CN113164225A - 用于深范围应用的自体移植工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于深范围应用的旋转骨凿。所述骨凿的主体具有支撑螺旋形盘旋的沟槽的锥形末端。当在非切割方向旋转时，基本无边缘(无边缘)的工作刃在所述沟槽之间交错设置，以提供压实作用。所述主体还具有细长的圆柱形阻挡段。一冲洗导管穿过所述阻挡段的中心，并在用作冲洗液的独立喷嘴的多个出口孔处露出。所述出口孔大致为椭圆形，并围绕所述主体间隔开以保持平衡。所述冲洗导管具有一个通向分流器的主干，这反过来将冲洗液分流为基本相等的分支。每个分支相对于尖端方向上的纵向轴线的夹角为大约在10°至45°之间的锐角轨迹。

Description

用于深范围应用的自体移植工具

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月6日提交的第62/756,406号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用的方式并入此案。

技术领域

本发明总的来说涉及用于制备孔以容置植入物或固定装置的工具，更具体地，涉及配置有内部冲洗的旋转骨凿。

背景技术

植入物是一种医疗装置，其被制造以代替缺失的生物结构、支撑损坏的生物结构或增强现有的生物结构。骨植入物是一类放置在患者骨骼中的植入物。骨植入物可以在整个人体骨骼***中找到，其包括用以代替缺失或损坏的牙齿的在颌骨中的牙植入物，用以代替损坏的关节如髋关节或膝关节的关节植入物，以及用以修复骨折和纠正其他缺陷而被安装的加固植入物，等等。

在一些应用中，植入物的放置位置很难到达。这些所谓的“深范围”的情况包括(但不限于)如图1A所示的颧骨植入物。如图1B所示，通常需要一个长钻头或钻针来准备截骨部位以容置植入物。(请注意，图1B所示的钻具是按照本发明的一个实施例，并且不是被承认的现有技术)。

最近，本行业已经接受了用于准备截骨部位的骨致密化方案。该新兴的方案由本发明的发明人萨拉赫·胡维斯博士首创，并由密歇根州杰克逊的沃萨(Versah)公司以

钻针的商标名称作为旋转骨凿来销售。美国专利公开文本2017/0071704(公开日为2017年3月16日)和PCT公布文本WO 2017/124079(公布日为2017年7月20日)描述了

钻针骨凿的各种示例及其功能。这些公开文本的全部内容在此以引用的方式并入本文，并在所有承认以引用方式合并的法域中以之作为依据。

钻针骨凿的使用方案的一个关键因素是例如通过一个启用冲洗的医用手机，在钻针的外端进行大量冲洗。请参见图2。冲洗液优选为无菌盐水溶液或水。当提供连续流动的冲洗液时，沟槽的反向扭转(相对于骨凿的旋转方向)将产生使冲洗液向下朝着截骨部位的底部推送和泵送的效果。也就是说，沟槽以与涡轮的叶片类似的方式来输送冲洗液。因此，冲洗液在整个手术过程中被强力推动至截骨部位的底部。这种泵送或推送的动作由图2中向下的扭曲的箭头表示。在截骨手术中，会产生向外推动的液压压力，该液压压力如图2中的用向外指向的小箭头表示的压力梯度所示。当在致密化模式下操作时，压力梯度推抵骨侧壁，从而准备和预处理孔的内表面。多余的冲洗液通过小的圆形间隙从截骨部位中排出(溢出)，该小的圆形间隙在旋转骨凿略微提起时出现在旋转骨凿周围。因此，当外科医生重复地使转动的旋转骨凿进入和撤出截骨部位时，压力梯度将直接响应于外科医生施加的力的大小而增大和减小。

通过调节旋转骨凿的位置，并结合冲洗液的持续供应，外科医生可以对截骨部位的内侧壁施加均匀分布的、具有类似活塞的效果的膨胀压力。这种跳动的液压效果具有许多已被记载的预处理优势，包括：1)对截骨部位的骨结构施加温和的预应力，为随后的压实接触做准备；2)通过旋转骨凿传递的触觉反馈，使得外科医生能够在旋转骨凿与侧壁实际接触之前从策略上识别瞬时施加的压力；3)增强骨骼结构的水合作用，从而增强骨骼韧性并增强骨骼可塑性；4)液压辅助将骨碎片注入周围骨的网格结构中；5)减少热传递；6)具有流体动力润滑能力；7)减轻或缓解患者感觉到的创伤等等。

然而，上述“深范围”的情况使

钻针骨凿的外部冲洗方案变得复杂。例如，在为如图1A和图1B所示的颧骨植入物准备截骨部位时，实际上不可能将足量的冲洗液注入深埋的钻针的沟槽。

因此，需要用来准备骨骼和其他类型的宿主材料的改进的工具和技术，以便在“深范围”应用中容置锚定物(anchor)或植入物。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于深范围应用的旋转骨凿。所述骨凿包括一个建立了纵向旋转轴线的柄。所述柄在驱动端和过渡接口之间延伸。一主体从所述过渡接口延伸至尖端。多个沟槽围绕所述主体设置。每个沟槽从相邻的尖端延伸至各自的末端。每个沟槽在其一侧具有限定前角(rake angle)的切割面。每个沟槽在其另一侧也具有限定跟侧角(heel-side angle)的致密化面。每对相邻的沟槽之间形成一个凸带。每个凸带沿一个相邻沟槽的切割面具有一工作刃。所述主体的阻挡段设置在所述沟槽的末端和所述柄的过渡接口之间。一冲洗导管从所述柄中的入口穿至出口孔。所述出口孔设置在所述阻挡段中。

