CN114072079A - 中空点压实工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转工具，设置为通过高速压紧和/或切割动作形成一孔。工具具有一主体和围绕主体的多个沟槽。每个沟槽在其一边上具有一切割面，在另一边上具有一致密面。相邻沟槽之间的一凸带沿每个切割面建立了一基本上无边缘的工作刃。工作刃设置为当工具在压紧模式中操作时产生骨致密化。主体内形成一通过其顶端进入的空腔。多个突刺形成顶端的边缘。每个突刺具有一磨削刃，其在切割旋转方向上自纵轴偏移。一些沟槽直接通向一形成在相邻突刺之间的开槽。一些沟槽直接通向脱离各磨削刃的前侧面。

Description

中空点压实工具

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年4月9日提交的美国临时专利申请US62/831,303的优先权，上述申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明大致涉及用于制备一孔以容置一旋入式固定装置的工具，更具体地涉及用于在骨中扩大一孔以容置一植入物或其他固定装置的旋转工具及方法。

背景技术

植入物是一种医疗装置，其被制造以替换一缺失的生物结构、支撑受损的生物结构或增强现有的生物结构。骨植入物是指置于病人骨内的植入物。骨植入物可以在整个人体骨骼系统中找到，包括在颌骨中用于替换缺失或受损牙齿的牙植入物、用于替换受损关节(例如髋关节和膝关节)的关节植入物以及用于修复骨折和矫正其他缺陷的加固植入物，如脊柱稳定中使用的椎弓根螺钉，仅举例而言。植入物的准确放置通常需要专家准备，使用具有高度受控速度的精密钻头以防止骨烧伤和压力性坏死。

已知有很多专业方式形成有时也被称为截骨部位的容置孔。最近，本发明申请人开创了一种称为“骨致密化”的新型生物力学骨制备技术。该骨致密化技术以保存宿主骨为基础，得到了全球牙科界的快速认可。在许多医疗机构，骨致密化被视为一种优选的护理标准。骨致密化的示例可参见2015年5月12日发布的美国专利第9,028,253号、2016年5月3日发布的美国专利第9,326,778号以及2015年9月17日公布的PCT申请WO2015/138842。这些参考文献公开的全部内容在相关国家法律允许的范围内通过引用和最大程度的依赖而并入此处。

一般来说，骨致密化是一个使用一种特殊设计的多沟槽旋转工具或钻(bur)来扩大截骨部位的过程。在上述美国专利第9,326,778号中描述了一个合适的旋转工具的例子。用于牙科应用的实现骨致密化的旋转工具经许可后由美国密歇根州杰克森的沃萨(Versah)公司以商标为

的牙钻进行销售。

与传统的钻孔技术不同，当形成一个适合于容置旋入式固定装置的孔时，骨致密化几乎不会挖掘任何骨组织。相反，大多数骨组织同时从截骨部位以向外扩张的方向被压实并自体移植(即直接移回)。当以高速沿一相反的非切割方向旋转并具有稳定的外部清洗时，骨致密化钻沿着截骨部位的壁和基部形成坚固且致密的骨组织层。密实的骨组织为植入物提供更强的支撑并可促进更快愈合。

在医学领域具有许多不同且专业的技术。尽管骨致密化具有令人印象深刻的优点，但是并非所有的技术均有益于骨致密化。众所周知的牙根屏障即刻种植技术(socketshield technique)是一个尚未适用于骨致密化的牙科手术的例子。为了避免拔牙后牙槽嵴的组织改变，赫泽勒(Hurzeler)在2010年首次引入了牙根屏障即刻种植技术。赫泽勒建议不拔出整颗牙齿，而是保留牙根的颊侧完整以保护颊侧骨板，防止拔牙后再吸收，同时立即放入植入物；这样在最终交付修复体后，将获得最佳的稳定美观效果。为了在拔牙时保持颊侧完整，赫泽勒提倡使用一种裂钻在近远心径切割牙齿，然后拔除牙齿的舌侧并留下一用于放置植入物的窝洞。在一些情况中，可使用骨环钻来取出剩余的牙根，以留下容置植入物的空间。牙根屏障即刻种植技术目前未被广泛接受，部分原因是其适用性有限。本领域技术人员将欢迎扩展牙根屏障即刻种植技术的适用性的进步和改良。

骨致密化是一个相对较新的领域。与任何新兴技术一样，随着技术趋于成熟和完善，需要有新型和改进的工具和技术。此外，还需要继续提高外科手术的效率，使它们更快且更容易执行。因此，任何能带来更广泛的适用性、更高速度和/或更大易用性的骨致密化工具和/或技术的改进都会受到相关医疗界和工业界的欢迎。

发明内容

本发明涉及一种旋转工具，其被设置为在压紧和切割旋转方向(例如，顺时针和逆时针)高速旋转以在宿主材料中形成一孔的同时实现不同的效果。宿主材料可以为骨或非骨。旋转工具包括一个柄，该柄将建立一纵向旋转轴。柄是一个具有一上端和一下端的细长轴。一主体从柄的下端轴向延伸。主体具有一远离柄的顶端。多个沟槽围绕主体设置。每个沟槽在其一边具有限定一切割前角(rake angle)的一切割面，在其另一边则具有限定一致密前角的一致密面。每个沟槽具有一轴向长度和一径向深度。在每对相邻的沟槽之间形成有一凸带(land)。每一凸带具有一沿着一个沟槽的切割面的基本上无边缘的工作刃。一空腔设置在主体中。该空腔在主体内沿轴向延伸且穿过顶端开口。多个突刺设置在主体的顶端。这些突刺位于空腔的开口周围。

