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的制作方法
背景技术
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。
第四种技术依赖于发明人自己之前的工作，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发明人之前的方案的各种缺点的改进的驱动组件的冲击工具。
技术实现要素：
鉴于上述缺点，本发明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％，本发明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/或拉刀或其他手术附件施加向后的力。如本文所用，“向前方向”意味着撞针朝向拉刀、骨凿或患者的运动，而“向后方向”意味着撞针从拉刀、骨凿或患者移开。双向或单向冲击的选择性为外科医生在植入腔内切割或压缩材料时提供了灵活性，因为材料去除或材料压紧的选择通常是外科手术中的关键决定，例如在美国专利第8,602,124号所讨论的。此外，在使用发明人自己先前的工作中发现，如果反向冲击力可以近似等于向前冲击力，则该工具可用于更广泛的外科手术。在一个实施例中，向前和向后的力影响至少两个分开的不同的点。
在示例性实施例中，砧座和适配器包括单个元件，或者一个可以与另一个整体形成。
在示例性实施例中，该工具还能够调节撞针撞击运动的频率。通过调节撞针的频率，该工具可以例如赋予更大的总加权时间敲击冲击，同时保持相同的冲击量级。这允许外科医生控制拉刀或骨凿的切割速度。例如，外科医生可以选择在拉刀或骨凿移动的大部分期间以更快的速率(更高的频率冲击)切割，然后在拉刀或骨凿接近期望的深度时减慢切割速率。在典型的冲击器中，如在美国专利第6,938,705号中示出的，在拆除工作中使用的，改变速度会改变冲击力，使得在变速操作中不可能保持恒定(定义为+/-40％)冲击能量。
在示例性实施例中，冲击的方向由用户放置在工具上并且由砧座上的传感器(诸如定位器传感器)检测的偏置力来控制。例如，沿向前方向偏置工具导致发射质块向前发射并给予向前冲击，而沿向后方向偏置工具导致发射质块向后发射并产生向后冲击。
在一个示例性实施例中，该工具可以具有照明元件以照亮工作区域并且准确地将拉刀、骨凿或其他末端执行器定位在假体或植入物上的期望位置上。
在示例性实施例中，缓冲器被预先设置在活塞的头部和撞针的端部之间，从而减小冲击应力并延长整个组件的寿命。
在示例性实施例中，该工具还可以包括反馈系统，该反馈系统在拉刀、骨凿或其他末端执行器或植入物接口或矫形器具处检测到超过一定大小的弯曲或离线取向时警告用户没有前进。
在示例性实施例中，该工具还可以允许可替换的筒来改变冲击力。这些筒可以在由直线运动转换器致动时由储能系统输送的总能量进行评估。举例来说，具有限制在2焦耳到3焦耳或更小的范围内的低功率筒可以用于软骨或骨质疏松骨。如果是年轻的硬骨头，可以选择冲击能量为4至5焦耳的功率筒。通过允许多种筒，其在一个实施例中可以根据功率被颜色编码，外科医生将通过简单地选择在工具箱中提供的适当的功率筒来灵活地确定施加的冲击能量。
这些特征与本公开的其他方面一起连同表征本公开的新颖性的各种特征在所附权利要求中特别指出，并形成本公开的一部分。为了更好地理解本公开、其操作优点以及通过其用途获得的具体的非限制性目的，应当参考其中示出和描述了本公开的示例性实施例的附图和详细描述。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考下面的详细描述，将更容易获得本公开的更全面的了解以及其许多伴随的优点，并其变得更好理解，其中：
图1例示了根据本公开的示例性实施例的矫形冲击工具的透视图，其中机械弹簧组件系统用于产生向前冲击力；
图2例示了图1中的工具的示例性实施例，其中凸轮将活塞定位在操作位置以释放向前冲击力；
图3例示了图1中的工具的示例性实施例，其中在释放储能之后，发射质块沿向前的方向朝向冲击点加速；