根据本发明的第二方面，设置了一种用于深范围应用的旋转骨凿。所述骨凿包括一个建立了纵向旋转轴线的柄。所述柄在驱动端和过渡接口之间延伸。一主体从所述过渡接口延伸至尖端。所述主体的至少一部分具有锥形轮廓，该锥形轮廓从最大直径减小至与所述尖端邻近的最小直径。多个沟槽围绕所述主体设置。每个沟槽从相邻的尖端延伸至各自的末端。每个沟槽围绕所述主体的锥形轮廓呈螺旋形盘旋。所述多个沟槽围绕所述主体周向上等值递增地布置。每个沟槽在其一侧具有限定前角的切割面。每个沟槽在其另一侧也具有限定跟侧角的致密面。每对相邻的沟槽之间形成一个凸带。每个凸带沿一个相邻沟槽的切割面具有一工作刃。所述主体的阻挡段设置在所述沟槽的末端和所述柄的过渡接口之间。所述阻挡段大致为圆柱形。一冲洗导管从所述柄中的入口穿到所述阻挡段中的多个出口孔。所述入口设置在所述柄的驱动端，并沿所述纵向轴线对齐。所述多个出口孔在所述主体周围周向上等值递增地彼此间隔。

通过将出口孔设置在主体的阻挡段，使充满能量供应的冲洗液能够流入沟槽并流向尖端，从而能够更好地模拟现有技术的外部冲洗操作。通过使冲洗液流入沟槽并流向尖端，可产生液压效果，该液压效果具有已知的预处理优势的，该优势包括：1)对截骨部位的骨结构施加温和的预应力，为随后的压实接触做准备；2)通过旋转骨凿传递的触觉反馈，使得外科医生能够在旋转骨凿与侧壁实际接触之前从策略上识别瞬时施加的压力；3)增强骨骼结构的水合作用，从而增强骨骼韧性并增强骨骼可塑性；4)液压辅助将骨碎片注入周围骨的网格结构中；5)减少热传递，特别是在塑性变形区域；6)具有流体动力润滑能力；7)减轻或缓解患者感觉到的创伤；仅举几例加以说明。

附图说明

本发明的这些以及其他特征和优势在结合下文的详细描述和附图来考虑时，会变得更容易理解，其中：

图1A是颧骨植入物形式的深范围应用的一个示例；

图1B是根据本发明一实施例的如图1A所示的示出了用于其中一个长植入物的截骨部位的成形的示意图，其中截骨部位通过使用旋转骨凿来成形；

图2示出了一种现有技术中的用于外部冲洗的旋转骨凿，其直接从美国专利公开文本2017/0071704复制而来；

图3是局部剖视图，示出了在与工作刃接触之前，骨侧壁上产生的上升的流体动力压力尖峰；

图4是放大视图，示出了尖端的骨磨削和自体移植特征；

图5是尖端的局部透视图，示出了尖端区域，在尖端区域中，骨材料收集并随后被引导至沟槽中，以送回到周围的骨中；

图6是根据本发明一实施例的旋转骨凿的侧视图；

图7是大致沿着图6的7-7线截开的剖视图；

图8是从柄的驱动连接件的视角所见的端视图；

图9是从尖端的视角所见的端视图；

图10是根据本发明一实施例的旋转骨凿的立体图；

图11是图10的旋转骨凿从不同的视角所见时的立体图；

图12是根据本发明一实施例的长度延长的旋转骨凿的立体图；

图13是截骨部位的简化剖视图，也示出了旋转骨凿的截面，冲洗液从中被排出以产生有益的流体动力效果；

图14示出了与本发明的新型冲洗导管结合的几种不同直径和不同长度的骨凿的并排比较；

图15示出了并入具有三角形截面的导向钻中的本发明的新型冲洗导管；以及

图16是大致沿着图15的16-16线截开的剖视图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的数字表示所有视图中相同或相应的部分，图1A和1B示出了牙植入物的示例，其中需要准备截骨部位来容置骨植入物20、22或24。应当理解，本发明不限于牙科应用，而是可以使用于广泛的整形外科应用。应用于人类是典型的，但应用于动物同样合理，并且不超出本发明的范围。此外，本发明不限于骨科应用，而是可用于在木材等有机材料中以及在工业和商业应用的非有机材料中制备孔，这些材料包括但不限于金属泡沫和其他多孔材料，仅举几例加以说明。

仅以说明为目的，图2所示的现有的外部冲洗技术类型的旋转骨凿可用来解释如何准备被扩张的、接近最终完全成形的截骨部位26，以容置植入物或其他固定装置。一旦截骨部位26准备好，植入物或固定螺钉就会旋入到位(例如，图1中的植入物20、22、24)。需要一系列步骤来完成完全成形的截骨部位26，其中包括：首先在受体骨上钻一个导向孔，以形成初始的截骨部位；然后通过使用逐渐变宽的旋转扩张器或骨凿来逐步扩张截骨部位26，直到达到最终预期的直径和深度。这种有顺序的扩张方式非常适合于现有的外部冲洗技术类型的旋转骨凿(图2)以及本发明的新的、内部冲洗的旋转骨凿。

