用于钻机组件的可互换钻头的制作方法

本申请涉及并要求于2014年9月12日提交的美国非临时专利申请No.14/484,750的优先权，该专利申请的全部和完整的公开内容在此被特意通过引用并入本文。

技术领域

本发明主要涉及一种用于钻机组件的钻头，并且更具体地涉及一种用于在关节盂(glenoid)置换外科手术过程中使用的外围钉(peripheral peg)钻机组件的可互换钻头。

背景技术：

本章节中的陈述仅提供了与本公开内容相关的背景信息，并且不应被解释为构成现有技术。

天然肩关节可承受由于多种病因所导致的退行性病变。当这些退行性病变迄今为止变得是晚期的且是不可逆时，它可能最终变得需要用肩关节假体来置换天然肩关节。当肩关节假体的植入变得必要时，天然的肱骨的头部可被切除并且可在宿主肱骨的髓腔中形成盂窝(cavity)，用于接收肱骨部件。此外，定位于肩胛骨的侧缘的关节盂窝也可被进行表面重构并被成形以接受关节盂部件。肱骨部件包括用于置换天然肱骨头的头部，而关节盂部件通常包括由肱骨部件的头部接合的关节面。

本领域中通常已知的是提供一种具有如上所讨论的关节盂部件的肩关节假体。然而，当前的关节盂置换手术技术具有一些缺点，特别是由于它们需要外科医生在可以通过手术的方式植入该关节盂部件之前实施大量骨骼制备步骤。更具体地，由于关节盂部件通过肱骨部件的头部遭受到多种类型的加载，因此该关节盂部件必须提供稳定且安全的关节面。为此，一些关节盂部件提供外围钉，这些外围钉被插入并粘结到在关节盂窝中钻出的孔中。被钉住的关节盂部件中的一些利用多达五个外围钉，以便将关节盂部件稳定和固定到肩胛骨。当前的关节盂置换手术需要在骨骼中形成用于关节盂部件的每个外围钉的预钻孔。为此，通常在关节盂上放置为每个待钻出的外围钉孔提供路径的引导件。在钻出每个孔之后，将防转钉插入到该引导件的相应孔中，以确保适当地排列下个钻孔。通过要求将多个孔分别钻入到骨骼中，该过程不仅是耗时的，而且也增加了在骨骼制备过程中将会出现钻孔偏差的可能性。

除了过程复杂且耗时之外，如果钻机组件使用了几次，则钻头通常会变钝和/或受损。此外，如果钻头是不能更换的，则必须丢弃掉整个钻机组件，这并不是经济的解决方案。

所需要的是一种可被结合到关节盂置换手术技术中而并不具有上述缺点的装置。本发明旨在改进和解决该领域的这些已知缺陷中的一些。

技术实现要素：

根据本发明的一方面，提供了一种钻头，该钻头包括具有用于穿透骨骼的边缘的切割部分以及被构造成被插入到钻机壳体中的弹性叉。该弹性叉包括具有邻接表面的突部，该邻接表面被构造成与钻机壳体内的钻机齿轮建立卡扣连接。该钻头能够通过使邻接表面与钻机齿轮脱离接合而被从钻机壳体上移除。

根据本发明的另一方面，提供了一种钻头，该钻头包括一种具有用于穿透骨骼的边缘的切割部分；被构造成被插入到钻机壳体中的柄部，该柄部包括从第一位置移动到第二位置的弹性叉；以及从该弹性叉延伸的突部，该突部包括被构造成卡扣地接合钻机齿轮的表面的邻接表面。

根据本发明的又一方面，提供了一种钻机组件，该钻机组件包括具有第一侧和与该第一侧相反的第二侧的壳体；钻头，该钻头具有用于穿透骨骼的切割边缘以及被构造成被插入到该壳体中的弹性叉；以及驱动机构，该驱动机构具有被构造成旋转钻头和穿透骨骼的钻机齿轮，该钻机齿轮包括用于接收弹性叉的通道。该弹性叉包括具有邻接表面的突部，该邻接表面被构造成与钻机齿轮建立卡扣连接。

