切除的椎间盘附近进行皮肤切口。识别出椎间盘间隙,并打开椎间盘的环面。可以使用任何合适的工具和技术从椎间盘间隙中抽出椎间盘,并准备相邻的骨终板以使骨向内生长。
一旦准备好椎间盘间隙,就可以使用本发明的可扩张装置来融合脊柱。现在参考图33,其描绘了将可扩张装置插入盘间隙中的示例性方法900。在步骤902中,将闭合的可扩张装置填充骨组织。在各种实施例中,可扩张装置还可包括一种或多种促进愈合的成分,包括干细胞、抗炎药、抗生素、抗病毒药等。在步骤904中,将可扩张装置附接到插入工具。在步骤906中,将可扩张装置插入椎间隙中。在步骤908中,利用插入工具在椎间隙内使可扩张装置扩张。在步骤910中,插入工具与可扩张装置脱离。在可选步骤912中,可扩张装置进一步被其他骨组织填充。在任何步骤期间,可以使用任何合适的成像技术,诸如超声波或X射线,以确认可扩张装置在椎间隙内的适当放置。
在其他实施例中,本发明的可扩张装置用作机械垫片。例如,在任何各种机械应用中,可能需要在间隙内临时或永久地提供支撑。如本文其他地方所述,本发明的可扩张装置还可以包括一个或多个用于监测性能的传感器,包括温度传感器,陀螺仪,压力传感器,腐蚀传感器等。
本文引用的每个专利、专利申请和出版物的公开内容通过引用整体并入本文。尽管已经参考特定实施例公开了本发明,但是显然,本领域的其他技术人员可以设计出本发明的其他实施例和变型而不脱离本发明的真实精神和范围。所附权利要求旨在被解释为包括所有这样的实施例和等同变型。

Claims (33)

1.一种可扩张装置,包括:
第一上臂和第二上臂以及第一下臂和第二下臂,每个臂具有前端和后端以及顶表面和底表面,并且每个臂具有穿过所述顶表面和所述底表面的前开口和后开口,其中,所述第一上臂以前开口和后开口对准的方式定位在所述第一下臂上方,并且所述第二上臂以前开口和后开口对准的方式定位在所述第二下臂上方;
四个圆柱形螺栓,分别位于所述臂的每个所述开口内,每个螺栓具有顶端、底端、外表面以及切入所述外表面中的第一狭槽、第二狭槽、第三狭槽和第四狭槽;
其中,每个螺栓的所述第一狭槽和所述第二狭槽彼此相对定位,并且所述第一狭槽和所述第二狭槽各自从每个螺栓的中部附近延伸到每个螺栓的顶端,并且每个螺栓的所述第三狭槽和第四狭槽彼此相对地定位并从每个螺栓的中部附近延伸到每个螺栓的底端;
第一杆,连接位于所述臂的所述前开口内的每个螺栓,以及第二杆,连接位于所述臂的所述后开口内的每个螺栓;以及
多个销,每个销连接至所述臂的每个开口的内表面,并且滑动地接合至位于相应开口内的所述螺栓的狭槽。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,四个臂中的每个臂在闭合构型中基本上彼此平行。
3.根据权利要求2所述的装置,其中,所述四个臂能围绕四个螺栓移动,同时保持彼此基本上平行的对准。
4.根据权利要求1所述的装置,每个螺栓的所述第一狭槽和所述第二狭槽以约90度的弯曲度从每个螺栓的中部附近围绕所述外表面朝向每个螺栓的顶端延伸,并且其中,每个螺栓的所述第三狭槽和所述第四狭槽以约90度的弯曲度从每个螺栓的中部附近围绕所述外表面朝向每个螺栓的底端延伸。
5.根据权利要求1所述的装置,其中,所述装置包括闭合构型,所述闭合构型将四个臂定位成彼此相邻并且将所述多个销定位在每个螺栓的中部附近。
6.根据权利要求1所述的装置,其中,所述装置包括打开构型,所述打开构型将四个臂定位成彼此远离并且将所述多个销定位在每个螺栓的顶端和底端附近。
7.根据权利要求1所述的装置,其中,至少一个臂包括能驱动到螺栓中的锁定钻头。
8.根据权利要求1所述的装置,其中,每个臂包括一个或多个空腔。
9.根据权利要求8所述的装置,其中,所述空腔预填充有骨组织。
10.根据权利要求8所述的装置,其中,所述空腔预填充有治疗剂,所述治疗剂选自由干细胞群、抗炎剂、抗生素和抗病毒剂组成的组。
11.根据权利要求8所述的装置,其中,所述空腔的尺寸设置成匹配传感器,所述传感器选自由温度传感器、压力传感器、腐蚀传感器和陀螺仪组成的列表。
12.根据权利要求1所述的装置,所述装置的尺寸设置成匹配在椎间盘间隙内。
13.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第一上臂包括从其后端延伸的连接器,并且所述第二上臂包括从其后端延伸的插槽。
