CN1575151A - 扭矩传递接头和外科手术装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明，公开了一种扭矩传递组件。凹形接头部件的形状确定为有锥形孔。径向柔性套筒部件的壁具有可装入该孔内的锥形外表面以及确定了通孔的内表面。由超弹性合金制成的细长轴部件具有可装入该通孔内的外表面。在至少两个部件之间的相对运动使得该内表面与外表面接触，从而引起在轴中的超弹性活动，同时将部件一起固定在固定的相对位置。该径向柔性套筒部件有多个夹头爪指，这些夹头爪指优选是在离散位置与轴接触。还优选是，由于该离散接触而在轴中产生超弹性活动，从而改变了轴的截面形状，该截面形状为基本非圆形，例如在更优选的实施例中为多边形。还介绍了包括本组件的外科手术装置例如柔性扩孔器。

Description

扭矩传递接头和外科手术装置

技术领域

本发明涉及用于由超弹性合金制成的柔性轴的扭矩传递接头组件，该扭矩传递接头组件特别有利于外科手术仪器例如柔性扩孔系统。

背景技术

扭矩通常通过万向接头而越过不同心轴传递。某些万向接头使用线圈弹簧结构的驱动轴，该驱动轴在沿合适通路传递扭矩时弯曲，以便改善从该接头凸出的凸起对周围的冲击。这些连接件已经证明并不理想，尤其是在外科手术中。由于基本不可接近的复杂、非暴露表面，流入该组件内的血液和其它组织物质不容易清除。而且，万向接头的外表可以抵靠病人的组织运动，从而产生有害作用。

已经提出了一种方法来使用由超弹性合金例如镍-钛(镍钛金属互化物)制成的柔性管轴来传递扭矩，它获得了一些成功。使用管来传递扭矩通常使未暴露表面减至最小，并更容易清洁，因为没有超过扭矩传递管延伸的表面。万向接头代替了超过驱动轴封套(envelope)的凸起。因此，在例如外科手术装置中使用由超弹性合金制成的弹性管将大大减小对病人造成伤害或使病人不舒服的可能性。

遗憾的是，现有技术装置使工具和其它部件与镍钛金属互化物管连接，从而引起应力凸出点和凹陷点，这增加了伤害病人的可能性。当该应力使得管连接件破裂时，对骨和其它身体组织的损害通常是灾难性的。

尽管还设计了其它系统来避免应力凸出点或凹陷点，但是这些方法都不能获得可在很多矫形手术中传递足够扭矩的装置。

因此，需要一种装置，该装置以不会产生应力凸出点的方式与弹性管连接。更具体地说，需要一种使各种刀头与弹性管连接的可靠工具，这样，可以在使内应力并不升高至危险水平的情况下传递较大扭矩。

发明内容

根据本发明，公开了一种扭矩传递组件。凹形接头部件的形状确定为有锥形孔。径向柔性套筒部件的壁具有可装入该孔内的锥形外表面以及确定了通孔的内表面。由超弹性合金制成的细长轴部件具有可装入该通孔内的外表面。在至少两个部件之间的相对运动使得该内表面与外表面接触，从而引起在轴中的超弹性活动，同时将部件一起固定在固定的相对位置。优选是，该相对运动为轴向相对于纵向轴线，扭矩通过固定组件环绕该纵向轴线传递。

在本发明的一个或更多优选实施例中，形成的接触是表面与表面的接触，该表面与表面的接触通过摩擦传递施加的扭矩。

在本发明的另一优选实施例中，凹形接头部件可以用于与动力驱动仪器相连，或者可以是用于与刀头连接的配件。同样，径向柔性套筒可以用于与动力驱动仪器相连，或者可以是用于与刀头连接的配件。

在本发明的另一优选实施例中，径向柔性套筒部件有多个夹头爪指，这些夹头爪指优选是在离散位置与轴接触。在另一优选实施例中，由于该离散接触而使轴产生超弹性活动，从而改变了轴的截面形状，在另一优选实施例中，该截面形状为基本非圆形，例如多边形。在本发明的另一优选实施例中，径向柔性套筒部件的通孔具有基本非圆形例如多边形。另外或者与前面所述特征组合，轴可以为基本柱形，并通过压靠该通孔而变形成例如多边形。