本发明的其它目的和益处将通过下列书面描述连同附图一起变得明白。

附图说明

通过参照结合附图对本发明的实施例做出的下列描述，本发明的上述多个方面以及获得它们的方式将变得明白，并且将更好地理解本发明本身，其中：

图1表示根据本教导的外围钉钻部件的透视图；

图2表示图1的外围钉钻部件的仰视透视图；

图3-5表示根据本教导的正在植入关节盂部件之前制备的关节盂窝的透视图；

图6-7表示根据本教导的外围钉钻部件的透视图，该外围钉钻部件正在将外围钉孔钻进到关节盂中之前被沿引导销推进；

图8表示根据本教导的将外围钉孔钻进到关节盂中的外围钉钻部件的透视图；

图9表示根据本教导的被排列成用于插入到关节盂的钻出的外围钉孔中的钉住关节盂的部件的透视图；

图10表示根据本教导的外围钉钻部件的俯视图，该外围钉钻部件的顶盖被移除以暴露出用于驱动外围钉钻部件的正齿轮系统；

图11表示根据本教导的外围钉钻部件的俯视图，该外围钉钻部件的顶盖被移除以暴露出用于驱动外围钉钻部件的另一正齿轮系统；

图12表示根据本教导的外围钉钻部件的透视图，该外围钉钻部件的顶盖被移除以暴露出内齿轮系传动机构和可互换钻头；

图13表示根据本教导的与齿轮相关联的双弹簧指扣(finger snap)钻头的透视图；

图14表示从齿轮分解出的图13的双弹簧指扣钻头的透视图；

图15表示图13的双弹簧指扣钻头和齿轮的截面透视图；

图16表示根据本教导的与齿轮相关联的单弹簧指扣钻头的透视图；

图17表示从齿轮分解出的图16的单弹簧指扣钻头的透视图；

图18表示图16的单弹簧指扣钻头和齿轮的截面透视图；

图19表示根据本教导的与齿轮相关联的另一单弹簧指扣钻头的透视图；

图20表示从齿轮分解出的图19的单弹簧指扣钻头的透视图；以及

图21表示图19的单弹簧指扣钻头和齿轮的截面透视图。

遍及若干幅视图，对应的附图标记表示对应的元件。尽管本文所提出的范例以若干种形式示出了本发明的多个实施例，下文中公开的实施例并不旨在是穷举的或被解释为将本发明的范围限制到所公开的精确形式。

具体实施方式

下文中描述的本发明的实施例并不旨在是穷举的或将本发明的范围限制到在下列详细描述中所公开的精确形式。相反，实施例被选择和描述成，是的本领域技术人员可理解和明白本发明的原理和实践。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语均具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文所述的方法和材料类似或等同的任何方法和材料均可用于本发明的实践或测试，但现在描述了具体方法和材料。此外，本文所采用或设想到的技术是本领域技术人员所周知的标准方法，并且这些材料、方法和示例仅是说明性的，且并不旨在是限制性的。

主要参照图1和图2，示出了根据本申请的教导的外围钉钻部件20的透视图。外围钉钻部件20由具有第一侧24和第二侧26的壳体22所限定。壳体22的第一侧24包括被构造成接收钻机的驱动轴28的限定开口27，而第二侧26具有一个或多个由此延伸并被构造成在驱动钻进装置时在关节盂窝中形成外围钉孔的钻头31、33和35。就经由其将驱动轴28连接到外围钉钻部件20的壳体22的结构装置而言，本文中应该明白和理解的是，可利用任何已知的连接装置，而并不偏离本申请的教导和范围。例如，根据一个具体的说明性实施例，可以利用常规的哈德逊(Hudson)连接件。根据其它的说明性实施例，驱动轴可被通过连接装置可释放地固定到外围钉钻部件20，该连接装置包括但不限于方形驱动快速连接件、常规钻机卡盘机构、定位螺钉、工具夹具、铆钉、卡环、压配合等。因此，本教导并不旨在被限制于此。

