注射高粘度材料的装置的制作方法

专利名称：注射高粘度材料的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及注射生物力学领域，特别涉及用于将高粘度材料注射到病 人体内某个位置的装置。
背景技术：
骨质疏松症是由骨矿物的逐渐损失以及骨小梁愈来愈严重的结构变 化(增加的孔隙率，水平支撑的丧失等)造成的。因此，骨小梁丧失了密 度和力量，并且变得更加易患所谓的脆性骨折。脊椎脆性骨折经常发生， 这导致慢性疼痛、愈来愈严重的变形、甚至可能的神经功能缺损或损伤。经皮椎体成形术是一种新兴途径，用来增强受骨质疏松症影响的机械 上不能胜任的椎骨。这种途径涉及将粘性骨水泥注入脊椎骨的骨小梁中。 水泥一旦变硬就成为椎体的固定加强件，并且通常彻底地减轻病人经受的 痛苦。将粘性材料注射到体内其他组织中也是已知的，例如注射粘性骨水 泥来机械增强股骨近端、围绕膝盖或末端桡骨的干骺端区域。或者将凝胶 状(通常更软)材料注射到椎间盘中来置换髓核。通常，采用后路经皮和椎弓根入路进入椎体。该入路可以是单侧椎弓 根入路或双侧椎弓根入路。可供选择的外科入路是后外侧和横突间，通过 对椎体直接侧穿刺的方式。经皮椎体成形术也已经用于加强因脊柱溶骨性肿瘤(血管瘤、脊柱转 移瘤，等等)而变弱的锥体。经皮椎弓根椎体成形术通常使用大约15厘米长、8 口径或11 口径的 Jamshidi骨活检针来做，Jamshidi骨活检针由带有T形手柄和可移除套针 的直套管构成。该套针和套管一同使用来刺穿皮肤层以及椎骨的皮质骨， 使得套管的末端能够椎弓(transpedicularly)定位在椎体的松质骨中。接 着移动套针，通过套管输送骨水泥，通常在荧光镜的引导下，进入到椎体 的骨小梁中。为了均一地渗入椎体并避免不想要的泄漏，骨水泥需要具有的粘性优选大于100帕*秒(Pa*S)，甚或大于300帕*秒。注射低粘性骨水泥可能 引起水泥泄漏到周围的静脉血管，潜在地导致严重并发症，例如动脉血压 降和/或肺栓塞，可能带来致命结果。立即中止该步骤(如果及时发现并发 症)可以限制损害，但通常不能避免损害。因此，对于外科医生有利的是 使用相对高粘度的骨水泥工作以实际减少甚或避免这种并发症发生的潜 在几率。对于一些外科医生，在通常的实践中使用若干小容量注射器(即1-3 立方厘米(cc))，这些注射器能够由外科医生使用一只手来产生注射相 对高粘度骨水泥所需要的压力。然而，由于要求持续不断地更换注射器， 外科医生会从手头的进程上分心，即使采用期望的骨水泥粘度，这种治疗 方法仍然存在攀升的水泥泄露发生的几率。用若干小注射器来工作的其他 不足在于该进程耗时而凌乱，且提前用水泥填充若干小注射器可能导致 注射器喷头堵塞。在某些涉及高粘度水泥的情况下，可能不得不放弃该方法，因为注射 压力大得无法用手施加。使用规格为2 cc的注射器单手产生的最大可得压 力概略地约等于1700 kPa (千帕)。使用高粘度水泥意味着通过外科医生 产生的注射压力需要克服水泥在套管内的摩擦力。所需注射压力在15 cm 长、8 口径的套管的情况下可容易地达到l卯0kPa，而在15cm长、11 口 径的套管的情况下可高达6900kPa，这彻底地超过了外科医生能够用手产 生以用标准注射器来注射水泥的压力极限值。已经设计有方法和装置来提供注射相对高粘度骨水泥用的足够的压 力和/或提供足够容量的水泥，但每一种都有明显缺陷。例如，某些装置包括手杆式泵或使它们变得大而笨拙的传动螺杆设 计。尽管这些装置能够产生所需压力，它们却由于现有的重量限制而不适 合直接装设在套管的顶上。还有，较大装置的使用在需要同时高达三或四 个单元的多级进程中是非常麻烦的。这些装置的庞大体形(sheer size)使 它们不可能使用。要解决上述的问题，产生机械优势的一些装置已经经由 小直径的长管子连接到上述套管。不幸的是，水泥流经该小直径的长管子 时产生的摩擦力相当大，因而由这些装置产生的大部分力用来克服该摩擦力。而且，越是将相当大直径的长的输送管并入来促使水泥流动，越是需 要有更大的压力来克服额外的摩擦力，这显著地限制了外科医生的触觉反 馈。这种限制主要是由于通过更高压力和更长管子引起的增加的系统顺应性(compliance)而产生(即触觉反馈是间接的)。以Mazzuca等人的名义申请的公开号为2005/0070915 Al的美国专利 申请描述了一种包括输送管的装置，该输送管在荧光检查照射场之外延伸 用于安全地激活骨水泥移动进入病人体内，同时仍然考虑必需的压力要 求。在该优选的实施方式中，粘性材料不会通过输送管移动，这样大大地 减少了装置内的摩擦力。而且，该输送管被认为本质上是不顺从 (non-compliant)的；然而，事实上，目前所披露的顺应性仍然过大，即 使在所公开内容中确定的值的范围内。对于60cm长、2.5mm直径的管子 在大约8274 kPa的操作压力下的10%的体积变化会产生大约1/3 cc的额外 水泥。如果该系统加压到8274 kPa，装置的顺应性可能对病人非常的危险。 因此，需要有一种用来注射粘性材料装置，其解决上面提到的一些或 全部问题。