本发明呈现出旋转工具的一种改进，其被设计为在非切割方向(从外科医生的角度看，通常为逆时针方向)使用时进行致密化，如美国公开申请第2019/0029695号中所描述。与US2019/0029695中的设计相比，该工具可用于致密化模式，且使用更容易，垂直力更小。因此，该工具可用于更广泛的多种应用中，包括但不限于骨制备应用。

附图说明

本发明的这些和其他特征以及优点在与下文的详细描述和附图结合考虑时将更容易被理解，其中：

图1以侧视图示出了根据本发明的一个实施例的三个旋转工具的套件，每一个工具具有不同的尺寸，以按渐进顺序形成孔；

图2是穿过图1所示类型的旋转工具的纵向横截面；

图3是图1所示类型的旋转工具的顶端视图；

图4是图3中的视图，但是强调了其中突刺形成可以被识别为具有近端偏移和远端偏移性质的顶端；

图5是图1所示类型的旋转工具的顶端的局部透视图；

图6是图5所示类型的旋转工具的顶端的高度放大透视图；

图7A-图7H描述了一种顺序操作，其中一导向钻形成一导向孔，然后使用图1所示类型的逐渐增大的旋转工具进行扩展；

图8示出了按照图7A-图7B的实施例形成一孔后采用一现有技术的骨致密化钻的可选最终步骤；

图9是图2的纵向横截面图，但其描绘了冲洗导管集成在旋转工具的柄中的一替代实施例；

图9A和9B示出了图9中的冲洗工具的替代实施例；

图10是根据本发明另一实施例的旋转工具的立体图，其中主体为直边(即，非锥形)且冲洗导管集成在旋转工具的主体中；以及

图11是图10中沿线11-11截开的横截面图。

具体实施方式

本发明提出旋转工具的一种改进，其被设计为在非切割方向使用时进行致密化，如胡维斯(Huwais)于2019年1月31日公开的美国公开申请第2019/0029695号中所描述，其所有公开的全部内容通过引用并入此处并且依赖于在承认该实践的司法管辖区。

一种根据本发明一实施例的工具在整个图中大致被示为20。旋转工具20，其在被应用于外科手术时可称为钻或骨凿，设置为沿压紧和切割旋转方向中的任一方向高速旋转，以在宿主材料中实现不同的效果。为清楚起见，在外科应用中，宿主材料为骨。在其他应用中，宿主材料可以为木头、塑料、实心金属、泡沫金属、固体塑料、多孔塑料等类似物。工具20具有一柄22和一主体24。为了便于说明，以下的描述主要引用外科应用。在这种情况下，宿主材料可能有时被称为骨或截骨部位的任意孔。除了这些特定应用的引用外，应当理解的是，该工具20可用于合适的非外科应用中。

柄22为工具20建立了一个纵向旋转轴A。柄22是一个细长轴，通常(但不是必须)为圆柱形，其具有一上端和一下端。一钻头电机接合界面26形成在柄22的上端，用于连接一钻头电机(图中未示出)。界面26的特定构造可根据所用钻头电机的类型而变化，在一些情况下甚至可以仅仅是柄22的一平滑部分，一夹头的钳口紧靠着该平滑部分。主体24连接到柄22的下端，该连接可由一锥形或圆顶形过渡28形成。当外科医生在手术过程中进行冲洗时，该过渡28的作用类似于流量扩散器。当工具20旋转时，平缓过渡28使冲洗液流至截骨部位上。图1和2示出了包含设置于柄22的上端和下端之间的一可选的环形锁紧缺口30。缺口30可用于不同目的，包括连接一限深装置，例如胡维斯于2018年4月19日公开的WO2018071863A1中所示。

主体24从柄22的下端轴向延伸。主体24具有一远离柄22的前端或顶端。在图1-9的实例中，主体24设置为具有一圆锥形外部轮廓。可以看出主体24的外部形状从邻近柄22的最大直径减小至邻近其顶端的最小直径。然而，在一些可预期的实施例中，主体124可以为非锥形(即，直的或圆柱形)。例如，图10示出了主体124具有一大致为直的外形轮廓的例子，其沿整个长度保持一大致不变的直径。

主体24的工作长度或有效长度与其锥角和一个套件中的工具的尺寸和数量成比例相关。图1示出了三个工具20，每个工具都属于同一套件。较佳地，一个套件中的所有工具20均具有相同的锥角，或者近似相同的锥角。锥角取决于应用可能在1°至5°(或更大)之间。更佳地，2°-3°的锥角将提供令人满意的结果。且又更佳地，当主体24的长度在约11mm和15mm之间时，已知大约2°36′的锥角为牙科应用提供出色的结果。

在例如图1所示例的套件装置中，一个工具20的主体24的上端的直径近似等于下一个更大尺寸的工具20的邻近主体24顶端的直径。也就是说，最下/最小的工具20的主体24的上端的直径近似等于中间工具20的邻近主体24顶端的直径。然后中间工具20的主体24的上端的直径近似等于最上/最大工具20的邻近主体24顶端的直径。然而，这些尺寸仅仅是作为例子提出。

