TWI762013B

TWI762013B - 骨科植入物用器械

Info

Publication number: TWI762013B
Application number: TW109138444A
Authority: TW
Inventors: 蔡東霖; 曾俊傑; 王躍鈞; 陳俊銘; 翁麗雯; 王珮驊
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心
Priority date: 2020-11-04
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2022-04-21
Also published as: TW202218637A; US20220133336A1; US11426181B2

Abstract

一種骨科植入物用器械，用以解決目前的骨科鑽孔工具易造成軟組織損傷的問題。係包含：一套筒；一傳動桿，具有一傳動件位於一桿體的一端，該傳動件位於該套筒中並具有一第一容槽，數個第一嚙齒圍繞該第一容槽設置；一鑽削桿，具有數個第二嚙齒圍繞一第二容槽設置，一結合部位於該第二容槽與一刃部之間，該結合部結合該套筒，該刃部位於該套筒外；及二磁鐵，分別設於該第一容槽與該第二容槽，且該二磁鐵以同極相對。

Description

骨科植入物用器械

本發明係關於一種手術用器械，尤其是一種用於骨科手術之鑽孔作業的骨科植入物用器械。

按，發生骨損傷情形時，若未能及時給予有效的治療，將因供應骨頭的血液循環遭到破壞或阻塞，導致骨細胞壞死而產生骨頭崩塌等問題。常見的骨損傷治療手術包含植入如骨釘或骨板等骨植入物，而手術過程中不免要在骨頭上進行鑽孔作業。

目前的鑽孔方式都是由施術者手持電鑽，以高速旋轉的鑽頭來移除欲鑽孔處的骨組織。在鑽孔的過程中，施術者需要持續朝鑽孔方向施予力量，特別是在硬度較高的皮質骨上鑽孔時，需特別用力；換言之，在該鑽頭鑽穿骨頭前，施術者會特別用力，因此若在鑽穿骨頭的瞬間來不及將該鑽頭往回拉或使該鑽頭立即停止旋轉，該鑽頭的尖端將會對鄰近該骨頭的軟組織造成損傷破壞，故目前的鑽孔作業需倚賴施術者的經驗與手感，才不會因鑽削力道過快及過大等問題，導致軟組織受損的後遺症，進而衍生醫療糾紛。

有鑑於此，目前用於骨科手術的鑽孔工具確實仍有加以改善之必要。另一方面，根據國內外關於骨損傷之文獻發表與探討可知，術後產生骨壞死（Osteonecrosis）的其中一關鍵原因，是手術中以高於47 °C的溫度來鑽削骨頭，故鑽削過程中的鑽孔工具溫度也是十分需要關注的重點。

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種骨科植入物用器械，在鑽穿骨頭的瞬間可以失去鑽削功能，以有效防止造成軟組織受損。

本發明的次一目的是提供一種骨科植入物用器械，在鑽削骨頭的過程中，其內部構件之間的摩擦力低，可延長各構件的使用壽命，且運作時不會產生惱人的噪音，且鑽削骨頭的構件也不易升溫。

本發明的又一目的是提供一種骨科植入物用器械，可更進一步地輔助鑽削骨頭的構件散熱，以確保鑽削骨頭的溫度低於47 °C。

本發明的再一目的是提供一種骨科植入物用器械，可提高鑽孔穩定性及降低振動，使鑽出的孔洞尺寸精度更佳，以增加術後骨科植入物的初期穩定性與減少骨壞死情形。

本發明全文所述方向性或其近似用語，例如「前」、「後」、「左」、「右」、「上（頂）」、「下（底）」、「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制本發明。

本發明全文所記載的元件及構件使用「一」或「一個」之量詞，僅是為了方便使用且提供本發明範圍的通常意義；於本發明中應被解讀為包括一個或至少一個，且單一的概念也包括複數的情況，除非其明顯意指其他意思。

本發明全文所述「結合」、「組合」或「組裝」等近似用語，主要包含連接後仍可不破壞構件地分離，或是連接後使構件不可分離等型態，係本領域中具有通常知識者可以依據欲相連之構件材質或組裝需求予以選擇者。

