专利名称：柔性切削刀具及其使用方法
技术领域：
本发明涉及柔性切削刀具及使用此类刀具进行外科手术钻孔和其它切割操作的方法。
背景技术：
由于多种原因，现代外科手术常常要求在骨头、牙齿或软组织中钻孔或切出通道。在骨头中钻成的孔可用于安放螺丝、缝线或骨头锚定器以便能锚定植入物或能对韧带或腱进行复置。通常，现有外科手术钻应用一台马达(常为一台空气马达)和一个具有要求长度和直径的钻头。但是，由于紧邻处有其它组织或假肢物质，因而常常难于对手术钻及钻头进行适当定向，以便在组织中能形成要求的孔。当然，可使用牙科钻，但它们的钻头长度一般太短。
美国专利5330468(布克哈脱)提出了一种关节显示镜手术用的钻孔机构，在此机构中，一根镍钛诺旋转针头从柔软弯曲的瞄准管中引出，钻通骨头的一个厚度，然后安放在一条适当定位的收受管中。此装置本身就有些笨重。在美国专利4926860(斯梯司等)中展示了另一种应用镍钛诺针头或探头的装置。这里，一根镍钛诺的针或其它探头可安放在一根曲线的套管中，用以将探头的端部运送至要求的位置。然后，探头通过套管向前移动，并以直线定向从套管端部伸出。
假如，如前述美国专利5330468所示，镍钛诺针头通过锐角弯曲，并以高速旋转，则针头会由于其在旋转期间的长时期弯曲而在弯曲区域受到加工硬化。这样，针头的超弹性特征降低，且针头容易破裂。因而，具有在锐角弯曲下、快速旋转的镍钛诺针头的镍钛诺钢丝钻在商业上未获成功。
发明概述我们已发现，通过应用一件细长的柔性切削部件可获得一件恰当的柔性切削器械，切削部件具有一根切削部件围绕其进行旋转的纵向轴线，它包括一根缆绳或一束平行缆绳束，每根缆绳包括成螺旋形缠绕纤维的外层。在切削部件的远端设置了切削装置，用于在切削部件旋转时进行切削。较好的缆绳由金属制成，最好是由镍钛诺或其它超弹性合金制成。这种类型的缆绳能经受高速旋转，同时围绕密封的曲头前进，而没有显著的加工硬化。可应用单根成螺旋形缠绕的缆绳，或可采用一束大致平行的缆绳以获得直径较大的孔。
由于缆绳要比直径相同的实心针柔软得多，因而设想，缆绳或缆绳束的远自由端(即切削端)相对讲未受支承，当快速旋转达时，将趋于围绕一个失控状态而抖动。也即，设想应用柔软得多的超弹性合金缆绳或缆绳束的替换方案会对其钻孔端缺乏控制。但我们已发现，由缆绳或缆绳束组成的柔软性切削部件被滑移地支承在一件不动的管状支承中，柔性切削部件的切削端可由其伸出，当柔性切削部件用作钻具时，由于它是向前移动的，因此，即使从管中伸出的切削部件段上被需钻孔的组织所支承，切削端部产生的孔也仍是较直、较精确的。只要不动的管状支承紧贴于要钻孔的组织，组织本身就能对未用其它方法加以支承的切削端提供足够的支承和导向，并将其保持于一条基本为直线的路径中。
此处应用的“组织”既涉及软组织，也涉及硬组织，诸如骨头和牙齿。
这样，在一个实施例中，本发明涉及诸如钻具的切削器械，此器械包括一件细长的、柔性的切削部件，它具有一条切削部件围绕着进行旋转的纵向轴线，并包括一条缆绳或一束平行缆绳。每条缆绳包括一层螺旋缠绕纤维的外层。切削装置放置在切削部件的远端，以便在切削部件旋转时实现切削功能。一台马达在与切削部件远端相隔甚远处与切削部件相连接，用以使切削部件围绕其纵向轴线进行旋转。此器械包括一件细长的夹持器，该夹持器具有一个支承切削部件的孔，切削部件可通过它们被轴向送进，夹持器具有一个远端，用于在钻孔手术期间支承切削部件，切削部件的远端也通过它而伸出。夹持器包括一件切削部件支承，该支承成形成在切削部件远端附近对其纵向轴线进行定向。缆绳的纤维最好由诸如镍钛诺的超弹性金属制成。
在一个实施例中，夹持器包括一件切削部件支承，该支承成形为在紧邻切削部件的远端处，将切削部件弯曲成预定的角度，并在切削手术中，当切削部件旋转并送进时，保持此弯曲度。在一个最佳实施例中，螺旋绕缠纤维本身在远端被切割，从而它们本身就形成了所述切削装置。
当柔性切削部件是由单根螺旋缠绕的缆绳制成时，缆绳最好制作成能使缆绳远端处的纤维在缆绳通过夹持器被送进并旋转时，在离心力或轴向压力或两者的作用下，略微相互分开。结果，所钻孔的直径略大于缆绳紧邻其远端但与其远端相隔一段距离的缆绳的直径。缆绳端抵靠孔底的轴向压缩引起缆绳的多个单根纤维向外成弓形弯曲，从而增加了缆绳在此位置的直径。当柔性切削部件包括由若干条相互平行布置的缆绳组成的束时，也可获得相同的效果。这里，当缆绳束通过夹持器送进并旋转时，在离心力或轴向压缩或两者的作用下，缆绳的远端可相互略微分开。完成的孔的直径略大于缆绳束紧邻其远端、但与其远端相隔一段距离的缆绳束的直径。
本发明还包括组织中直线通孔的钻孔方法，此方法包括装备以上推荐的钻具，在至少将部分切削装置持续保持于所钻的孔中，并通过夹持器送进切削部件的同时，围绕切削部件的纵向轴线旋转柔性、细长的切削部件，从而所钻孔的孔壁起着支承切削装置的作用，这样使后者沿着基本为直线的路径通过组织而送进。
