[发明专利]用于连续输送矫形胶的工具和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将矫形胶输送到骨内的技术，这种胶将在骨内硬化并作为医疗植入物。矫形胶可以是现有任何易流动的矫形填充材料，例如，包括液体-粉末混合物和包含聚合物材料的粘性液体。

背景技术

图1是将矫形胶从容器经过细管输送到指定点(骨腔)的普通方法的示意图。一般是将贮存在容器或贮存器内的液体-固体两相混合物矫形胶，通过细管输送到病体的骨结构、细胞或组织中的指定点。常用的是一种连接容器和细管(注射器)的带梢锥形-柱体结构，这时要施加驱动力来输送矫形胶。对于这种一步式直接强制填充法，矫形胶的液体和粉末在填充过程中受到力的作用后将易于分离。下面将解析其物理本质。

一般来说，图1所示方法的输送速度缓慢。在整个填充过程中容器内发生的物理现象可用静平衡概念来说明。所产生的内压力约等于所施加的力除以支承板的面积，即F/A。此压力(P)几乎均匀地分布在各处，除了容器出口区附近区域，即靠近细管的区域，在此区域压力骤降至指定点的环境压力(P₀)，如图2所示。在容器和细管连接处产生的局部压力梯度，形成将矫形胶混合物的流体部分推出容器小漏斗的主要机制。这可以用流体流动的不可压缩Navier-Stokes运动方程来说明，

式中ρ、u、v、p和μ分别为流体的密度、速度分量、压力和粘度，(x，y，t)为笛卡儿和时间坐标。由于矫形胶输送运动一般很慢，所以不稳定项和对流项可以忽略，结果使压力梯度和粘度项达到平衡。换句话说，局部产生的压力梯度通过克服流体射出时的内部或管壁摩擦而使流体运动。由于固-液密度比较大，流体的速度通常超过固体颗粒的速度，这会造成矫形胶的组成物分离。由于流体运动的连续性，矫形胶的流体部分将从容器连续流出。但是，当施加力时，矫形胶的固体部分将经受不同的物理机制。在一开始，由于被压出容器的液体多于固体部分，因此将注入较稀的矫形胶。剩下的矫形胶在加压期间将变得更干燥。小的出口面积妨碍干燥的固体颗粒从容器中很快地移出。除了随液体载体漂出容器的初始粉末之外，矫形胶中剩下的粉末将紧密地堆积或连结在一起，结果由于流动性下降而产生静平衡块。这种液体-固体分离机制说明了为什么一步式直接强迫填充装置往往不是一种令人满意的矫形胶输送注入器，尤其是对于侵入量极小的手术过程。

美国专利申请No.2005/0113843 A1公开了一种用于输送粘性流体的注入系统。典型的流体包括诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等易流动的硬细胞植入材料等。此植入材料注入系统包括压力驱动器，和用于植入材料的分离容器，其中所述驱动器和所述分离容器适用于在相互间形成压力密封界面，所述压力驱动器包括活塞和套筒，其中所述活塞和套筒适用于将植入材料吸入室(当活塞缩回时由套筒界定)的至少一部分内，同时在活塞前推时将植入材料从处于某压力水平的所述压力驱动器挤出。虽然此种结构可用于输送低粘性流体或胶；然而，这种结构在输送如CPC等高粘性骨水泥时至少具有下述缺点：

(a)贮存器内的胶上没有直接压力，这可能会在将高粘性胶顺利移入“备用”位置(由此结构中的“套筒”所确定的空间)时造成困难。

(b)使用套筒可能有助于套筒内压力的增高，以便更容易地将低粘性胶驱入注入管内。然而，这种由套筒引发的压力增长在输送高粘性粘骨水泥时可能会引起不希望有的固体-液体分离。另外，套筒的存在将使操作更困难。

(c)套筒和注入管之间的直径的显著差别也会引起CPC的固体-液体分离。

美国专利申请No.2004/0174768 A1公开了一种骨水泥混合物和输送装置，用来混合粉末状光聚物和液体单聚物以形成骨水泥并输送该骨水泥。此装置包括筒体，所述筒体具有远端和近端以及在远端、近端之间界定混合室。传递机构具有盖和支撑活塞与柱塞的杆并与所述远端相连接。所述传递机构包括用来同时推进活塞和柱塞的第一推进机构，和使柱塞独立于活塞运动的第二推进机构。此组件还包括可动把手，该可动把手具有用来安装混合叶片的轴和用来将所述混合叶片与可动把手锁住和打开的快速释放连接器及释放按钮。此结构可将要转移的骨水泥全部转移(注入)而不剩余的优点。但是由于上面所述的原因，当使用这种装置时，在第一次推进过程中将会发生CPC骨水泥的固体-液体分离。