发明内容因此，本发明的目的在于提供一种为注射粘性材料提供机械优势的装置。本发明的还有一个目的在于提供一种用于将高粘度材料通过套管注 入病人体内某位置的装置。因此，根据本发明的一个方面，提供一种用于将高粘度材料注入套管内的装置，包括容器，该容器是不顺从的且具有适于与套管连通的出口以便将高粘度材料转移到套管上；与容器流体连通的压力施加器，该压力 施加器形成流体流动通道以使不可压縮流体穿过该通道移位；以及物料搬 运元件，其断开流体流动通道并形成在通道一侧的不可压縮流体接收部分 和在通道另一侧的高粘度材料接收部分，不可压縮流体接收部分与压力施 加器的流体流动通道相连通，而高粘度材料接收部分与容器的出口相连 通，物料搬运元件可通过不可压縮流体作用在上面的压力而移位，以便将 高粘度材料推出容器的高粘度材料接收部分并进入套管内。根据本发明的另一个方面，提供一种注射高粘度材料的装置，包括-不顺从的本体；将不顺从的本体分隔成第一空腔和第二空腔的物料搬运元 件，该第一空腔具有的第一容积适于容纳不可压縮流体，而第二空腔具有 的第二容积适于容纳高粘度材料，物料搬运元件可移位以按比例相反地改 变第一和第二容积；以及压力施加器，其用于将不可压縮流体转移到第一 空腔内，从而使物料搬运元件移位来增加第一容积而减少第二容积，从而 使高粘度材料由不顺从的本体喷射出。根据本发明的第四个方面，提供一种容器，用于将高粘度材料注入病 人组织内的装置，包括近端、形成与套管连通的出口的远端、容纳在容器 内且适于容纳高粘度材料的挠性且不顺从的袋子，该袋子具有连接到容器 远端的开口，与容器的出口相连通，容器适于容纳围绕袋子的加压的不可 压縮流体，从而将袋子压扁并将其内的高粘度材料推出容器的出口。根据本发明的再一个方面，提供一种将高粘度材料注入病人组织的装 置，包括不顺从的容器，该容器具有形成进口的近端，形成适于与套管连 通的出口的远端，与不顺从的容器流体连通的压力施加器，该压力施加器 可操作以产生不可压縮气体的增大的压力。该压力施加器包括壳体，壳体 具有流体进口、流体出口以及形成在进口和出口之间的流体流动通道、至 少一个位于流动通道内控制流体流动的止回阀，该流体出口与容器流体流 动连通，以及连接到壳体上与流动通道流体流动连通的动力活塞，该动力 活塞用来通过增大流体流动通道内的压力来产生机械优势，同时不可压縮 流体可在第一和第二位置之间移动，当朝向第二位置移位时，动力活塞产 生吸力拉动不可压縮流体通过出口 ，该止回阀防止通过出口的回流并防止 流回壳体内，当朝向第一位置移位时，动力活塞产生压力驱动不可压縮流 体经过止回阀从壳体出来通过出口进入不顺从的容器内。该装置进一步包 括物料搬运元件，其将不顺从的容器和压力施加器之间的流体流动通道分 成不可压縮流体接收部分和高粘度材料接收部分，物料搬运元件可通过由 不可压縮流体接收部分内的不可压缩流体朝向不顺从的容器的出口而施 加到其上的压力来移动，由此将高粘度材料推出高粘度材料接收部分并进 入套管内。


现在参考附图，其通过图示显示了优选的实施方式，其中图1是根据本发明的第一特定实施方式的包括容器和用于注射粘性材料的压力施加器的装置的透视图；图2是图1所示装置的另一透视图；图3是沿图2装置的横截面线3-3得到的截面图；图4是沿图2装置的横截面线4-4得到的截面图；图5a是图1装置的挠性袋子的一个实施方式的透视图；图5 b是图1装置的挠性袋子的另一个实施方式的透视图；图6是根据本发明的第二特定实施方式的装置的截面图，示出了经由延伸管线连接到压力施加器的容器；图7是根据本发明的第三特定实施方式的装置的截面图，示出了自动防故障开关；图8是根据本发明的第四特定实施方式的装置的截面图，示出了一种 扩张结构内的挠性隔膜；图9是根据本发明的第五特定实施方式的装置的截面图，示出了双重 挠性隔膜；图IO根据本发明的第六实施方式的装置的截面图； 图11是图10的压力施加器的透视图； 图12是根据本发明的第七实施方式的装置的截面图； 图13是根据本发明的第八实施方式的装置的截面图，示出了温度控 制系统；以及图14是根据本发明的第九实施方式的装置的分解图，其关于一套管 型装置示出。
具体实施方式
图1到图4示出了能够产生机械优势来将粘性材料注入组织中的装置 的第一特定实施方式。通常，示出的由参考数字10指示的装置包括不顺 从的容器12，该容器12连接到压力施加器14。容器12适于与固定在病 人输送位置上的套管(图未示)相连通，该套管通常位于荧光检查的照射场中。装置10适于盛装两种材料要注射到病人体内的粘性材料和对该 粘性材料起作用来为操作者提供机械优势的不可压縮流体。更具体地，"粘性材料"和/或高粘度材料的表述在这里用来指一种其 粘度大大超过不可压縮流体的粘度的材料，并且其粘度优选至少为100Pa*s。粘性材料的粘度可在100 - 500 &*8之间，但潜在地甚至可能更高。 粘性材料包括其它材料如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)水泥、磷酸钙水泥、 物理或化学凝胶(例如，聚乙二醇、聚乙烯醇)中的一种，而不可压縮流 体优选为无菌的、无毒的、低粘度不可压縮流体，诸如蒸馏水或生理盐水。 