图3-图15示出了根据本发明一实施例的旋转骨凿28，其包括柄30和主体32。柄30具有一个细长的圆柱形轴，该轴为旋转骨凿28建立了一个纵向旋转轴线A。在轴的远上端形成有一钻具电机啮合连接件34，用于连接至钻具电机(图未示)。连接件34的具体设置可根据所使用的钻具电机类型而变化，且在某些情况下甚至可以仅为轴的光滑部分，夹头的钳口夹紧该部分。主体32连接到柄30的下端，接合处可形成有锥形或穹形的过渡段36。在某些情况下，柄30可包括与过渡接口36相距一预设距离布置的环形槽37。沟槽37可用于定位一深度限制器(图未示)，以限制骨凿28的穿透深度。

优选地，主体32的下部具有锥形轮廓，其锥度从最大直径减小到邻近尖端38的最小直径。然而，在某些可预期的实施例中，主体32的下端可以是非锥形(即圆柱形)的。因此，尖端38远离柄30。优选地，一套工具中的所有骨凿28具有相同的锥度角，或近似相同的锥度角。取决于应用场景，锥度角可能大约在1°和5°(或更大)之间。更优选地，约2°-3°之间的锥度角会提供令人满意的效果。而且更优选地，已知约2°36′的锥度角可为牙科应用提供出色的效果。

尖端38由至少一个，但优选一对唇缘40(在图11最清楚地示出)来限定。唇缘40为设于在尖端38的相对两侧的边缘，且在示出的实施例中不位于共同的平面上。换句话说，如图所示，唇缘40可以由于中心贯穿纵向轴线A延伸的凿点42的短长度而稍微偏移(相对于正好径向对齐)。凿点42是钻具中常见的特征，但可替代地，将尖端38成形为凿点42当然是可能的，包括圆形和简单的尖形等。如前所述，唇缘40是从顶端38向上并向外(径向)倾斜的边缘。唇缘40的角度可以改变，以优化应用的性能。唇缘40相对于纵向轴线A的角度可在30°(非常尖)到75°(非常钝)之间变化。在图示的例子中，唇缘角相对于纵向轴线A测量为大约60°，或者在两个相对的唇缘40之间测量为大约120°。

每个唇缘40具有大致平坦的第一后刀面44。第一后刀面44以第一角度从它们各自的唇缘40倾斜。第一角度可在大约30°到60°之间变化，以优化应用的性能。实际上，相对于纵向轴线A的第一角度可以大约测量为45°。因此，应当理解，两个相对的第一后刀面44设置在相反的方向，使得当旋转骨凿28在使用中转动时，第一后刀面44或者引导或者跟随它们各自的唇缘40。当第一后刀面44引导它们各自的唇缘40时，认为骨凿28在非切割方向上转动以进行致密化模式；相反，当第一后刀面44跟随它们各自的唇缘40时，认为骨凿28在切割方向上转动，其中唇缘40在下降时切割或切开骨。在致密化方向上，实际上第一后刀面44形成一个唇缘40的大的负前角，以使在唇缘40接触点处形成的骨(或其他宿主材料)的碎屑和剪切变形最小化。

一个大致平坦的第二后刀面46以第二角度相邻于每个第一后刀面44形成，并偏离该第一后刀面44。第二角度小于第一角度，优选小于55°左右。在第一后刀面44形成为45°(相对于轴线A)的示例中，第二后刀面46可以为40°或更小。一个大致平坦的缓冲区48以第三角度相邻于每个第二后刀面46形成，并偏离该第二后刀面46。第三角度小于第二角度。在一个示例中，第二后刀面46形成为40°(相对于轴线A)，缓冲区48(即第三角度)可以为30°或更小。每个缓冲区48设置在第二后刀面46和唇缘40之间的尖端38的扇区内。当旋转骨凿28在切割方向上旋转时，大量骨屑聚集在缓冲区48区域。当旋转骨凿28在致密化方向上旋转时，少量骨屑或没有骨屑聚集在缓冲区48区域。

多个凹槽或沟槽50设置在主体32周围。沟槽50可以具有或不具有共同的轴向长度和径向深度。即，沟槽50在某些设置中可能不是完全相同的。优选地但非必要地，沟槽50围绕主体32的锥形下端均匀地周向排列。主体32的直径可以影响沟槽50的数量。例如，约1.5-2.5mm范围内的主体32可以形成三个或四个沟槽；约2.0-3.0mm范围内的主体32可以形成五个或六个沟槽；约3.0-4.0mm范围内的主体32可以形成七个或八个沟槽；等等。当然，沟槽50的数量可以比给出的示例更多或更少地变化，以便优化性能和/或更适用于具体应用。

在示出的实施例中，沟槽50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。这种RHS-RHC配置在所有附图中示出，尽管应当理解的是，如果需要的话，切割方向和螺旋方向也可以反转(即LHS-LHC)，得到的结果基本相同。

每个沟槽50具有一个致密面52和一个相对的切割面54。一个凸筋或凸带在相邻的沟槽50之间以交替的方式形成。因此，一个四沟槽50的旋转骨凿28将具有四个凸带，一个六沟槽62的旋转骨凿36将具有六个交替的凸带，等等。每个凸带具有一个外凸带面56，该外凸带面56在一侧的沟槽50的致密面52和另一侧的沟槽50的切割面54之间(周向地)延伸。每个凸带面56和与其相关的切割面54之间的明显界面称为工作刃58。根据旋转骨凿28的旋转方向，工作刃58用于切割骨或者压实骨。也就是说，当骨凿28在切割方向上旋转时，工作刃58切割并凿挖骨(或其他宿主材料)。当骨凿28在致密化(非切割)方向上旋转时，工作刃58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机理温和地横向向外推动骨结构。