在另一优选实施例中，轴为确定了中空管的管形形状。更优选是，凹形接头部件的锥形孔、套筒部件的通孔以及轴部件的中空管相对于纵向轴线同心对齐，扭矩环绕该纵向轴线通过该固定组件来传递，且还允许引导线通过这些部件。

在一个方面，本发明的扭矩传递组件有：凹形接头部件，该凹形接头部件的形状确定为有锥形孔；以及径向柔性套筒部件，该径向柔性套筒部件有可装入该孔中的锥形外表面。套筒有确定了通孔的内表面以及多个夹头爪指。细长管形轴部件有中空结构，由超弹性合金制成，并确定了可装入该通孔内的外表面。在至少两个部件之间的相对运动使得该夹头爪指在离散位置与该轴接触，从而引起在轴中的超弹性活动，该超弹性活动改变了轴的横截面形状，同时通过表面与表面的接触而将部件一起固定在固定的相对位置，该表面与表面的接触使得通过组件传递扭矩。优选是，凹形接头部件的锥形孔、套筒部件的通孔以及轴的中空管相对于纵向轴线同心对齐，扭矩环绕该纵向轴线通过该固定组件来传递，且还允许引导线通过这些部件。在优选形式中，轴为基本圆柱形，它通过压靠通孔而变形为多边形。

在另一方面，本发明的外科手术装置包括扭矩传递接头组件，该扭矩传递接头组件有：凹形接头部件，该凹形接头部件的形状确定为有锥形孔；以及径向柔性套筒部件，该径向柔性套筒部件有可装入该孔中的锥形外表面。套筒有确定了通孔的内表面以及多个夹头爪指。由超弹性合金制成的细长轴部件有可装入该通孔内的外表面。在至少两个部件之间的相对运动使得该内表面与外表面接触，从而引起在轴中的超弹性活动，同时通过表面与表面的接触而将部件固定在一起，该表面与表面的接触通过摩擦传递环绕组件的纵向轴线施加的扭矩，从而将部件一起固定在固定的相对位置。优选是，径向柔性部件的通孔具有基本多边形截面。凹形接头部件可以用于与动力驱动仪器连接，或者它可以是用于与刀头连接的配件。优选是，凹形接头部件的锥形孔、套筒部件的通孔以及轴的中空管相对于纵向轴线同心对齐，扭矩环绕该纵向轴线通过该固定组件来传递，且还允许引导线通过这些部件。

在还一方面，介绍了本发明的柔性外科手术扩孔器，该扩孔器包括细长管形轴，该细长管形轴由超弹性合金制成，并确定了外表面，它有沿第一轴线延伸的中空通道。轴有从动端和与该从动端相对的驱动端。扩孔器有第一接头组件，该第一接头组件包括位于从动端的驱动配件，该驱动配件的形状确定为有第一锥形孔，该第一接头组件还包括径向柔性套筒，该径向柔性套筒的壁有可装入该孔中的锥形外表面。套筒有确定了通孔的内表面，并有多个夹头爪指。在轴、配件和套筒中的至少两个之间的相对运动使得通孔与轴接触，从而在该轴中引起超弹性活动，同时将该轴、配件和套筒一起固定在相对固定位置。扩孔器具有第二接头组件，该第二接头组件包括配件，该配件的形状确定为有第二锥形孔。刀头有第二轴线，并有第一配合界面表面。工具具有工具轴线，并有第二配合界面表面，用于可互补安装地对着第一配合界面表面。由超弹性合金制成的可变形舌状件位于驱动端附近，优选是由轴形成。在刀头和工具之间的相对运动使得第一和第二配合界面表面横向滑动成使得第一、第二和工具轴线相互对齐。

本发明的优点是，用于弹性管的接头组件传递扭矩，同时不会产生应力凸出点。更具体地说，提供了一种将各种刀头与弹性管连接的可靠装置，这样，可以在不会使内应力升高至危险水平的情况下传递较大扭矩。该优点在外科手术装置中特别有利，该外科手术装置需要相对较高的扭矩传递，同时要求在操作中非常安全，例如柔性扩孔系统。