本發明的骨科植入物用器械，包含：一套筒；一傳動桿，具有一傳動件位於一桿體的一端，該桿體的另一端位於該套筒外，該傳動件位於該套筒中並具有一第一容槽，數個第一嚙齒圍繞該第一容槽設置；一鑽削桿，具有數個第二嚙齒圍繞一第二容槽設置，一結合部位於該第二容槽與一刃部之間，該結合部結合該套筒，該刃部位於該套筒外；及二磁鐵，分別設於該第一容槽與該第二容槽，且該二磁鐵以同極相對；其中，該刃部抵接一骨頭時，該數個第二嚙齒嚙合該數個第一嚙齒，使該鑽削桿被該傳動桿連動旋轉以鑽削該骨頭，直至鑽穿該骨頭時，藉由該二磁鐵之間的相斥力使該數個第二嚙齒與該數個第一嚙齒分離。

據此，本發明的骨科植入物用器械，藉由可相嚙合的傳動桿與鑽削桿搭配該二磁鐵，使該傳動桿與該鑽削桿可以連動以對骨頭鑽削孔洞，並於鑽穿骨頭的瞬間藉由該二磁鐵的相斥力將該傳動桿與該鑽削桿分離，使該鑽削桿失去鑽削功能，以有效防止該鑽削桿造成軟組織受損。同時，該骨科植入物用器械的簡易結構還能降低運作噪音、振動及溫度，提高鑽孔作業的穩定性及效率，使施術者在鑽削過程中可快速定位及鑽削，提升手術效率並增加術後骨科植入物的初期穩定性與減少骨壞死情形。

該骨科植入物用器械另可以包含至少一穩定件，該穩定件可以位於該套筒中，該傳動桿的桿體可以貫穿該穩定件，該穩定件的外周面可以較該傳動桿在該套筒中的最大寬度處鄰近該套筒的內周面。如此，該穩定件可以與該套筒共同輔助高轉速運作的傳動桿減少晃動而穩定旋轉，提高鑽孔穩定性及降低振動，使鑽出的孔洞尺寸精度更佳，具有增加術後骨科植入物的初期穩定性與減少骨壞死情形等功效。

其中，該穩定件可以具有數個滾動件位於一內環與一外環之間，該外環可以鬆配結合該套筒的內周面。如此，可降低該穩定件與該套筒之間的摩擦力，達到較佳的穩定效果，且不影響該套筒相對於該穩定件軸向位移的順暢度，具有延長各構件的使用壽命、降低運作噪音及使該鑽削桿不易升溫等功效。

其中，該外環較佳未接觸位於該套筒中的構件。如此，能有效避免該外環與其他構件的轉速差造成摩擦損傷及生熱的現象，具有降低運作噪音、振動及使該鑽削桿不易升溫等功效。

該骨科植入物用器械另可以包含一限位環圈，該限位環圈可以結合該傳動桿的桿體，該傳動桿可以具有一抵靠肩部位於該套筒中，該穩定件可以位於該限位環圈與該抵靠肩部之間。如此，該穩定件可以被限位在該限位環圈與該抵靠肩部之間而不會相對於該桿體產生軸向位移，具有提升組裝便利性及降低運作振動等功效。

其中，該數個第二嚙齒與該數個第一嚙齒可以線接觸的型態相嚙合。如此，相嚙合的第二嚙齒與第一嚙齒可更易於分離，具有降低構件磨損及提升運作順暢度等功效。

其中，各該第一嚙齒及各該第二嚙齒分別可以由底部朝自由端漸縮寬度。如此，該數個第二嚙齒可易於與該數個第一嚙齒嚙合，具有降低構件磨損及提升運作順暢度等功效。

該骨科植入物用器械另可以包含一降溫器，該降溫器可以具有一套管由內周面貼接該套筒的外周面，一熱管可以位於該套管的內周面與外周面之間，該熱管中可以為真空環境並填充有一相變化流體。如此，該熱管可以吸收該套管的熱能，並致使該相變化流體產生氣液相變化而帶走熱能，具有輔助散熱的功效。

其中，該熱管可以為相連通的二螺旋管道。如此，具有提升散熱效率的功效。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第1、2圖所示，其係本發明骨科植入物用器械的一較佳實施例，係包含一套筒1、一傳動桿2、一鑽削桿3及二磁鐵4，該傳動桿2的一端、該鑽削桿3的一端及該二磁鐵4均位於該套筒1中。

該套筒1的二端呈開放狀，且該套筒1具有相對的一內周面1a及一外周面1b。該套筒1的其中一端可以具有一內環凸緣11，以避免設於該套筒1中的構件從該端脫出。

該傳動桿2具有一桿體2a及一傳動件2b，該傳動件2b位於該桿體2a的一端，且該傳動件2b位於該套筒1中以便連接該鑽削桿3，該桿體2a的另一端則位於該套筒1外以便結合至一鑽削機D（僅以局部示意於第3圖）。其中，該傳動件2b可以結合該桿體2a，或與該桿體2a一體成型相連接，本發明並不加以限制。