多个凹槽或沟槽32围绕主体24设置。沟槽32可具有或不具有共同的轴向长度和共同的径向深度。即，沟槽32在一些配置中可能不是全部相同的。沟槽32优选地但非必须地均分地环绕主体24周向排列。主体24的直径可以影响沟槽32的数量。在所示的实施例中，沟槽32由一种螺旋扭曲形成。如果切割方向在右手(顺时针)方向，则优选地，螺旋也在右手方向。

每一个沟槽32在其一侧上具有限定一切割前角的一切割面34，在另一侧上则具有限定一致密前角的一致密面36。也就是，每个沟槽32具有一致密面36和一相对的切割面34。一个凸筋或凸带38在相邻的沟槽32之间以交替的方式(即，沟槽-凸带-沟槽-凸带-沟槽，等等)形成。每一个凸带38将沟槽32一侧的致密面36桥接至沟槽32另一侧的切割面34。每个凸带38和与其连接的切割面34之间的明显界面被称为一个工作刃40。取决于工具20的旋转方向，工作刃40要么用于切割骨，要么用于压紧(致密化)骨。即，当工具20沿切割方向旋转时，工作刃40切割并凿挖骨(或其他宿主材料)。当工具20沿致密化(非切割)方向旋转时，工作刃40压紧、压实并径向移动骨(或其他宿主材料)，很少或几乎不切割。这种压实和径向位移表现为以一种压缩(即，压实)机理温和地横向向外推动骨结构。

整个图示中显示的工作刃40基本上没有边缘。术语没有边缘定义为每个凸带38的整个部分在工作刃40后面被切除以形成完全的间隙。在标准的现有技术的钻和钻头中，边缘通常结合在工作刃后面，以帮助引导钻孔并保持钻头直径。在已显示的实例中，可以看到工作刃40围绕主体24螺旋扭转。此外，工作刃40在远离一非切割方向转动的一方向上缠绕主体24。这可能从图1的完整侧视图可以最佳的感知到。随着圆锥形轮廓的直径减小，即，随着向顶端移动，工作刃40在与切割方向相同的方向绕主体24扭转。

如上所述，切割面34为每一个相应的工作刃40建立切割前角。切割前角可以是多种形式中的任意一种。在一些实施例中，切割前角沿其整个长度保持为连续的负角。在一些情况中，连续负切割前角的节距(pitch)沿每个沟槽32的长度波动，总变化小于30°。在其他情况中，连续负切割前角的节距可能以总变化大于30°来进行波动。在这些切割前角波动(且仍沿着其整个长度保持连续负角)的实例中，沿沟槽32长度的节距可以递增或递减变化。递增的节距变得更尖(接近90°)，而递减的节距变得更平。

较佳地，每一个工作刃40的致密前角将沿其整个长度保持为连续负角。这是为了在沿致密化方向操作时最大化工具20的压紧属性。当工具20在致密化模式中反向旋转时(即，按照图4中的压紧方向)，在工作刃40和凸带38之间建立的致密前角可为一大约55°-89°的大负前角。工作刃40的大负致密前角(当沿致密化方向旋转时)向截骨部位的壁和工作刃40之间的接触点施加压力，以在接触点前面产生一压力波，大致类似于在吐司上涂抹黄油。骨致密化也可以类比于众所周知的提高金属表面质量的金属抛光工艺。致密前角可以为多种形式中的任意一种。在一实施例中，致密前角沿每个沟槽32的长度大致不变。在另一实施例中，致密前角沿沟槽32的长度波动，其总变化小于30°。

切割前角和致密前角的这些变化可以与每个沟槽32的长度和深度变化相匹配。每个沟槽32具有一轴向长度和一径向深度。邻近圆顶形过渡28的主体的平滑无沟槽部分被称为一止动段42。止动段42是设于沟槽32和柄22之间的主体24的区段。在切割模式中，一旦止动段42进入一截骨部位，所有被凿挖的骨碎片被陷留在沟槽32中，这将实现某种有利的压实作用。

图中显示的沟槽32的轴向长度大致相等，然而其他的选择也是可以的。例如，一个或多个沟槽32(例如，每隔一个沟槽32)的轴向长度可以被缩短以提供某些效果。沟槽32的径向深度也受适度操纵。在一个实施例中，每个沟槽38的径向深度沿其长度保持大致恒定。在另一实施例中，每个沟槽38的径向深度具有递减特性，其中邻近顶端的深度测量是最大的，朝向止动段42逐渐变小。

在压紧/致密化模式，需要外科医生施加向下的压力以在扩张截骨部位的骨表面时保持工作刃40与截骨部位的骨表面接触。即，需要压力以在宿主材料中产生和传播一压力波，该压力波在接触应力超过宿主材料的屈服强度时开始。这借助于截骨部位和工具20的锥形效应以产生侧向压力(即，在预期扩张方向上)。外科医生越是用力将工具20推进截骨部位，侧向施加的压力越大。这使得外科医生完全控制扩张率，而在很大程度上与工具20的旋转速度无关，这是掌握骨致密化技术所需的短期学习曲线的基础因素。因此，压实效果的强度主要取决于施加在工具20上的力的大小，其由外科医生所控制。所施加的力越多，扩张将越快发生。

