CN1246040A - 用于在整形外科手术中形成骨臼或骨窝的骨扩孔钻 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于形成骨臼(50)如髋臼的扩孔钻(10)。该扩孔钻(10)包括切割装置,该装置在切割头转动过程中把物质从骨臼中去除。该切割装置包括许多较长的主切割边和许多比所述许多主切割边多的较短的外周切割边,每个主切割边沿从扩孔钻底部到顶部的方向延伸,外周切割边位于扩孔钻的底部并以按角度分开的间隔围绕转动轴线分布。本发明还提供了一种用于在骨臼(50)中植入假肢件的方法。在形成骨臼的过程中,扩孔钻(10)的顶部被完全接收在骨臼(50)中,其接收的程度为使得在骨臼中形成一圆柱形入口部分(52)。本发明还提供了包括扩孔钻和假肢的一套器具。

Description

用于在整形外科手术中形成骨臼或骨窝的骨扩孔钻
发明的技术领域
本发明涉及用于在整形外科手术中形成需要形状的骨臼或骨腔的碎骨机或骨扩孔钻领域。
背景技术
本发明特别，但不是专有地，适用于为准备插入髋臼杯而在骨盆中扩削所需形状的髋关节腔(髋臼)的领域。因此，本发明的技术背景将特别参考用于形成髋臼的切割器或扩孔钻及在使用先前技术的切割器中所遇到的问题来进行描述。根据本发明扩孔钻的一个优选实施例特别适合与在WO 95/17140中所公开形式的髋臼杯结合使用。然而，本发明还可与形成其它用于接收人工关节假肢件的骨臼结合使用。
一种用于形成骨臼的传统形式的扩孔钻包括一切割头，其在使用中围绕转动轴线旋转以从骨臼中去除物质，该切割头由完整的半球形壁构成，该半球形壁限定一基本上封闭的内室。多个较小的、向外凸出的、碗形切割件从半球形壁上冲压出来或用其它方法形成在半球形壁上，每个切割件限定一小切割边。这种设计通常称为“干酪磨碎机”。每个切割件构成一窄通道，通道从切割头的外半球表面通向内室。为避免扩削过程中不希望的干涉现象，切割件通常在半球形表面上以不对称样式分布。特别是，切割件可沿如在转动轴线方向看到的螺旋线分布。
这种具有基本上封闭形状和多个小碗形切割件的传统形式扩孔钻的一个缺点是在切割操作位置将存在松散的切割下来的物质(碎屑)。这是由于切割头基本上封闭的形状和碗形切割件仅为切割下来的物质形成窄通道。在切割位置存在松散物质可能导致骨窝准备不精确，从而在扩削完的骨窝表面和随后插入的髋臼杯间将存在不希望的间隙。骨生长不能越过大的间隙，所以杯表面的一部分会与骨距离太远以至于无法适当的附着。其结果是，不能获得最佳的杯固定，特别是在未胶接的假肢件情况下，此时这种间隙可能降低初始稳定性和长期稳定性。而且，松散物质会堵塞扩孔钻，造成骨组织中不希望的过度发热，过度发热可能损坏骨组织成活力，从而减少其形成新骨的能力。新骨形成对于获得骨整合是必要的。
这种先前技术扩孔钻的另一个缺点是较小碗形切割件产生的切割操作不会产生平滑的骨窝表面。而是每个碗形切割件在扩削操作中在骨臼表面上产生圆周方向的“大”凹槽。
这种传统形式扩孔钻还有一个缺点是切割件的不对称分布可能使扩孔钻在转动中产生不意的“摆动”。尤其是，由于切割件不是对称地布置在半球形表面上，在每个切割点产生的反作用力可能一起导致切割头不均匀受载。因此作用在切割头上的合成载荷可能移动转动轴线或使其倾斜，从而骨窝可能获得不希望的形状，如椭圆形横截面。
如在US4 131 116中所示，上述关于形成圆周方向凹槽的缺点可通过用较长切割边代替较小的碗形切割元件来减少，该较长切割边在沿半球形表面延伸的基本径向的平面内。该文件公开了一种用于形成骨臼，如髋臼的碎骨机，其包括切割头，切割头位于可被旋转驱动的轴的一端并具有带有大体封闭外表面的完整半球形部分。该半球形部分限定一基本封闭的中空内室，并且还备有许多连接外表面和内室的槽。在每个槽上提供了稍稍高于半球形表面的切割边，用于把骨物质从骨臼移到内室中。在公开的实施例中，一个切割边伸过顶点部分，即转动轴线与半球形表面的交点，使得骨臼的底部也会被扩削。