另一优点是，由于优选的镍钛金属互化物的特性，可以很容易安装和拆卸本发明的接头。

通过阅读附图并结合后面的详细说明，本领域技术人员可以清楚本发明的其它目的和优点，附图中，相同的参考标号表示相同部件。

附图的简要说明

图1是本发明实施例的扭矩传递接头的分解剖视图，表示了装配前的情况；

图1A-C是顺序表示图1的组件进一步完成时的局部去除视图；

图2是图1中所示的接头的优选套筒部件的放大图；

图2A是沿图2中的线IIA-IIA的剖视图；

图3是表示本发明另一实施例的纵剖图，处于装配后状态；

图3A是沿图3中的线IIIA-IIIA的剖视图，处于装配前；

图3B是同样沿图3中的线IIIB-IIIB的视图，但是处于装配后，表示了本发明的管形部件的多边形的变形；

图4是本发明的另一可选实施例的、所作的与图3A和3B类似的视图，但是处于装配后，表示了管形部件的苜蓿叶形的变形；

图5-9顺序表示了根据本发明一个方面的、具有两个接头组件的外科手术扩孔器的视图，其中接头位于管形部件的各端；

图9A是沿图9的线9A-9A的剖视图，表示了处于装配后状态的扩孔器。

图10是优选的整体舌状件的放大正视图，表示了图1中的环绕区域；

图10A是图10的端视图；

图10B是进一步表示图10A-B的优选整体舌状件的正视图；

图11是图1中圈出区域11的放大图；

图12是图8中圈出区域12的放大图；以及

图13是图5中所示的扩孔器的放大分解图。

附图的简要说明

参考图1-2和2A，本发明优选实施例的扭矩传递组件总体以10表示。组件10包括以12表示的径向柔性套筒部件、以14表示的凹形接头部件以及以16表示的细长轴部件。凹形接头部件14的形状为确定了以18表示的锥形孔。套筒12具有：锥形外表面20，该锥形外表面20将装入孔18内；以及内表面22，该内表面确定了以24表示的通孔。轴16由超弹性合金例如镍-钛(通常称为镍钛金属互化物)制成，具有外表面26，该外表面26将装入通孔24中，且该轴16形成有以28表示的中空管。在部件12、14、16中的至少两个部件之间的相对运动使得内表面22与外表面26接触，从而在轴6中引起超弹性活动，同时将部件一起固定在相对固定位置。例如由顺序的图1A-C所示，该相对运动优选是相对于中心轴线30为轴向的，扭矩绕该中心轴线30通过固定组件传递(图1C)。

参考图1A-C、2A和3A-B，套筒12的径向柔性由它的结构产生，优选是，该套筒12包括：环形基座部分32，该环形基座部分32有凸肩34；以及多个夹头爪指36，这些夹头爪指通过裂口38分开，从而使该指有柔性。优选是，提供有一组四个爪指36，这些爪指施加由图3B中的箭头40表示的垂直径向力，从而导致管形轴16从图3A中所示的柱形变形成更近似多边形形状，例如如箭头42所示。如图2A所示，爪指36可以有扁平部分44，以便除了在希望施加变形力的位置之外减小与轴(未视出)的接触。也可选择，爪指36可以弯曲，如图3A-3B所示。当传递扭矩时，轴16的变形限制了该轴在固定组件10中的滑动。

前述接触可以形成为面对面的方式，它用于通过摩擦传递环绕轴线30产生的施加扭矩。镍钛金属互化物的优点是在压力下变形，以便形成接触面，而不是如普通压配合或锥形接头的接触线。这还可以通过合适改变爪指36同时使用标准柱形轴16而以选择方式形成，如这里所述和所提出的几个实施例所示。

在后面所述的、通过图13中总体以200表示的外科手术扩孔器来实现的本发明方面中，凹形连接部件114用于与动力驱动仪器(箭头146)连接，从而接收分裂的夹头，以便连接和驱动扭矩传递组件110的轴116。也可选择或者组合，可以是总体以214表示的另一配件，用于与总体以215表示的刀头连接，该刀头由扭矩传递组件210中的轴116驱动。

刀头215的优选结构如图11-13中所示，同时，图10A-C表示了形成于轴116上的舌状件248，该舌状件容纳于刀头215中，如图9A的固定组件210中进一步表示。配件214定位成使得舌状件248能够在刀头215中轴向延伸(图6)。径向柔性套筒212轴向伸入配件214内，并有刀头215。图10和10A-B表示了在轴16中的舌状件248的形状，这再通过使该舌状件处在形成于刀头215中的凹口250内而卡住轴(图11-12)。