注意，不可压縮流体的低粘度对于减少装置10内的摩擦以及促进注射装 置组装过程中的流体排气都是很重要的，这将进一步详述。装置10可将粘性材料注射到任何现有空腔或实际空腔，实际空腔在 注射过程中形成。更具体地，注射过程为了强化组织或取代组织而执行。 强化组织导致更大的机械力和更大的体积。取代组织是因为归因于生理或 病理过程(例如，年龄、变质、传染、外伤)或手术切除的组织的损失而 进行。一种可能的应用是将相对粘滞的骨水泥注入椎体内以强化(见图14)， 而另一种是椎间盘组织的取代，更具体地是用粘性凝胶来取代髓核。还有 其它的应用是将用来机械强化的骨水泥注入到病人的其它骨骼内，诸如股 骨近端、围绕膝盖的干骺端长骨区域、末端桡骨，以及其它骨骼。容器12优选是圆柱形，具有形成进口 18的近端16和形成出口 22的 远端20。容器12具有物料搬运元件24，其形成与进口 18连通的第一空 腔26和与出口 22连通的第二空腔28。第一空腔26适于容纳不可压縮流 体，而第二空腔28适于容纳粘性材料。在一个特定实施方式中，物料搬运元件24是不顺从的挠性袋子30， 其适于包含在容器12内，如图l-4描述的那样。词语挠性用来表示柔软的、 可移动位置的以及可变形的，而词语不顺从的用来表示抵抗的以及不可伸 展的。因而，例如，挠性且不顺从的指由非弹性材料制成的袋子， 一旦其 被完全填充，则显示明显的压力上升，同时呈现特别预先确定的形状和尺 寸。因而，第二空腔28作为由袋子30包封的空间而形成，而第一空腔26 作为容器12内围绕袋子30的空间而形成。袋子30形成开口32，该开口32由咬嘴34封住。咬嘴34包括圆柱形本体36和凸缘38，并贯通咬嘴形 成中心孔40以与袋子30的开口 32相连通。凸缘38与本体36是一体的， 其外径基本与圆柱形容器12的外径相同。当袋子30插入容器内时，咬嘴 34适于与容器12相对接。更具体地，咬嘴34旋入容器12的远端20内， 从而凸缘38邻接出口 22。图5a和5b分别示出固定到咬嘴34上的袋子30的两个实施方式。可 从容器12拆下的袋子30的一个优点在于，粘性材料(即骨水泥)能够以 简单、干净的方式进行预混，而没有操纵整个装置10的麻烦。甚至可能 的是，袋子可以预先填充有材料或成分，允许直接在袋子中混合水泥。因 而，在该实施方式中，袋子30和咬嘴34从容器12取下，并被预先填充 或现场填充有材料，然后当到了将材料注射到所需位置的时间时重新连接 上。图5a示出的袋子30的实施方式设计成通过避免在中间部分的任何可 能的剪断来促进粘性材料的推出。而且，图5a的袋子30可允许更容易对 第一空腔26内部的不可压縮流体进行排气。图5b示出的袋子是可被用于 这一应用的许多可能形状的一个例子。袋子30用作物料搬运元件，其清楚地将不可压縮流体和粘性材料分 离，但同时并不移动在容器12的内壁上具有摩擦的机械部件。袋子30非 常柔软，可将外科医生的触觉反馈最大化，因而可提高外科医生精确控制 水泥流量的能力。袋子30的壁很薄但具有足够的强度，其优选由聚亚安 酯或硅树脂或任何无毒医用材料制成。容器12可由聚碳酸酯制成。当然，存在许多适合的其它材料能够维 持容器12内产生的压力。有利的是，容器12可以供给足够量的粘性材料 来完成所需量的高粘度材料在某一应用中的注射，不需要重新填充。例如， 在将骨水泥注射在腰椎区域的情况下，容器12能够供给至少在一次施用 中通常必需的10cc骨水泥。图1-4示出了装置10的压力施加器14，其邻近容器12的近端16并 装设成与容器12相流体连通。通常，压力施加器14使用不可压縮流体来 增大压力，以产生注射相对高粘度材料的机械优势。压力施加器14将不 可压縮流体泵送到容器12内，由此推动相对高粘度材料通过出口 22进入套管。更具体地，不可压縮流体被注入容器12的第一空腔26内，直到在 物料搬运元件24上建立足够的压力以使后者移位。因而，不可压縮流体 的注射促使第一空腔26在容积上增加而第二空腔28在容积上减小，因此 将第二空腔28的内容物推出出口 22。在图l-4中，压力施加器14和容器12—体地连接来形成装置10。应 当理解，压力施加器14和容器12可以作为单独的实体来设置并互相连接 来完成所需功能，或可以是一体的并由此形成单一的物理装置。图6示出了第二实施方式，其中，容器12和压力施加器14可以由延 伸管线(extension line)相连接，该延伸管线被设置成低顺应性的小内径 管41，其直径小于lmm且具有厚壁。这一实施方式允许压力施加器从照 射场移走，同时保持装置的触觉反馈。盛装粘性水泥的容器12保持在离 注射位置尽可能最近的距离处。因为顺应性(即延伸管线41的顺应性) 变成本实施方式更关心的问题，管子41具有尽可能最小的内径是很重要 的，使得对于管子内部任何给定压力而作用在管子上的表面张力是最小 的，并且使得相对管子内径的壁厚能够更加足够大以将顺应性最小化。如图2和图3中最佳显示，压力施加器14包括壳体42，该壳体42具 有流体进口44、流体出口 46以及位于它们之间的流体流动通道48。