图4例示了根据本公开的示例性实施例的矫形冲击工具的透视图，其中机械弹簧用于产生向后冲击力；
图5例示了从另一角度看的图4中的冲击工具的另一透视图；
图6例示了图4中的工具的示例性实施例，其中机械弹簧的凸轮将活塞定位在操作位置以释放用于向后的冲击；
图7例示了图4中的工具的示例性实施例，其中在释放弹簧之后，发射质块沿向后的方向朝向冲击点加速；和
图8是例示根据本公开的示例性实施例的矫形冲击工具的循环操作的示例性流程图。
具体实施例
本发明提供了一种具有可控的敲击冲击的电机驱动矫形冲击工具。电机可以是电动的(例如无刷的)、可高压灭菌的电机，诸如通常可从maxon
该工具可以进一步包括壳体。该壳体可以牢牢盖住并容纳工具的至少一个部件，并且该壳体是由适于外科应用的材料形成的，诸如，铝或聚亚苯基砜(ppsf或ppsu)，也被称为聚苯砜。在实施例中，壳体包含：电机、至少一个减速齿轮、线性运动转换器、弹簧元件(优选为机械弹簧或气体)、撞针或发射质块、控制电路或模块、砧座、用于向前冲击的第一表面或向前撞击表面和用于向后冲击的不同的第二表面或向后撞击表面。
该工具可以进一步包括：具有用于舒适并牢牢握住该工具的可选的把手的手柄，或者用于在使用时将工具集成到机器人组件中的合适的安装接口，以及适配器、电池、位置传感器、方向传感器和扭矩传感器。该工具可以进一步通过半导体光源(诸如led)或者传统的白炽灯光源以在外科医生采用该工具的手术工作区域中提供光的方式发出聚焦照明。砧座可以通过使用接口适配器耦接至拉刀、骨凿或本领域已知的其他末端执行器，该适配器可以具有快速连接机构以有助于迅速改变不同的拉削大小。砧座可以进一步包括锁定旋转部件以允许工具以不同方式定位以获得组织间隙到工具部件(诸如手柄)。
现在整体来参考图1至图7，在示例性实施例中，可以使用双机械弹簧组件系统来产生双向冲击力，例如图1所示。可替代地，可以使用单机械弹簧组件。图1示出了根据本公开的实施例的矫形冲击工具的透视图，其中机械弹簧组件系统的电机和齿轮箱8与直线运动转换器结合(其中直线运动转换器包括凸轮12和凸轮从动件13)，致动第一弹簧活塞19a(在下文中称为“第一活塞19a”)和/或发射质块或撞针15，以最终产生向前冲击力。应该注意的是，活塞通常是指推压或推出元件并且可以具有多种形状中的任何一种。凸轮12被示出为具有对称轮廓、双楔形形状，但是该设计预期可以使用任何提供弹簧的快速释放的形状。用于致动和快速释放弹簧的可选方式包括但不限于使用断续(interrupted)的齿条和小齿轮或爬升机构。除其他部件之外，弹簧组件系统还包括减速齿轮7和砧座5。第一活塞19a啮合第一弹簧2a，第一弹簧2a能够是机械弹簧或气体弹簧。在机械弹簧组件系统中，关于弹簧的自由长度的挠度优选小于50％。琴用钢丝或更优选不锈钢或钛是用于弹簧的合适材料。优选地，弹簧是压缩弹簧，但也可以考虑其他类型的弹簧。例如，在气体弹簧组件系统中，气体弹簧在约100psi至3000psi(磅/平方英寸)范围的压力下操作。气体弹簧最好先充入非氧化气体(诸如氮气)或惰性气体(诸如氩气)。使用氮气的优点之一能够包括穿过气体弹簧的密封件的较低渗透速率，使得密封件和弹簧本身具有潜在地更长的保存期限。
图2是图1中的工具的示例性实施例，其中用于致动第一活塞19a的凸轮12使第一活塞19a“扳起(cocked)”在准备释放的操作位置，或者换言之，电机8沿第一方向旋转凸轮12(视为逆时针的同义词)，如箭头42a所示，并且将第一活塞19a压靠在第一推板26a上，从而将势能储存在第一弹簧2a内。在“扳起阶段”，与发射质块或撞针15结合的第一活塞19a与凸轮从动件13接触并由凸轮从动件13推动，凸轮从动件13由凸轮12在第一方向上驱动。随着凸轮12继续在第一方向上旋转，存储在第一弹簧2a内的能量增加，直到凸轮12移动经过其停止对撞针15起作用(例如，参见图3)的释放点。撞针(或发射质块)15现在在第一弹簧2a的存储的势能下自由行进。特别地，在第一活塞19a的充分位移之后，并且在凸轮12释放第一活塞19a和/或发射质块15组合之后，第一活塞19a沿着向前的方向移动，即朝向冲击点的方向，并且同时使与第一活塞19a的表面接触的发射质块或撞针15加速。