参考图1-3以及相关附图，径向柔性套筒部件12具有多个夹头爪指36，这些夹头爪指36优选是在离散位置与轴16接触。还优选是，由于该离散接触而在轴16中形成超弹性活动，从而使轴的截面形状从圆形改变成基本非圆形例如多边形形状(图3A-3B)。在本发明的另一优选实施例中，径向柔性套筒部件12的通孔24为基本非圆形例如多边形截面。因此，轴16通过压靠通孔24而变形，例如成多边形。

更优选是，凹形连接部件14的锥形孔18、套筒部件的通孔24和轴部件16的中空管28相对于纵向轴线30同心对齐，扭矩通过固定组件10而环绕该纵向轴线30传递，还允许引导线(未视出)穿过这些部件。

再参考图1-3和相关附图，本发明的扭矩传递组件10有凹形接头部件14，该凹形接头部件14的形状为确定有锥形孔18，且该扭矩传递组件10还有径向柔性套筒部件12，该径向柔性套筒部件12有可装入该孔内的锥形外表面20。套筒12有确定了通孔24的内表面，并有多个夹头爪指36。纵向管形轴部件16有中空管28，它由超弹性合金制成，并确定了可装入通孔24内的外表面26。在部件12、14、16中的至少两个部件之间的相对轴向运动使得夹头爪指36与轴在离散位置接触，从而在轴中引起超弹性活动，这将改变该轴的截面形状，同时通过表面与表面的接触而将部件一起固定在相对固定位置，该表面与表面的接触将通过该组件10传递扭矩。图1A表示了轴16，该轴16在引入孔18内之前轴向运动到套筒12内，以便形成该固定组件10。优选是，凹形接头部件14的锥形孔18、套筒12的通孔24和轴16中的中空管28相对于纵向轴线30同心对齐，扭矩通过该固定组件10而环绕该纵向轴线30传递，还允许引导线(未视出)穿过这些部件。在优选形式中，轴16通常为柱形，然后通过压靠通孔24而变形成多边形。

图4表示了组件10的可选形式，其中套筒12有苜蓿叶结构，它使轴16产生相应变形。该套筒是具有裂口38的夹头。

在另一方面，本发明的外科手术装置在图5-13中总体以200表示。装置200包括扭矩传递接头组件110，该接头组件110有：凹形接头部件114，该凹形接头部件的形状为确定有锥形孔118；以及径向柔性套筒部件112，该径向柔性套筒部件112有可装入该孔中的锥形外表面120。套筒112有确定了通孔124的内表面，并有多个夹头爪指136。由超弹性合金制成的细长轴部件116有可装入通孔124内的外表面126。在部件112、114、116中的至少两个部件之间的相对轴向运动使得内表面122与外表面126啮合，从而在轴中引起超弹性活动，同时通过表面与表面的接触而将部件固定在一起，该表面与表面的接触将传递绕组件110的纵向轴线130施加的扭矩，从而保证将部件一起固定在相对固定的位置。径向柔性部件112的通孔124优选是有基本多边形截面，如上面关于图1-3所述。凹形连接部件114可以用于与动力驱动仪器(箭头146)连接，也可以是用于与刀头215连接的配件214。优选是，凹形接头部件114的锥形孔118、套筒112的通孔124和轴116中的中空管128相对于纵向轴线30同心对齐，扭矩通过该固定组件10而环绕该纵向轴线30传递，还允许引导线(未视出)穿过这些部件。