在如 图l-4所示的第一特定实施方式中，壳体42被描述为成矩形，然而，应当 理解，该壳体可以呈现许多其它的形状或形态。为例示的目的，壳体42 将被描述为具有顶表面50、底表面52以及四个侧表面54、 56、 58和60。具体地，流体进口 44设置在侧表面54内，与流体供给管线接头62 相连通。供给管线接头62被例示为阳型配件，适于接收来自储液器的供 给管线。例如，可以使用重力送料储液器，从而不可压縮流体以通过储液 器高度产生的足够的落差压力进入流体进口 44。这种充满无菌溶液或流体 溶液(或水或任何生理流体)的储液器诸如输液袋在多数操作室中是很常 见的。作为选择，不可压縮流体的这种压力可以由适当的机械装置生成。 在另一例子中，流体供给管线接头62可以是阴性luer接头，允许盛装有 不可压縮流体的注射器的接头用作储液器。有利地是，在上述两个例子中， 装置IO和己经存在的装置都是兼容的，使得它的设计简单。仍然参考图1-4，压力施加器14的流体出口 46设置在底表面52上，用于与容器12的进口 18相连通。流动通道48由三个互相连接的、直交 的导向管子64、 66和68限定。压力施加器14还包括第一和第二止回阀70和72，它们分别位于流动 通道48内来控制流体流动。优选地，管子64由流体进口 44延伸到第一 止回阀70，管子66由第一止回阀70延伸到第二止回阀72，而管子68由 第二止回阀72延伸到流体出口 46。第一止回阀70从壳体42的顶表面50 伸出，而第二止回阀72从壳体42的侧表面58伸出。第一和第二止回阀70、 72为单向阔，它们安装用来允许流体沿一个 方向流动。更具体地，第一止回阀70起到阻止流体回流出流体进口44的 作用，而同样地，第二止回阀72起到阻止流体通过流体出口 46进入流体 通道48的作用。现在参考图l，可以看到，压力施加器14还包括连接至壳体42的动 力活塞74，其与在第一和第二止回阀70和72之间的流动通道48流体流 动地相连通。更具体地，压力施加器14具有适于容纳动力活塞74 (见图 1-4)的密封接头76。密封接头76与位于第一和第二止回阀70和72之间 的管子66相流体连通，并从壳体42的顶表面50伸出。密封接头76是阴 性luer锁口型配件。任何标准注射器都可用作动力活塞74，然而，将通过 使用尽可能最小直径的注射器来获得最大的机械优势，因为需要泵送它的 力减小了，或者获得的最大压力增加了。使用lcc注射器的压力施加器14 已经被登记为产生高达3792 kPa的压力。施加到动力活塞74上的力产生 一压力，该压力经由不可压縮流体无减少地传递到远端隔膜(distant diaphragm)。特别地，在所述系统中，注射粘性材料所需的压力独立于容 器12的几何形状。然而，应当注意的是，动力活塞74可以嵌入装置10 内，而不是设置成标准注射器。动力活塞74可在第一和第二位置之间移动，第一位置在图1所示的 最大压縮位置，而第二位置为最大伸展位置。当被朝向第二位置移动时， 动力活塞74产生吸力拉动不可压缩流体通过流体进口 44并经过第一止回 阀70。同时，第二止回阀72防止流体从第一空腔26通过流体出口 46回 流到壳体42内。当被朝向第一位置移位时，动力活塞产生压力驱动不可 压縮流体经过第二止回阀72并通过流体出口 46离开壳体42，而第一止回阀70阻止流体通过流体进口 44回喷出壳体42。 一旦停止流动，第二止回 阀关闭，从而将流体滞留在第一空腔26内。重复这一过程，即泵送该动 力活塞74，允许操作者以类似压力泵送更大容量的不可压縮流体。特别地，压力施加器14可包括回动簧(图未示)以"自动"重新加 载动力活塞74。回动簧的增加允许装置的单手操作。外科医生的另一只手 空出来可以一次操作两个装置，因而减少手术时间。而且，护套(图未示)内的线缆，类似于自行车线缆，可以连接到动 力活塞74以离开一定距离驱动。这对外科医生而言是有利的，他们更喜 欢将自己的手置于照射场之外。线缆无顺应性或有非常小的顺应性，并保 持装置IO注射的灵敏度反馈。另外，压力施加器14优选包括安全装置。可设置在装置10上的一个 可能的安全装置是减压阀78 (例如见图4)，以用大气压来调整装置10 内的压力，更具体地调整容器12的第一空腔26内的压力。具体参见图2 和图4，示出的减压阀78与容器12，更具体地与容器12的第一空腔26 在建有主控压力的位置上流体连通。减压阀78被示出从壳体42的侧表面 56伸出，并连接至形成减压通道82的管子80上。减压通道82独立于壳 体42中形成的流体流动通道48。管子80在壳体42内部延伸，从而在一 端与容器12的进口 18相连通，而在另一端与减压阀78相连通，并独立 于前面描述的互相连接的管子结构。因此，在涉及使用装置10将粘性材料注入病人体内某一位置的手术 过程中，外科医生能够快速启动减压阀78来允许直接并完全地解除作用 在粘性材料上的压力，从而以可能的最快时间跨度停止全部流动。作为选 择，减压阀可构成为充分地自动防故障。图7示出了装置10的第三特定 实施方式，该装置包括自动防故障开关，诸如"带安全钮的(dead-mans)开 关"，外科医生必须保持该开关闭合以操作装置IO并且将其释放以移除压 力。