安排了弹性快速释放装置，用于连接和脱开切割头和轴。与半球形部分的底部一体的圆柱形部分用于限制所述弹性快速释放装置的向外移动。
该先前技术文件还描述了传统的扩削技术，该技术以较小半径的切割头开始，逐渐增加切割头的大小以扩大骨臼的半径。
在US4 131 116中公开的设计的一个缺点是在切割装置和骨腔边缘间可能发生“卡”或“咬”作用，特别是在每次增加切割头的直径时。
完整球形穹面形式切割头所固有的另一个缺点是很难在不使切割头在骨臼中倾斜的情况下精确地沿预期转动轴线引导扩孔钻。
因此，本发明的一个目的是提供一种扩孔钻，通过其可更精确地实现形成或准备骨臼。
本发明的一个特定目的是提供一种扩孔钻，通过其排除或至少相当大地减少上述“卡作用”。
本发明的另一个目的是提供一种扩孔钻，其排除或至少相当大地减少上述在扩孔钻和骨臼间的切割位置存在切割下来的物质的问题。
本发明的另一个目的是提供一种扩孔钻，通过其可获得骨臼的平滑内表面。
本发明的另一个目的是提供一种扩孔钻，其在扩削操作中更容易沿预定转动轴线引导，以避免扩孔钻相对所述轴线倾斜。
本发明还有一个目的是提供一种用于在骨臼中植入假肢件的方法和提供一套用于实现这种方法的器具，通过该方法可更精确地实现形成或准备骨臼。
发明公开
这样，根据本发明用于形成骨臼，如髋窝(髋臼)的扩孔钻包括一切割头，切割头具有一顶部和一底部，顶部在使用中指向骨臼，底部沿切割头的转动轴线与顶部轴向间隔开。切割头备有一切割装置，该装置在切割头围绕转动轴线的旋转过程中从骨臼中去除物质。根据本发明的扩孔钻的特征在于，切割装置包括许多较长的主切割边和许多比所述许多主切割边多的较短的外周切割边，每个主切割边沿从底部到顶部的方向延伸，外周切割边位于切割头的底部并以按角度分开的间隔围绕所述转动轴线分布。
与先前技术的扩孔钻或碎骨机相比，该根据本发明的扩孔钻使得能够更精确地实现骨臼的形成或扩削操作。通过使在外周上布置切割边多于在顶部布置的切割边，与作用在主切割边上的载荷相比，作用在外周切割边上的载荷或压力将被减少。减少作用在外周切割边上的载荷会减少上述“卡”，同时作用在主切割边上的载荷可保持在足够高的水平以保证适当的切割操作。有关在切割区域存在切割下来的物质的问题也被减少了。这是由于顶部主切割边的数量可减少到这种程度，即使得切割下来的物质可被有效地移到主切割边间的区域中。与首先提及的具有小碗形切割边的切割器相比，该新颖的扩孔钻也是有利的。在该新颖的扩孔钻中，每个所述主切割边将沿骨腔的曲率，使得不会产生切割凹槽。
在优选实施例中，每个主切割边由各自的腿构成，腿在切割头的顶部和底部间延伸并将顶部和底部互相连接。在相邻腿间的区域备有物质接收开口，用于把切割下来的物质引导到切割头的内室中。从而切割头将呈现出基本上笼状、大体开口的设计。在该上下文中，应该注意到，该扩孔钻还可用一个单个主切割边工作。
在优选实施例中，外周切割边的数量至少为主切割边的两倍。如果外周切割边的数量是一个整数乘以主切割边的数量，则可能相对主切割边平均分配外周切割边。在本发明的范围内，这两个数量和它们之间的比值可相当大地变化。
为排除扩削操作中的干涉现象，主切割边可以是“呈肋状的”。这意味着至少某些主切割边被凹口或等同物分隔成小的切割边部分，在相邻的主切割边中凹口以不同的样式布置。使主切割边“呈肋状”的目的是保证在扩削操作中每个主切割边始终保持与骨臼表面适当接触。如果切割边没有做成肋状，则存在切割边可能在骨臼表面上“跳起”的危险，这会导致不希望的干涉现象。
减少干涉现象的另一个方法是以不对称样式围绕转动轴线布置主切割边和/或外周切割边，即切割边间的角度间隔是变化的。
有利的是，切割头具有截短的圆顶形部分，其顶点部分限定切割头的顶点，其中每个主切割边沿从圆顶底部到圆顶顶点部分的方向延伸。该实施例的有利之处在于，在没有无法接受地增加形成的骨窝的深度的情况下，可在骨臼中形成一圆柱形入口部分。在骨臼中提供这种圆柱形入口部分的目的将在下面解释。在该实施例的一个特别优选的变型中，切割头还备有一连接在这种截短的圆顶部分上的圆柱形底部。在骨臼的扩削过程中，切割头的圆顶形部分完全接收在骨臼中，其接收的程度为使得所述切割装置在骨臼中形成所述圆柱形入口部分，从而切割头的圆柱形部分至少部分地被接收在所述骨臼的圆柱形入口部分中。其结果是，在扩削操作过程中，切割头的圆柱形部分由骨臼有效地引导并对中，从而避免或至少相当大地限制切割头的不意倾斜。