在压紧/致密化模式，当每个工作刃40擦过骨时，施加的力可以分解成两个分量：一个垂直于骨表面，向外推压它，以及另外一个为切向，沿截骨部位的内表面上拖曳或涂抹(smearing)。当切向分量增加时，工作刃40将开始沿骨骼滑动。同时，法向力将使较软的骨材料变形。如果法向力较小，则工作刃40将磨擦骨骼但不会永久改变其表面。磨擦动作将产生摩擦和热量，但是这可以由外科医生通过在操作中即时改变旋转速度和/或压力和/或冲洗流量来控制。因为工具20的主体24是锥形的，外科医生可以在外科手术过程中的任何时刻抬起工作刃40离开与骨表面接触以允许冷却。这可以通过受控的“跳动”方式来完成，这时短促地施加压力，外科医生持续监测进展并进行精确的校正和调整。

与US2019/0029695相比，工具20的一个区别特征在于一空腔44设置在主体24中并穿过其顶端。即，空腔44在主体24内轴向延伸并在顶端开口，形成一中空点的外观。空腔44的存在移除了顶端处的构造的一实质部分，只留下径向最外层特征。空腔44延伸进工具20的主体24的深度约等于沟槽32沿外表面延伸的深度。也就是说，空腔44和外部沟槽32大致/近似共延伸，两者均在工具柄22下方的主体24的锥形过渡区附近终止。然而，这可能会发生变化，可以想到，在某些情况下，空腔44的轴向长度可能比沟槽32的轴向长度短，或替代地，空腔44的轴向长度可能比沟槽32沿主体24外表面的轴向长度长。

如可能在图2中最佳所示，空腔44可具有一截头圆锥轮廓。其圆锥形状的邻近顶端处最宽，邻近柄22处最窄。在此意义上，截头圆锥轮廓可以被视为主体24锥形外轮廓的负轮廓或反轮廓。在一些实施例中，已经发现形成大体等于(尽管为负)主体24的锥形外部轮廓的空腔44的截头圆锥锥角是有利的。即，空腔44可形成为具有一匹配或大致近似于工具20的工作端的外部锥角的截头圆锥。然而，这仅仅是一种普遍的偏好。在其他实施例中，空腔44的截头圆锥锥角并不与主体24的锥形外部轮廓匹配。实际上，直侧壁的外部和空腔是完全可能的，在某些情况，甚至可能是较佳地。例如，参见图10和11中的示例。

图5和6提供顶端的放大视图，其与前述US2019/0029695的区别在于，主体24的顶端设置有多个突刺46。突刺46围绕空腔44的开口设置。虽然这些实例中示出了四个突刺46，可以想到的是，一个工具20可以具有更少或更多的突刺46。特别地，更小直径的钻针20可能只具有两个或三个突刺46，而更大的钻针可能具有六个或八个或任意合适数量的突刺46。

每一个突刺46具有一脊线形状的磨削刃48。在每一个磨削刃48的一侧是一前侧面(leading flank)50，在另一侧则是一后侧面(trailing flank)52。术语“前”和“后”是参考如图5所示的非切割压紧方向。(当然，当工具20沿切割方向旋转时，这些“前”和“后”的名称将是相反的。)因此，每一个突刺46具有一磨削刃48，该磨削刃48形成在前侧面50和后侧面52之间的脊线。

前侧面50和后侧面52之间的夹角(图6中的B+C)可以在大约45-135度之间。在所示的实例中，磨削刃48处的夹角(B+C)在大约90-100度之间且大体相等地设定，以使每一侧面30、32与一法向(垂直)平面成约(但不必恰好)相同度数的角度。即，在所显示的实施例中，B≈C。在一个磨削刃48处的夹角正好等于90度的实例中，侧面30、32中的每一个将以约45度相对于水平面倾斜(B＝C＝45°)。在这种配置中，即，每一个侧面30、32与一法向平面成约相同度数的角度的配置中，不管工具20沿着切割还是非切割压紧方向旋转，磨削刃48将形成相同的负前角。然而，情况未必如此；在一些设想的实例中，B≠C。例如，可期望在压紧模式建立一比切割模式更大的负前角(B＞C)，或反之亦然(B＜C)。

图1-6示出了预期的配置，其中侧面50、52各成一定角度，使得由此产生的磨削刃48也成一定角度，从而在每个磨削刃48的径向最内端处形成一邻近空腔44的一顶点54。此外，以这样的方式进行制造使得每一个顶点54布置在垂直平分纵轴的共同平面中。也就是说，如果将工具20的顶端向下放置在一平面上，所有的顶点54将同时与水平表面进行点接触。在另外一个没有示出的预期实施例中，侧面50、52形成为使得工具20的顶端向下放置在一平面上将导致只有一个或多个顶点与水平表面点接触，而其余顶点54悬停在平面上方。

在又一未示出的预期实施例中，产生的磨削刃48成一定角度，以在每个磨削刃48的径向最外端形成与空腔44隔开的顶点54。在这种配置中，每一个顶点可位于一垂直平分纵轴的共同平面内，或者可替代地，只有一个或多个顶点54位于一共同垂直平面内。

