用于将骨钉驱动到断骨中的手持式工具 相关申请的交叉引用
本申请要求于 2009 年 5 月 26 日提交的、 名为 “骨固接 (bone fixation)” 的美国 临时专利申请 No.61/181,024 的优先权， 由此， 将该专利申请的公开内容全部以参引的方 式特意结合到本文中。
技术领域 本公开内容涉及一种用于将骨钉驱动到断骨中以稳固断骨的工具及方法。 更具体 地， 本公开内容涉及一种用于通过将断骨保持于复位状态中而将骨钉驱动到断骨中以稳固 断骨的工具及方法。
背景技术 复杂的或粉碎性骨折产生多个骨碎片。在手术中， 可以将这些碎片复位并在将这 些碎片例如利用外部镶片更为永久性地固定在一起之前临时地紧固在一起。
用于将骨碎片复位并临时紧固在一起的现有装置具有多个缺陷。 诸如夹具之类的 外部固定装置是笨重的并且会需要侵入式外科技术。除此以外， 诸如金属销钉和导引丝之 类的内部固定装置会难以驱动到骨碎片中并且可能从碎片向外延伸， 同时妨碍外部镶片。
发明内容
本公开内容涉及一种用于通过将断骨保持在复位状态中而将骨钉驱动到断骨中 以稳定断骨的工具及方法。在某些实施方式中， 骨钉可用于在更为永久地固定碎片之前临 时地稳定断骨。 该工具可以是手持式装置， 其包括具有容纳骨钉的至少一个通道的钉筒。 该 工具还可包括气动活塞， 该气动活塞的尺寸确定成用于容纳在钉筒的通道内的针状件， 该 针状件将足够大的力施加至骨钉以驱动骨钉离开钉筒并进入到断骨中。
根据本公开内容的实施方式， 提供了一种用于稳定断骨的手持式工具， 该手持式 工具具有近端和远端。该手持式工具包括 ： 壳体 ； 至少一个固定， 其构造成用于被驱动到断 骨中以稳定断骨 ； 钉筒， 其由壳体支承并且包括至少一个容纳骨钉的通道， 该通道的尺寸确 定成适应骨钉通过通道的轴向运动， 同时限制骨钉在通道中的径向运动 ； 以及活塞， 其相对 于壳体轴向地平移， 该活塞包括朝向手持式工具的近端设置的头部以及朝向手持式工具的 远端设置的针状件， 该针状件的尺寸确定成容纳在钉筒的通道内， 该针状件将足够大的力 施加至骨钉以将骨钉从钉筒轴向地驱动到断骨中。
根据本公开内容的另一个实施方式， 提供了一种用于稳定断骨的手持式工具， 该 手持式工具具有近端和远端。该手持式工具包括 ： 壳体 ； 至少一个骨钉， 其构造成用于被驱 动到断骨中以稳定断骨 ； 钉筒， 其由壳体支承于手持式工具的远端， 该钉筒包括容纳骨钉的 至少一个通道 ； 以及活塞， 其相对于壳体轴向地平移， 该活塞包括朝向手持式工具的近端设 置的头部以及朝向手持式工具的远端设置的针状件， 该针状件的尺寸确定成容纳在钉筒的 通道内， 该针状件将足够大的力施加至骨钉以将骨钉从钉筒轴向地驱动到断骨中。根据本公开内容的又一个实施方式， 提供了一种用于将骨钉驱动到断骨中以稳定 断骨的手持式工具， 该手持式工具具有近端和远端。该手持式工具包括 ： 壳体 ； 钉筒， 其由 壳体支承并且包括尺寸确定成容纳骨钉的至少一个通道 ； 活塞， 其相对于壳体轴向地平移， 该活塞包括朝向手持式工具的近端设置的头部以及朝向手持式工具的远端设置的针状件， 该针状件的尺寸确定成容纳在钉筒的通道内， 该针状件将足够大的力施加至骨钉以将骨钉 从钉筒轴向地驱动到断骨中 ； 压缩气体源， 其联接至壳体， 用于将气动力供应至活塞的头 部以使活塞相对于壳体轴向地平移 ； 阀组件， 其具有常闭状态以关闭压缩气体从压缩气体 源到活塞的头部的流动， 并具有打开状态以打开压缩气体从压缩气体源到活塞的头部的流 动； 以及扳机组件， 其联接至阀组件以将阀组件从常闭状态调节到打开状态， 在打开状态之 后阀组件自动地返回至常闭状态。 附图说明 本发明的上述和其它特征和优点以及获得这些特征和优点的方式将会变得更加 明显， 并且通过参照结合附图对本发明的实施方式进行的下列描述将会更好地理解本发明 自身， 其中 ：