一个特别推荐的方法包括一种将中空内骨髓杆与诸如股骨的骨头紧固的方法，在骨头中安放了杆。此类杆可用于在内部稳定长骨，诸如股骨、胫骨和肱骨的骨折。此方法包括的步骤有装备一种钻具，该钻具包括在其远端的由一段细长、柔性的超弹性合金段支承的切削装置和一件安放在中空内骨髓杆中的细长夹持器。在此实施例中，超弹性合金段的形状最好为上述的缆绳或缆绳束。夹持器具有一个在钻孔手术期间支承超弹性合金段用的远端和一个孔，超弹性合金段落的远端通过此孔伸出。夹持器包括一件支承，其形状成形为将超合金段在其远端紧邻处弯曲成基本为一个直角，并在钻孔手续期间，保持此弯曲度。在此方法中，将夹持器具放置在内骨髓杆中，将超弹性合金缆绳段远端由此通过伸出的孔与内骨髓杆中加工的孔对准，并以其为基准。然后在钻孔手术中，将超弹性合金段通过夹持器和杆中对准的孔径向向外送进，在至少将部分切削装置持续保持在所钻孔内的同时，抵靠和通过骨头，抵靠和通过覆盖着的肌肉组织和表皮。定位钻头从表皮出口的位置，将一根套管插入在缆绳上以啮合通过骨头的孔。套管相对联骨头而稳定，抽回缆绳，然后使用一种钻具以扩大孔，此钻具伸展通过骨头的相对壁。通过在骨头中如此钻得的横向孔及内骨髓杆中加工的孔插入螺丝紧固件以便将这些部件夹持在一起。
本发明器械的其它外科手术用途还包括诸如齿根沟槽手术的牙科手术、骨空穴中假体紧邻处骨质溶解损害的清除、前十字节韧带损坏的修复、脊骨梗节中的钻孔以准备为脊骨熔合放置梗节螺丝等。
图1是本发明的钻具的立体截面图；图1A是图1中钻具远端的详细视图；图2是本发明的钻具的切削顶端的截面示意图，它表示正在骨头中形成一个孔；图3是一条股骨骨折腿的截面示意图，后者通过放置内骨髓杆而在内部加以进行稳定；和图4是本发明的装置的截面示意图，其用于与图3所示的内骨髓杆有关的情况；图5是一种与图1和2中的装置相似的装置的断开的截面图，此装置适用于与图3所示的内骨髓杆有关的场合；图6A和6B是图5所示的装置的一部分的断开截面图；图7是一种装置的局部截面的分解图，此装置用于将一件连接器插入至图3所示类型的内骨髓杆中；图8是发明的装置的简化、断开的截面图，用于表示具体细节，而图8A表示一个特定的切削端；图9A、9B和9C是本发明一个装置的端部部分的断开的截面图，表示对切削部件的纵向轴线进行定向的方法；图10A、10B和10C表示本发明的一个修正实施例的断开的截面图；图11是图10A、10B和10C所示类型的本发明一种装置的正面图，它表示装置的一种修正方案；图12是与图1和1A所示装置相类似的钻孔装置的侧视图，此钻孔装置适用于与在脊骨梗节中钻孔有关的手术；图13是图12中装置的示意图，表示在脊骨梗节中制备一个钻孔以安放梗节螺丝；图14是图12中的装置的圆圈部分的放大、断开、截面图；图15是沿图14中15-15线的截面图；而图16是图13中圆圈部分的放大、断开、截面图。
详细说明本发明的柔性切削刀具由纤维品制成，较受推崇的是由金属纤维品，而最好由超弹性金属合金的纤维品制成，这种纤维品的形状为螺旋型缠绕纤维缆绳，或为这种缆绳的相互平行的缆绳束。请参考图1，这里，本发明的柔性切削刀具被举例成一种钻具，并以10表示。一根柔性的、螺旋型缠绕的缆绳总体用12表示，缆绳通过一根细长管状支承13的内部而伸展，而支承13本身则由一件细长管状夹持器14所支承。支承13紧紧地安装着缆绳，并支承缆绳，以便甚至在缆绳快速旋转或受扭力或轴向负载时，防止其过度的横向移动或弯折。管状支承13的内径最好不大于缆绳直径的两倍，一般，管状支承的内径只需比缆绳直径约大0.001至0.005寸。在其远端16，管状支承13弯成一个角度，从而其内表面18起支承表面的作用，用以支承缆绳，使其按预定方向从夹持器14的侧面伸出。在图1中，缆绳12定向成与缆绳的轴线成90°角。缆绳的远端20从管状支承13的远端22伸出。应理解，在图1中举例的缆绳也可用一束平行缆绳加以替代，在下文将对其进行更多的说明。
图1中展示了一台马达26，用于围绕缆绳轴线旋转缆绳12。马达可以是任何一种旋转驱动器，其形式可以是电动马达或是空气马达，后者由通过输入管28进入马达的压缩空气所驱动。虽然马达可在要求的任何速度下旋转，但约为5000转/分的速度较为适宜。对某些用途，要求速度慢一些。旋转速度可从每分钟几转一直变化至每分钟150000转或更高。马达26可采用通常应用的卡盘设备、夹紧技术、或粘接结合安装至缆绳12(或有时可是缆绳束)的近端。马达的旋转部分可以啮合缆绳的外壁，并使旋转缆绳能相对马达轴向前进，从而缆绳12可移动通过马达26。但是，最好应用一种卡盘设备，在此种设备中，缆绳12的近端按已知的方法安放在马达的卡盘中，也即，应用通常驱动钻具和钻头的卡紧机构。在此最佳实施例中，马达26紧固至缆绳12上，这样，马达和缆绳向远端向着夹持器远端的轴向运动将引起缆绳的端部20从孔22至少向外伸出一个与要求孔的深度相等的距离。在一个实施例中，马达26可安装在夹持器的近端30，而夹持器本身不是如图1所示的由单根管状构件组成，而是可由两根或多根管状构件组成，它们可一起伸缩，从而夹持器14的长度可伸长或缩短。在此实施例中，缩短夹持器14的长度使缆绳12远端向前移出孔22。事实上，夹持器14的伸缩部分具有配合的周边螺纹，从而夹持器的一部分相对另一部分转过给定角度的转动造成缆绳远端20从孔22向外移动预定距离。