例如，如图3所示，第一活塞19a从撞针15释放，将其朝向砧座5发射。在本发明中出乎意料地发现撞针15从推板26a的释放基本上在其行程期间产生一部分自由飞行，大大减少了产生的并由外科医生的手承受的反冲力，从而产生更可控的工具。然后已经朝向接近末端执行器或患者的工具的末端发射的撞针15敲击地撞击砧座5的第一表面或向前的撞击表面，其中砧座的最大位移小于10mm。撞针15在砧座5上的冲击将向前冲击力传递到适配器(未示出)并由此传递到拉刀、骨凿或其他矫形器械。发射质块或撞针15可以由合适的材料构造，例如钢或具有类似性能的任何其他材料，从而使其反复地冲击。在一个实施例中，发射质块或撞针15的重量或质量与工具的重量或质量之比优选地小于25％，并且发射质块15在接触之前具有一定量的自由飞行，这两个因素有助于进一步减少所产生的反冲力。
在另一个实施例中，出乎意料的发现通过相对于砧座的重量或质量增加发射质块的重量或质量，冲击能量被更有效地传递到手术器具。例如，当发射质块的质量与砧座的质量之比小于25％时，结果传递效率极低，即对于0.8的典型恢复系数小于50％。同样地，发现质量比在50％以下产生最低的冲击传递效率。
在另一个实施例中，例如，如图2所示，随着撞针15沿着向后的方向朝向推板26a移动，缓冲器14a作为阻挡器以防止活塞19a的端面冲击撞针15。在沿着向前的方向发射发射质块或撞针15之前，缓冲器14a立即吸收活塞19a的冲击。在本发明的过程中发现如果没有使19a在缓冲器14a上停止移动，会发生过度的损耗，导致活塞19a的故障。因此，在重复操作中，这样的缓冲器14a防止了对弹簧组件系统的损害，特别是活塞19a。缓冲器14a可以是塑料或更优的是橡胶或聚氨酯材料中的一种。
如上所述的，发明人已经确定之前的设计偶尔会导致手术器具卡在生物腔并且撞针15沿着向后方向上的冲击可能不足以拉出工具。此外，发现为了拉出手术器具，向后的力需要被传递为急剧的收缩冲击。因此，在本双向冲击系统中，有至少两个不同的冲击表面，并且，当工具被从腔拉出时，撞针15将会冲击砧座5上的另一表面并由此将向后的力传递到砧座5。
例如，图4-7示出了根据本公开的实施例的矫形冲击工具的透视图，其中机械弹簧组件系统的电机和齿轮箱8使凸轮12沿第二方向旋转(视为顺时针的同义词)，如箭头42b所示，并且发射该质块或撞针15，以便最终产生向后冲击力。图4示出了凸轮12处于旋转中，类似地，图5是从另一个角度看的图4中所示的冲击工具的另一透视图。当电机8继续沿第二方向旋转凸轮12时，第二弹簧活塞19b(在下文中称为“第二活塞19b”)啮合第二弹簧2b并压靠第二推板26b，从而在第二弹簧2b内存储势能。第二活塞19b转而被“扳起”在准备释放的操作位置(见图6)。在“扳起阶段”，与发射质块或撞针15结合的第二活塞19b接触凸轮从动件13并由凸轮从动件13推动。例如，在图6和图7中所示，撞针或发射质块15的端面包括一对延伸部或突出部32，该延伸部或突出部32与发射质块15形成一体，或者作为螺栓连接到发射质块15的分开的元件被提供。当凸轮12在第二方向上继续旋转时，储存在第二弹簧2b内部的能量增加，直到凸轮12移动经过其停止作用在撞针15上的释放点(例如参见图7)。撞针或发射质块15现在在第二弹簧2b储存的势能下自由行进。特别地，在第二活塞19b的充分位移之后，并且在凸轮12释放第二活塞19b和/或发射质块15组合之后，第二活塞19b沿着向后方向移动，即朝向冲击点的方向，并且同时使与第二活塞19b的表面接触的发射质块或撞针15加速。例如，如图7所示，第二弹簧2b从撞针15释放，将其从靠近末端执行器或患者的工具末端发射，发射质块15的延伸部或突出部32冲击砧座5的另一、第二或向后的撞击表面从而在砧座5上敲击地施加向后冲击力，其中砧座的最大位移小于10mm。
类似于图2中所示的弹簧缓冲器14a并且如上所述的，随着活塞19b沿着向后的方向移动，图4中示出的弹簧缓冲器14b也作为阻挡器以防止活塞19a的端面冲击撞针15。在紧接沿着向后的方向发射发射质块或撞针15之前，缓冲器14b吸收活塞19b的冲击。如上所述的，在本发明的过程中发现如果没有使活塞19b在缓冲器14b上停止移动，会发生过度的损耗，导致活塞19b的故障。因此，在重复操作中，这样的缓冲器14b防止了对弹簧组件系统的损害，特别是对活塞19b的损害。类似于缓冲器14a，缓冲器14b可以是塑料或更优的橡胶或聚氨酯材料中的一种。