在又一未示出的预期实施例中，侧面50、52可经磨削使得产生的磨削刃48全部位于垂直平分纵轴的一共同平面中。在这种变化中，将不存在点状的顶点。当工具20向下指着置于一平面时，其磨削刃48与水平表面线接触或平行悬停在表面的上方。

所有这些变化都被视为在不同的场景中具有有益的用处的可行替代方案。

继续参照图5和图6，可以看到每一个后侧面52被一陡面56突然截断。陡面56各自位于平行于或者几乎平行于工具20的纵向旋转轴A的平面内。可观察到每个陡面56与下一个相邻突刺46的前面50相交，以在其间形成一开槽(gullet)58。换言之，一个突刺46的陡面56在一个开槽58处与下一相邻突刺46的长斜坡前面50合并。因此，一个开槽58存在于各突刺46之间。由此推论，开槽58的数量等于突刺46的数量。具有四个突刺46的工具20将具有四个开槽58；具有六个突刺46的工具将具有六个开槽58；以此类推。当工具20沿切割方向使用时，开槽58将收集骨碎屑。

较佳地，至少一些沟槽32将被定位以直接通向各自的开槽58。在一个八沟槽工具20中，具有四个突刺46和四个开槽58，一个、两个、三个或四个沟槽32将直接通向各自的开槽58。工具20的开槽58多于沟槽38是被接受的(如图10的实例所示)，只要至少一个沟槽38直接通向一个开槽58即可。再者，较佳地至少一个沟槽32直接通至一前侧面50。通至一前侧面50的一个沟槽32可以恰在相关联的磨削刃48(如图6中可见)或者与磨削刃48部分重叠(如图5中可见)。在图3-6的实例中，工具20具有八个沟槽32和四个突刺46/开槽58。每隔一个沟槽32通向一各自的开槽58，而中间沟槽32恰在磨削刃48的后面与各自的前侧面50相交。在这种方式中，不管工具20是沿切割方向还是非切割压紧方向使用，骨碎屑直接且有效地被引导至沟槽32上。

当工具20沿非切割压紧方向使用时，骨碎屑通过磨削刃48磨削且沿着长前侧面50直接被推至等候沟槽32中，沟槽32通向靠近一磨削刃48的各自的前侧面50中。且当工具20沿切割方向使用时，骨碎屑被磨削刃48更大量地磨削并沿着短后侧面30被推至开槽58中，开槽58继续将其运送至相应的沟槽32中。因此，将突刺46的数量作为沟槽32的数量的整数倍来进行协调是有益的。一个四沟槽32的工具20最佳地可具有四个或两个突刺46。一个八沟槽32的工具20最佳地可具有两个、四个或八个突刺46。一个六沟槽32的工具20最佳地可具有三个或六个突刺46。一个十二沟槽32的工具20可最佳地具有两个、三个、四个、六个或十二个突刺46。及诸如此类。

突刺46可彼此相同或具有两种或更多中不同的样式。所示的实例中，突刺46具有以交替图案设置的两种不同样式：近偏移突刺46A和远偏移突刺46B。在这些实例中，至少一个突刺是一近偏移突刺46A和/或至少一个突刺是一远偏移突刺46B。此处，后缀“A”表示近偏移突刺46A的特征，而后缀“B”表示远偏移突刺46B的特征。

如图4中可能最佳所示，近偏移突刺46A的磨削刃48A由延长线60A指示。从这些延长线60A可以看出，每一个磨削刃48A自工具20的纵向旋转轴A偏移一短距离62A。因此，没有沿纵向旋转轴A的径向放置的磨削刃48A。再者，值得注意的是，偏移62A是在切割方向，当工具20沿切割方向使用时，这将导致一更激进的磨削动作，而当工具20用于压紧动作时，这将导致一不太激进的磨削动作。仍然考量图4，远偏移突刺46B的磨削刃48B由延长线60B指示。从这些延长线60B可以看出，每一个磨削刃48B自工具20的纵向旋转轴A偏移一相对大的距离62B。因此，没有沿纵向旋转轴A的径向放置的磨削刃48B。如近偏移突刺46A的情况一样，偏移62B也是在切割方向。偏移差62A：62B是可选的且被认为通常有助于提高切割动作的激进性。例如，在没有磨削刃48A/B沿纵向旋转轴A的径向放置和在切割方向偏移时，被磨削刃48A/B磨削和/或移开的宿主材料的颗粒将由一擦拭动作直接进入周围的宿主材料中。也就是说，偏移磨削刃48A/B将进一步促成甚至增强工具20的自体移植功能。然而，本发明还考虑并完全包含一个顶端，其中的所有磨削刃48共享一个共同的偏移距离62且磨削刃48从纵向旋转轴A的径向布置。

在牙科实例中，需要一个截骨部位以容置一骨移植物。如先前已明确，本发明不限于牙科应用，而是可用于广泛应用范围。人类(矫正外科)应用是典型的，但是动物应用同样是合理的且完全包括在本发明的范围内。此外，本发明不限于骨应用，而是可用于在工业和商业应用中的无机材料中制备孔，包括但不限于木材、金属泡沫塑料和其他实心和多孔状材料。