在图1至11中，柔性、细长的切削部件以单根缆绳表示，其远端20清楚地示于图2中。单根缆绳最好由镍钛诺或其它超弹性合金制成，并希望如图所示地由中央芯线32及若干股围绕它缠绕的股绳组成。任何一种所描述的缠绕缆绳，诸如具有若干层依次相对缠绕纤维的缆绳，应这样地运行，即外层纤维的缠绕方向能使纤维在缆绳旋转时，使纤维能缠绕得更紧。最好缆绳只包含单层缠绕纤维，对每一纤维，其缠绕方向相同。如先前指出的，柔性、细长的切削导向器可是一束包含若干根平行缆绳的缆绳束，在下文将对此更详尽地说明。
由图2可看到，假如缆绳按箭头A所示方向旋转，螺旋缠绕的股绳将趋于一股缠紧在另一股上，这样，扭矩就能容易地从马达传送至缆绳的远端20。还应理解，假如缆绳由马达26在反方向旋转，则缆绳将趋于解缠，并变得相当松散。因而按箭头A的旋转对应图2所示的缠绕方向对于适当运行钻具是很重要的。还应注意，图2中省略了管状支承的远端部分以便能更好地展示缆绳的缠绕本质。在实际中，除缆绳的远端部分外，几乎整条缆绳段都是由管状支承加以支承的，而其远端部分则安放和支承在要钻孔的组织中。当采用缆绳束时，同样也要求每根缆绳具有相同的缠绕方向，并要求缆绳束在切削运行中的旋转要拧紧缆绳束中的纤维。也即，假如每一束纤维逆时针地向着束的远端缠绕，则马达应提供从近端观看时为顺时针的扭矩。
构成缆绳的缠绕纤维在其远端在马达26产生的显象离心力的作用下，或由于是纤维抵靠孔的底面形成的轴向压缩，或由于这两者的共同作用，会驱于相互略微分开。图2表示当钻具用于在骨质B中形成孔34时，缠绕股绳略微分开。注意，孔34的直径稍大于与缆绳远端20相隔一段距离的缆绳12的直径。这是因为缆绳的股绳33在这里已分开，并略微向外伸展，因此孔34稍大于缆绳的直径。这样，在孔的内表面和缆绳本身之间出现了间隙，认为这有助于防止缆绳粘结在孔内，并使钻孔手术中产生的碎屑得以排出。当缆绳的旋转速度增加时，在离心力的作用下，缆绳远端处股绳的分离也增大；因此，人们可通过调节缆绳的旋转速度来控制孔的直径。此概念也同样适用于缆绳束；缆绳束围绕束的纵向轴线的旋转产的离心力足以使束的各条缆绳略微分开，从而产生一个略大于与其运端分隔一段距离的缆绳束的孔。
应指出的是，在缠绕纤维的远端切削边缘，纤维保持在孔的原先直径内，并被它们所切削的该直经支承。这样，孔或内孔34本身起支承或导向器的作用，它阻止缆绳或缆绳束失控地移动，并使内孔34保持直线。诸如肌肉的软组织提供相似的支承。
图1所示实施例的支承13是一件管状体，它具有一个中心间隙15，用于安放缆绳，并如上所述地仅略大于缆绳，从而使缆绳可在夹持器中相当自由地旋转，同时又防止缆绳在其旋转时产生扭曲，或在其本身上折叠。图1所示夹持器的远端本身按预定角度进行定向，在实施例中为一个90度的角，间隙在弯道处的表面为缆绳在其旋转并通过夹持器前进时，提供了用以保持缆绳90°弯曲的支承。在缆绳的弯曲处，还可应用各种其它形状的支承。例如，夹持器可在其远端，或在远端附近简单地设置一个孔，缆绳可通过它而前进，夹持器的内表面平滑地曲弯用以支承和保持缆绳的弯曲。如需要，夹持器可包括一个细长的凹槽，该凹槽形成于夹持器中的一个嵌入物上，用以至少安放和支承缆绳的部分长度。如需要，间隙15沿其长度间隔地设置若干缩颈，用于在沿缆绳长度的一个或多个点上为缆绳提供接触和支承的支承表面。
在附图中展示的管状支承13和夹持器14是一个机械分离的装置，它可安放在一根中空内骨髓杆或类似物之内。在一个替代性实施例中，一根内骨髓杆或类似物本身就限定了支承。例如，现有技术中已知的通常为实心的内骨髓杆。在这样一根实心杆中可设置一条内通道，其尺才和形状非常相似于上述的支承13。在这样一个实施例中(附图中未表示)，内骨髓杆起本发明的夹持器的作用，而杆中的通道基本起着上述支承的相同作用。
在缆绳或缆绳束的端部可使用任何一种会运的切削尖端。在一个实施例中，缆绳或缆绳束的一根或多根纤维可成形成如图8A所示的标号为190的圈。当细长的切削部件旋转时，圈扩胀，从而在圈的附近形成一个大于缆绳或缆绳束直径的内孔。此外，假如应用圈形切削端部，当缆绳从骨中抽回时，圈可用于将缝线拉过已成形的孔，从而简化了包含将韧带或腱或软骨固定至骨上在内的外科手术过程。
如以上指出的，缆绳或缆绳束的端部可垂直横越其长度笔直地加以切割，或可切割成锥形、圆形、对角形或斜角形或其它形状。各单根纤维的最终成型端部合并在一起形成钻头。如需要，缆绳远端的纤维可焊接在一起，以防止它们在离心力作用下分离。此外，也可使用与目前外科手术过程中使用的钻头相似的单独钻头，钻头被焊接、夹紧、粘接或用其它方法固定至缆绳的远端。在一个实施例中，钻头可在其远端具有切削边缘，但也可包含一个成形于其近端中的轴向内孔，其尺寸可安放缆绳的远端，然后将缆绳焊接进入钻头内孔中。当然，只要有单独的钻头安装在缆绳的端部，在钻孔手术期间，总会有钻头变松的风险。因而钻头最好如图2所示地由构成缆绳或缆绳束的股绳端部构成。