在示例性实施例中，砧座5上的力的方向由用户(诸如外科医生)在工具上的手动力来控制，该手动力由位于砧座5上的传感器28检测，传感器28可以是定位传感器。例如，沿着向前方向偏置工具导致发射质块或撞针15向前发射并给予向前撞击，而沿着向后方向偏置工具导致撞针15向后发射并给予向后撞击。
在一个实施例中，当凸轮12组件完成其冲程时，其优选地启动可操作地耦接到控制器21的传感器22，例如，在图5中所示的。传感器22辅助调节凸轮12的优选循环操作。例如，传感器22可以信号通知电机8停止，使得凸轮12位于或靠近最小势能储存的点。因此，在一个完整的周期中，可以在拉刀、骨凿或其他末端执行器上，或者在植入物或假体上施加向前或向后冲击力。在另一个实施例中，有利的是，将凸轮12停止在最大势能储存的点附近以减少外科医生手中的延迟。如定义的，延迟是在外科医生(或用户)激活矫形冲击工具和工具实际产生冲击之间的时间。发明人已经确定，大约100毫秒或更短的延迟基本上算是瞬时响应。通过将凸轮12停止在已经存储至少部分势能的点处，工具具有在致动工具触发器30时接近瞬时释放势能的作用。可选地或另外地，第二传感器(未示出)可以检测到拉刀在操作期间已经停止前进小于10秒的时间，或者更优选地小于3秒，并且停止工具进行进一步冲击。然后外科医生将不得不重新开始该周期以继续操作。
图8是示出根据本公开的示例性实施例的矫形冲击工具的循环操作的示例性流程图。在循环开始时，在步骤800中按下触发器，并且在步骤802中首先确定矫形冲击工具是否被充电并准备使用。如果本地电源(例如电池)的电压小于阈值最小值，则在步骤804中将电池设定为充电。如果电池的电压大于阈值最小值，则接下来在步骤806中，确定砧座和/或拉刀或其他手术附件是否相对于患者骨骼的腔被正确定位。如果砧座和/或拉刀或其他手术附件被正确定位，则操作前进到步骤810；否则，系统等待直到步骤808中的位置被校正。接下来，在步骤810中，基于工具是用于产生向前冲击力还是向后冲击力来确定是否已经做出将电机和齿轮箱旋转到哪个方向的决定。如果旋转方向已经确定，则在步骤814中，电机和变速箱组合开始旋转以完成冲击循环；否则，系统等待，直到在步骤812中确定了旋转方向。一旦电机变速箱完成冲击循环，则步骤816确定凸轮传感器是否已被激活。如果传感器已被激活，则过程进行到步骤818以确定是否仍维持触发器；否则，过程返回到步骤814以允许电机继续旋转，直到凸轮传感器已被激活。如果在步骤818中维持触发器，则操作循环回到步骤814，其中电机继续旋转，使得工具继续产生冲击；否则，在步骤820中停止矫形冲击工具的操作。
控制器21优选地利用实现图8中所描述的循环操作的固件来操作，这使得矫形冲击工具能够产生可重复的、可控的冲击力。控制器21可以包括例如智能硬件设备，例如任何数据处理器、微控制器或fpga设备，诸如由英特尔公司(santaclara，ca)或amd(sunnyvale，ca)制造的那些设备。如本领域技术人员所认识到的，也可以使用其他类型的控制器。
有利的是，双活塞和弹簧组件系统不需要或使用制动器或磁体来产生较高的能量冲击。从储能驱动系统中输出的冲击能量在1焦耳到10焦耳之间。在本双向冲击系统中，与现有设计相比，双活塞和弹簧组件机构沿着向后方向上的效率大约为80％，更优选为至少60％的效率，现有设计的效率大约为20％。例如，在以前的设计中，正向冲击力产生大约3.5j的能量，而向后冲击力产生0.4j的能量，导致近80％的能量损失。
此外，意外地发现，通过将弹簧的压缩比保持为小于其自由长度的50％，并且更优选地小于30％，弹簧寿命和冲击一致性被最大化。一个意想不到的效果是在撞针15和砧座5之间产生更一致的冲击，这是弹簧不会永久变形的结果。实际上，正如发明人的先前的发明，因为冲击能量不受大气压力变化的影响，所以由气体或机械弹簧产生的冲击的一致性被发现在标称设计值的+/-10％内。