如在图2中具体所示，外围钉钻部件20的第二侧26包括被构造成接收引导件或定位销34(参见图5)的基本居中的限定开口32，作为关节盂制备过程的一部分，该引导件或定位销34已经被插入到关节盂窝36中。

图3-5表示一种根据本申请的教导的用于在植入关节盂部件之前制备关节盂的示例性过程的图示。如图3中所示，钻进引导件35可被用于使用钻机39在关节盂窝36的表面中形成中心引导孔37。在制备中心引导孔37之后，如图4中所示，使用关节盂表面锉38和具有驱动器42的倾斜的绞刀轴40对关节盂窝36进行铰孔。如本领域技术人员将会理解和明白的那样，关节盂表面锉38被构造成制备平面的或弯曲的关节盂表面以与待植入的关节盂部件的耦合侧配合。为此，关节盂表面锉38可包括基本对应于关节盂部件的内侧表面的球形形状的粗糙的球面。

一旦已经制备好了关节盂窝的表面，常规外科关节盂置换手术通常需要在所切除的关节盂中逐个钻出多个固定关节盂钉接收孔。为此，将钻进引导件放置在关节盂上并用作样板以便为每个待钻进的外围钉孔提供路径。在钻出每个孔之后，将防转钉插入到引导件的相应孔中，以确保适当地排列下个钻孔。

然而，本教导消除了逐个钻出每个孔的需求，并且相反提供了一种用于立刻钻出所有外围钉孔的装置。为此，如图5中所示，将引导件或定位销34放置在关节盂窝36的中心引导孔37中并被构造成穿透定位在壳体22的第二侧26上的限定开口32。换句话说，并且参照图6-7，使外围钉钻部件20的第二侧26上的限定开口32与引导销34对齐并且沿引导销34推进，直到外围钉钻31、33和35接合关节盂窝36的表面。在外围钉钻31、33和35接合关节盂窝36之后，可启动钻机，从而允许同时立刻形成所有的外围钉孔(参见图8)。制造外围钉钻31、33和35的材料取决于钻头的预期应用。然而，对于骨科用途而言，钻头31、33和35可由任何手术质量的金属部件制造而成，这些金属部件包括但不限于不锈钢、钛、铝、黄铜、钴铬钼合金、镍钛诺合金等。在本文中还应该理解和明白的是，钻头31、33和35(和/或它们相应的凹槽)的尺寸、定向和数量可根据需要进行调节，特别是根据钻头的预期应用及用途进行调节。根据一个具体实施例，外围钉钻部件20具有从壳体22的第二侧26延伸的至少两个钻头31、33和35，虽然根据其它具体实施例，至少三个钻头31、33和35从第二侧26延伸。因此，本教导并不旨在被限制于此。

如图9中所示，在形成外围钉孔38之后，通过使关节盂部件40的外围钉42与钻出的外围钉孔38对齐，可将关节盂部件40植入到切除掉的关节盂窝36中。本文中应该明白和理解的是，可使用多种不同的几何钉结构和形状来实施本申请的教导。例如，虽然本申请描绘了一种关节盂部件40具有三个外围钉42的说明性实施例，但是如果需要的话，使用少于或多于三个外围钉来实施本申请的教导当然是可能的。虽然这里并未示出，但同样设想到的是，如果需要的话，可在植入关节盂部件40的外围钉42以有助于该部件与骨骼的结合之前，将骨接合剂和/或多种适当的生物材料喷射到限定在关节盂窝36内的外围钉孔38中。本领域技术人员将明白如何在必要的情况下将这种材料结合到该植入系统中；因此，本文中并未对该结合过程进行详细讨论。