更具体地，自动防故障开关包括销部分79和弹簧81。当自动防故障 开关被压下，在容器12内的不可压缩流体的数量增加，销部分79阻止任 何回流的发生。 一旦自动防故障开关被释放，弹簧81向外推动销部分79， 从而将形成在其内的沟槽83与减压通道82对准，允许不可压縮流体流出 容器12的第一空腔26。这种自动防故障开关通常指本技术领域的活塞阀17而且，因为装置10是基于使用不可压縮流体的原则，理想的是在引入任何不可压縮流体之前要对装置进行清除或排气。减压阀78可以帮助 装置10清除任何滞留空气。清除剩余空气的一种有效方法是通过将动力 活塞74拉向第二位置，然后启动减压阀78并同时按压动力活塞74来将 空气或/和不想要的流体推出该系统之外。可作为装置10的一部分而被包括的另一安全装置是进气孔(图未示)。 类似于减压阀78，进气孔可以设置在壳体42上，从而与第一空腔26独立 地连通。进气孔能够借助于真空接头或经由注射器产生负压。真空可帮助 克服骨水泥本身由于混合过程中空气夹带引起的顺应性。滞留空气可被压 缩并因而储存能量在加压的水泥中。通过抽吸产生的负压将快速为水泥减 压。另外，装置10内的负压可潜在地将已经注入病人体内某一位置的粘 性材料吸回到套管中和容器12中。外科医生非常需要这种功能来帮助减 少由于注入某位置的水泥过多而发生的水泥泄漏的数量。还有另一由装置10包括的安全装置是压力计(图未示)。该压力计 顺着流动通路48放置在第二止回阀72之后。 一旦装置10内的压力基本 上高得足以移动粘性材料，压力便趋于下降；因此，通过压力计提供这一 信息对外科医生是有利的。另外，通过知晓将水泥推出套管的所需压力， 外科医生可确定粘性材料的粘度量级并确定开始注射的理想瞬间。现参见图8，其示出了装置10的第四特定实施方式。类似的参考数字 被用来表示相似特征。这一实施方式与所介绍的第一实施方式的区别在 于，与其具有一种被固定到咬嘴34上的挠性的、不顺从的袋子，不如将 物料搬运元件设置成一种软的且可伸展的隔膜以对准容器12的近端16处 的进口 18。第二实施方式的隔膜30，适于在无压力下封住进口 18，这样， 容器12的第一和第二空腔26、 28形成于将压力施加到隔膜30'之时。在 这一实施方式中，第一空腔26形成为通过伸展开的隔膜30'所围住的空间， 而第二空腔28形成为容器12内伸展开隔膜30'周围的空间。仍然是第一 空腔26适于盛装不可压缩流体，而第二空腔28适于盛装粘性材料。特别 地，在图6的实施方式中示出了类似的隔膜30'。图9示出了装置10的第五实施方式。类似的参考数字被用来表示相似的特征。在这一实施方式中，物料搬运元件设置成双重挠性隔膜30a和 30b。可以看到，挠性隔膜30a固定到压力施加器14上从而形成适于在其 内容纳不可压縮流体的第一空腔26。挠性隔膜30b就近地固定到容器12 上或固定在容器12的进口 18处，从而形成适于容纳容器12内的粘性材 料的第二空腔28。操作中，泵送动力活塞74 (图9未示)将增大第一空腔26内的不可 压縮流体的容量，这将导致挠性隔膜30a伸展。当挠性隔膜30a伸展时， 它将推抵挠性隔膜30b，从而使后者施加压力到第二空腔28内的粘性材料 上。因此，泵送入第一空腔26的不可压縮流体越多，被推出容器12的粘 性材料会越多。特别是，第一空腔26容积膨胀而第二空腔28容积减少(即 容器12内部的全部容积保持不变，第一空腔26的容积与第二空腔28的 容积之比变化)。仍然参见图9，可以看到，容器12经由螺纹联接器37固定至压力施 加器14上；然而，其他的例子包括燕尾榫形状的四分之一转锁或滑动锁。 这一实施方式是特别有利的，因为容器12可从压力施加器14上拆卸，而 不暴露盛装在每个腔内的不可压縮流体和粘性材料。图10和11示出了装置10的第六实施方式。类似的参考数字用来表 示相似的特征。第六实施方式与描述的第一实施方式的区别在于，压力施 加器14设置成用标准("不用定制的")注射器容器84装备的独立装置。 在这一应用中，注射器容器84替代了优选实施方式的容器12。更具体地， 注射器容器84具有作为物料搬运元件24的浮动活塞86，来分别限定第一 和第二空腔26、 28。特别地，活塞86形成一对周向凹口 88，其带有各自 的O型圈90以形成浮动活塞86和注射器容器84之间的密封。该实施方 式的壳体42装备有一对相反的钩子92用来与注射器容器84的凸缘94紧 密配合。壳体42还包括圆柱形部分96，其从底表面52向下延伸用于插入 注射器容器84近端上形成的钻孔97内。圆柱形部分96形成与压力施加 器14的流体出口 46相连通的中心孔98。圆柱形部分96形成周向凹口 100 以容纳在圆柱形部分96和注射器容器84之间形成流体密封接合点的O型 圈102。以该实施方式注射粘性材料的方法需要在将注射器的活塞固定至压力施加器之前将注射器的活塞移动到其远端。接着，粘性材料逆行地注入注射器容器84内，同时其粘度足够低，直到移动浮动活塞86到达其近端。 这时，压力施加器14可经由钩子92连接至近端，而装置IO可连接至套 管的近端。