所有图中示出的工作刃58基本上没有边缘，因为每个凸带面56的整个部分在工作刃58后面被切除而形成完全的间隙，这可从图3的使用示意图中理解。如上文结合螺旋扭曲的角度所述，示出了基本无边缘的工作刃58随着主体32的锥形轮廓部分的直径逐渐减小而远离致密方向。换言之，当致密化方向为逆时针方向时(参见图5中的方向箭头)，当从主体32的顶部向其尖端38观察时，工作刃58的螺旋扭曲沿逆时针方向缠绕。相反，如图9所示，当从尖端38向主体32的顶部观察时，扭曲看起来为顺时针方向。因此，当致密化方向为逆时针，当所有凸带面56和沟槽50环绕纵向轴线A逆时针运行时，工作刃58将背离致密化方向，因为其跟随每个凸带面56以及沟槽50向下朝向尖端38。

切割面54为每个独立的工作刃58建立了一个前角。前角是从工作刃58的引导面到垂直于被加工物体表面延伸的假想线(例如截骨部位的骨内表面)测量的倾角。参见图3。前角可以是：正、负或零。根据图3，工作刃58沿切割方向旋转时的前角优选为零或负，使得旋转骨凿28沿切割方向旋转时，建立一个适于切割/切开骨的挺括的切割刃58。实际上，已经发现当切割面54的前角在约0°和约-65°(负角)之间时，可以优化旋转骨凿28的切割功能，该前角可以作为距尖端38的距离的函数而改变。沿沟槽50的整个长度可以保持相同或大致相同的负前角。前角的刻意变化可以是递减的或递增的。递增变化表示前角在邻近尖端38处最小(最接近零)，并平滑地增长到邻近阻挡段60的最大值。另一方面，递减变化表示负前角在尖端38处较大，并在靠近阻挡段60处变小(因此在切割模式下更具侵略性)。

在致密化模式中，当旋转骨凿28反向旋转时，工作刃58和凸带面56之间建立了有效前角，该前角可以是大约55°-89°范围的大的负前角。当在致密化方向上旋转时，工作刃58的大的负前角在截骨部位26的壁与工作刃58之间的接触点处向外施加压力，以在接触点之前产生压缩波。骨致密化也可以不精确地被比喻为众所周知的为了提高金属表面质量的金属抛光工艺。

需要外科医生施加向下的压力来保持工作刃58与正在扩张的截骨部位26的骨表面接触。也就是说，需要压力来产生和传播骨中的压缩波，该压缩波开始于接触应力超过宿主骨材料的屈服强度。这由截骨部位26和工具28的锥度效应辅助而产生侧向压力(即，在预期的扩张方向上)。外科医生将旋转骨凿28推入截骨部位26越困难，横向施加的压力越大。这使得外科医生可以完全控制扩张率，而在很大程度上不考虑骨凿28的旋转速度，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由外科医生控制的施加在骨凿28上的力的大小。施加的力越大，则扩张更快。

随着拖动每个工作刃58穿过骨，施加的力可以被分解为两个分量：一个垂直于骨的表面，向外推压它；另一个为切向，沿截骨部位26的内表面拖动它。当切向分量增加时，工作刃58将开始沿骨骼滑动。同时，法向力将使较软的骨材料变形。如果法向力小，则工作刃58将会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实时改变旋转速度和/或压力和/或冲洗流量来控制。由于主体32的下部是锥形的，外科医生可以在外科手术过程中的任何时刻抬起工作刃58，不与骨表面接触，以便于冷却。这可以通过受控的“跳动”方式来完成，在这种方式下压力被短促地施加，外科医生持续监测进展并进行精细的校正和调整。随着外科医生施加的向下的力的增加，最终骨表面的应力超过屈服强度。当这种情况发生时，工作刃58将犁过表面并随后形成一个槽。因此，工作刃58的犁动动作逐渐增大截骨部位直到旋转骨凿28达到完全/最大深度，此时必须使用不同的更大的旋转骨凿36以在需要时实现进一步扩张。

虽然骨骼的弹性性能众所周知，但如果外科医生施加的负荷没有超过骨骼弹性变形的能力，一旦应力消除，骨骼将立即恢复到其初始(未变形的)状态。另一方面，如果外科医生施加的负荷超过骨骼弹性变形的能力，则骨骼将变形并通过塑性变形而永久地改变形状。在骨骼中，形状的永久变化可能与便于能量释放的微裂纹相关联，这是一种对完全断裂的自然防御的妥协。如果这些微裂纹很小，骨骼会在截骨部位扩张时保持一体。塑性变形区域从材料的屈服点一直延伸到断裂点。屈服点和断裂点之间的曲线峰值表示材料的极限拉伸强度。当一种材料(例如骨骼)在其屈服点和其极限拉伸强度之间的区域中受到应力时，材料会发生应***化。应***化，也称为加工硬化或冷加工，是通过塑性变形来对韧性材料进行的强化。这种强化由于材料的晶体结构内的错位运动和错位生成而发生——对于骨材料来说则对应于骨组织中胶原纤维之间交联的错位。当材料在其极限拉伸强度和断裂点之间的区域受到应力时，该材料会出现颈缩。