图 1A 是表示本公开内容的示例性工具的示意图， 示出了该工具的与第一骨碎片 和第二骨碎片对准的针状件 ；
图 1B 是图 1A 的工具的示意图， 示出了该工具的插过第一骨碎片并插入到第二骨 碎片中的针状件 ；
图 1C 是图 1B 的工具的示意图， 示出了工具的正在被取出以暴露骨碎片中的孔的 针状件， 并且示出了正被注入到孔中的生物相容性聚合物材料 ；
图 1D 是类似于图 1C 的示意图， 示出了工具的被取出以暴露骨碎片中的孔的针状 件， 并且示出了被注入到孔中以形成球状纤维部的生物相容性聚合物材料 ；
图 1E 是图 1C 的工具的示意图， 示出了正被注入到邻近的孔中以形成环的生物相 容性聚合物材料 ；
图 2A 是表示本公开内容的另一工具的示意图， 示出了与第一骨碎片和第二骨碎 片对准的工具 ；
图 2B 是图 2A 的工具的示意图， 示出了将由聚合体组成的杆驱动穿过第一骨碎片 并驱动到第二骨碎片中的工具 ；
图 2C 是图 2B 的工具的示意图， 示出了从骨碎片上移除同时留下由聚合体组成的 杆以将骨碎片紧固在一起的工具 ；
图 3 是本公开内容的示例性工具的立体图 ；
图 4 是图 3 的工具的分解立体图， 示出阀组件和活塞组件 ；
图 5 是图 4 是阀组件和活塞组件的选定部件的分解立体图 ；
图 6 是图 3 的工具的另一分解立体图， 示出扳机组件和供气组件 ；
图 7 是图 3 的工具的被示出为在被发射前处于停止状态的截面图 ；
图 8 是图 7 的工具的一部分的截面图 ；
图 9 是图 3 的工具被示出为正被发射时的截面图 ；
图 10 是图 9 的工具的一部分的截面图 ；
图 11 是图 3 的工具的一部分被示出为在发射后处于中间状态中的截面图 ；
图 12 是图 3 的工具的一部分被示出为在发射后处于静止状态的截面图 ；
图 13 是本公开内容的另一示例性工具的一部分的立体图， 该工具包括具有调节 器的供气组件 ；
图 14 是图 13 的工具的截面图 ；
图 15 是图 13 的调节器被示出为处于打开状态的截面图 ；
图 16 是图 13 的调节器被示出为处于闭合状态的截面图 ；
图 17 是图 13 的调节器的分解立体图。
遍及多个附图， 对应的附图标记表示对应的部件。于此陈述的范例示出了本发明 的示例性实施方式， 并且这种范例不应当被解释为以任何方式限制本发明的范围。 具体实施方式
本公开内容提供了一种用于将骨碎片复位并紧固在一起的工具和方法， 该工具和 方法可用作在将骨碎片更为永久地固定之前的一种临时解决方案。 根据本公开内容的示例 性实施方式， 可将生物相容性聚合物插到骨碎片中以将骨碎片紧固在一起。该聚合物可以 随着时间的推移保留在患者的体内， 或者该聚合物可以吸收到患者的体内。 在一个实施方式中， 可将该聚合物以液体或半液体的状态注入到骨碎片中， 然后 固化以将骨碎片紧固在一起。例如， 这种聚合物一旦与光或水接触就固化。可以注入到骨 碎片中的适当的聚合物包括快凝氰基丙烯酸酯 ( 通常以诸如 Super Glue 和 Krazy Glue
之类的商标进行销售 )。处于本公开内容的范围内的是 ： 该聚合物可以与诸如弹性线状纤 维之类的用于注入到骨碎片中的其它材料混合。
在另一实施方式中， 可将该聚合物以固体状态驱动到骨碎片中以将骨碎片紧固在 一起。可以驱动到骨碎片中的适当的聚合物包括诸如聚交酯 (PLA) 之类的可生物降解的聚 合物。