該傳動件2b具有一第一容槽21及數個第一嚙齒22，該第一容槽21可供容設其中一個前述的磁鐵4，該數個第一嚙齒22則可以圍繞該第一容槽21設置。在本實施例中，該數個第一嚙齒22可以該桿體2a的軸心為中心呈環狀排列，各該第一嚙齒22可概呈由底部朝自由端漸縮寬度而形成類似三角齒的型態，且較佳可以在各該第一嚙齒22的自由端處導圓角，使各該第一嚙齒22在自由端處由外表面向內表面呈彎弧型態，且二側面傾斜使內表面小於外表面。另，該傳動桿2還可具有一抵靠肩部23位於該套筒1中並供其他構件抵靠定位，本發明不限制該抵靠肩部23的型態，例如可以在該桿體2a的外周面形成凸緣，或如本實施例圖式所示，選擇使該傳動件2b的徑寬大於該桿體2a的徑寬，以於該傳動件2b連接該桿體2a處形成該抵靠肩部23。

該鑽削桿3具有一第二容槽31可供容設另一個前述的磁鐵4，該鑽削桿3還具有能夠與該數個第一嚙齒22相嚙合的數個第二嚙齒32，且該數個第二嚙齒32可以圍繞該第二容槽31設置。在本實施例中，該鑽削桿3可以與該傳動桿2的桿體2a共軸，該數個第二嚙齒32可以該鑽削桿3的軸心為中心呈環狀排列，各該第二嚙齒32可概呈由底部朝自由端漸縮寬度而形成類似三角齒的型態，且較佳可以在各該第二嚙齒32的自由端處導圓角。如此，該數個第二嚙齒32與該數個第一嚙齒22能夠以線接觸的型態相嚙合，相較於面接觸的接觸型態，線接觸的接觸型態具有更易於分離的優點。

該鑽削桿3還可以具有一結合部33位於該第二容槽31與一刃部34之間，使該鑽削桿3可以由該結合部33結合該套筒1，以確保該套筒1能與該鑽削桿3同動。此外，該結合部33結合該套筒1後，該第二容槽31及該數個第二嚙齒32係位於該套筒1中，而該刃部34則位於該套筒1外以便鑽削骨頭。

該二磁鐵4分別設於該第一容槽21與該第二容槽31，且該二磁鐵4以同極相對，例如以N極相對或以S極相對，使該二磁鐵4相靠近時能產生一相斥力。

該骨科植入物用器械另可以包含至少一穩定件5，用以輔助高轉速運作的該傳動桿2能減少晃動而穩定旋轉。該穩定件5可以設於該套筒1中，並由該傳動桿2的桿體2a所貫穿。該穩定件5的外周面5a較該傳動桿2在該套筒1中的最大寬度處（在本實施例中，該最大寬度處係位於該傳動件2b鄰近該抵靠肩部23處）鄰近該套筒1的內周面1a；如此，即便該傳動桿2的桿體2a呈細長狀，也能藉由該穩定件5與該套筒1共同降低該傳動桿2的傳動件2b產生晃動的情況。

此外，為能更進一步地降低該穩定件5的外周面5a與該套筒1的內周面1a之間的摩擦力，該穩定件5可以具有數個滾動件52位於一內環51與一外環53之間，該內環51可以穿套於該桿體2a的環周面，以由可相對於該內環51與該外環53滾動的該數個滾動件52，達到降低前述摩擦力的效果；舉例而言，該穩定件5可例如為滾珠軸承、滾針軸承或滾錐軸承等型態的軸承，本實施例圖式雖以滾珠軸承為例示意，但並不以此為限。又，本實施例可選擇使該外環53鬆配結合該套筒1的內周面1a，以達到較佳的穩定效果，且不影響該套筒1相對於該穩定件5軸向位移的順暢度。

