具有传递可控的、可重复的和可逆的冲击力的发射质块的矫形冲击设备制造技术

本发明专利技术提供了一种电机驱动矫形冲击工具，用于在臀部、膝盖、肩部等进行矫形冲击。所述工具能够容纳拉刀、骨凿或其他末端执行器，当用可控的敲击冲击在腔中轻轻敲击时，所述工具可以扩大所述腔的开口的尺寸或体积，或有助于从所述开口移出所述拉刀、植入物或其他手术器具。储能驱动机构储存势能，并且然后释放势能以发射发射质块或撞针，进而沿着向前方向或相反方向将碰撞力传递至适配器。所述工具可以进一步包括组合砧座和适配器以及能量调节机构，以根据患者简况调节所述发射质块传递给所述适配器的所述碰撞力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有传递可控的、可重复的和可逆的冲击力的发射质块的矫形冲击设备本公开涉及用于在外科应用(诸如矫形手术)中进行冲击的局部动力工具，并且更具体地涉及用于双向手术冲击的手持式电机驱动工具，该双向手术冲击是由发射质块(launchedmass)驱动以向拉刀或其他末端执行器提供可控的、可重复的冲击。
技术介绍
在矫形领域，假肢器官(诸如人造关节)经常被植入或置入到患者骨腔中。腔通常是在假体被置入和植入之前的手术过程中形成的，例如，医生可以移除和/或压缩现有的骨头来形成腔。假体通常包括可以插入该腔的茎(stem)或其他凸起。医生可以使用符合假体的茎的形状的拉刀来生成腔。本领域中已知的方案包括提供一种具有拉刀的手柄，使医生在手术过程中手动敲击该手柄以将拉刀推入植入区域。遗憾的是，由于该方法是粗糙的和众所周知不准确的，导致对骨头产生不必要的机械压力和依赖于特定医生技术的高度不可测。以往，这种蛮力的方法在很多情况下会导致腔的位置和结构不准确。此外，外科医生需要花费很大的体力和能量去敲击拉刀并且操作骨头和假体。最重要的是，该方法导致医生将会对手术区域造成不必要的进一步的创伤和损坏其他健康的组织、骨结构等的风险。另一种用于生成假体腔的技术是气动地(即，通过压缩空气来)驱动拉刀。这种方法的缺点在于其妨碍了冲击工具的便携性，例如，由于存在系索的空气管线，以便空气从工具中排出进入无菌操作区，以及操作工具的医生的疲劳。如在美国专利5057,112中所示，该方法不允许精确地控制冲击力或频率，相反，在致动时，功能更像是手提钻。其次，由于缺少对精确控制的任何测量，使腔的准确拉削更加困难，导致患者不必要的并发症和创伤。第三种用于生成腔的技术依赖于计算机控制的机械臂。尽管该方法克服了疲劳和准确性的问题，但是该方法遭受具有非常高的资金成本并且另外消除了外科医生能够从手动方法中得到的触觉反馈。第四种技术依赖于专利技术人自己之前的工作，其使用线性压缩器在单冲程基础上压缩空气，然后在生成足够的压力后，通过阀门将空气释放到撞针上。然后驱动该撞针沿着导管向下行进并冲击容纳切刀或其他手术工具的砧座。但是，由于空气的压力，这种布置导致在齿轮系和线性运动转换器部件产生巨大的力，巨大的力导致部件过早的磨损。因此，需要一种具有克服现有系统和专利技术人之前的方案的各种缺点的改进的驱动组件的冲击工具。
技术实现思路
鉴于上述缺点，本专利技术提供了一种电机驱动矫形冲击工具，用于在臀部、膝盖、肩部等进行矫形冲击。该工具能够容纳拉刀、骨凿或其他末端执行器，并且使用可控的敲击冲击将拉刀、骨凿或其他末端执行器轻轻敲击进入腔中，从而更好地适合于假体或植入物。此外，由这种电操纵的拉刀、骨凿或其他末端执行器提供的控制允许根据患者的特定骨类型或其他外形来调整冲击设置。该工具还使得能够正确就位，并且在双向移动的情况下将假体或植入物移入或移出植入腔，以及有利地增强了现有外科医生控制器械的技能。在示例性实施例中，电机驱动矫形冲击工具包括：本地电源(诸如电池或燃料电池)、电机、控制器、壳体、将旋转运动转换成线性运动的方法(以下称为线性运动转换器)、储能驱动系统或机构(诸如能够存储和释放势能的气体弹簧或机械弹簧)以及由所述储能驱动系统激励的沿着向前和/或向后的方向操作的撞针，其中该撞针能够对手术器具产生冲击力。