一种根据本发明用于在骨臼，如髋窝(髋臼)中植入假肢件的方法包括使骨臼形成用于接收假肢件的希望形状的步骤，和随后把假肢件插入到骨臼中的步骤。该方法的特征在于，形成骨臼的步骤是通过使用转动型扩孔钻完成的，该扩孔钻具有一切割头，切割头具有一顶部和一圆柱形底部，顶部备有用于从所述骨臼中去除物质的切割件，其特征还在于，在所述形成骨臼的步骤中，切割头的顶部完全接收在骨臼中，其接收程度为使得所述切割件在骨臼中形成一圆柱形入口部分，从而切割头的圆柱形部分至少被部分地接收在骨臼的所述圆柱形入口部分中。其结果是，切割头的圆柱形部分由骨臼壁的圆柱形部分有效地引导并对中，从而可避免或至少减少扩削过程中切割头的任何不意的倾斜。
根据本发明的另一方面，还提供了一种用于形成骨臼，如髋窝的扩孔钻，其包括一切割头，切割头具有一顶部和一底部，顶部在使用中指向骨臼，底部沿切割头的转动轴线与顶部轴向间隔开，所述切割头备有切割装置，用于在切割头围绕转动轴线的旋转过程中从骨臼中去除物质。该扩孔钻的特征在于，所述切割装置包括许多较长的主切割边，每个主切割边沿从底部到顶部的方向延伸，其特征还在于，切割头的底部具有与转动轴线同轴并平行的圆柱形外周表面，借此在使用扩孔钻时所述圆柱形外周表面至少部分地被接收在骨臼中并由其引导，从而防止或减少转动轴线的不意倾斜。
本发明的上述和其它特征和优点阐明在后附权利要求中，并通过下面对根据本发明的扩孔钻示范性实施例的详细描述变得更明显。
附图简要描述
图1-7展示了根据本发明优选实施例的扩孔钻，其中：
图1为侧正视图；
图2为上正视图；
图3为下正视图；
图4为上透视图；
图5为下透视图；
图6为沿图2的线VI-VI取的横截面；
图7为图2中所示扩孔钻一部分的放大上正视图；
图8为展示图1-7中用于形成髋窝的扩孔钻的使用的示意性透视图。
优选实施例详细描述
参见图1-7，其中同样的零件由同样的参考标号指出，其中展示了根据本发明优选实施例的扩孔钻或切割头10。该示范性实施例特别适用于与植入髋假肢杯有关的扩削髋窝(髋臼)。为该目的使用该切割头10的方法展示在图8中。
对于整体设计，切割头10分成三个完整的部分：笼状、圆顶形顶部12，圆柱形底部14和两个吊钩形式的快速释放装置16，通过该装置16切割头10可释放地连接在把手件(未示出)上以使切割头围绕转动轴线A旋转。圆顶形顶部12和圆柱形底部14都具有与轴线A同轴的圆形横截面。
圆顶形顶部12的形状为截短的半球形圆顶，即一在其底部截短的半球形圆顶。这样，如图1中所示，高度h小于半径r。截短的圆顶呈现出由八条腿22相互连接的顶点部分18和底部20，这些腿相对轴线A以按角度分开的间隔(45°)布置。腿22的曲率限定截短的圆顶的曲率。每条腿22构成一较长的主切割边24。在该实施例中，切割边由切割表面26和释放表面28构成，切割表面26位于与轴线A平行的径向平面内，释放表面28相对切割表面26倾斜。
在主切割边24上形成有多个凹槽30，其将每个主切割边24分开较小的切割边。在该实施例中，在每个腿22上形成有两个或三个凹槽。如在图2的上正视图中所示，两个相邻腿22上的凹槽30位于不同的径向位置上。如从图2中所明显地看到的，这会使所述较小的切割边围绕轴线A以螺旋线方式布置。切割边24的这种布置被称为肋形切割边，其目的已经在上面指出了。
在截短的圆顶的顶点部分18，腿22通过环形结构的装置32相互连接。腿22中的两个(在图2中沿线VI-VI方向的)一直伸向并伸过轴线A，以保证髋窝的底部也被扩削。腿22和环形结构32在截短的圆顶的顶点部分18限定两个顶部开口34。