可以将螺旋扭曲的方向设计为起到有助于外科医生进行控制的作用，从而可以在整个扩张过程中对骨骼(或其他宿主材料)施加应力的最佳等级(在应***化区内)。特别地，当旋转骨凿28在致密化方向上高速连续旋转并同时被强制推入(由外科医生手动)截骨部位26时，上文所述的表示用于右手切割方向的右手螺旋的RHS-RHC设置(或者可替代的LHS-LHC设置，未示出)施加一应力，该应力在宿主骨中引起有益的相反的轴向反作用力(R_y)。这种相反的轴向反作用力(R_y)在图4中有图示说明，与强制进入截骨部位26的方向相反。换言之，如果操作旋转骨凿28的外科医生向下推动旋转骨凿28进入一个截骨部位26，则相反的轴向反作用力(R_y)在相反的方向上作用以向上推动骨凿。相反的轴向反作用力(R_y)为反作用力的垂直(或者可能更准确地说是相对于纵向轴线A的“轴向”)分量，此反作用力是骨骼抵抗旋转骨凿28的工作刃58的整个长度而施加的牛顿“相等且相反的作用力”。当旋转骨凿28在致密化方向上旋转时，相反的轴向反作用力(R_y)也可由在唇缘40处的实际上大的负前角生成。本领域的技术人员应当理解，在替代实施例中，该相反的轴向反作用力(R_y)可由唇缘40或工作刃58的设置单独产生，而不是由二者(40，58)协同作用。

对于当旋转骨凿28沿致密化方向旋转时将尖端38朝截骨部位26的底部推进的外科医生来说，他或她除了施加上述的使骨骼塑性移位/扩张所需的力之外，必须推抵并克服相反的轴向反作用力(R_y)。旋转骨凿28设计为使得外科医生必须连续工作，跟之前一样，通过压实，即在致密化模式下抵抗相反的轴向反作用力(R_y)来扩张截骨部位26。相反的轴向反作用力(R_y)对于外科医生更好地控制扩张过程有益，而不是对它有坏处。由于相反的轴向反作用力(R_y)，旋转骨凿28不会被更深地拉进截骨部位26中，如标准的“上行切割”的麻花钻或钻针会发生的那样，这种“上行切割”的麻花钻或钻针被设计为产生一种倾向于将骨凿朝向骨质部位内部推进的牵引力。上行切割的钻针有可能抓住并将钻头更深地拉入截骨部位，这可能导致无意的过度穿透。

在致密化模式中，相反的轴向反作用力(R_y)的强度总是与外科医生在将主体32推入截骨部位26时所施加的力的强度成比例。因此，这种反向力产生了实时的触觉反馈，其直观且自然地告知外科医生在任何给定时刻是否需要增加或减少施加的力。这种同时的触觉反馈充分利用外科医生通过旋转骨凿28直接施加反作用力(R，特别是轴向分量R_y)的细微触觉。在这种致密化模式中，相反的轴向反作用力(R_y)的机械刺激帮助外科医生根据骨骼(或其他宿主材料)对扩张过程的实时反应来更好地控制扩张过程。

因此，上文所述的受控的“跳动”或“泵送”动作因为相反的轴向反作用力(R_y)变得更有效并且基本上更可控，使得外科医生可以本能地监控过程并实时进行精细校正以及施加压力的调整，而扩张率不会失控。来自相反的轴向反作用力(R_y)的触觉反馈便于外科医生直观地对骨材料施加应力，从而使其应变优选地位于应***化区域中，即在其屈服点与其极限拉伸强度之间。任何情况下，外科医生努力将应力(由他或她通过旋转骨凿28施加的力产生)保持在弹性极限之上和断裂点之下。当然，在施加的应力超过弹性极限之前，骨骼根本不会永久变形；当施加的应力超过断裂点将导致骨骼(或其他宿主材料)损坏——可能是灾难性的。

图4和图5示出了旋转骨凿28同时进行自体移植和压实骨骼的能力。压实方面可以定义为温和地横向向外推动骨结构以将细胞压实在整个截骨部位26周围的区域中。旋转骨凿28设置为：当它旋转并被强制推入截骨部位26时，可同时进行自体移植并压实由每个更大尺寸的骨凿28所导致的少量磨削/碾磨的骨。自体移植现象增强了上文所述的基本的骨压实和压缩效果，从而进一步将截骨部位的内壁82致密化。此外，自体移植——这个回收患者自身骨骼材料的过程——增强了人体的自然愈合特性从而加速恢复并改善骨结合。

图4示出了尖端38与宿主骨材料之间的界面的放大视图，在该界面处每个旋转并强制推进的唇缘40的最外边缘与骨骼接触。磨损导致骨骼被磨掉。骨碎片主要聚集在第二后刀面46，即紧接在相应的第一后刀面44后面。一些积聚的骨碎片沿着唇缘40径向向内迁移，并一直被带到截骨部位26的最底部。积聚的骨碎片的其余部分沿多个沟槽50分布，在外科医生通过手动推力施加的压力下与第二后刀面46直接相交。这在图5中示出。观察到多个沟槽50通向第二后刀面46，用以容置在致密化模式中向上流动的骨浆料。这些沟槽50容易将骨碎片带离磨削界面，从而降低了骨颗粒的受热引起和/或压力引起的坏死的可能性。

骨碎片与血液、胶原蛋白和冲洗液混合在一起，具有半粘性浆液的稠度。分布在沟槽50上的骨碎片向相应的凸带面56移动，在那里它被擦掉并压入截骨部位26的多孔壁中，且在收取时立即移植回到非常接近视线的患者骨骼中。被运送至截骨部位26底部的骨碎片被扫入并压入截骨部位26的底部中。因此，在压实区域的周围和下方形成一个自体移植区。在很少或根本没有压实的截骨部位的底部处，存在明显的自体移植区，该自体移植区用于致密化并正向刺激截骨部位26的区域，否则该自体移植区无法致密化。因此，骨致密化方法可以保护骨骼及其胶原蛋白含量，从而增强可塑性。骨致密化方法允许通过用旋转骨凿28压实(和/或通过反向旋转时切割)来扩张截骨部位26，以准备随后放置植入物或固定装置。