所述工具可以通过半导体光源(诸如LED)或传统的白炽光源的方式进一步将聚焦照明传递至手术区域。可以提供手柄以用于医生手持工具，或用于将该工具集成到机器人组件中的合适的安装接口。还可以包括本地电源(诸如电池)。通常，各种部件中的至少一些被优选地包含在壳体内。该工具能够对拉刀、骨凿或其他末端执行器或植入物施加循环的、可重复的冲击力。考虑到冲击力的可重复性，也可以设想将冲击力微调到多个水平。为此，可以将多个气体弹簧与设备一起以套件形式提供，由此可以在外科手术期间根据需要将不同颜色编码的气体弹簧可拆卸地引入到工具中以提供一定范围的驱动力。关于所述储能驱动系统，该系统优选地通过电机和齿轮箱结合凸轮致动，该凸轮在第一方向上旋转，压缩弹簧，从而将势能储存在储能驱动系统内。所述凸轮进一步继续旋转并释放储存的能量，所述储存的能量反过来能够将使其本身或另一个质块加速以产生驱动组件的正向冲击力。作为一个例子，在机械弹簧或气体弹簧的充分位移之后，其中储存的势能增加，所述凸轮继续旋转直到它移动通过其停止作用于质块的释放点，然后释放储存的能量。在释放时，能量或更优选地其他质块通过储能驱动系统沿向前的方向加速，直到其与冲击点(诸如砧座或另一冲击表面)有效接触。相反地，对于双向冲击系统，所述凸轮可以替代地沿相反的、第二方向旋转，压缩弹簧，并再次在弹簧存储系统内储存势能。所述凸轮进一步继续旋转到其停止作用在弹簧存储系统上的释放点，并且所述弹簧存储系统可以释放存储的能量，该存储的能量又能够将其本身或另一质块加速以产生向后冲击力。举例来说，在弹簧的充分位移(其中储存的弹簧/气体弹簧的势能增加)之后，所述凸轮继续旋转直到它移动经过其停止作用于质块的释放点，然后释放储能驱动系统(或机构)。在释放时，所述储能驱动系统或其他质块通过储能驱动系统在相反的、向后方向上加速，直到其与冲击点(诸如砧座或另一冲击表面)可操作地接触。在示例性实施例中，发射质块(其能够是储能驱动系统本身)在冲击点之前与推板或推动表面分离。因此，在该实施例中，由于整个储能驱动系统是发射质块，出乎意料地实现了非常高的效率。在使用机械弹簧的另一实施例中，弹簧的压缩比小于其自由长度的约50％，本专利技术人发现该压缩比降低了永久弹簧形变的可能性。在另一个示例性实施例中，手柄可以是可重定位或可折叠回到工具以呈现内联工具，其中外科医生将工具与拉刀的方向共线地推动或拉动。这具有限制外科医生在操作工具期间可以放置在工具上的扭矩量的优点。在把手的进一步改进中，可以存在额外的把手，用于在冲击操作期间引导手术器械并提供增加的稳定性。在又一个实施例中，工具可以连接到机器人上，从而消除了对手柄的需要，并且工具可以使用系索的(tethered)或远程电源。在另一示例性实施例中，拉刀、骨凿或其他末端执行器能够旋转到多个位置，同时仍保持轴向对齐。这有助于在手术过程中使用拉刀进行各种解剖学演示。在另一个示例性实施例中，工具还包括控制元件或控制器，其包括能量调整元件或机构，并且该能量调整元件可以通过控制从储能驱动机构输出的能量的储存和释放来控制工具的冲击力。所述能量可以通过电子或机械地方式进行调节。此外，所述能量调整元件可以是模拟的或具有固定的设置。这个控制元件允许冲击操作的精确控制。所述能量调整元件允许外科医生根据患者的简况增加或减少工具的冲击能量。在示例性实施例中，工具的砧座包括两个冲击点(向前冲击表面或第一表面和向后冲击表面或第二表面)中的至少一个，以及引导组件，诸如导辊、轴承或聚四氟乙烯(PTFE)或特氟龙轨道以约束撞针沿大致轴向方向移动。撞针的冲击点以及由此产生的对手术工具的作用力能够在向前方向和反向方向两个方向上。在双向冲击操作中，当在手术工具上产生向前的力时，撞针沿着引导组件移动并继续沿着向前方向。能够使用转向机构来改变撞针的冲击点和手术工具上的合力。