在另一方面，本发明的柔性外科手术扩孔器在图5-13中总体以200表示。扩孔器200包括细长管形轴116，该细长管形轴116由超弹性合金制成，并确定了外表面126，它有沿第一轴线130a延伸的中空通道128。轴116由与驱动源146相连的第一扭矩传递接头组件110驱动，然后再驱动具有刀头215的另一扭矩传递组件210。组件110包括在它的从动端的驱动配件114，该驱动配件114的形状确定为有第一锥形孔118，该组件110还包括径向柔性套筒112，该径向柔性套筒112有可装入第一孔118中的锥形外表面120。套筒112有确定了通孔124的内表面，并有多个夹头爪指136。在轴116、配件114和套筒112中的至少两个之间的相对运动使得通孔124与轴116接触，从而在轴中引起超弹性活动，同时将该轴、配件和套筒一起固定在相对固定位置。扩孔器200具有第二接头组件210，该第二接头组件包括：配件214，该配件的形状确定为有锥形孔218；刀头215，该刀头有对着夹头爪指236的径向柔性部分以及第二轴线230，并有第一配合界面表面252。工具(这里未示出，它的类型在本申请人的专利申请中介绍)具有工具轴线256，并有第二配合界面表面258，用于可互补安装地与第一配合界面表面252相对(见案件28NP和它的在先临时申请No.60/338/718)。由超弹性合金制成的可变形舌状件248位于驱动端附近，优选是由轴116的驱动端形成(图10-14)。在刀头215和工具之间的相对运动使得第一252和第二258配合界面表面横向滑动成使得第一、第二和工具轴线相互对齐。

因此，本发明提供了用于弹性管16、116的优选接头组件110、210，该接头组件110、210传递扭矩，同时不会产生应力凸出点。更具体地说，提供了一种将各种刀头215与弹性管16、116连接的可靠装置，这样，可以在不会使内应力升高至危险水平的情况下传递较大扭矩。该优点在外科手术装置例如扩孔器200中特别有利，该扩孔器200需要相对较高的扭矩传递，同时要求在操作中非常安全，例如柔性扩孔系统。

也可以使用多种已知方法来形成本发明组件110、210所采用的非柱形/非锥形形状。例如，可以在铣床或电子放电铣(“EDM”)床上机械加工成这些形状。这些形状也可以使用熔模铸造法和对模成型技术以及其它多种方法来模制。

这里所参引的文献是：No.10/043423(律师案号No.25NP PREC)，申请日为2002年1月10日，标题为“Drive Shaft Coupling”；美国临时申请No.60/338718(律师案号No.28 PREC)，申请日为2001年11月5日，标题为“Tool Bit Drive Shaft Connection and Method”，即No.10/055806(律师案号No.28NP PREC)，申请日为2002年1月22日。

在这里所述的本发明实施例中可以进行多种变化和改变。尽管这里表示和介绍了本发明的几个示例实施例，但是可以在前述说明中进行各种变化、改变和替换。在某些情况下，可以在不相应使用其它特征的情况下采用本发明的某些特征。因此，应当知道，前述说明只是为了通过给出视图和实例来进行详细介绍和理解，本发明的精神和范围只能由附加权利要求来限定。

Claims (23)

1.一种扭矩传递组件，包括：

凹形接头部件，该凹形接头部件的形状确定为有锥形孔；

径向柔性套筒部件，该径向柔性套筒部件的壁具有可装入该孔内的锥形外表面以及确定了通孔的内表面；以及

由超弹性合金制成的细长轴部件，该细长轴部件具有可装入该通孔内的外表面；

其中，在至少两个部件之间的相对运动使得该内表面与外表面接触，从而引起在轴中的超弹性活动，同时将部件一起固定在固定的相对位置。

2.根据权利要求1所述的组件，其中：该接触还包括表面与表面的接触，该表面与表面的接触通过摩擦传递施加的扭矩。

3.根据权利要求1所述的组件，其中：径向柔性套筒部件有多个夹头爪指。

4.根据权利要求3所述的组件，其中：这些夹头爪指在离散位置与轴接触。

5.根据权利要求4所述的组件，其中：由于该离散接触而使轴产生超弹性活动，从而改变了轴的截面形状。

6.根据权利要求5所述的组件，其中：轴所形成的截面形状为基本非圆形。

7.根据权利要求6所述的组件，其中：轴所形成的截面形状为多边形。

8.根据权利要求1所述的组件，其中：径向柔性套筒部件的通孔具有基本非圆形截面。

9.根据权利要求8所述的组件，其中：该通孔为基本多边形截面。

10.根据权利要求1所述的组件，其中：凹形接头部件或者用于与动力驱动仪器相连，或者是用于呈现刀头的配件。

11.根据权利要求1所述的组件，其中：径向柔性套筒或者用于与动力驱动仪器相连，或者包括用于呈现刀头的配件。

12.根据权利要求1所述的组件，其中：轴可以为基本柱形，并通过压靠该通孔而变形成多边形。

13.根据权利要求1所述的组件，其中：该相对运动相对于纵向轴线为轴向，扭矩环绕该纵向轴线通过固定组件传递。

14.根据权利要求1所述的组件，其中：该轴为确定了中空管的管形形状。

15.根据权利要求14所述的组件，其中：凹形接头部件的锥形孔、套筒的通孔以及轴的中空管相对于纵向轴线同心对齐，扭矩环绕该纵向轴线通过该固定组件来传递，且还允许引导线通过这些部件。