与顶部12一体的圆柱形底部14的形状是圆柱形环，其具有平滑的底面36、平滑的外圆柱面38、平滑的内圆柱面40和一顶部，顶部备有许多锯齿状凸出42。从指向轴线A的径向看，每个凸出42具有三角形截面。每个凸出42的径向外表面43与圆柱形外表面38是邻接的。每个凸出42的顶点的外侧倾斜部分构成较短的外周切割边44。
在展示的实施例中，二十四个外周切割边44以按角度分开的间隔(15°)沿底部14的圆周分布。这样，外周切割边44是主切割边24的三倍。外周切割边44的三分之一实际上由主切割边22的端部构成。这样，腿22由圆柱形底部14支撑并连接在圆柱形底部14上。
腿22、环形结构32和凸出42的组合在圆顶形顶部12上限定八个较大的通孔46，其与切割头10中的内室相通。如从附图中明显地看到的，切割头10呈现为基本上敞开的、笼形设计。
现在参考图8描述在图1-7中公开的根据本发明的扩孔钻或切割头10的使用。图8所示为人骨盆的一部分48，髋窝(髋臼)50是通过切割头10准备的，所示切割头10处于缩回的位置。切割头10的外轮廓，即截短的圆顶形和圆柱形底部，与准备好的腔50的内轮廓相应。这样，腔50被扩削到这种程度，即使得圆顶形部分，即切割边24和44，在腔50的入口形成形成一圆柱形内壁部分52。在扩削操作过程中，该圆柱形内壁部分52为切割头的圆柱形外表面38提供一导向表面。在扩削操作之后，一髋臼杯，特别是在上述WO 95/17140中所公开设计的髋臼杯，可插入到准备好的髋臼中，使得杯的圆柱形底部被过盈配合地接收在骨臼的圆柱形入口部分中。
在后附权利要求的范围内可想象出上述实施例的几个变型。例如，腿22的数量和凸出42的数量可以变化。事实上，可能仅使用一个单个腿22。而且，顶部12可具有不同于公开的圆顶形的其它形状。而且，切割头10还可设计为不带任何内中空室的更紧凑的结构，在这种情况下切割下来的碎屑必须由布置在主切割边之间的通道装置或同等物移去。在一更简单的实施例中，可以省去凹槽30。外周切割边44可与主切割边24完全分开。最后，主切割边24和/或外周切割边44可以不同的角度间隔分布以避免干涉现象。

Claims (21)

1.一种用于形成骨臼(50)，如髋臼的扩孔钻，其包括切割头(10)，切割头具有顶部和底部，顶部在使用中指向骨臼(50)，底部沿切割头(10)的转动轴线(A)与顶部轴向间隔开，所述切割头(10)备有切割装置(24，44)，用于在切割头(10)围绕转动轴线(A)的转动中从骨臼(50)中去除物质，其特征在于，所述切割装置(24，44)包括：
许多较长的主切割边(24)，每个主切割边沿从底部到顶部的方向延伸，
许多比所述许多主切割边(24)多的较短的外周切割边(44)，其位于切割头(10)的底部并围绕所述转动轴线(A)以按角度分开的间隔分布。
2.根据权利要求1中所述的扩孔钻，其特征在于，所述外周切割边(44)的数量至少是所述主切割边(24)数量的两倍。
3.根据权利要求1或2中所述的扩孔钻，其特征在于，切割头(10)包括一圆顶形部分(12)，该部分的顶点部分(18)限定切割头(10)的所述顶部。
4.根据权利要求3中所述的扩孔钻，其特征在于，切割头(10)的所述圆顶形部分(12)的形状为半球形圆顶。
5.根据权利要求3中所述的扩孔钻，其特征在于，切割头(10)的所述圆顶形部分的形状为底部被截短的半球形圆顶。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的扩孔钻，其特征在于，每个所述主切割边(24)从圆顶的底部(20)向圆顶的顶点部分(18)延伸。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的扩孔钻，其特征在于，至少所述主切割边(24)中的一个一直延伸到轴线(A)与圆顶相交的点上。
8.根据前述权利要求中任一项所述的扩孔钻，其特征在于，每个所述主切割边(24)位于各自的相对转动轴线(A)的径向平面内。