首先参照图 1A-1C， 示意性地示出了一种用于将骨碎片复位并紧固在一起的示例 性方法。 在结构上与注射器相似的工具 10 被设置成用于实施该方法并包括针状件 12、 其中 限定腔 15 的管或筒 14、 柱塞 16 和壳体 18。
在所示方法的第一步骤中， 如在图 1A 中所示， 第一骨碎片 F1 与邻近的第二骨碎片 F2 对准。工具 10 放置在第一骨碎片 F1 的附近或放置成与该第一骨碎片 F1 接触。
接下来， 如图 1B 中所示， 将足够大的力施加至工具 10 的筒 14 以将针状件 12 驱动 穿过第一骨碎片 F1 并驱动到第二骨碎片 F2 中。工具 10 可设有具有多种尺寸的针状件 12 以适应不同类型的断口和骨骼类型。例如， 针状件 12 的长度可设置为约 0.25 英寸、 0.5 英 寸、 1.0 英寸、 1.5 英寸、 2.0 英寸或更大。除此以外， 针状件 12 的直径可设置为例如约 1 毫 米 (mm)、 1.5mm、 2mm、 2.5mm、 3mm 或更大。
最后， 如图 1C 中所示， 将工具 10 的针状件 12 从骨碎片 F1、 F2 拔出以露出骨碎片 F1、 F2 中的孔 H。当针状件 12 从骨碎片 F1、 F2 缩回时， 可向柱塞 16 施加压力以将生物相容 性聚合物材料 P 从筒 14 的腔 15 输送到孔 H 中。根据本方法的示例性实施方式， 生物相容 性聚合物材料 P 包括含有一束线状纤维的液态氰基丙烯酸酯。筒 14 的沿腔 15 形成分界线 的内壁包括诸如聚四氟乙烯 (PTFE) 之类的不沾涂层， 以防止聚合物材料 P 在其上变干。除此以外其， 筒 14 的腔 15 可包括至少足够多的聚合材料 P 以充分地填充孔 H。随着时间的逝 去， 诸如少于几分钟， 生物相容性聚合物材料 P 在孔 H 中固化或硬化以将骨碎片 F1、 F2 结合 在一起。
根据本方法的示例性实施方式， 可将多股聚合物材料 P 输送到孔 H 中， 以在孔 H 中 形成球状纤维部 B， 如图 1D 中所示。这些球状纤维部 B 可以用作固定器以防止聚合物在孔 H 中松脱。为了形成球状纤维部 B， 在致动柱塞 16 输送最初的一股聚合物材料 P 时， 可以减 缓或延迟针状件 12 从孔 H 中的最初移除。然后， 针状件 12 可以缩回以输送从孔 H 中延伸 出的聚合物材料的均匀的线状流。
根据本方法的另一示例性实施方式， 并且如图 1E 中所示， 在将生物相容性聚合物 材料 P 输送到孔 H 中后， 可将工具 10 移至第一骨碎片 F1 上的不同位置， 例如邻近第一骨碎 片 F1 中的第二孔 H′。孔 H′可以通过针状件 12 或通过另一针状件形成。如在图 1E 中所 示， 在从孔 H 到孔 H′的移动期间， 可以继续从工具 10 分配生物相容性聚合物材料 P， 从而 形成聚合物材料 P 的连续的环 L， 该环 L 延伸跨过第一骨碎片 F1 的表面并且连接邻近的填 充孔 H、 H′， 类似于缝纫机的行为。将邻近孔 H、 H′中的聚合物缝合在一起可以稳定骨碎片 F1、 F2 之间的连接。 可以气动地、 液压地、 电动地 ( 例如利用电池 ) 为工具 10 提供动力。例如， 工具 10 可以类似于压缩空气钉枪的方式工作。当拉动工具 10 的扳机 ( 未示出 ) 时， 可释放压缩空 气以迫使筒 14 和联接于其上的针状件 12 在壳体 18 内向前运动直到针状件 12 伸出超过壳 体 18、 穿过第一骨碎片 F1 并且伸到第二骨碎片 F2 中， 如图 1B 中所示。当释放工具 10 的扳 机时， 针状件 12 和筒 14 可以缩回到壳体 18 中， 在骨碎片 F1、 F2 中留下孔 H， 如图 1C 中所示。 可以通过包括例如弹簧或磁体之类的任何适当机构将工具 10 的针状件 12 和筒 14 相对于 壳体 18 偏置在图 1C 的缩回位置中。