另一方面，本實施例可選擇使該穩定件5的數量為二個，該二個穩定件5可以呈同軸設置以供該傳動桿2的桿體2a貫穿，使該桿體2a的軸心更加不易偏擺，有助提升該傳動桿2轉動時的穩定度。例如但不限制地，本實施例可以將該二個穩定件5相疊設置，使該二個穩定件5的內環51相抵接，及該二個穩定件5的外環53相抵接。又，較鄰近該鑽削桿3的穩定件5，其內環51可以抵靠於該傳動桿2的抵靠肩部23，其外環53則不接觸該抵靠肩部23；較遠離該鑽削桿3的穩定件5，其內環51可以被結合於該桿體2a的一限位環圈6抵靠，且該限位環圈6不抵接該套筒1的內環凸緣11，其外環53則不接觸該限位環圈6。如此，該限位環圈6可穩固結合該傳動桿2以同步旋轉，且該二個穩定件5可以被限位在該限位環圈6與該抵靠肩部23之間而不會相對於該桿體2a產生軸向位移；再且，即便該限位環圈6失效，該二個穩定件5也會被該套筒1的內環凸緣11擋止，而無法從該套筒1中意外脫出，有助提升使用安全性。

該骨科植入物用器械還可以包含一降溫器7，該降溫器7具有一套管71，該套管71可由內周面71a貼接該套筒1的外周面1b，以便吸收傳遞至該套筒1的熱能。一熱管72位於該套管71的內周面71a與外周面71b之間，該熱管72中為真空環境並填充有一相變化流體L，使該熱管72能吸收該套管71的熱能，並致使該相變化流體L產生氣液相變化而帶走熱能，達到輔助散熱的效果，確保鑽削骨頭的溫度能低於47 °C以降低骨壞死之風險。本發明不限制該熱管72的型態，本實施例以相連通的二螺旋管道呈現，以提升散熱效率。

請參照第3圖所示，本發明的骨科植入物用器械可適用於骨科植入手術中的任意鑽孔作業。使用時，可以將該傳動桿2的桿體2a結合至一鑽削機D，再由該鑽削桿3的刃部34抵接一骨頭B，藉由該骨頭B對該刃部34的反作用力，推抵該鑽削桿3往靠近該傳動桿2的方向位移，並克服該二磁鐵4之間的相斥力，直至該數個第二嚙齒32與該數個第一嚙齒22相嚙合；如此，當該鑽削機D帶動該傳動桿2高速旋轉時，該鑽削桿3可被該傳動桿2連動旋轉，以由該刃部34鑽削該骨頭B。

請參照第4圖，直至該骨頭B被鑽穿的瞬間，由於該刃部34所受到的反作用力會瞬間減小，故可藉由該二磁鐵4之間的相斥力使該數個第一嚙齒22與該數個第二嚙齒32分離，產生該鑽削桿3往遠離該傳動桿2的方向位移的效果；如此，尚在旋轉中的該傳動桿2將無法連動該鑽削桿3旋轉，故該鑽削桿3將停止旋轉，從而大幅減少鑽傷及鑽破位於該骨頭B表面的軟組織T的情況，同時還能透過該鑽削桿3推向該軟組織T的力道，協助該軟組織T與該骨頭B之間的薄膜剝離。

其中，在鑽削骨頭的過程中，該傳動桿2帶動該鑽削桿3旋轉，使得結合於該鑽削桿3的該套筒1，及結合於該套筒1的該降溫器7也都會跟著同步旋轉。該穩定件5的外環53則可能會在該鑽削桿3受力而造成該傳動桿2晃動時，接觸到該套筒1的內周面1a，從而被該套筒1帶動旋轉，故該穩定件5的外環53並不會持續且穩定地隨該套筒1同步旋轉；然而，本實施例的骨科植入物用器械並未使該外環53接觸其他構件，能有效避免該外環53與其他構件的轉速差造成摩擦損傷及生熱的現象。同時，該二磁鐵4又是以非接觸式的超距力來將該傳動桿2與該鑽削桿3分開，故該套筒1中各構件之間的摩擦力可以有效降低甚至無摩擦力，不僅有助延長各構件的使用壽命，還能大幅降低運作噪音與振動，且該鑽削桿3也不易升溫以降低骨壞死之風險，並可縮短二次鑽孔作業之間等待該鑽削桿3降溫的時間，有助縮短手術時間及降低手術風險。

值得一提的是，該鑽削桿3的振動或晃動都會使鑽出的孔洞比預期尺寸還大，造成骨植入物無法穩固植入，或是植入後的初期穩定性不佳等問題。根據文獻顯示，只要骨植入物與孔洞之間存在超過100 μm的縫隙，就會造成癒合後骨頭無法穩固結合骨植入物的情形。因此，本實施例的骨科植入物用器械可以降低運作振動，使該鑽削桿3鑽出的孔洞尺寸精度更佳，對提升植入後的初期與長期穩定性都有莫大的幫助。