本发明的旋转骨凿28特别适用于颧骨和其他深范围应用。如此，旋转骨凿28的主体32包括细长的阻挡段60，该阻挡段60在沟槽50的末端62和过渡段36之间延伸。阻挡段60产生重要的封堵作用，以防止骨颗粒在切割模式下沿沟槽50继续迁移，从而使得在切割方向上操作时，自动阻止骨凿28的切割性能。实际上，阻挡段60的轴向长度可根据预期的应用而变化。图10和图11示出了具有相对较短的阻挡段60的旋转骨凿28，用于调整中等长度的植入物22和短植入物24的节奏。相反，图1B和图12示出了具有相对较长的阻挡段60的旋转骨凿28，用于调整长植入物20的节奏。

在一些可预期的实施例中，主体32的从尖端38至过渡段36的整个长度具有连续的锥形或圆锥形轮廓。在这些情况下，阻挡段60将共用该锥形设置。然而，在图示的例子中，阻挡段60具有直圆柱形轮廓。因此，只有主体32的下端为锥形；阻挡段60呈圆柱形，这非常适于容纳颧骨和其他深范围类型的植入物20、22、24的形状。

参考图1B和图13可知，一旦沟槽50的整个长度已经进入截骨部位26，就没有方便骨颗粒浆料从沟槽50排出的出口。阻挡段60像软木或活塞那样密封或堵住沟槽50和截骨部位26的侧壁之间的骨颗粒。如果外科医生继续推进旋转骨凿8更加深入截骨部位26，会遇到实质性的阻力。响应于外科医生的推动，堵住的骨碎片浆料将在沟槽50内部被加压。如果外科医生愿意的话，通过上述泵送动作迫使浆料进入截骨部位26的周围壁表面，液压可以通过骨颗粒浆料来跳动，从而形成致密化外壳。

如图7所最佳地示出，旋转骨凿28包括一个冲洗导管，该冲洗导管从柄30中的至少一个入口64穿至主体32中的至少一个出口孔66。入口64设置在柄30的驱动端，在驱动连接件34的部件内沿纵向轴线A对齐。冲洗导管由大致为圆柱形的，即管状的主干68限定，主干68正好沿纵向轴线A延伸穿过柄30，并穿过主体32的一部分。更具体地说，主干68正好沿纵向轴线A穿过阻挡段60的大部分。由于正常使用中的骨凿28有时高的旋转速度(～2000RPM)，主干68的中心布置具有至少两个重要的优势：1)保持骨凿28的旋转平衡；2)使经由边界层摩擦转移至流经主干68的冲洗液的运动转移最小。

如前所述，应当想到的是，冲洗导管设有至少一个出口孔66。并且，优选地，出口孔66设置在阻挡段60中。然而，为了保持旋转平衡，优选设有多个出口孔66。多个出口孔66围绕主体32周向上等值递增地彼此间隔。在图示的例子中，骨凿28设有两个在直径方向上彼此相对的出口孔66。然而，两个以上的出口孔66当然是可能的，只要周向间距保持旋转平衡。自然地，可以预想到成组布置的出口孔66的等效结构，其中每组在周向上相等地间隔开，即使个别孔66之间可能不相等间隔。因此，主要目标是在接近2000RPM的速度下保持旋转稳定性和平衡。

在主干68和多个出口孔66之间设有分流器70。分流器70设置为将流经主干68的冲洗液分流为大致相等的分支72，以通过各自的孔66排出。每个分支72相对于尖端的方向上的纵向轴线的夹角呈锐角轨迹B，如图7所最佳地示出。每个分支72的锐角轨迹B在大约10°至45°之间。优选地，所有分支72的锐角轨迹B均相同，以保持旋转平衡。然而，本领域技术人员可以预想到当分支72中的锐角轨迹B不相等时如何保持旋转平衡。在示出的例子中，每个分支的锐角轨迹B约为20°，显示了具有令人满意的效果。

每个出口孔66具有大致为椭圆形的形状，其根据通常的几何规则由相对较长的主轴和相对较短的副轴限定。在图示的例子中，主轴的指向为轴向，而副轴的指向为周向。椭圆形状产生特殊的喷嘴效果，特别适用于颧骨和深范围应用。具体地，每个孔66的椭圆形状具有使排放的水流自然地弯曲到等待的沟槽50中的效果。沿着传输液边界层的表面张力使冲洗液附着在分支72的内表面。这意味着离开每个孔66的水将被这种自然的效应驱使而保持与主体32接触，并卷入沟槽50。

为了充分利用流体力学的这一定律，每个出口孔66可与相应的沟槽50的末端62轴向对齐，如所有附图所示。孔66和沟槽50的这种对齐仅改善冲洗液向沟槽50的转移，其中冲洗液可以向尖端38泵送。孔66接近与其相关的沟槽末端62自然地起作用。实际上，已经发现，从孔66到相邻的沟槽末端62的距离不应超过三个长度，无论对齐条件如何。也就是说，孔和末端62之间的距离不应超过椭圆形状的主轴直径的三倍(3倍)，即使它们并非轴向对齐。在这种情况下，通常认为越近越好，因此在许多应用中，间距小于一个长度(即孔66的主轴直径)结合轴向对准被认为是最佳的。