在钻孔手术中应用上述类型的高度柔性缆绳还有这样的优点，即缆绳将沿着被切削物质中较软的部分前进。便如，牙根开槽外科手术常常要求所钻的孔跟随神经沟槽而通过牙根。牙齿的神经沟槽是略微弯曲的。但目前使用的牙科钻相对较硬，因而不容易追随牙根沟槽中常有的与直线的偏离。不过，本发明的切削刀具，因应用十分柔性的缆绳或缆绳束，因而能插入至齿根沟槽中，并通过沿着由得沟槽周围硬珐琅质引导的正常沟槽曲率缓慢地前进，进行清理和去除神经。此外，所钻的孔的深度决定于缆绳或缆绳束通过把手开口前进的距离，由于把手端部能依靠在正被钻孔的牙齿表面上，因而牙齿中内孔的深度可十分精确地加以控制。另外，由于切削部件的端部处的纤维会向外扩胀(见图2)，在手术过程中，扩张的纤维可用于切割、取出和置换牙根端部之外的物质，而这一过程在应用现有的牙科器械时是很困难的。
柔性切削部件能借助与骨头表面附近的皮层骨头接触所提供的引导，沿着弯曲骨头的正常弯曲部分前进，这一能力，可用于各种外科手术过程。在涉及脊骨的后熔合手术过程中，梗节螺丝与内杆及夹子的组合是一种提供脊骨稳定性的方案。放置梗节螺丝由于要对梗节壁进行穿透的螺丝孔钻凿而相当危险，因为这会有损害脊髓，或损害从脊髓向外延伸的神经束，从而造成瞬时或永久瘫痪的风险。梗节螺丝可从后手术进路插入至梗节的髓质沟槽中。梗节的后侧横向形状可外露以进行直接肉眼检验。
本发明得以在直接肉眼检验下向梗节进行经皮的进路，从而减少对软组织的外露和创伤。脊骨的后侧形状按标准外科手术进路加以外露。梗节钻放置在梗节上，位于难弄过程的横向，旋转的缆绳束向前移动进入梗节的髓质沟槽。梗节髓质沟槽由海绵状骨构成，它要比构成脊椎和梗节外表面的皮质骨软得多。缆绳组的柔软特性使缆绳组得以跟踪较软的海绵状骨的路经前进。即使外科大夫倾斜梗节钻的缆绳导向管，缆绳组也会跟踪这条路经径前进，而标准的麻花钻则会在外科大夫设置的方向钻出一个直线的孔。
在一个最佳实施例中，本发明提出了一种能精确放置内骨髓杆并将其固定至骨上的方法。请参看图3，所示的病人股骨F示意地具有若干处断裂，骨头块借助一根插入的内骨髓杆40进行内部稳定，内骨髓杆40具有中空的内侧42，以及一系列穿过其壁而成形的手术孔44、46。这些孔的目的是安放骨螺丝，它们从腿的外侧驱动向内，通过骨壁以便将骨头固定至杆上。
在内骨髓杆上适当定位这些孔是一个难题。一种方法是应用荧光镜查出杆中的孔，然后放置史梯曼(Stimen)针或类似物经皮地通过股骨及杆中的相应孔，并应用这些针作为随后进行的放置螺丝的导向器。此过程的内在危险是要将病人和医务人员暴露于伽玛线的辐射中。不应用荧光镜，而代之以参考杆的近(外露)端、了解孔的位置的外部瞄准法是很困难的，因为在将杆打击进入骨头的内部骨髓沟槽时，杆常常会弯曲和缠绕。不适当放置的螺丝必须移走、置换，从而使骨中有更多的孔，并要求有额外的手术时间。
按照本发明的一个实施例，此难题从不同的方向着手解决。如图4所示，一旦中空的内骨髓杆被打击进入骨头中的位置后，本发明的具有适当细长形状的钻具50从杆的近端插入至杆中，并向前移动直至如图所示的、呈90°弯曲的缆绳的远端52，能通过杆中的孔44而伸出。驱动马达轴向向前移动缆绳，以使所钻的孔径向向外通过般骨。钻孔手术可持续至通过股骨外侧的软经且织，如需要，可进行至表皮之外，所有这一切将在下文结合图5-7进行更详尽的说明。
上述发明主要针对超弹性镍钛诺合金，但其它的超弹性材料，以及诸如不锈钢的其它材料和金属也可应用。镍钛诺是一种超弹性(有时称为赝弹性)材料，即它是一种经加工和处理，从而能在要求的温度下，诸如在体温下显示超弹性的材料。已知若干形状记忆合金能显示超弹性/赝弹性恢复特征，它们的特征通常是能在室温或体温下从奥氏体晶体结构变形至应力感生的马氏体结构，当应力去除时又恢复至奥氏体状态。替换的晶体结构给予合金以超弹性或膺弹性性能。
在图5和6中显示了本发明的一种改型装置60。把手手柄62设置有一个内孔64，在其中伸缩地安放着一个管状壳体66。如图所示，弹性压缩螺旋弹簧68放置于把手手柄和管状壳体的相对台肩之间。设置了指状手柄70，使装置能方便地抓紧在手中，从而当指状手柄70和把手手柄62相互挤压时，管状壳体66能更深地进入孔64中，使缆绳从器械中伸出。在管状壳体的近端具有一个扩张部分74，它安放着一个简单空气马达的叶轮76，此空气马达由空气源(未表示)加以驱动，并能发展相当高的旋转速度。对许多钻孔功能而言，虽然旋转速度可按需要加以改变，但量级为40000-50000转/分的速度是适当的。
在管状壳体66孔内延伸的是一件细长管状支承78，它具有一个弯曲的远端80。通过管状支承延伸的是一根上述类型的缆绳82，它被封装和夹紧在驱动管79中，而其近端则如图所示地被轴向安放和压紧在叶轮76中。缆绳的远端延伸至驱动管的远端之外，并通过管状支承的弯头80。应看到，当指状孔70和把手手柄62挤压在一起时，驱动管79伸缩地向远端进入管状支承中，使缆绳82进一步从弯曲部分80伸出。但是，最好驱动管79具有较大的内径，伸缩地将管状支承78安放于其中。这样，管状支承78能更紧密地安放和支承着缆绳82。