实现截骨部位的完全成形需要一系列步骤。在一些程序中，该系列步骤包括首先在受体骨中钻出一导向孔(图7A)，以形成初始截骨部位，然后使用逐渐变宽的钻头装置或工具20逐渐扩张截骨部位，如图7B-8中所示，直至达到一最终预期直径。一旦截骨部位制备完成，植入物或固定装置(未示出)被旋入至适当位置。下面将大体描述形成一截骨部位的过程。

在其他程序中，例如前面所述的牙根屏障即刻种植技术，其系列步骤包括首先拔出牙齿的一部分以形成初始截骨部位，然后用逐渐变宽的钻头装置或工具20逐渐扩张截骨部位直至达到一最终预期直径。一旦截骨部位制备完成，植入物或固定装置被旋入至适当位置。

然而，本发明不限于牙根屏障技术的程序。在一些应用中，将期望使用改进的工具20，例如在某些硬骨或牙根屏障条件下。再次参见图7C-图7H，从中可以观察到虽然工具20继续提供与US2019/0029695中已知的大致相同的骨致密化属性，但中空点配置允许将少量骨碎屑收集至空腔44内部。由于许多原因，这可能是有益的，包括期望限制或抑制扩张，或当宿主材料特别硬时促进穿透。

图中没有示出在使用工具20的程序中典型的同时使用的冲洗液。在正常情况下，冲洗液将冲洗进空腔44中并且帮助冲洗出骨碎屑以根据已知的骨致密化原理立即再次移回/自体移植至截骨部位的侧壁中。图9-11示出了冲洗导管可整合至旋转工具20中的替代实施例。

骨致密化是一种保护骨及其胶原蛋白含量的方法。骨致密化是有效的，因为其增强了宿主材料的塑性。骨致密化允许采用一钻头工具20压实(和/或当反向旋转时切割)以准备随后放置植入物或固定装置。该方法的基本步骤以提供一宿主材料开始，宿主材料在示出的实施例中是骨，然而在其他预期应用中可以是一非骨材料。如图7A中所述，也在宿主材料中产生一前体孔。前体孔可以是一用直径较小的标准麻花钻64钻出的导向孔或一通过其他方法形成的孔。在任何情况，前体孔具有一内表面(即，侧壁)，其在宿主材料的曝露表面的一大体圆形入口和一最常见由宿主材料本身封闭的底部。前体孔的底部可具有由导向钻64的尖端产生的一大体圆锥形。

该方法进一步包括提供一设置为以高速沿一切割或致密化方向旋转的工具20的步骤。无论工具20是通过压实还是切割进行扩大，其皆高速旋转，此与一些现有技术系统所教导的低速振动/摇摆运动不同。为了达成高速旋转，工具20可操作地连接至一外科手术电机，其旋转速度设定为约200-2000RPM之间的某处。对牙科应用，扭矩设定可为约5-80Ncm(针对一般矫形和非医疗/工业应用可能更高)。在这个过程中，以基本上不可压缩液体(例如，盐水)的连续流的方式在邻近前体孔入口的旋转主体24上提供大量冲洗，如图7B所示。

返回至图7C，工具20的主体24沿一致密化方向连续旋转，而其顶部尖端被强行推进至前体孔的入口。持续推进导致前体孔的一种扩大，如图7D所示。旋转主体24已经被强行推动，使得其工作刃40扫过前体孔的内表面，以通过增量塑性变形使骨缓慢扩张，该增量塑性变形导致前体孔从入口附近开始逐渐扩大并向下朝向孔的底部发展为一截头圆锥图案。该扩大步骤较佳地包括在前体孔中轴向敲击或泵送旋转主体24使得工作刃40以向下运动交替地拍打骨内表面，然后在不断深入的移动中以向上运动与内表面分离，引起前体孔的内表面的一逐渐的塑性变形。当工作刃40与骨或牙本质(牙齿)物理接触时，外科医生可取决于骨的触觉反应性来手动施加可变的轴向压力。扩大步骤还包括使工作刃40拍打在前体孔的内表面而不使工作刃40切入周围骨中，以朝前体孔的底部的推进速率与主体24的旋转速率无关的一种方式。后一个特征与一些将工具旋转和推进速率耦合的现有技术系统形成对比。

图7E和7F示出了使用一稍大工具20的截骨部位。是否需要进一步扩大将由特定协定视具体情况而定。如果需要甚至更大的扩大，一更大的工具20可用于扩大该截骨部位，如图7G和7H所示。实际上，实现正确尺寸的截骨部位所需的扩大步骤的数量由待放置的植入物和宿主材料的条件而定。

如图8所示，若需要，外科医生可选择一像US2019/0029695中所示的传统的骨致密化工具来执行最后的扩张/致密化步骤。这将确保截骨部位中的所有剩余骨碎屑被直接移回/自体移植至截骨部位的侧壁中以准备容置一植入物或锚固件。