9.根据前述权利要求中任一项所述的扩孔钻，其特征在于，某些外周切割边(44)是由主切割边(24)的端部构成的，其余的外周切割边(44)是作为与主切割边(24)分开的单独的切割边而形成的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的扩孔钻，其特征在于，每个所述主切割边(24)是由各自的腿(22)构成的，腿(22)在切割头(10)的顶部和底部间延伸并将它们相互连接，其特征还在于，在腿(22)间提供了物质接收开口(46)，用于把切割下来的物质导入到切割头的内室中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的扩孔钻，其特征在于，切割头(10)的底部具有与转动轴线(A)同轴并平行的圆柱形外周表面，借此在扩孔钻的使用中，使所述圆柱形外周表面(38)至少部分地被接收在骨臼(50)中并由其引导，从而防止转动轴线(A)的不意倾斜。
12.根据权利要求11中所述的扩孔钻，其特征在于，切割头(10)的圆柱形外周表面(38)设计为不具有任何切割作用，仅起到所述防倾斜作用。
13.根据前述权利要求中任一项所述的扩孔钻，其特征在于，所述主切割边(24)的数量为两个或更多。
14.根据权利要求13中所述的扩孔钻，其特征在于，主切割边(24)围绕转动轴线(A)对称分布。
15.根据权利要求13中所述的扩孔钻，其特征在于，主切割边(24)围绕转动轴线(A)不对称分布。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的扩孔钻，其特征在于，主切割边(24)是肋状的。
17.用于在骨臼(50)，如一髋臼中植入假肢件的方法，其包括使所述骨臼(50)形成用于接收假肢件的希望形状的步骤，和随后把假肢件插入到骨臼(50)中的步骤，其特征在于，形成骨臼(50)的步骤是通过使用转动型扩孔钻完成的，该扩孔钻具有一切割头(10)，切割头(10)具有顶部(12)，顶部(12)备有用于从所述骨臼(50)中去除物质的切割装置(24，44)，其特征在于，在所述形成骨臼(50)的步骤中，切割头(10)的顶部(12)被完全接收在骨臼(50)中，其被接收的程度为使得所述切割装置(24，44)在骨臼(50)中形成一圆柱形入口部分(52)。
18.根据权利要求17中所述的方法，其特征在于，切割头(10)还备有一圆柱形底部(14)，其在所述形成骨臼(50)的步骤中至少被部分地接收在骨臼(50)的所述圆柱形入口部分(52)中。
19.根据权利要求17或18中所述的方法，其特征在于，假肢件呈现出一圆顶形部分(12)和一圆柱形底部(14)，其特征还在于，在插入假肢件的步骤中，假肢件的圆柱形底部(14)被过盈配合地接收在骨臼(50)的圆柱形入口部分中，以限定插入的假肢件的倾斜。
20.用于形成骨臼(50)，如髋臼的扩孔钻，其包括一切割头(10)，切割头具有一顶部(18)和一底部，顶部在使用中指向骨臼(50)，底部沿切割头(10)的转动轴线(A)与顶部(18)轴向分隔开，所述切割头(10)备有切割装置(24，44)，用于在切割头(10)围绕转动轴线(A)旋转过程中从骨臼(50)中去除物质，其特征在于，所述切割装置(24，44)包括许多较长的主切割边(24)，每个主切割边沿从底部到顶部的方向延伸，其特征还在于，切割头(10)的底部具有与转动轴线(A)同轴并平行的圆柱形外周表面(38)，借此在扩孔钻的使用中，使所述圆柱形外周表面(38)至少被部分地接收在骨臼(50)中并由其引导，从而防止转动轴线(A)的不意的倾斜。
21.整形外科手术中使用的一套器具，其总共包括一用于准备骨臼(50)，特别是髋臼的扩孔钻和一用于植入在骨臼(50)中的杯形假肢件，所述扩孔钻具有一备有切割装置的圆顶形部分，其特征在于，杯形假肢件具有圆顶形部分和圆柱形底部，其特征还在于，在所述一套器具的使用中，骨臼(50)被扩削到这样的深度，即使得在其中形成一圆柱形入口部分(52)，其特征还在于，假肢的圆柱形底部至少被部分地接收在所述圆柱形入口部分(52)中。
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