把手手柄62及其远端包括一条细长管84，该细长管84终止于相对地向外伸展的凸台86、88，凸台成形为能进入图3和4中所示的那类成形于内骨髓杆中的孔44。如图6B最清楚地所示，凸台具有一个成形的孔，通过它安放管状支承78的弯曲端80。凸台86成形在向远端伸展的、通常为平均数行的臂上，臂具有成形于它们之上的竖直的针90。一件用凸轮带动的模块92设置有倾斜的狭缝94，针90安放于其中，狭缝的结构制作成，当用凸轮带动的模块移向远端时，针90，因而也就是凸台86、88就移动至一起，使装置能从内骨髓杆中取走。另一方面，当用凸轮带动的模块92向近端方向移动时，凸台被迫使相互分开，进入形成在内骨髓杆的相对的孔中，用以将刀具端部适当地锚定在杆中。一根钢丝91从用凸轮带动的模块伸展至指状手柄72，在93处滑移地安装至把手手柄上。当指状手柄72移向指状手柄70时，使凸台86、88分开至图5所示位置。指状手柄72在反方向的运动会引起凸台相互相向地缩回。
请再参看图5，把手手柄62包含一条倾斜的通道96，用于输出流体进行润滑、冲洗或冷却，通道具有一件诸如卢尔(Luer)配件98的适当的外侧配件。
接着，请结合图3和4参阅上述的过程，应明白，把手手柄62的管84足够长，从而可延伸至内骨髓杆的长度上。当凸台被凸轮模块92夹持于它们的缩回位置时，管84插入至内骨髓杆中，直至凸台86、88邻近杆中的孔44。一旦凸台进入孔中(外科大夫可容易地感觉到)，凸轮模块92移向近端用以把凸台锁紧在内骨髓杆中的相对孔中。驱动空气马达，如先前说明的那样，向前移动缆绳进行钻孔手术。
图7描述了一种装置，它能如图3所示地用于安放通过骨和内骨髓杆的骨螺丝或其它连接器。如以上指出的，缆绳82在钻进穿过股骨壁后，将沿一条基本为直线的路径继续钻孔，通过股的软组织，并将从表皮下露出。在图7中所示的是一根中空导向杆100，在其内部安入了一个缆绳夹子，后者包括一根安放在管状壳体104之内的杆102。在管状壳体104的底端有一件胶橡内密封件108，用以安放缆绳的端部，并在杆102于管104内轴向移动时，夹紧在缆绳上。从病人表皮处伸出的缆绳端部被抓紧在橡胶密封体108内，因而缆绳能被牢固地支承住。然后导向杆100在缆绳受拉力夹持的同时，沿缆绳夹子和缆绳轴向向下滑移，直至导向杆的锥形端106安放在缆绳要由此通过而伸出的股骨孔的边缘中。导向杆紧紧地倚靠着孔的边缘而固定，然后移去缆绳夹子。缆绳本身能从导向杆内抽走，并将图5所示的整个装置置于一旁。然后在导向杆上向前移动一根导向管110，在其内部安装有钻孔套筒109。导向管110具有一个普通把手112，用以帮助外科大夫支承器械。在钻孔套筒109的远端有若干骨头固定销钉114，它们被打入至股骨中已钻的孔周围的表面中，此后，移走导向杆。这时，将一根长的外科手术钻通过钻孔套筒的中空中心插入，钻出一个穿过股骨的、直经更大的孔，钻头通过内骨髓杆，由此通过股骨的相对侧。然后移去钻和钻孔套筒，可通过导向管110向前移动固定螺丝(未表示)，并通过股骨中已钻的孔和内骨髓杆中完成的孔将其固定，以便牢固地将股骨和内骨髓杆装配在一起。
图8是一个大部分为示意的截面图，它表示本发明装置远端的细节。上述缆绳段以120表示，缆绳和驱动管125(下文将说明)滑移地安放在管状支承122中。而管状支承又轴向被约束在一个管状壳体124内。如图所示，缆绳被封装在驱动管125中，它从一个与缆绳远端间隔一段距离的位置127附近伸展进入与叶轮安装啮合。借助粘结剂或其它类似装置，驱动管通过在任一端或两端的夹紧而紧固至缆绳上。假如管状支承被安放在驱动管内，则驱动管和细长的切削部件在它们的近端连接。当空气马达移向远端时，也即移向图8中的左方时，缆绳120从管状支承122向外移出。
请注意，管状壳体124的远端包括一个支承部件130，它具有一个安放在管状壳体124端部和鼻状物134内的近侧部分132，鼻状物134与壳体124大致成直角地伸出。支承部件130成形有一个曲线的孔，在其中安放着管状支承122的远端136，支承部件130牢固地夹持着管状支承122和远端136，从而当缆绳从管状支承伸出时，对缆绳120进行恰当的定向。鼻状物134可按要求制成狭窄和锥形的，使其能例如精确地倚靠在牙根之上的牙齿表面上，此处的器械适宜于进行牙根沟槽外科手术。
缆绳或缆绳束的轴线在其远端附近可在从0°至180°范围内的任一预定角度下定向。此外，缆绳通过并按预定角度定向的细长的管状支承夹持器本身还可在使用之前或在使用期间进行调整。图9A、9B和9C表示一根被管状支承142携带而安装在弹性可弯曲的管状壳体144内的缆绳140，如需要，后者可由镍钛诺或其它超弹性合金制成。在管状支承142远端附近设置有一系列切入一侧侧壁的间隔的切口146。控制钢丝148在管状壳体144内延伸于管状支承142附近，钢丝在切口146形成的管状支承的相同侧的150处连接至管状支承上。从图9A、9B和9C可看到，当从近端拉动钢丝148时，切口146的壁趋于挤压在一起，从而使管状支承142弯曲。而这又转而趋于弯曲管状壳体144，这一切都展示图中。