为了将生物相容性聚合物材料 P 输送到孔 H 中， 工具 10 可以设有用于阻挡柱塞 16 缩回的适当的闭锁机构。该闭锁机构可例如包括闭锁件 19， 如图 1C 中所示， 或者磁体。当 拉动工具 10 的扳机 ( 未示出 ) 以使针状件 12 和筒 14 在壳体 18 内向前移动， 如图 1A-1B 中 所示， 闭锁件 19 可以处于解锁位置中， 从而使柱塞 16 能够与针状件 12 一起向前行进。如 图 1C 中所示， 当释放该工具 10 的扳机以使针状件 12 和筒 14 缩回到壳体 18 中时， 闭锁件 19 可以移动至锁定位置以接合柱塞 16。滑动筒 14 将会遍及由闭锁件 19 保持就位的固定 的柱塞 16 行进， 从而迫使包含在筒 14 的腔 15 内的生物相容性聚合物材料 P 从针状件 12 分配出去。在从针状件 12 输送足量的生物相容性聚合物材料 P 之后， 可以释放闭锁件 19， 从而使柱塞 16 能够相对筒 14 缩回到壳体 18 中。
工具 10 能够控制针状件 12 行进到骨碎片 F1、 F2 中的深度 ( 图 1A-1C)。根据本公 开内容的示例性实施方式， 针状件 12 在骨碎片 F1、 F2 中的深度可通过限制针状件 12 从壳体 18 伸出的距离来控制。例如， 如图 1B 中所示， 壳体 18 包括至少一个与筒 14 的凸缘 42 协作 的止挡件 40， 以限制针状件 12 从壳体 18 朝向骨碎片 F1、 F2 移出的前向行程。
接下来参照图 2A-2C， 示意性地示出了用于将骨碎片复位并紧固在一起的另一示 例性方法。在结构上类似于注射器的工具 20 被设置成用于实施该方法并且包括由聚合体 组成的针状件或杆 22、 其中限定腔 25 的管或筒 24、 以及柱塞 26。
在所示方法的第一步骤中， 并且如图 2A 中所示， 将第一骨碎片 F1 与邻近的第二骨
碎片 F2 对准， 将工具 20 放置在第一骨碎片 F1 的附近或放置成与第一骨碎片 F1 接触。
接下来， 如在图 2B 中所示， 将足够大的力施加至工具 20 的柱塞 26 以驱动杆 22 穿 过第一骨碎片 F1 并驱动到第二骨碎片 F2 中。根据本方法的示例性实施方式， 杆 22 由诸如 聚交酯 (PLA)、 聚苯乙烯、 聚甲基丙烯酸甲酯、 聚碳酸酯、 或纤维加强聚合物之类的刚性聚合 物构成。根据本方法的另一示例性实施方式， 杆 22 由诸如镁之类的生物相容性的、 非铁金 属构成。
最后， 如在图 2C 中所示， 将工具 20 从骨碎片 F1、 F2 上拉离， 从而将由聚合体组成的 杆 22 留在骨碎片 F1、 F2 内以将骨碎片 F1、 F2 结合在一起。根据本方法的示例性实施方式， 杆 22 具有带有纹理的外表面以防止从骨碎片 F1、 F2 松脱或拉出。 杆 22 无需附接于柱塞 26， 以在将工具 20 从骨碎片 F1、 F2 上拉离时， 留下杆 22。所示筒 24 的腔 25 的尺寸可以相对于 由聚合体组成的杆 22 扩大。例如， 筒 24 的尺寸可以被确定成在允诺由聚合体组成的杆 22 在筒 24 的腔 25 内轴向滑动的同时， 径向上受到筒 24 限制。