该装置接着如前面所述被清除空气，并填装有不可压縮流体， 在该点上，外科医生可开始产生机械优势以将粘性材料推出注射器进入套 管内，该粘性材料潜在地已经随时间变得基本上更加粘稠。图12示出了装置IO的第七实施方式，其与上述的第六实施方式非常 类似。类似的参考数字用来表示相似的特征。第七实施方式与第六实施方 式的区别仅在于，压力施加器14的壳体42不包括圆柱形部分。而是在壳 体42的底表面52中形成周向凹口 104，同时在凹口内固定O型圈106。 在这一实施方式中，O型圈106和凹口 104如此定位使得与注射器容器84 的凸缘94的顶部形成的密封优选邻接其最近的进口。图13例示了装置10的第八实施方式，其包括温度控制系统108。在 该实施方式中，容器12包括作为温度控制系统108的一部分的进口 110 和出口 112以加热或冷却不可压縮流体。例如，闭环流体循环系统可用来 在容器内循环被加热或冷却的不可压縮流体，而不影响其内的压力。散热 器或冷却护套(图未示)可以作为温度控制系统108的部分，来加热或冷 却循环流体。物料搬运元件24能够热传递从而容器12内粘性材料的温度 可受控。在另一个例子中，容器12可设置有嵌入其壁中的冷却或加热护 套。通常，温度控制系统108允许外科医生获得对粘性材料的更好的控制。 例如，冷却粘性骨水泥允许更好地控制放热的自催化反应以便可以获得比 较久的更安全工作粘度。在另一个例子中，其他材料可能需要热输入来开 始反应，以控制工作粘度，控制聚合温度或控制所注入凝胶材料的熔化相 变。通常，装置10的优点在于其为操作者提供了足够的机械优势，使得 可注射高粘度材料同时保持小、紧凑且简单的设计，从而可最近安装到骨 活检套管上以允许多个装置同时注射(例如，在脊骨的多级骨水泥增加过 程中)。由于因而最小化的粘性材料容器12和计划注射位置之间的距离， 与现有技术方案相比，实际的压力需求总是较低。这一固有的较低压力潜 在地减少了系统顺应性，而且，由于通常较低的压力，不需要装置和某些可以是任何在PCT申请 PCT/CA05/000222中披露的标准套管或装置，因此该申请通过参考而被并 入。图14示出了装置10的第九实施方式的分解图，该装置和PCT申请 PCT/CA05/000222中披露的粘性材料注射工具116—起使用。在该实施方 式中，容器12设置有连接到远端20与出口 22流体连通的细长喷嘴114。 细长喷嘴114有利地减小了粘性材料需要穿过窄套管到达注射位置的距 离。通过用粘性材料来装满细长喷嘴U4并且将细长喷嘴114插入位于病 人皮肤表面118下方的注射工具116，外科医生可避免额外的距离，该距 离需要粘性材料在装填该系统时从容器12穿过普通注射套管进入接收体 内。还有，另外充有空气并由水泥推入接收体内的套管内的死腔被大大减 少，从而极小化了气栓或由滞留空气引起的不利填充模式的风险。装置IO可作为成套工具出售，包括压力施加器14和容器12、 一体的 或不是一体的、可拆卸挠性袋子以及任何类型的套管。上面的描述仅仅用来例示，本领域的技术人员会意识到可针对所述实 施方式作出变化，而不脱离所公开发明的范围。根据对这一公开内容的阅 析，对于本领域的那些技术人员，显然还有其他的落入本发明范围之内的 更改，并且这些更改意味着落入所附权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种用于将高粘度材料注入套管内的装置，包括容器，该容器是不顺从的且具有适于与套管连通的出口，以便将高粘度材料转移到套管上；压力施加器，其与容器流体连通，该压力施加器形成流体流动通道，不可压缩流体可穿过流体流动通道而移位；和物料搬运元件，其断开流体流动通道并形成位于通道一侧的不可压缩流体接收部分和位于通道另一侧的高粘度材料接收部分，该不可压缩流体接收部分与压力施加器的流体流动通道相连通，而高粘度材料接收部分与容器的出口相连通，物料搬运元件可通过不可压缩流体作用在其上的压力而移位，以将高粘度材料推出容器的高粘度材料接收部分并进入套管内。
2. 如权利要求1所述的装置，其中，所述不可压縮流体接收部分限定第一容积，而所述高粘度材料接收部分限定第二容积，所述物料搬运元 件的移动按比例反向改变第一容积和第二容积。
3. 如权利要求1所述的装置，其中，所述物料搬运元件包括隔膜， 该隔膜通过不可压縮流体作用在其上的压力而弹性可伸展。
4. 如权利要求1所述的装置，其中，所述物料搬运元件连接到所述 容器并放置在容器内部。
5. 如权利要求1所述的装置，其中，所述压力施加器具有壳体，且 所述物料搬运元件连接在壳体上。
6. 如权利要求1所述的装置，其中，所述容器具有近端和形成所述 出口的远端，所述物料搬运元件包括挠性的、不顺从的袋子，该袋子容纳 在容器内并在其中圈起所述高粘度材料接收部分，该袋子具有连接到容器 远端并与远端的出口相连通的开口，所述不可压縮流体接收部分形成在容 器内袋子的周围，不可压縮流体因而压扁所述袋子并推动高粘度材料通过 容器的出口。
7. 如权利要求3所述的装置，其中，所述隔膜包括形成第一和第二 隔膜的双重隔膜。