图10A、10B和10C展示了缆绳或缆绳束在本发明的装置的远端按预定角度进行定向的另一种方法。在图10A、10B、和10C中，所示的细长的管状支承夹持器160正从管状壳体162中伸出。如图10B所示，管状支承可接要求进行弯曲，而可滑移地安放在管状支承160中的缆绳164则随后可由管状支承的端部伸出。如需要，管状支承160可由外科大夫手动弯曲，以使支承的远端166恰当地放置在要钻孔的骨头或其它组织的紧邻处。可替代的是，管状支承可由超弹性合金制成，且具有图10C所示的加工形状，但支承160的柔软本质使其能以一般为直线的形状如图10A所示地安放在管状壳体162内，并在壳体162内向远端移动时，能以曲线形状伸出，支承160的弯曲本性使其能按要求定向前进。
由前述说明可知，本发明的设备可用于各种目的。一种应用涉及前十字韧带重建。在此过程中，一件韧带移植物，或是一根单独的韧带，或是一段髌骨韧带，要通过制备于胫骨平台中的一个孔。在胫骨平台中恰当放置，该孔的出口位置对韧带和膝盖的长时间运行是关键性的。如果孔放得太靠前，移植物将撞击股骨切口，造成过早的失效。如果孔放置得太靠后，则移植物不能为膝盖提供必要的稳定性。
采用常规技术时，胫骨中接受移植物的远端孔是按外侧前方远端进路钻孔的。但是，采用本发明时，外科大夫能从关节空间内部开始钻孔过程，用钻具直接瞄准要求的孔位置。缆绳向远端前移，从胫骨前部皮层远端出发至关节。然后在缆绳上移动一件插套管的钻具，进入关节空间，并在胫骨平台上的一个恰当位置离开。同一技术还用于从内髁骨切口制备股骨钻孔。这样，借助从关节空间内侧开始钻孔手术，可使孔能精确定位。
骨质溶解是在植入物周围的骨头中形成一种损害，它可导至骨头的严重损伤。骨质溶解损害通常是渐近的，导致植入物变松和疼痛、支承骨的骨折、或植入物的失效。修正外科手术常常是处理这种损害的唯一可使用的选择。但是，本发明的切削器械能提供的手术的柔软性可使损害在不进行大面积外科手术的情况下加以清除和充填。一旦通过损害周围的皮层骨头钻出一个入口，图10A、10B和10C所示的此类型的切削器械就可移动进入损害空穴。当缆绳移入损害部分时，可对它进行小心的控制以便钻出小部分通常要软得多的损害物质。但是，假如从细长的缆绳夹持器的管状支承中能伸出相当长的一段缆绳，则可使缆绳端部环绕损害空穴随机滚动，有选择地清除出软的损害物质。
现请参考图11，如图10A、10B和10C所示的本发明的切削器械可装备各种其它的细长器械以实现不同的功能。图11表示本发明的一种器械的端部。这里，一件外管状壳体以170表示，在壳体中放了缆绳172和管状缆绳支承174。在壳体170内还安装了一束光纤束176和小管178、180，它们可用于以水或其它清洗液体冲洗切削位置。此结构有助于清除上述的骨质溶解损害。光纤束176能使缆绳的位置在进行空穴清除时得以进行不间断的肉眼检验。而管178、180可用于将游离的损害物质冲出。特别当缆绳端部得以随机移动时，缆绳端部处的股绳可略微解缠，使股绳得以打开，或使其钢丝用于切除损害物质。一旦损害清除，损害空穴可用骨胶泥或其它骨移植物材料加以充填。应用骨移植物材料会支持骨在损害空穴内的重新形成，而骨胶泥会防止碎屑漏入空间，阻止引发另一种骨损害。对上述骨质溶解手术过程来讲，由于缆绳端部能在被清除的骨空穴中随机地搅动，当然其旋转速度应远小于器械用作钻具时的旋转速度。
虽然以上对发明主要结合单根缆绳用作细长柔性切削部件进行了说明，但切削部件也可呈现相互平行、邻接布置的缆绳束形式。通常，单根切削部件较适宜用于通过软组织成形孔，而缆绳束较适宜用于在诸如骨头或牙齿的硬组织中成形孔。
在图12-16中，由缆绳束制成的切削部件以200表示。在图15中表示了缆绳在束中的一种布置，其中六根缆绳202围绕着一根中央缆绳204。应理解到，缆绳数将确定于它们各单根缆绳的直径及要求的直径。通常缆绳束使用的缆绳不少于三根，但不多于约17根。一种七根缆绳的缆绳束能获得良好的结果，它布置成六根缆绳围绕着第七根中央缆绳，而每根缆绳包括六股纤维围绕着第七胶中央纤维。每根缆绳由若干纤维构成，在最佳实施例中即为金属丝，它们如上所述地按旋螺线形式进行缠绕。一切如图15所示的，一种七根缆绳的缆绳束，它布置成六根缆绳围绕着第七根中央缆绳，而每根缆绳包括六股纤维围绕着第七股中央纤维，具有良好的效果。一般，缆绳相互紧挨在一起，其形式取决于缆绳数、传送给每根缆绳中各股纤维的捻矩、施加的扭矩、施加的拉力、每根缆绳中的纤维数。