本文中应该明白和理解的是，多种装置可被用于驱动外围钉钻31、33和35，使得在关节盂窝36中形成外围钉孔38。例如，图10和图11描绘了两种用于通过使用正齿轮系统驱动外围钉钻部件20的钻头31、33和35的说明性装置。关于这种正齿轮系统的附加信息可见于美国专利No.8,795,280和No.8,798,279，这两篇专利文献的相关教导被由此通过引用并入本文。具体来说，图10示出了一种标准正齿轮系统。正齿轮系统通常是本领域已知的并且包括多种齿轮结构，每种齿轮结构都具有被构造成与另一齿轮的齿相交或啮合的突起(齿)，从而作为选择在齿轮之间传输力和运动。如在该说明性实施例中所示，驱动齿轮44连接到三个从动齿轮46，从动齿轮46中的每个都被连接到并被构造成驱动从壳体22的第二侧26延伸的对应钉钻31、33和35中的一个。当驱动连接到驱动轴28的钻机时，驱动轴28将致使驱动齿轮44旋转。因为这三个从动齿轮46具有与驱动齿轮44的齿啮合的齿，因此随着驱动齿轮44旋转，从动齿轮46将被致使沿与驱动齿轮44的相反方向旋转。尽管沿与驱动齿轮44的相反方向旋转，但这三个从动齿轮46中的每个均仍将沿彼此相同的方向旋转，并且进而将致使它们各自关联的对应钉钻31、33和35也沿相同方向一致地旋转。根据该说明性实施例的某些变型，同样可能的是，使不止一个齿轮彼此堆叠在顶部上，使得每个齿轮都具有用于与每个外围钻头31、33和35上的齿轮配对的不同直径。这种布置结构将允许不对称的钻机位置。此外，根据本发明的某些方面，可以这种方式来设计内部传动机构，以便形成钻头的逆时针转动以适应左手切割过程。因此，本教导并不旨在被限制于此。

如图11中所示，根据本发明的其它说明性实施例，用于驱动外围钉钻部件20的钻头31、33和35的正齿轮系统还可包括被定位在每个从动齿轮46和驱动齿轮44之间的附加中间空转齿轮47。如本领域技术人员将会明白和理解的那样，空转齿轮47的添加可用于保持从动齿轮46和驱动齿轮44的定向旋转以与驱动轴保持一致。

现在移动到图12，示出了一种根据本教导的外围钉钻部件20，该外围钉钻部件20的顶盖被移除以显示出内齿轮系传动机构和可互换钻头31、33和35。如下文中将详细解释的那样，根据本文中的某些实施例，使钻头31、33和35可很容易地从壳体22内的从动齿轮46移除可能是有益的。如果钻头变钝或受损，以及当外围钉钻部件20被确定为是可重复使用的部件时，该可移除性是特别重要的。如相关领域的技术人员将明白和理解的那样，存在将两个部件暂时保持或连结在一起的多种方法，这多种方法包括但不限于螺纹连接紧固件和卡扣连接紧固件。

图13到图15描绘了根据本教导的第一说明性的双弹簧指扣钻头31。根据该实施例，钻头31包括从钻机主体54延伸的一对可弹性变形的弹簧指或叉52。钻机主体54包括在一端上用于在手术过程期间接合骨骼的钻铲56以及位于其相反端上的肩部58。本领域技术人员将在此明白的是，可根据本教导使用任何类型的钻铲或切割形状。因此，本公开内容并不旨在被限制于此。根据该实施例，叉52从肩部58以U形的方式延伸。当将钻头31安装在钻机部件20上时，叉52被推进穿过长方形通道60，该长方形通道60沿纵向轴线59完全地穿过从动齿轮46中的一个，直到实现了锁定接合。为实现该锁定接合，每个叉都具有突部68，该突部68延伸超出外表面62并被构造成在插入期间压靠在通道60的侧壁67上，使得当将叉推进穿过齿轮46时，这多个齿都被致使向内偏转。每个突部68进一步包括邻接平台64，使得当每个叉52的端部69离开通道60时，这多个叉向外弹开以恢复它们的预偏转结构，从而致使邻接平台64与齿轮46的顶表面66实现卡扣接合(即，邻接平台64的表面接合该齿轮的顶表面66)。此外，当邻接平台64接合该顶表面66时，叉52的外表面62也接合相应的侧壁67，从而防止叉52被向后穿过通道60拉出。在成对的叉52中的每一个的基部也是止动表面53，每个止动表面53都被构造成在多个叉被推进穿过通道60时，接合齿轮46的底表面55。如本领域技术人员将明白和理解的那样，这些止动表面53被设计成防止叉52被推进到通道60中超过预定点，并且使得钻铲56能够牢固地接合骨骼的表面，而不会在切割操作期间移出钻头31。