实际上，许多颧骨和其他深范围应用需要特别狭窄(细长)的植入物20、22、24。这意味着旋转骨凿28的直径也同样狭窄/细长。当旋转骨凿28的直径较窄时，上述由沟槽50增强的液压泵送效果在某种程度上会被减弱或阻止。(更大的直径自然会产生更大的角速度。)因此，即使是微小的效率改进也受欢迎。

图13示出了当出口孔66深入截骨部位26时，需要穿过分支72的冲洗液的充满能量的供应，以保持所需的液压效果，该液压效果具有许多预处理优势，包括：1)对截骨部位26的骨结构施加温和的预应力，为随后的压实接触做准备；2)通过旋转骨凿传递的触觉反馈，使得外科医生能够在旋转骨凿与侧壁实际接触之前从策略上识别瞬时施加的压力；3)增强骨骼结构的水合作用，从而增强骨骼韧性并增强骨骼可塑性；4)液压辅助将骨碎片注入周围骨的网格结构中；5)减少热传递，特别是在塑性变形点；6)具有流体动力润滑能力；7)减轻或缓解患者感觉到的创伤，仅举几例加以说明。

图14提供了两组旋转骨凿28的并排比较。每组由导向钻74和四个长度相同但直径逐渐增大的旋转骨凿28组成。左边的组具有延长的长度，以使放置长植入物20成为可能。尽管想必这些延长长度的骨凿28也可用来放置其他植入物22、24。右边的组具有更短的长度，仅仅使得放置中等长度的植入物22和短植入物24成为可能。

导向钻74可以是任何合适的类型。图14-图16所示的版本是具有三角形横截面的长矛式样。这种式样被发现具有令人满意的效果。从出口孔66的内容，可以理解的是，导向钻74也可以通过使用冲洗导管的方案，该冲洗导管的方案与上文连同旋转骨凿28一起描述的冲洗导管的方案相似，来设置为用于内部冲洗。

使用方法至少在外部冲洗的骨凿的上下文中已被很好地记录。例如，在2017年7月20日公开的WO 2017/124079A1中，可能有关于使用方法的详细说明。在允许以引用方式合并的法域，WO 2017/124079A1的全部内容以引用方式并入此案。

本发明的原理不限于将骨骼作为宿主材料。实际上，本发明的骨凿28可以设置为通过切割和/或压实来扩大几乎任何类型的多孔或固体材料中的孔。(在非医疗应用中，旋转骨凿28应该仅仅被认定为一种工具或一种旋转工具，以免由于其“骨”前缀而混淆，该“骨”前缀隐含在骨骼中使用的意思)。在航空航天、热屏蔽和其他重要应用中使用的泡沫金属是可获得的宿主材料候选。由本发明的旋转工具28形成的孔被更好地制备以容置螺钉或其他锚固件，因为其内侧壁已经通过上述的压缩位移和自体移植作用而被致密化。除泡沫金属外，任何具有与活骨相似的粘弹性的无机材料都是特别好的候选材料。在非多孔无机材料，如铝板和塑料中也已经进行了一些成孔实验。在这些非多孔材料中也显示出某些优点，使得可以完全考虑使用本发明的原理通过孔制备来改善螺钉或锚固的可能性。

本领域技术人员应当理解，骨凿28可设有完全直的或非锥形的主体32，而不是如图所示的部分锥形的工作端。相应地，所描述的截骨部位的扩大术可以结合流体动力的效果通过新的压实方法使用非锥形工具来完成。上述发明已经根据相关法律标准进行了描述，因此该说明本质上是示例性的而非限制性的。对所公开实施例的变化和修改对于本领域技术人员来说是明显的，且属于本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于深范围应用的旋转骨凿，所述骨凿包括：

一柄，其建立了纵向旋转轴线，所述柄在一驱动端和一过渡接口之间延伸，

一主体，其从所述过渡接口延伸至一尖端，多个沟槽围绕所述主体设置并从相邻的所述尖端延伸到各自的末端，每个所述沟槽在其一侧具有一个限定一个前角的切割面，在其另一侧具有一个限定一个跟侧角的致密化面，在每对相邻的沟槽之间形成一个凸带，每个所述凸带沿着相邻的所述沟槽的切割面具有一个工作刃，所述主体的阻挡段设置在所述沟槽的末端和所述柄的过渡接口之间，以及

一冲洗管道，从所述柄中的至少一个入口穿到至少一个出口孔，所述至少一个出口孔设置在所述阻挡段中。

2.根据权利要求1所述的骨凿，其特征在于，所述阻挡段大致为圆柱形。

3.根据权利要求1所述的骨凿，其特征在于，所述至少一个出口孔包括围绕所述主体周向上等值递增地彼此间隔的多个出口孔。

4.根据权利要求3所述的骨凿，其特征在于，所述多个出口孔包括两个在直径方向上相对的出口孔。

5.根据权利要求3所述的骨凿，其特征在于，每个所述出口孔的形状大致为椭圆形。

6.根据权利要求3所述的骨凿，其特征在于，每个所述出口孔与相应的所述沟槽的末端轴向对齐。

7.根据权利要求3所述的骨凿，其特征在于，每个所述出口孔的形状大致为椭圆形，该椭圆形由一相对较长的主轴和一相对较短的副轴限定，每个所述出口孔相对于相邻的所述沟槽的间距至多为所述主轴的长度的三倍。

8.根据权利要求3所述的骨凿，其特征在于，所述冲洗导管包括一大致为圆柱形的主干，所述主干正好沿所述纵向轴线延伸穿过所述柄，所述主干正好沿所述纵向轴线延伸穿过所述阻挡段一部分，所述冲洗导管还包括设置在所述主干和所述多个出口孔之间的分流器。