在一如图9所示的预期的可替代实施例中，工具20设置为具有内部导管66以引导冲洗流纵向穿过柄22至位于主体24之上或内部的下游出口67和/或67’中。图9示出了出口67的内部特征，其直接排放到空腔44的窄缺口端中。在这种方式中，冲洗导管66直接且排他地与空腔44流体连通。冲洗流将自然地将碎屑推出空腔44外，因此促进最大的白体移植。在如图9A所示的另一预期实施例中，冲洗导管66沿外部铺设至止动段42内的两个或更多个周向布置的出口67’，例如，类似于2019年11月6日提交的PCT/US 19/59964中所示，在允许这种做法的司法管辖范围内，其全部内容以引用的方式并入此文。在后一种情况下，冲洗导管66不是直接与空腔44流体连通。在另一进一步预期的实施例中，组合两个前面的设计，其如图9B所示，冲洗导管66通过出口67直接排放至空腔44的缺口，但是其同时也包括如图9A所示的两个或更多个周向布置的突刺出口67’。在第三种情况下，流体通过冲洗导管66泵送时将同时冲刷空腔44且也清洗外部主体24。在操作后清洁的过程中，可通过指尖或其他方式将外部出口67’暂时遮盖，以迫使所有冲洗流穿过内部出口67，由此从空腔44冲刷碎屑。

图10是根据本发明另一实施例的一旋转工具120的立体图，其中主体124是直边的(即，非锥形)。图11是沿图10中的线11-11的横截面。沟槽132具有切割面134和致密化面136、凸带138和工作刃140，以在致密化模式操作时提供致密化。在本实施例中，沟槽132的数量不是一定与开槽158的数量相关，使得只有一些沟槽132直接通向一开槽158。同样地，只有一些沟槽132直接通至工具120的这个变体中的一前侧面150上。

旋转工具120包括前面所述的其他的独特属性作为可选择或可替代的特征。举例来说，磨削刃148在致密化旋转方向偏移。这产生了一个明显比图1-6的设计更激进的切割特性。再者，每个磨削刃148的顶点154出现在径向最外位置处。再次，这个设计在切割模式中比图1-6的设计切割更激进。可以看出，图10-11中的实施例的另一个区别特征在空腔144中，其具有直圆柱形侧壁以匹配主体124的外部形状。此外，冲洗导管166集成在旋转工具120的主体124中，而不是如图9，9A和9B所示的轴向穿过柄122。在图10-11中，冲洗导管166形成在各沟槽132的谷中。本领域技术人员将了解其他放置，包括直轴设计、圆形或椭圆形孔及类似者。不论在何种形式中，冲洗导管166促进外部施加的冲洗流在侧向方向上进入空腔144而穿过主体124。通过导管166的冲洗流将自然地把碎屑推出空腔144外，因此促进自体移植。

当配合一连续供应的冲洗流进行操作时，本发明可用于在除骨之外的多种不同类型的材料中形成孔。例如，可锻金属、木材及塑料可用作宿主材料。在这些情形中，冲洗流可以是油或切割流体物质而不是水或盐水。当非骨材料是多孔的，像在泡沫金属、木材和某些聚合物的情况中时，宿主材料可能表现地有点像骨。然而，当宿主材料不是多孔的而是实心的，位移原料将倾向于在孔的上方和下方堆积而不是自体移植至孔的侧壁中。这个堆积表示由工作刃40的压缩波可塑性位移的可延展材料。因此，形成在非多孔材料中的一孔周围的有效原料厚度将实质上大于原始的原料厚度，这被认为有利于为一锚固螺钉带来更大握紧力。

本发明的中空点工具20的优点包括但不限于以下。用于牙科应用的扭矩可以高达80ncm。用于非牙科矫形应用时可能更高。工具20可反向使用并作为一致密化钻，与US2019/0029695的设计相比，其具有更容易的应用和更小的垂向力。因此，中空点形状可用于所有骨制备应用中，包括但不限于牙根屏障程序。工具20可具有多个突刺46，以在非切割旋转中在压实前通过磨削刃40磨削骨。且空腔44积极地促成降低将工具20推进一截骨部位中所需的垂直力。

已经根据相关法律标准对前述发明进行了描述，因此，其描述是示例性的而不是限制性的。对所公开的实施例的变化和修改对本领域技术人员来说是显而易见的且落入本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种旋转工具，设置为在压紧和切割旋转方向高速旋转以在一宿主材料中形成一孔的同时实现不同的效果，其特征在于，所述旋转工具包括：

一柄，建立一纵向旋转轴，所述柄是一个具有一上端和一下端的细长轴；

一主体，从所述柄的所述下端轴向延伸，所述主体具有一远离所述柄的顶端，多个沟槽围绕所述主体设置，每个所述沟槽在一边上具有一限定一切割前角的切割面，在另一边上具有一限定一致密前角的致密面，所述沟槽各自具有一轴向长度和一径向深度，每个所述沟槽形成为具有一沿长度方向的连续负致密前角，每对相邻沟槽之间形成有一凸带，每个所述凸带具有一沿一个所述沟槽的所述切割面的工作刃，每个所述工作刃基本上无边缘；

一空腔，设置在所述主体中，所述空腔在主体内轴向延伸且穿过所述顶端开口；以及

多个突刺，设置在所述主体的所述顶端上，所述突刺位于所述空腔的所述开口周围。

2.根据权利要求1所述的旋转工具，其特征在于，每个所述突刺具有一磨削刃，所述磨削刃在其前侧面和后侧面之间形成一脊线。

3.根据权利要求2所述的旋转工具，其特征在于，每个所述磨削刃具有一形成在径向最内处的一顶点。

4.根据权利要求3所述的旋转工具，其特征在于，每一个所述顶点位于垂直平分所述纵向旋转轴的一平面内。

5.根据权利要求2所述的旋转工具，其特征在于，至少一个所述突刺具有一不沿所述纵向旋转轴的一径向布置的磨削刃。

6.根据权利要求2所述的旋转工具，其特征在于，每个所述突刺的所述磨削刃不沿所述纵向旋转轴的一径向放置。

7.根据权利要求6所述的旋转工具，其特征在于，至少一个所述突刺为一近偏移突刺且至少一个所述突刺为一远偏移突刺，所述近偏移突刺的所述磨削刃自所述纵向旋转轴存在一短偏移且所述远偏移突刺的所述磨削刃自所述纵向旋转轴存在一长偏移。