由于缆绳束中的各根缆绳都是柔性的，因而当由马达施加扭矩时，它们将趋于如图14和16最清楚表示的按绳索形式相互围绕着缠绕。在实际中，缆绳束能够以缠绕结构提供，这样，当扭矩不作用时，此结构仍然保持。然而，缆绳束的各根缆绳在静止时最好一般是直线的，相互间没有显著的缠绕。这时，缆绳束可在任一方向旋转，而作用的扭矩将强行形成一个如图14和16展示的束的缠绕结构。此结构引起缆绳在扭矩负荷作用下相互绕紧，从而容易地将扭矩从马达传送至切削部件。
图12-16描述了本发明的器械在一种外科手术中的应用，它涉及梗节螺丝放置在脊椎中的钻孔。在图12中，器械以210表示，此器械210包括一台空气马达212，它由压缩空气源(未表示)驱动，并安放在壳体213中，此空气马达按上述与图1有关的方式与缆绳束200相连接，并将其驱动。缆绳束通过由空气马达壳体支承的管214伸出，管214在一根外管216内伸缩地移动，外管216具有直径缩小的远端导向管部分218，缆绳束通过其中滑移地移动。导向管218在远端终止于一个导向套筒220，它环绕着缆绳束，从而将其定向和指向于给定的方向。在离心力作用下，缆绳束径向扩张，与套筒220接触，可对静止时套筒和缆绳束之间的间隙加以调节以改变欲钻孔的直径。导向管218可如以上结合图1指出的那样的弯曲，或可如图12-16中所示的是直线，当管214伸缩地进入外管216内时，缆绳束就沿着缆绳束的纵向轴线从管218中排出。指状手柄222可设置在外管216的外表面上以利器械的操纵。在一个受推荐的钻孔手术中，外管216保持不动，而导向套筒220则紧邻或接触要钻孔的骨头的表面。缆绳束由空气马达212快速转动，管214和缆绳束向远端移动通过外管216和导向管218，然后缆绳束向远端从管218的端部排出。
图13展示了如何在脊椎“V”中钻孔以安放梗节螺丝。所示脊椎体以230表示，它具有一层皮层骨232外层，皮层骨232围绕着内海绵状-即多孔的-骨质234。脊椎孔以236表示，而梗节以238表示。导向管218的尖端倚靠梗节而放置，由空气马达快速旋转的缆绳束220穿过梗节的破层骨，进入海绵状区域234。然后旋转着的缆绳束20穿过被皮层骨定界的涨绵状骨的沟槽。此沟槽由较软的海绵状骨构成，缆绳束的柔软本性使束能沿着较软的海绵状骨的路径前进。即使处科大夫误将缆绳导向管218倾斜，使其略微偏离梗节骨髓沟槽，也仍能沿此路径前进。
由向前移动着的缆绳束200形成的孔的直径要略大于与其远端相隔一段距离的缆绳束的直径。图16正表示了这一点，在图中，各条缆绳202的端部242在离心力作用下，或由于缆绳端部抵靠正在钻的孔的底部，或由于这两个原因，而略微扩张。结果，孔244的直径要略大于与端部242相隔甚近的缆绳束200的直径，从而为碎屑从孔中排出提供了间隙。与上文论及的单根缆绳切削部件相同，孔244的直径也可通过调节若干变量加以控制，这些变量包括束的旋转速度、钻孔手术期间传送至束端的轴向力、柔软度、单条缆绳的数和直径、套筒与缆绳束之间的间隙等。
虽然对本发明的最佳实施例进行了说明，但应清楚，在不偏离本发明精神及所附权利要求的范围的情况，还可进行各种改变、变型和修正。
权利要求
1．一种切削刀具，该切削刀具包括一件细长的、柔性切削部件，它具有一条切削部件围绕着进行旋转的纵向轴线，并包括一条缆绳或一束平行缆绳，每条缆绳包括一层螺旋缠绕纤维的外层，而切削装置放置在切削部件的远端，以便在切削部件旋转时执行切削功能；一台马达，它在与切削部件远端相隔甚远处与所述切削部件相连接，用以使切削部件围绕其纵向轴线进行旋转；和一件细长的夹持器，该夹持器具有一个支承切削部件的孔，切削部件可通过它被轴向送进，夹持器具有一个远端，用于在钻孔手术期间支承切削部件，切削部件的远端也通过它而伸出，夹持器包括一件切削部件支承，该支承成形为在切削部件远端附近对其纵向轴线进行定向，并在切削手术中，当切削部件旋转并送进时，保持这样的定向。
2．如权利要求1的切削刀具，其特征在于，所述缆绳是由超弹性合金纤维制成的。
3．如权利要求1的切削刀具，其特征在于，切削部件包括一条单根缆绳，其中纤维向着所述远端按顺时针或逆时针方向进行螺旋缠绕，而其中所述马达则沿另一方向旋转缆绳。
4．如权利要求1的切削刀具，其特征在于，所述纤维成形在切削部件的远端，因而它们本身就形成所述切削装置。
5．如权利要求3的切削刀具，其特征在于，一根或多根所述纤维在缆绳远端紧邻处限定一个圈，该圈在离心力和轴向压缩作用下趋于扩张。
6．如权利要求3的切削刀具，其特征在于，缆绳的远端编织成限定一个开口筐的形状。
7．如权利要求4的切削刀具，其特征在于，所述纤维横越它们的宽度，在与切削部件的纵向轴线垂直的角度下加以切割。
8．如权利要求3的切削刀具，其特征在于，所述缆绳制作成使缆绳远端紧邻处的纤维能相互略微分开，从而在钻孔手术期间，所钻的孔的直径要略大于缆绳在其远端附近、但与远端相隔一段距离的缆绳的直径。
9．如权利要求8的切削刀具，其特征在于，缆绳和马达是这样选择的，即，使得缆绳远端处的纤维能于马达旋转缆绳时，在离心力的作用下相互分开。
10．如权利要求8的切削刀具，其特征在于，缆绳被制作成能使缆绳远端紧邻处的纤维在缆绳抵靠孔的底面轴向受压时向外成弓形弯曲。