9.根据权利要求8所述的骨凿，其特征在于，所述分流器设置为将流经所述主干的冲洗液分流为大致相等的分支，以通过各自的孔排出，每个所述分支相对于所述尖端方向上的纵向轴线的夹角为锐角轨迹。

10.根据权利要求9所述的骨凿，其特征在于，每个所述分支的锐角轨迹在10°至45°之间。

11.一种用于深范围应用的旋转骨凿，所述骨凿包括：

一柄，其建立了纵向旋转轴线，所述柄在一驱动端和一过渡接口之间延伸，

一主体，其从所述过渡接口延伸至一尖端，所述主体的至少一部分具有锥形轮廓，该锥形轮廓从最大直径减小至与所述尖端邻近的最小直径，多个沟槽围绕所述主体设置并从相邻的所述尖端延伸到各自的末端，每个所述沟槽围绕所述主体的锥形轮廓呈螺旋形盘旋，所述多个沟槽围绕所述主体周向上等值递增地布置，每个所述沟槽在其一侧具有一个限定一个前角的切割面，在其另一侧具有一个限定一个跟侧角的致密化面，在每对相邻的沟槽之间形成一个凸带，每个所述凸带沿着相邻的所述沟槽的切割面具有一个工作刃，所述主体的阻挡段设置在所述沟槽的末端和所述柄的过渡接口之间，所述阻挡段大致为圆柱形，以及

一冲洗管道，从所述柄中的至少一个入口穿到设置在所述阻挡段中的多个出口孔，所述入口设置在所述柄的所述驱动端，所述入口沿所述纵向轴线对齐，所述多个出口孔围绕所述主体周向上等值递增地彼此间隔。

12.根据权利要求11所述的骨凿，其特征在于，所述多个出口孔包括两个在直径方向上相对的出口孔。

13.根据权利要求11所述的骨凿，其特征在于，每个所述出口孔的形状大致为椭圆形。

14.根据权利要求11所述的骨凿，其特征在于，每个所述出口孔与相应的所述沟槽的末端轴向对齐。

15.根据权利要求11所述的骨凿，其特征在于，每个所述出口孔的形状大致为椭圆形，该椭圆形由一相对较长的主轴和一相对较短的副轴限定，每个所述出口孔相对于相邻的所述沟槽的间距至多为所述主轴的长度的三倍。

16.根据权利要求11所述的骨凿，其特征在于，所述冲洗导管包括一大致为圆柱形的主干，所述主干正好沿所述纵向轴线延伸穿过所述柄，所述主干正好沿所述纵向轴线延伸穿过所述阻挡段一部分，所述冲洗导管还包括设置在所述主干和所述多个出口孔之间的分流器。

17.根据权利要求16所述的骨凿，其特征在于，所述分流器设置为将流经所述主干的冲洗液分流为大致相等的分支，以通过各自的孔排出，每个所述分支相对于所述尖端方向上的纵向轴线的夹角为锐角轨迹。

18.根据权利要求17所述的骨凿，其特征在于，每个所述分支的锐角轨迹在10°至45°之间。

19.根据权利要求11所述的骨凿，其特征在于，所述工作刃基本无边缘，所述工作刃在所述锥形轮廓的直径减小时而在背离非切割方向的方向上缠绕所述主体，所述尖端包括一对唇缘，每个所述唇缘具有大致平坦的第一后刀面。

20.一种旋转骨凿，包括：

一柄，其建立了纵向旋转轴线，所述柄在一驱动端和一过渡接口之间延伸，

一主体，其从所述柄的过渡接口延伸至一尖端，所述主体的至少一部分具有锥形轮廓，该锥形轮廓从最大直径减小至与所述尖端邻近的最小直径，所述尖端包括一对唇缘，每个所述唇缘具有大致平坦的第一后刀面，多个沟槽围绕所述主体设置并从相邻的所述尖端延伸到各自的末端，每个所述沟槽围绕所述主体的锥形轮廓呈螺旋形盘旋，所述多个沟槽围绕所述主体周向上等值递增地布置，每个所述沟槽在其一侧具有一个限定一个前角的切割面，在其另一侧具有一个限定一个跟侧角的致密化面，每个所述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一个凸带，每个所述凸带沿着与相邻的所述沟槽的切割面具有一个工作刃，每个所述工作刃基本无边缘，所述工作刃在所述锥形轮廓的直径减小时而在背离非切割方向的方向上缠绕所述主体，所述主体的阻挡段设置在所述沟槽的末端和所述柄的过渡接口之间，所述阻挡段大致为圆柱形，以及

一冲洗管道，从所述柄中的至少一个入口穿到所述主体中的多个出口孔，所述入口设置在所述柄的所述驱动端，所述入口沿所述纵向轴线对齐，所述冲洗导管包括大致为圆柱形的主干，所述主干正好沿所述纵向轴线延伸穿过所述柄，所述主干正好沿所述纵向轴线延伸穿过所述阻挡段一部分，所述多个出口孔围绕所述主体周向上等值递增地彼此间隔，每个所述出口孔的形状大致为椭圆形，在所述主干和所述多个出口孔之间设置有一分流器，所述分流器设置为将流经所述主干的冲洗液分流为大致相等的分支，以通过各自的孔排出，每个所述分支相对于所述尖端方向上的纵向轴线的夹角为以锐角轨迹，每个所述分支的锐角轨迹在10°至45°之间。

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