为了从齿轮46移除钻头31，可沿由箭头70所示的方向在这对突部68上向内施加压力。通过向内移动这多个叉52(即，使得叉的后表面57延伸超过该通道的纵向轴线59)，邻接平台64与齿轮46的顶表面66脱离接合，从而破坏被施加在顶表面66和邻接平台64之间以及外表面62和侧壁67之间的压缩夹持力。一旦使这些接合表面脱离接合，则能够使叉52从通道60缩回，并且随后将钻头31从齿轮46上移除。

图16到图18描绘了根据本教导的单弹簧指扣钻头33。根据该实施例，钻头33包括从钻机主体74延伸的单个可弹性变形的弹簧指或叉72。钻机主体74包括在一端上用于在手术过程期间接合骨骼的钻铲76以及在其相反端上的用于将钻头33推进到齿轮46中的一对柄脚78。根据该实施例，叉72被定位在这对柄脚78之间，使得在该叉的两侧上形成小空隙79。当将钻头33安装到钻机部件20上时，叉72和柄脚78被推进穿过椭圆形通道60，该椭圆形通道60沿纵向轴线59完全穿过从动齿轮46中的一个，直到实现卡扣接合为止。为了实现该锁定接合，叉72包括延伸超出外表面82并被构造成在插入期间压靠在通道60的侧壁67上的突部81，使得在该叉72被推进穿过齿轮46时，叉72被致使向内偏转。突部81进一步包括邻接平台84，使得当叉72的端部89退出通道60时，叉72向外弹开以恢复其预偏转结构，从而致使邻接平台84与齿轮46的顶表面66实现卡扣接合(即，邻接平台84的表面接合该齿轮的顶表面66)。此外，当邻接平台84接合顶表面66时，叉72的外表面82也接合侧壁67，从而防止叉72被向后通过通道60拉出。在这对柄脚78中的每一个的基部也是止动表面83，止动表面83中的每一个都被构造成在将柄脚78推进穿过通道60时，接合齿轮46的底表面55。如本领域技术人员将明白和理解的那样，这些止动表面83被设计成防止叉72被推进到通道60中超过预定点，并且使得钻铲76能够牢固地接合骨骼的表面，而不会在切割操作期间移出钻头33。

为了从齿轮46移除钻头33，可沿由箭头90所示的方向在叉72的突部81上向内施加压力。通过向内移动这多个叉72(即，使得叉的后表面73延伸超过该通道的纵向轴线59)，邻接平台84与齿轮46的顶表面66脱离接合，从而破坏被施加在顶表面66和邻接平台84之间以及外表面82和侧壁67之间的压缩夹持力。一旦使这些接合表面脱离接合，则能够使叉72从通道60缩回，并且由此最终从齿轮46释放钻头33。

图19-21描绘了根据本教导的另一单个弹簧指扣钻头35。根据该实施例，钻头35包括从钻机主体94延伸的单个可弹性变形的弹簧指或叉92。钻机主体94包括在一端上的用于在手术过程期间接合骨骼的钻铲96以及在其相反端上的用于使钻头35推进到齿轮46中的一对柄脚98。根据该实施例，叉92被定位在这对柄脚98之间并被这对柄脚98部分地包围住，使得在该叉的两侧上以及其顶表面上形成小空隙79。当将钻头35安装到钻机部件20上时，叉92和柄脚98被推进穿过椭圆形通道60，该椭圆形通道60沿纵向轴线59完全地穿过从动齿轮46中的一个，直到实现卡扣接合为止。为了实现该锁定接合，叉92包括延伸超出外表面102并被构造成在插入期间压靠在通道60的侧壁67上的突部91，使得在将叉92推进穿过齿轮46时，叉92被致使向内偏转。突部91进一步包括邻接平台94，使得当叉92的端部99退出通道60时，叉72向外弹开以恢复其预偏转结构，从而致使邻接平台94与齿轮46的顶表面66实现卡扣接合(即，邻接平台94的表面接合齿轮的顶表面66)。此外，当邻接平台94接合顶表面66时，叉92的外表面102也接合侧壁67，从而防止叉92被向后通过通道60拉出。在这对柄脚98中的每个的基部也是止动表面93，止动表面93中的每个都被构造成在将柄脚98推进穿过通道60时，接合齿轮46的底表面55。如本领域技术人员将明白和理解的那样，这些止动表面93被设计成防止叉92被推进到通道60中超过预定点，并且使得钻铲96能够牢固地接合骨骼的表面，而不会在切割操作期间移出钻头35。