16.一种扭矩传递组件，包括：

凹形接头部件，该凹形接头部件的形状确定为有锥形孔；

径向柔性套筒部件，该径向柔性套筒部件有可装入该孔中的锥形外表面、确定了通孔的内表面以及多个夹头爪指；以及

细长管形轴部件，该细长管形轴部件确定了中空管，由超弹性合金制成，并有可装入该通孔内的外表面；

其中，在至少两个部件之间的相对运动使得该夹头爪指在离散位置与该轴接触，从而引起在轴中的超弹性活动，该超弹性活动改变了轴的横截面形状，同时通过表面与表面的接触而将部件一起固定在固定的相对位置，该表面与表面的接触使得通过组件传递扭矩。

17.根据权利要求16所述的组件，其中：凹形接头部件的锥形孔、套筒部件的通孔以及轴的中空管相对于纵向轴线同心对齐，扭矩环绕该纵向轴线通过该固定组件来传递，且还允许引导线通过这些部件。

18.根据权利要求16所述的组件，其中：轴为基本柱形，它通过压靠通孔而变形为多边形。

19.一种外科手术装置，包括扭矩传递接头组件，并包括：

凹形接头部件，该凹形接头部件的形状确定为有锥形孔；

径向柔性套筒部件，该径向柔性套筒部件有可装入该孔中的锥形外表面的壁、确定通孔的内表面以及多个夹头爪指；以及

由超弹性合金制成的细长轴部件，该细长轴部件有可装入该通孔内的外表面；

其中，在至少两个部件之间的相对轴向运动使得该内表面与外表面接合，从而引起在轴中的超弹性活动，同时通过表面与表面的接触而将部件固定在一起，该表面与表面的接触通过摩擦传递环绕组件的纵向轴线施加的扭矩，从而将部件一起固定在固定的相对位置。

20.根据权利要求19所述的装置，其中：径向柔性部件的通孔具有基本多边形截面。

21.根据权利要求19所述的装置，其中：凹形接头部件或者用于与动力驱动仪器连接，或者是用于呈现刀头的配件。

22.根据权利要求19所述的装置，其中：凹形接头部件的锥形孔、套筒部件的通孔以及轴部件的中空管相对于纵向轴线同心对齐，扭矩环绕该纵向轴线通过该固定组件来传递，且还允许引导线通过这些部件。

23.一种柔性外科手术扩孔器，包括：

a)细长管形轴，该细长管形轴由超弹性合金制成，确定了外表面以及有沿第一轴线延伸的通道，并有从动端以及与该从动端相对的驱动端；

b)第一接头组件，该第一接头组件包括：

i)位于从动端的驱动配件，该驱动配件的形状确定为有第一锥形孔；

ii)径向柔性套筒，该径向柔性套筒有可装入该第一孔中的锥形外表面的壁、确定通孔的内表面以及多个夹头爪指；

iii)在轴、配件和套筒中的至少两个之间的相对运动使得通孔与轴接触，从而在该轴中引起超弹性活动，同时将该轴、配件和套筒一起固定在固定的相对位置；以及

c)第二接头组件，该第二接头组件包括：

i)配件，该配件的形状确定为有第二锥形孔；

ii)刀头，该刀头有第二轴线以及可装入该第二孔中的径向柔性套筒部分，该刀头有第一配合界面表面；

iii)工具具有工具轴线，并有第二配合界面表面；以及

iv)由超弹性合金制成的可变形舌状件，该舌状件位于驱动端附近，用于将刀头卡住保持在轴上；

v)其中，在刀头和工具之间的相对运动使得第一和第二配合界面表面横向滑动成并置，使得第一、第二和工具轴线相互对齐。

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