如图 2A-2C 中所示， 将由聚合体组成的杆 22 设置成具有适当的长度以延伸到骨碎 片 F2 中， 并且端部与骨碎片 F1 大致齐平。同样处于本公开内容的范围内的是 ： 杆 22 可以 具有可以在将杆 22 植入前或植入后进行修整的额外长度， 使得杆 22 端部与骨碎片 F1 大致 齐平。例如， 在将工具 20 从骨碎片 F1、 F2 中拉离之前， 可沿筒 24 的面对骨骼的端部对杆 22 进行修整， 以从杆 22 上移除任何额外的长度。作为另一个示例， 在将工具 20 从骨碎片 F1、 F2 上拉离之后， 可沿骨碎片 F1 对杆 22 进行修整， 以从杆 22 上移除任何额外的长度。
可以气动地、 液压地、 电动地 ( 例如利用电池 ) 和 / 或电磁地为工具 20 提供动力。 例如， 工具 20 可以类似于压缩空气钉枪的方式工作。当拉动工具 20 的扳机 ( 未示出 ) 时， 可释放压缩空气以迫使柱塞 26 在筒 24 内向前运动直到杆 22 伸出超过筒 24、 穿过第一骨碎 片 F1 并且伸到第二骨碎片 F2 中， 如图 2B 中所示。当释放工具 10 的扳机时， 柱塞 26 可以缩 回到筒 24 中， 使杆 22 留在骨碎片 F1、 F2 中。可以通过包括例如弹簧或磁体之类的任何适当 机构将工具 10 的柱塞 26 相对于筒 24 偏置在缩回位置中。
除了将骨碎片紧固在一起外， 上述方法还可以用于将人体的软组织紧固在一起。 上述方法还可用于将包括切割导引器、 骨板、 和 / 或环扎丝在内的整形部件安装到骨骼上。
接下来参照图 3-12， 将一种示例性手持式气动工具 100 设置成用于将骨碎片复位 并将其紧固在一起。工具 100 在第一近端 102 与第二远端 104 之间延伸。如在图 3 中所示， 工具 100 的近端 102 包括左侧壳体 106a、 右侧壳体 106b 和扳机 108。工具 100 的左侧壳体 106a 和右侧壳体 106b 配合以限定手柄 110。工具 100 的远端 104 包括管筒 112 和突出部 114。在操作中， 在工具 100 的远端 104 置靠在骨碎片上的情况下， 外科医生可以抓握住手 柄 110 并拉动扳机 108。
参照图 4， 工具 100 还包括钉筒 116、 调节控制盘 118、 阀组件 120 和活塞组件 130。 工具 100 的阀组件 120 包括阀体 122、 阀回位弹簧 124、 膨胀螺栓 126 和插塞 128。工具的活 塞组件 130 包括活塞 132、 活塞回位弹簧 134、 缓冲器 136、 以及导向器 138。下面进一步说 明图 4 的每个部件。
参照图 6， 工具 100 还包括供气组件 140 和扳机组件 150。 工具 100 的供气组件 140 包括封头 142、 气罐 144、 刺破阀 146 和调节器 148。 工具 100 的扳机组件 150 包括扳机 108、 扳机簧 151、 弓形连杆 152、 旋转爪 153、 轴 154、 止挡销 155、 左侧护套 156a、 右侧护套 156b、左侧保持器 157a、 右侧保持器 157b、 锁或扣机 (seer)158、 以及 U 形扣机弹簧 159。下面进 一步说明图 6 的每个部件。
工具 100 的左侧壳体 106a 和右侧壳体 106b 配合以遮住和支承工具 100 的阀组件 120、 供气组件 140、 以及扳机组件 150。如图 3 中所示， 壳体 106a 限定外部开口 160 以使得 能够通过壳体 106a 触及调节控制盘 118。壳体 106a 和 106b 配合以限定将气罐 144 连接 于调节器 148 的第一气道 162 和将调节器 148 连接于阀体 122 的第二气道 164， 如图 6 中 所示。在操作中， 压缩气体经由壳体 106a、 106b 的第一气道 162 从气罐 144 行进至调节器 148， 并经由壳体 106a、 106b 的第二气道 164 从调节器 148 行进至阀体 122。