与图16到图18中所示的实施例不同，该说明性实施例的柄脚98在一端通过桥接部104连接。如本领域技术人员将明白和理解的那样，通过使桥接部104跨过柄脚，在操作期间增强和加强了钻头35的结构完整性。

为了从齿轮46移除钻头35，可沿由箭头100所示的方向在叉92上的突部91上向内施加压力。通过向内移动叉92(即，使得叉的背面延伸超过通道的纵向轴线59)，邻接平台94与齿轮46的顶表面66脱离接合，从而破坏被施加在顶表面66和邻接平台94之间以及外表面102和侧壁67之间的压缩夹持力。一旦这些接合表面脱离接合，随后能够使叉92从通道60缩回，并且由此最终从齿轮46释放钻头35。

虽然上文已经公开了结合有本发明的原理的示例性实施例，但是本发明并不被限制于所公开的实施例。相反，本申请旨在涵盖使用其通用原理的本发明的任何变型、用途或改变。此外，本申请旨在覆盖处于本发明所属领域中的公知或惯例实践范围内并且落在所附权利要求的界限范围内的对于本公开内容的这种偏离。

本文中所使用的术语仅出于描述具体的示例性实施例的目的，并不旨在是限制性的。如本文所使用的那样，单数形式“一个”、“一种”和“该”可旨在包括复数形式，除非上下文明确地另有说明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”都是包含性的，并且因此表明所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。本文所述的方法步骤、过程和操作并不被解释为必然要求以所讨论或示出的具体顺序加以执行，除非特别指出按照顺序执行。同样将理解的是，可采用附加或替代步骤。

当一个元件或层被称为“位于另一元件或层上”、“被接合到”、“被连接到”或“被联接到”另一元件或层时，它可直接地位于其它元件或层上、直接接合、连接或联接到另一元件或层，或可存在中间元件或层。相反，当一个元件或层被称为“直接地位于另一元件或层上”、“直接地接合到”、“直接地连接到”或“直接地联接到”另一元件或层时，可能并不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其它词语应该以类似的方式进行解释(例如，“位于……之间”与“直接地位于……之间”，“邻近”与“直接地邻近”等)。如本文所使用的那样，术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个中的任一个及所有组合。

尽管术语第一、第二、第三等可在本文中用于描述多种元件、部件、区域、层和/或区段，但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应受到这些术语的限制。这些术语可仅用于将一个元件、部件、区域、层和/或区段与另一元件、部件、区域、层和/或区段区分开。诸如“第一”、“第二”之类的术语及其它数值术语在被在本文中使用时并不意味着序列或顺序，除非由上下文明确表明。由此，下文中讨论的第一元件、部件、区域、层和/或区段可被称为第二元件、部件、区域、层和/或区段，而并不背离示例性实施例的教导。

诸如“内”、“外”、“下方”、“下面”、“下”、“上方”、“上部”等之类的空间相关的术语可被在本文中出于便于描述的目的而使用，以描述如图所示的一个元件或特征相对于其它元件或特征的关系。空间相关的术语可旨在涵盖装置在使用或操作中的除了附图中所描绘的方位之外的不同方位。例如，在附图中的装置被翻转的情况下，被描述为位于其它元件或特征的“下面”或“下方”的元件会被定向成位于其它元件或特征的“上方”。因此，示例性术语“下面”可涵盖上方和下方这两个方位。该装置可另外被定向(旋转90度或于其它方位)。