8.根据权利要求7所述的旋转工具，其特征在于，每一个所述短偏移和长偏移存在于所述切割旋转方向上。

9.根据权利要求2所述的旋转工具，其特征在于，每一个所述后侧面被一陡面截断，每一个所述陡面与下一个相邻的所述突刺的所述前侧面之间形成一开槽。

10.根据权利要求9所述的旋转工具，其特征在于，至少一个沟槽直接通向一个所述开槽。

11.根据权利要求9所述的旋转工具，其特征在于，至少一个沟槽直接通至邻近一相关联的所述磨削刃的一个所述前侧面上。

12.根据权利要求11所述的旋转工具，其特征在于，截头圆锥负轮廓具有一大致等于所述主体的圆锥形外部轮廓的锥角。

13.根据权利要求2所述的旋转工具，其特征在于，所述前侧面和后侧面之间的夹角在约45-135度(优选为90-100度)之间。

14.根据权利要求13所述的旋转工具，其特征在于，所述夹角在所述多个突刺之间大致相等。

15.根据权利要求1所述的旋转工具，其特征在于，所述空腔具有一截头圆锥负轮廓，所述截头圆锥负轮廓邻近所述顶端最宽且邻近所述柄最窄。

16.根据权利要求15所述的旋转工具，其特征在于，所述空腔具有一大致等于沿所述主体的外表面的所述沟槽的轴向长度的轴向长度。

17.根据权利要求1所述的旋转工具，其特征在于，进一步包括一位于所述柄内的冲洗导管，所述冲洗导管具有一沿所述主体设置的下游出口。

18.根据权利要求1所述的旋转工具，其特征在于，所述主体具有选自基本上由以下各自组成的群组的一外部轮廓：一圆锥体，自邻近所述柄的最大直径减小至邻近所述顶端的最小直径；以及一大体直轮廓，沿着长度保持一大致恒定直径。

19.根据权利要求1所述的旋转工具，其特征在于，每一个所述沟槽沿着所述主体遵循选自基本上由以下各自形成的群组的一路径：一螺旋的；以及直的。

20.一种旋转工具，设置为在压紧和切割旋转方向高速旋转以在一宿主材料中形成一孔的同时实现不同的效果，其特征在于，所述旋转工具包括：

一柄，建立一纵向旋转轴，所述柄是一个具有一上端和一下端的细长轴，所述柄设置为建立一纵向旋转轴，一钻头电机接合界面形成在所述柄的所述上端，用于连接一钻头电机，一环形锁紧缺口位于所述上端和下端之间的柄中；

一主体，从所述柄的所述下端轴向延伸，所述主体具有一远离所述柄的顶端，所述主体具有一从邻近所述柄的一最大直径减小至邻近所述顶端的一最小直径的圆锥形外部轮廓，多个沟槽围绕所述主体设置，每个所述沟槽在一边上具有一限定一切割前角的切割面，在另一边上具有一限定一致密前角的致密面，所述沟槽各自具有一轴向长度和一径向深度，每个所述沟槽围绕所述主体螺旋地旋转，所述主体的一止动段位于所述沟槽和所述柄之间，每一对相邻的所述沟槽之间形成一凸带，每个凸带具有一沿一个相邻的所述沟槽的所述切割面的工作刃，每个所述工作刃基本上无边缘，所述工作刃围绕所述主体螺旋扭转，随着圆锥形轮廓的直径减小，所述工作刃各自在远离一非切割方向转动的一方向上缠绕所述主体；

一空腔，设置在所述主体中，所述空腔在主体内轴向延伸且穿过所述顶端开口，所述空腔具有一截头圆锥负轮廓，所述截头圆锥负轮廓邻近所述顶端最宽且邻近所述柄最窄；

多个突刺，设置在所述主体的所述顶端上，所述突刺位于所述空腔的所述开口周围，每一个所述突刺具有一磨削刃，所述磨削刃在其前侧面和后侧面之间形成一脊线，所述前侧面和后侧面之间的夹角在约45-135度之间，每一个所述后侧面被一陡面截断，每一个所述陡面与下一个相邻的所述突刺的所述前侧面之间形成一开槽，至少一个所述突刺为一近偏移突刺且至少一个所述突刺为一远偏移突刺，所述近偏移突刺的所述磨削刃白所述纵向旋转轴存在一短偏移且所述远偏移突刺的所述磨削刃自所述纵向旋转轴存在一长偏移，每一个所述短偏移和长偏移存在于所述切割旋转方向上；以及

至少一个所述沟槽直接通向一个所述开槽，至少一个所述沟槽直接通至邻近一相关联的所述磨削刃的一个前侧面上。

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