8. 如权利要求7所述的装置，其中，所述第一隔膜连接到所述压力施加器，而第二隔膜连接到所述容器，所述不可压縮流体接收部分完全被 包括在压力施加器内部，而所述高粘度材料接收部分完全包括在容器内 部，压力施加器可从容器上拆下，而不会暴露分别容纳在容器之内的不可 压缩流体和粘性材料。
9. 如权利要求1所述的装置，其中，所述物料搬运元件包括设置在 容器内并在其内部可移位的活塞。
10. 如权利要求1所述的装置，其中，所述容器在其远端具有适于插 入在所述套管中的细长喷嘴，从而容器的出口紧接套管的末端。
11. 如权利要求1所述的装置，其中，所述容器和压力施加器整体结 合在一起。
12. 如权利要求l所述的装置，其中，所述容器和压力施加器彼此远 离，并由在它们之间提供流体流动连通的不顺从的延伸管线连接。
13. 如权利要求l所述的装置，其中，所述压力施加器还包括在其中 限定压力施加器的流体流动通道的壳体，和与压力施加器的流动通道相互 流体流动连通的动力活塞，所述动力活塞可操作以通过移动不可压縮流体 穿过流体流动通道产生机械优势，该动力活塞和壳体相互远离，并由在它 们之间提供流体流动连通的不顺从的延伸管线连接。
14. 如权利要求l所述的装置，其中，所述压力施加器还包括 壳体，其具有流体进口、流体出口以及在进口和出口之间形成的流体流动通道，至少一个位于流动通道中控制流体流动的止回阀，所述流体出 口与容器内部的不可压縮流体接收部分相互流体流动连通；和动力活塞，其以与流动通道相互流体流动连通的方式连接至所述壳 体，当在第一和第二位置之间移位时，该动力活塞可操作以借助于移动不 可压縮流体通过流体流动通道来产生机械优势，其中，动力活塞朝向第二 位置的移位产生吸力推动不可压縮流体通过所述进口，所述止回阔阻止回 流通过出口回到壳体内，而动力活塞朝向第一位置的移位产生压力驱动不 可压縮流体经过止回阀以通过所述出口离开所述壳体并进入所述容器内。
15. 如权利要求l所述的装置，还包括减压阀，用于调整所述装置内 的压力。
16. 如权利要求15所述的装置，其中，所述减压阀与不可压縮流体接收部分相互流体连通，以在启动减压阀时利用大气压调整其内的压力。
17. 如权利要求15所述的装置，其中，所述减压阀是自动防故障装 置，并包括可在压下位置和释放位置之间移动的活塞阀，在压下位置时， 所述减压阀允许压力增大，而在释放位置时，减压阀解除来自不可压縮流 体接收部分的增大的压力。
18. 如权利要求l所述的装置，还包括进气孔，其与所述不可压縮流 体接收部分相互流体流动连通，以能够产生负压。
19. 如权利要求l所述的装置，还包括压力计。
20. 如权利要求1所述的装置，还包括温度控制系统来调节高粘度材 料的温度。
21. —种用于注射高粘度材料的装置，包括 不顺从的本体；物料搬运元件，其将不顺从的本体分隔成第一空腔和第二空腔，该第 一空腔具有的第一容积适于容纳不可压縮流体，而第二空腔具有的第二容 积适于容纳高粘度材料，所述物料搬运元件可移位来按比例相反地改变第 一和第二容积；以及压力施加器，其用于将不可压縮流体移动到第一空腔内，从而使物料 搬运元件移位来增加第一容积而减少第二容积，从而使高粘度材料由不顺 从的本体中注射出。
22. 如权利要求21所述的装置，其中，所述不顺从的本体设置成具 有近端和远端的容器，所述近端形成进口，而所述远端形成适于连通套管 的出口。
23. 如权利要求22所述的装置，其中，所述物料搬运元件包括隔膜， 该隔膜通过不可压縮流体作用在其上的压力而弹性可伸展。
24. 如权利要求23所述的装置，其中，所述物料搬运元件连接到所 述容器并放置在容器内部。
25. 如权利要求21所述的装置，其中，所述压力施加器具有壳体， 且所述物料搬运元件连接在壳体上。
26. 如权利要求22所述的装置，其中，所述物料搬远元件包括挠性 的、不顺从的袋子，该袋子容纳在容器内并在其中圈起所述第二空腔，该袋子具有连接到容器远端并与远端的出口相连通的开口，所述第一空腔形 成在容器内袋子的周围，不可压縮流体因而压扁所述袋子并推动高粘度材 料通过容器的出口。
27. 如权利要求23所述的装置，其中，所述隔膜包括形成第一和第 二隔膜的双重隔膜。
28. 如权利要求27所述的装置，其中，所述第一隔膜连接到所述压 力施加器，而第二隔膜连接到所述容器，所述第二空腔完全被包括在压力 施加器内部，而所述第一空腔完全包括在容器内部，压力施加器可从容器 上拆下，而不会暴露分别容纳在容器之内的不可压縮流体和粘性材料。
29. 如权利要求22所述的装置，其中，所述物料搬运元件包括设置 在容器内并在其内部可移位的活塞。
30. 如权利要求22所述的装置，其中，所述容器在其远端具有适于插 入在所述套管中的细长喷嘴，从而容器的出口紧接套管的末端。
31. 如权利要求21所述的装置，其中，所述不顺从的本体和压力施加 器整体结合在一起。
32. 如权利要求21所述的装置，其中，所述不顺从的本体和压力施 加器彼此远离，并由在它们之间提供流体流动连通的不顺从的延伸管线连 接。