綜上所述，本發明的骨科植入物用器械，藉由可相嚙合的傳動桿與鑽削桿搭配該二磁鐵，使該傳動桿與該鑽削桿可以連動以對骨頭鑽削孔洞，並於鑽穿骨頭的瞬間藉由該二磁鐵的相斥力將該傳動桿與該鑽削桿分離，使該鑽削桿失去鑽削功能，以有效防止該鑽削桿造成軟組織受損。同時，該骨科植入物用器械的簡易結構還能降低運作噪音、振動及溫度，提高鑽孔作業的穩定性及效率，使施術者在鑽削過程中可快速定位及鑽削，提升手術效率並增加術後骨科植入物的初期穩定性與減少骨壞死情形。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1:套筒 1a:內周面 1b:外周面 11:內環凸緣 2:傳動桿 2a:桿體 2b:傳動件 21:第一容槽 22:第一嚙齒 23:抵靠肩部 3:鑽削桿 31:第二容槽 32:第二嚙齒 33:結合部 34:刃部 4:磁鐵 5:穩定件 5a:外周面 51:內環 52:滾動件 53:外環 6:限位環圈 7:降溫器 71:套管 71a:內周面 71b:外周面 72:熱管 B:骨頭 D:鑽削機 L:相變化流體 T:軟組織

［第1圖］本發明一較佳實施例的分解立體圖。［第2圖］本發明一較佳實施例的組合側剖圖。［第3圖］本發明一較佳實施例的鑽削骨頭時的使用情形圖。［第4圖］本發明一較佳實施例的鑽穿骨頭時的使用情形圖。

1:套筒

1a:內周面

1b:外周面

11:內環凸緣

2:傳動桿

2a:桿體

2b:傳動件

21:第一容槽

22:第一嚙齒

23:抵靠肩部

3:鑽削桿

31:第二容槽

32:第二嚙齒

33:結合部

34:刃部

4:磁鐵

5:穩定件

5a:外周面

51:內環

52:滾動件

53:外環

6:限位環圈

7:降溫器

71:套管

71a:內周面

71b:外周面

72:熱管

L:相變化流體

Claims

一種骨科植入物用器械，包含：一套筒；一傳動桿，具有一傳動件位於一桿體的一端，該桿體的另一端位於該套筒外，該傳動件位於該套筒中並具有一第一容槽，數個第一嚙齒圍繞該第一容槽設置；一鑽削桿，具有數個第二嚙齒圍繞一第二容槽設置，一結合部位於該第二容槽與一刃部之間，該結合部結合該套筒，該刃部位於該套筒外；及二磁鐵，分別設於該第一容槽與該第二容槽，且該二磁鐵以同極相對；其中，該刃部抵接一骨頭時，該數個第二嚙齒嚙合該數個第一嚙齒，使該鑽削桿被該傳動桿連動旋轉以鑽削該骨頭，直至鑽穿該骨頭時，藉由該二磁鐵之間的相斥力使該數個第二嚙齒與該數個第一嚙齒分離。
如請求項1之骨科植入物用器械，另包含至少一穩定件，該穩定件位於該套筒中，該傳動桿的桿體貫穿該穩定件，該穩定件的外周面較該傳動桿在該套筒中的最大寬度處鄰近該套筒的內周面。
如請求項2之骨科植入物用器械，其中，該穩定件具有數個滾動件位於一內環與一外環之間，該外環鬆配結合該套筒的內周面。
如請求項3之骨科植入物用器械，其中，該外環未接觸位於該套筒中的構件。
如請求項2之骨科植入物用器械，另包含一限位環圈，該限位環圈結合該傳動桿的桿體，該傳動桿具有一抵靠肩部位於該套筒中，該穩定件位於該限位環圈與該抵靠肩部之間。
如請求項1之骨科植入物用器械，其中，該數個第二嚙齒與該數個第一嚙齒以線接觸的型態相嚙合。
如請求項1之骨科植入物用器械，其中，各該第一嚙齒及各該第二嚙齒分別由底部朝自由端漸縮寬度。
如請求項1至7中任一項之骨科植入物用器械，另包含一降溫器，該降溫器具有一套管由內周面貼接該套筒的外周面，一熱管位於該套管的內周面與外周面之間，該熱管中為真空環境並填充有一相變化流體。
如請求項8之骨科植入物用器械，其中，該熱管為相連通的二螺旋管道。