工具 100 的管筒 112 是从壳体 106a、 106b 延伸的中空部件， 如图 3 中所示。管筒 112 包括朝向工具 100 的近端 102 定位的近端部 166 以及朝向工具 100 的远端 104 定位的 远端部 168。管筒 112 的尺寸被确定成用于在其中容纳活塞组件 130。更为具体地， 管筒 112 的近端部 166 的尺寸被确定成用于在其中容纳活塞组件 130 的活塞回位弹簧 134 和缓 冲器 136， 并且管筒 112 的远端部 168 的尺寸被确定成用于在其中容纳活塞组件 130 的导向 器 138， 活塞组件 130 的活塞 132 大致沿管筒 112 的全长在管筒 112 的近端部 166 与远端 部 168 之间延伸。如图 4 中所示， 管筒 112 的近端部 166 的直径可以大于管筒 112 的远端 部 168 以容置活塞组件 130 的活塞 132、 活塞回位弹簧 134、 和缓冲器 136。 工具 100 的突出部 114 是从管筒 112 延伸以限定工具 100 的远端 104 的中空部件， 如图 3 中所示。突出部 116 包括构造成置靠在患者的骨骼上的骨骼接触表面 169。突出部 116 的骨骼接触表面 169 可以是带有纹理的 ( 例如齿状的、 有尖顶的 ) 以实现在患者的骨骼 上抓紧而不会滑动。突出部 114 的尺寸被确定成在其中容纳钉筒 116。除此以外， 突出部 114 的尺寸可以被确定成在其中容纳管筒 112 的包括管筒 112 的狭窄的远端部 168 的至少 一部分。
工具 100 的钉筒 116 是套管式部件， 其尺寸被确定成用于容纳在工具 100 的突出 部 114 内， 使得钉筒 116 可以定位于工具 100 的远端 104。如图 5 中所示， 钉筒 116 包括被 至少一个平坦部分 172 定界的套管 170。在套管 170 的周围， 钉筒 116 还包括多个细长的 狭槽或通道 174。钉筒 116 的每个通道 174 的尺寸被确定成在其中容纳生物相容性的杆或 销钉 176。每个通道 174 可以是完全分开的， 或者， 如图 5 中所示， 多个通道 174 可以互连。 根据本公开内容的示例性实施方式， 钉筒 116 的通道 174 的尺寸被确定成限制每个销钉 176 通过对应的通道 174 的轴向运动， 从而稳定销钉 176 并确保沿笔直的路径输送销钉 176 以 避免弯曲和 / 或断裂。在使用后， 可以将钉筒 116 从工具 100 上移除， 并且或者用新的销钉 176 重新填充该钉筒 116 或对该钉筒 116 进行更换。
销钉 176 被构造成用于驱动到骨碎片中以将骨碎片紧固在一起。销钉 176 可以由 生物相容性聚合物构成， 并且在特定的实施方式中， 该生物相容性聚合物可以是可生物降 解的。例如， 销钉 176 可以由诸如聚交酯 (PLA) 之类的可生物降解的聚合物构成。例如， 销 钉 176 还可以由聚苯乙烯、 聚甲基丙烯酸甲酯、 聚碳酸酯或者纤维加强聚合物构成。同样处 于本公开内容的范围内的是 ： 销钉 176 可以由诸如镁之类的生物相容性的非铁金属构成。 每个销钉 176 的长度可以小至约 0.5 英寸、 0.6 英寸、 0.7 英寸、 0.8 英寸、 0.9 英寸、 或更小， 并且大至约 1.0 英寸、 1.1 英寸、 1.2 英寸、 1.3 英寸、 1.4 英寸、 1.5 英寸或更大。每个销钉 176 的直径可以小至约 0.03 英寸、 0.04 英寸、 0.05 英寸、 或 0.06 英寸， 并且大至约 0.07 英
