[发明专利]球形表面切削器有效

专利信息
申请号: 200810171894.5 申请日: 2008-11-17
公开(公告)号: CN101828947A 公开(公告)日: 2010-09-15
发明(设计)人: 谢平;李雪;谢钢 申请(专利权)人: 谢钢;谢平;李雪
主分类号: A61B17/56 分类号: A61B17/56;A61B17/32
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 300074 天津市*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 球形 表面 切削
【说明书】:

发明领域:

此发明描述了一种用于切削/成型具有半径为R和球体深度为D的球形表面的切削设备.此设备可用于骨科手术中的髋臼的切削或修整和其他领域的应用.

技术背景:

在目前使用的切削或成型球面设备中,一种比较典型的应用是骨科用的髋臼锉.其原理是一个沿中轴线旋转的凸起半球的外表面。半球的外表面带有一些不对称分布着的,向外凸起的开口切削齿。其工作原理类似于土豆嚓板。业内人士称这种髋臼锉为花篮锉.当半球花篮锉沿球体轴线旋转时,切削齿切削所对应的凹陷的骨表面,形成与切削器球面一致的,具有半径R的凹陷球面.此结构可称之为凹-凸球面匹配模式.按照此设计,球面切削器的花篮锉与所要切削的凹形球面的几何尺寸是一一对应的.在实际应用中,所采用的髋臼锉直径是按整数间隔步进式增加的.典型的外径尺寸是从44毫米,每两毫米间隔增长,直至60毫米直径.此类设备已经在临床上应用了超过30年.对于传统的髋臼置换术来说是能够满足要求的.

随着新手术方式的采用,例如:压配合生物髋臼安装方式,传统的凹-凸球面匹配髋臼锉方式已经不能够满足手术精度的要求了.其主要体现在:生物型,压配合髋臼安装方式要求:所切削的髋臼凹球面与植入的人工臼凸球面间的接触区域不应少于70%.为此,要求所修整的髋臼窝面的尺寸,圆度和平滑度必须满足一定的要求.正如常识所了解的:1)在一维旋转切削中,切削速率取决于刀具与被切削表面间的相对线速度.2)球体切削的切削线速度与刀具到旋转中心的距离成正比.因此在所要切削半球的极点(顶点)处,即轴心处,其切削半径等于零,切削线速度也等于零。对于一个沿球体轴线旋转的凹-凸球面匹配型髋臼锉来说,花篮锉球面的顶点是无法切削的.同时,从极点处到赤道处的切削速度和切削速率是大不相同的。因此,这种设备修整出的球体,严格的说是椭圆形的.椭圆的程度取决于切削齿的锋利程度,旋转速度,臼锉在旋转中的稳定性,同心圆性等因素.

另一方面,微创手术开口较小,凹-凸球面匹配髋臼锉的体积较大,即花篮锉的体积与髋臼窝的直径成正比,因此不能满足微创手术的要求.

再一方面,人工生物臼压配合安装方式的成功与否取决于修整后的髋臼窝的几何尺寸和骨骼的弹性.对于健康的骨骼状态来说,骨骼具有较大的弹性,髋臼窝几何尺寸的允许误差可以比较大.但对于不健康患者的骨骼其允许误差则较小.此时,压配合要求修整后的髋臼窝的几何尺寸与人工臼间的匹配就较严格.为保证压配合的效果,修整后的髋臼窝的几何尺寸应该是可以连续调节的.

进一步讲,在手术中,医生需要一步,一步扩大臼的尺寸.较大的花篮锉头替代较小的锉头.此步骤繁琐,耗时和造成不必要的损伤.

总上所述,理想的髋臼锉应该具有:保证合格的切削效果:圆度,尺寸和光滑性.体积小,一机多用不需要切换.

发明总结:

本发明旨在描述一种用于成型或修整具有半径R和球体深度Dmax的部分凹球表面的设备.本设备采用至少一个可在以主级轴为中心的轨迹上绕行切削元件.此切削元件具有至少一个可沿次级轴旋转的切削刃口.

此发明的优点是设备具有简单的结构和较小的静态体积,既方便于手术操作,又简化了髋臼锉的制作,以及术后器械的清理和维护.

此发明的优点是此设备可具有不同的机械结构以适合不同的手术要求.例如:用于切削骨质较硬的臼体,用于微创手术的髋臼锉和无需切换切削头的,一机多用的髋臼锉.

发明内容:

切削原理:

为了切削具有半径为R和球体深度为D的部分凹球表面,切削器由至少一个具有自旋转中心的圆型或部分圆型(半径为:rCE)的切削元件组成.切削元件在沿以主轴线为中心的绕行轨迹(绕行轨道半径rorb和次极轴对主轴线偏转角度α)上运行(公转)的同时,在次级轴上自转从而完成对切削对象的切削,形成至少部分以主轴为中心的球面,如半圆球面甚至多半球面.

基本概念与定义:

1.主级轴1,(PA):是指所要切削球体的极轴和设备的旋转轴.

2.次级轴2,(SA):是指穿过切削元件的圆心的轴线和切削元件的自转中心轴.

3.支架(虚拟)中心3,(VC):此中心位于主级轴线和次级轴线的交汇点处,相当于所要切削的球体的球心.

4.切削组件的顶点4,(AP):是指切削组件的最低点,相当于所要切削的球体的极点.

5.赤道圈(EC):是指位于所要切削的球体的赤道位置的平面或圆线.

6.所要切削的球体的半径:Rsph.

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