例如，该工具可以进一步促进受控的连续冲击，该冲击例如取决于可操作地耦接到电源或电机的触发开关30的位置。对于这样的连续冲击，例如，在触发开关被激活之后并且取决于触发开关30的位置，工具可以以与触发开关的位置成比例的速率完成整个循环。因此，无论是单次冲击还是持续冲击操作模式，外科医生都可以轻松控制手术区域的产生或成形。
如前面所讨论的，该工具能够通过例如为可替换储能驱动系统的可替换气体弹簧筒(未示出)或不同的计量弹簧选择合适的内部压力来改变每个循环的冲击能量的量。气体弹簧筒优选具有100psi的内压，更优选在300-3000psi之间。此外，气体弹簧筒可以具有在高于100℃的任何温度下释放压力的压力释放机构。可以理解的是，由于用于向气体弹簧施加势能的驱动机构是固定冲程，所以通过简单地使用具有不同压力的气体弹簧筒，在任何给定手术中可以获得不同的冲击能量。在另一实施例中，例如通过改变推板的位置，可以使用诸如线性凸轮的元件来改变储能驱动系统中的压缩量。通过控制冲击能量，工具可以避免不受控制的冲击或过多能量的冲击所造成的损害。
在另一个实施例中，可替换的气体弹簧筒被预先消毒并且在密封容器(诸如袋子)中被递送给外科医生。这允许外科医生识别任何正在泄漏的气体弹簧筒，因为由于泄漏气体袋子可能被充气。
在又一个实施例中，工具可以进一步被设计成有助于提取良好固定的植入物或“盆状(potted)”拉刀。这种实施例在第二顺时针方向42b上旋转凸轮12并且发射该质块或撞针15，使得撞针15移动远离患者，从而在砧座5上引起回缩或向后的力。
该工具可以进一步包括插入在撞针15和砧座5之间的柔性元件(未示出)。优选地，柔性元件是弹性材料，其从冲击良好地恢复并且对总能量施加最小的阻尼。作为示例，聚氨酯组件能够被插入在撞针15撞击砧座5的界面处。在另一个实施例中，可以以这样的方式插入柔性元件，即它仅减小向前方向的冲击力，并且不会影响对向后方向的急剧冲击力的期望。这种类型的柔性元件可以限制冲击期间的峰值力，以排除引起患者骨头中的骨折的此种峰值，同时维持能够回缩卡住的拉刀或其他手术用具所需的高峰值力。
在又一个实施例中，可以理解的是，冲击器例如可以耦接到机器人，从而潜在地消除了对便携式电源(电池)和/或工具上的把手的需求。
在另一个实施例中，适配器(未示出)与工具的耦接可以包括本领域已知的联动装置或其他调节机构，使得能够在不需要要求外科医生旋转工具的情况下修改拉刀、骨凿或其他末端执行器的位置。这里公开的矫形工具相对于现有技术提供了各种优点。它有助于控制对手术部位的冲击，从而最大限度地减少对患者身体造成的不必要损伤，并且允许精确成形植入物座或假体座。该工具还允许外科医生调整冲击的方向、力和频率，这提高了外科医生操纵和控制该工具的能力。例如，取决于正在进行的外科手术，矫形工具可以仅用于回缩目的。同样，该工具可以定制为具有不同的向前和反向冲击力。例如，在机械弹簧组件系统中，可以使用不同的计量弹簧来进行向前和反向冲击。冲击设置的力和柔性控制调整允许外科医生根据患者的特定骨类型或其他轮廓参数设置冲击力。此外，改进的效率和降低的线性运动转换器负载允许使用更小的电池和更低成本的组件。由此该工具能够使假体或植入物正确地安置到植入腔或从植入腔移出。此外，活塞和弹簧组件提供了用于调整特定手术的冲击能量的简单手段。此外，由于弹簧组件基本上由弹簧的机械特性(诸如挠度、预载荷和弹簧常数)支配，因此所得到的工具赋予了独立于操作速度的可预测冲击能量。此外，在其中气体弹簧筒可替换的一个实施例中，在每次手术中可以更换经受高磨损的元件，诸如密封件和活塞，从而产生更坚固、寿命更长的工具并减少故障点。
已经出于说明和描述的目的呈现了本公开的具体实施例的前述描述。它们不旨在是穷尽性的或将本公开限制为所公开的确切形式，并且显然根据上述教导可以进行许多修改和变化。选择和描述示例性实施例是为了最好地解释本公开的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最好地利用本公开和具有各种修改的各种实施例，以适合于预期的特定使用。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！