使用这种转向机构导致向砧座和/或拉刀或其他手术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术冲击工具，包括：储能驱动机构，所述储能驱动机构被配置为产生弹簧驱动的碰撞力；控制器，所述控制器被配置为对从所述储能驱动机构输出的能量的存储和释放进行控制；适配器，所述适配器被配置为接纳手术器具；以及发射质块，所述发射质块响应于所述储能驱动机构将所述碰撞力传递给所述适配器，以沿第一方向推进所述手术器具。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.31 US 62/381,8641.一种手术冲击工具，包括：储能驱动机构，所述储能驱动机构被配置为产生弹簧驱动的碰撞力；控制器，所述控制器被配置为对从所述储能驱动机构输出的能量的存储和释放进行控制；适配器，所述适配器被配置为接纳手术器具；以及发射质块，所述发射质块响应于所述储能驱动机构将所述碰撞力传递给所述适配器，以沿第一方向推进所述手术器具。2.根据权利要求1所述的手术冲击工具，还包括：具有第一冲击表面和不同的第二冲击表面的砧座，其中所述发射质块可操作地冲击所述第一冲击表面以生成向前冲击力和冲击所述第二冲击表面以生成向后冲击力。3.根据权利要求1所述的手术冲击工具，其中，所述储能驱动机构包括弹簧，所述弹簧是机械弹簧、气体弹簧或橡胶弹簧中的一种。4.根据权利要求3所述的手术冲击工具，其中，所述气体弹簧在大约100psi到3000psi范围的压力下工作。5.根据权利要求2所述的手术冲击工具，其中，所述发射质块的质量与所述砧座的质量之比为至少50％。6.根据权利要求1所述的手术冲击工具，其中，所述储能驱动机构包括可替换的筒。7.根据权利要求2所述的手术冲击工具，其中，冲击的方向是由施加到所述工具的偏置力控制的，其中朝向生物对象方向上的所述偏置力使得所述发射质块冲击所述第一冲击表面，以及其中在远离所述生物对象的方向上的所述偏置力使得所述发射质块冲击所述第二冲击表面。8.根据权利要求1所述的手术冲击工具，其中，所述发射质块的质量与所述工具的质量之比小于25％。9.根据权利要求1所述的手术冲击工具，其中，所述适配器的最大位移小于10mm。10.根据权利要求1所述的手术冲击工具，其中，所述工具包括能量调整机构，所述能量调整机构根据患者情况调整所述发射质块传递给所述适配器的冲击能量。11.根据权利要求1所述的手术冲击工具，其中，从所述储能驱动机构输出的能量小于8焦耳。12.根据权利要求2所述的手术冲击工具，还包括：插入在所述发射质块和所述砧座之间的柔性元件，所述柔性元件用于将所述向前冲击力和所述向后冲击力中的至少一个分配到所述砧座的所述第一冲击表面和所述第二冲击表面。13.根据权利要求1所述的手术冲击工具，还包括：引导组件，所述引导组件用于引导所述发射质块沿基本轴向方向移动，其中所述引导组件包括引导辊、轴承和轨道中的至少一个。14.根据权利要求2所述的手术冲击工具，其中，所述向后冲击力的冲击是所述向前冲击力的至少60％。15.根据权利要求2所述的手术冲击工具，还包括：用于释放所述弹簧的凸轮，所述凸轮沿第一方向旋转以压缩所述储能驱动机构的所述弹簧，其中所述凸轮沿所述第一方向的继续旋转将被压缩的弹簧从所述储能驱动机构的第一板表面释放并且使所述发射质块加速以在所述砧座上生成所述向前冲击力。16.根据权利要求15所述的手术冲击工具，其中，所述凸轮沿与所述第一方向相反的第二方向旋转以压缩所述储能驱动机构的所述弹簧，以及其中所述凸轮沿所述第二方向的继续旋转将被压缩的弹簧从所述储能驱动机构的第二板表面释放并且使所述发射质块加速以在所述砧座上生成所述向后冲击力。17.根据权利要求1所述的手术冲击工具，其中，从所述储能驱动机构释放能量导致所述发射质块在将所述碰撞力传递到所述适配器之前的不受约束的位...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·潘迪希倪，
申请(专利权)人：麦迪克药业分布有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US