33. 如权利要求21所述的装置，其中，所述压力施加器还包括限定 与所述第一空腔连通的流体流动通道的壳体，和与压力施加器的流动通道 相互流体流动连通的动力活塞，所述动力活塞可操作以通过移动不可压縮 流体穿过流体流动通道产生机械优势，该动力活塞和壳体相互远离，并由 在它们之间提供流体流动连通的不顺从的延伸管线连接。
34. 如权利要求21所述的装置，其中，所述压力施加器还包括壳体，其具有流体进口、流体出口以及在进口和出口之间形成的流体流动通道，至少一个位于流动通道中控制流体流动的止回阀，所述流体出 口与不顺从的本体相互流体流动连通；和动力活塞，其以与流动通道相互流体流动连通的方式连接至所述壳 体，当在第一和第二位置之间位移时，该动力活塞可操作以借助于移动不 可压縮流体通过流体流动通道来产生机械优势，其中，动力活塞朝向第二位置的移位产生吸力推动不可压縮流体通过所述进口，所述止回阀阻止回 流通过出口回到壳体内，而动力活塞朝向第一位置的移位产生压力驱动不 可压縮流体经过止回阀以通过所述出口离开所述壳体并进入所述不顺从 的本体内。
35. 如权利要求21所述的装置，还包括减压阀，用于调整所述装置 内的压力。
36. 如权利要求35所述的装置，其中，所述减压阀与第一空腔流体 连通，以在启动减压阀时利用大气压调整其内的压力。
37. 如权利要求35所述的装置，其中，所述减压阀是自动防故障装 置，并包括可在压下位置和释放位置之间移动的活塞阀，在压下位置时， 所述减压阀允许压力增大，而在释放位置时，减压阀解除来自第一空腔的 增大的压力。
38. 如权利要求21所述的装置，还包括进气孔，其与所述第一空腔 流体流动连通以能够产生负压。
39. 如权利要求21所述的装置，还包括压力计。
40. 如权利要求21所述的装置，还包括温度控制系统用来调节高粘 度材料的温度。
41. 一种容器，其适合用于将高粘度材料注入病人体内组织内的装置， 包括近端、形成与套管连通的出口的远端、容纳在容器内且适于接收高粘 度材料的挠性的且不顺从的袋子，该袋子具有连接到容器远端并与容器的 出口相连通的开口，容器适于容纳受压的不可压縮流体，受压的不可压縮 流体围绕袋子从而将袋子压扁并将其内的高粘度材料推出容器的出口 。
42. 如权利要求41所述的装置，其中，所述挠性的且不顺从的袋子 允许热传递以控制所述高粘度材料的温度。
43. —种将高粘度材料注入病人体内组织中的装置，包括 不顺从的容器，该容器具有形成进口的近端、形成适于与套管连通的出口的远端；压力施加器，其与不顺从的容器流体连通，该压力施加器可操作以增 大对不可压缩气体的压力，该压力施加器包括壳体，壳体具有流体进口、流体出口以及形成在进口和出口之间的流体流动通道、至少一个位于流动通道内控制流体流动的止回阀，该流体出 口与容器流体流动连通；和连接到所述壳体上与流动通道流体流动连通的动力活塞，该动力活塞 用来通过增大流体流动通道内的压力，并伴随着不可压縮流体可在第一和 第二位置之间移动来产生机械优势，当朝向第二位置移位时，动力活塞产 生吸力拉动不可压縮流体通过出口，该止回阀防止通过出口的回流并防止 流回壳体内，当朝向第一位置移位时，动力活塞产生压力驱动不可压縮流 体经过止回阀从壳体出来通过出口进入不顺从的容器内；以及物料搬运元件，其将不顺从的容器和压力施加器之间的流体流动通道 分成不可压縮流体接收部分和高粘度材料接收部分，物料搬运元件可通过 由不可压縮流体接收部分内的不可压縮流体朝向不顺从的容器的出口而 施加到其上的压力来移动，由此将高粘度材料推出高粘度材料接收部分并 进入套管内。
44. 如权利要求43所述的装置，其中，所述压力施加器还包括减压 阀，用于调整所述装置内的压力。
45. 如权利要求44所述的装置，其中，所述减压阀与不可压縮流体 接收部分流体连通，以在启动减压阀时利用大气压调整其内的压力。
46. 如权利要求44所述的装置，其中，所述减压阀是自动防故障装 置，并包括可在压下位置和释放位置之间移动的活塞阀，在压下位置时， 所述减压阀允许压力增大，而在释放位置时，减压阀解除来自不可压縮流 体接收部分的增大的压力。
47. 如权利要求43所述的装置，其中，所述压力施加器还包括进气 孔，其与所述不可压縮流体接收部分相互流体流动连通以能够产生负压。
48. 如权利要求43所述的装置，其中，所述压力施加器还包括压力计。
全文摘要
一种用于将高粘度材料注入套管内的装置，包括容器，该容器是不顺从的且具有适于与套管连通的出口，以便将高粘度材料转移到套管上；压力施加器，其与容器流体连通，该压力施加器形成流体流动通道，不可压缩流体可穿过流体流动通道而移位；和物料搬运元件，其断开流体流动通道，并形成位于通道一侧与流体流动通道连通的不可压缩流体接收部分，和位于通道另一侧与容器出口连通的高粘度材料接收部分。物料搬运元件可通过不可压缩流体作用在其上的压力而移位，以将高粘度材料推出容器的高粘度材料接收部分并进入套管内。
文档编号A61M5/44GK101257939SQ200680032832
公开日2008年9月3日 申请日期2006年9月7日 优先权日2005年9月7日
发明者托马斯·斯蒂芬, 洛恩·贝克曼, 迪米特里奥斯·贾尼特西奥斯 申请人:皇家学习促进学会/麦吉尔大学