11．如权利要求1的切削刀具，其特征在于，所述细长夹持器包含一个支承表面，它被设置成沿其长度的一个或多个位置上接触和支承所述缆绳。
12．如权利要求11的切削刀具，其特征在于，所述细长夹持器具有中空的内侧，其内侧壁形成所述支承表面。
13．如权利要求11的切削刀具，其特征在于，所述细长夹持器包括一个管状支承壳体，并在基本为缆绳的整个长度上支承所述缆绳。
14．如权利要求1的切削刀具，此切削刀具包括一个单独的、固定至缆绳远端上的钻头。
15．如权利要求4的切削刀具，其特征在于，所述柔性切削部件包括一束缆绳，此缆绳束制作成使切削部件远端紧邻处的各单根缆绳能相互略微分开，从而在钻孔手术期间，所钻孔的直径要略大于缆绳束紧邻其远端但与其远端相隔一段距离的缆绳束的直径。
16．如权利要求15的切削刀具，其特征在于，柔性切削部件和马达是这样选择的，即，当马达旋转切削部件时，在离心力的作用下，使得切削部件远端处的缆绳能相互分开。
17．如权利要求15的切削刀具，其特征在于，切削部件是制作成能使缆绳在它们远端的紧邻处、在缆绳束抵靠孔的底面轴向受压时向外成弓形弯曲。
18．如权利要求1的切削刀具，此切削刀具包含一根驱动管，它紧夹所述切削部件并被所述马达旋转驱动，所述驱动管可相对所述细长夹持器伸缩地移动，这样，驱动管相对细长夹持器的向远端的移动将引起所述切削部件从切削部件支承中伸出。
19．在动物组织中钻孔的方法，该方法包括装备一种钻具，该钻具包括一件细长的、柔性切削部件，此切削部件具有一条切削部件围绕着可进行旋转的纵向轴线，并包括一根缆绳或一束平行缆绳，每根缆绳包括一层螺旋缠绕纤维的外层，切削装置安置在切削部件的远端上，用以在切削部件围绕其纵向轴线旋转时实施切削功能；和一件细长的夹持器，它具有一个孔，切削部件可通过此孔加以轴向送进，夹持器具有一个远端用于在钻孔手术期间支承切削部件，且切削部件的远端也通过它而伸出，夹持器包含一件切削部件支承，该支承成形成在切削部件远端附近，对其纵向轴线进行定向，且在切削部件旋转并向远端送进时，保持这样的定向；在至少将部分切削装置持续地保持于被钻的孔内的同时，围绕切削部件的纵向轴线旋转所述切削部件，从而被钻的孔的孔壁起支承切削装置的作用，这样，后者就通过组织而送进。
20．如权利要求19的方法，其特征在于，组织为骨头。
21．如权利要求19的方法，其特征在于，组织为软组织。
22．如权利要求20的方法，其特征在于，所述纤维成形在切削部件的远端，因而它们本身就形成所述切削装置，而其中所述切削部件旋转，这样，切削部件远端处的纤维相互分开，从而在所述骨头中所钻的孔的直径大于切削部件紧邻其远端、但与其远端相隔一段距离的切削部件的直径。
23．一种在外科手术过程中将内骨髓杆与杆安放于其中的骨头相紧固的方法，此方法包括装备一种钻具，该钻具包括一件细长的、柔性切削部件，此切削部件具有一条切削部件围绕着可进行旋转的纵向轴线，并包括一根缆绳或一束平行的缆绳，每根缆绳包括一层螺旋缠绕纤维的外层，切削装置安置在切削部件的远端上，用以在切削部件围绕其纵向轴线旋转时实施切削功能；一台马达，它在与切削部件远端相隔甚远处与所述切削部件相连接，用以使切削部件围绕其纵向轴线进行旋转，和一件细长的夹持器，此夹持器安放在内骨髓杆中，夹持器具有一个远端，用于在钻孔手术期间支承切削部件，并具有一个孔，切削部件的远端通过此孔伸出，夹持器包括一件切削部件支承，该支承成形成在切削部件远端附近对切削部件进行基本为直角的定向，并在切削部件旋转和向远端送进时保持这样的定向；将夹持器放置在内骨髓杆中，并将夹持器中的孔与杆中加工的孔对准，在旋转所述切削部件的同时，向远端送进所述切削装置，切削装置通过夹持器和杆中已对准的孔、抵靠和通过所述骨头，并至少将部分装置持续保持于所钻的孔中，确定钻具从骨头中出来的位置，和将螺丝紧固件向内插入以穿过骨头和骨髓杆。
24．如权利要求23的方法，该方法包括的步骤有送进所述切削部件，使其穿过紧贴所述骨头的软组织和表皮。
25．如权利要求23的方法，其特征在于，所述纤维成形在切削部件的远端，从而这些纤维本身就形成所述切削装置，且其中所述切削部件旋转，使切削部件远端处的纤维相互分开，从而在所述骨头中所钻的孔的直径大于切削部件邻近其远端但与其远端相隔一段距离的切削部件的直径。
全文摘要
一根缆绳,它具有螺旋缠绕的超弹性纤维及一个设置于其远端的钻头,该缆绳安放在一件细长的夹持器中,缆绳可通过此夹持器加以送进,夹持器具有一个远端,用于钻孔手术期间支承缆绳,缆绳的远端可通过此远端而伸出。夹持器包括一件缆绳支承,其形状成形为在其远端紧邻处将缆绳弯曲成预定的角度,并在缆绳被旋转和送进期间支承缆绳。一台马达在远离缆绳远端处与缆绳相连接,以便在趋于缠紧缆绳纤维的方向旋转缆绳。
文档编号A61B17/32GK1215317SQ97193498
公开日1999年4月28日 申请日期1997年2月28日 优先权日1996年3月1日
发明者威斯利·D·约翰逊, 格利格·S·苏顿, 布鲁斯·威恩·斯杜尔萨, 弗郎西斯·C·彼得森 申请人:梅塔根公司