14.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第一上臂和所述第一下臂均包括从所述第一上臂和所述第一下臂的后端延伸的连接器。
15.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第一上臂包括从其后端延伸的连接器,并且所述第二杆包括横档。
16.一种插入工具,用于扩张根据权利要求13所述的可扩张装置,包括:
管状壳体,所述管状壳体包括旋转部分、非旋转部分和贯穿延伸的内腔;
细长夹具,定位在所述内腔内,所述夹具从所述管状壳体沿前方向延伸,所述夹具能接合至所述第一上臂的连接器;以及
锚杆,沿前方向固定至所述非旋转部分,所述锚杆能接合至所述第二上臂的插槽。
17.根据权利要求16所述的插入工具,其中,所述锚杆将所述第二上臂保持在静止位置,同时所述夹具能沿前方向和后方向移动以移动所述第一上臂。
18.根据权利要求16所述的插入工具,其中,所述夹具能通过致动所述壳体的旋转部分而移动。
19.根据权利要求16所述的插入工具,还包括钻头驱动器,能与定位在所述第一上臂的连接器中的锁定钻头接合。
20.一种插入工具,用于扩张根据权利要求14所述的可扩张装置,包括:
管状壳体,包括:后部旋转部分;前铰接部分,将所述壳体分成能连接至所述第一上臂的连接器的上半部分和能连接至所述第一下臂的连接器的下半部分;以及内腔,延伸贯穿整个所述管状壳体;
楔形杆,定位在所述内腔中,所述楔形杆包括位于所述铰接部分的内腔内的前楔形头;以及
细长钩状构件,所述细长钩状构件能沿所述管状壳体的外部滑动,所述细长钩状构件包括能与所述可扩张装置的第二杆接合的前钩。
21.根据权利要求20所述的插入工具,其中,所述楔形杆能沿后方向移动以使用所述楔形头打开所述铰接部分,并展开所述可扩张装置的连接的第一上臂和第一下臂。
22.根据权利要求21所述的插入工具,其中,所述楔形杆能通过致动所述壳体的旋转部分而移动。
23.根据权利要求20所述的插入工具,其中,所述细长钩状构件能沿后方向移动以拉动所述可扩张装置的接合的第二杆。
24.根据权利要求23所述的插入工具,其中,所述细长钩状构件的运动与所述楔形杆的运动耦合。
25.根据权利要求24所述的插入工具,其中,所述细长钩状构件和所述楔形杆的耦合运动同时展开了相连的第一上臂和第一下臂,并拉动了所述可扩张装置的接合的第二杆。
26.一种插入工具,用于扩张根据权利要求13所述的可扩张装置,包括:
管状壳体,具有旋转部分、非旋转部分和贯穿延伸的内腔;
一对可扩张的夹钳,从所述非旋转部分沿前方向延伸,所述夹钳能接合至所述第一上臂的连接器;
锁紧套,能在一对夹钳上方滑动;以及
细长展开驱动器,定位在所述壳体的内腔内,所述展开驱动器具有能与所述第二上臂的插槽接合的前销。
27.根据权利要求26所述的插入工具,其中,将所述锁紧套定位在最前位置中,使所述一对夹钳固定至所述第一上臂的连接器,将其保持在静止位置,同时所述展开驱动器能沿前方向和后方向移动以使所述第二上臂移动。
28.根据权利要求26所述的插入工具,其中,所述展开驱动器能通过致动所述壳体的旋转部分而移动。
29.根据权利要求26所述的插入工具,其中,所述一对夹钳包括内腔,所述内腔的尺寸设置成匹配钻头驱动器,所述钻头驱动器能与定位在所述第一上臂的连接器中的锁定钻头接合。
30.一种插入工具,用于扩张根据权利要求15所述的可扩张装置,包括:
细长轴,所述细长轴具有位于前端处的接合构件;以及
与所述细长轴相邻的细长拉杆,所述拉杆具有能与所述可扩张装置的所述第二杆的横档接合的前钩。
31.根据权利要求30所述的插入工具,其中,所述轴将所述第一上臂保持在静止位置,同时所述拉杆能沿后方向移动以拉动所述可扩张装置的所述第二杆。
32.根据权利要求30所述的插入工具,其中,所述接合构件包括螺钉。
33.根据权利要求30所述的插入工具,其中,所述拉杆能用细长推杆代替,所述推杆具有能与所述可扩张装置的所述第二杆的横档接合的前镫形件。
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