寸、 0.08 英寸、 0.09 英寸、 0.10 英寸、 或更大。取决于销钉 176 的尺寸和用于构成销钉 176 的材料， 销钉 176 的重量可以少于约 0.01 克， 例如约 0.005 克、 0.006 克或 0.007 克。示例 性销钉 176 可不妨碍随后的固定。例如， 销钉 176 可以在尺寸上是足够小的和 / 或在密度 上是足够低的， 以使得外科医生可以在随后的手术期间钻穿该销钉 176。
工具 100 的调节控制盘 118 包括大体上中空的头部 180 和轴 182， 该头部 180 的 尺寸被确定成用于容纳在壳体 106a、 106b 内， 该轴 182 轴向延伸穿过管筒 112 并延伸到突 出部 114 中， 如图 4 中所示。多个间隔开的轮缘 181 将头部 180 结合至轴 182， 如图 5 中所 示， 以容置通过头部 180 且围绕调节控制盘 118 的轴 182 的气流。
调节控制盘 118 联接至钉筒 116 用于与其一起旋转。例如， 如图 5 中所示， 调节控 制盘 118 的轴 182 延伸穿过钉筒 116 的套管 170 并且包括至少一个与钉筒 116 的平坦部分 170 相匹配的平坦部分 183 以将调节控制盘 118 的旋转运动传递至钉筒 116。调节控制盘 118 的头部 180 可以包括带纹理的或刻槽的外表面 184 以便于调节控制盘 118 的转动。如 图 3 中所示， 调节控制盘 118 的刻槽的外表面 184 通过壳体 106a 中的外部开口 160 暴露以 使得外科医生可以触及并转动调节控制盘 118。
调节控制盘 118 可以包括适当的定位机构以确保钉筒 116 的适当对准。例如， 如 图 5 中所示， 调节控制盘 118 的头部 180 中包括多个均匀间隔开的定位孔 186。每个定位孔 186 的尺寸可以被确定成容纳球 187( 图 8) 或另一适当的定位件以确保将调节控制盘 118 和联接于其上的钉筒 116 旋转至多个离散位置中的一个。 工具 100 的阀组件 120 容纳在壳体 106a、 106b 内， 并且包括阀体 122、 阀回位弹簧 124、 膨胀螺栓 126、 以及插塞 128。 如图 7 中所示， 阀体 122 为在其中限定气腔 188 的大致中 空的部件。阀体 122 的气腔 188 包括与壳体 106a、 106b 的第二气道 164 连通的入口 188a， 以接收来自供气组件 140 的压缩气体。阀体 122 的气腔 188 还包括密封的斜切出口 188b， 该斜切出口 188b 与活塞组件 130 连通以将压缩气体从供气组件 140 输送至活塞组件 130。
阀组件 120 的膨胀螺栓 126 为环绕阀体 122 并在阀体 122 上轴向平移的大致中空 的部件。如在图 5 中所示， 膨胀螺栓 126 包括头部 190 和用于支承插塞 128 的平台 192， 如 在下面进一步讨论的那样。膨胀螺栓 126 还包括多个从平台 192 径向向外延伸的间隔开的 轮缘 194 以容置通过膨胀螺栓 126 的气流。
阀组件 120 的插塞 128 的尺寸被确定成用于容纳在阀体 122 的出口 188b 内， 如图 7 中所示。插塞 128 相对于阀体 122 轴向平移以关闭和打开阀组件 120。在插塞 128 密封 阀体 122 的出口 188b 使之关闭时， 阀组件 120 闭合， 如图 8 中所示， 从而阻止来自阀体 122 的气腔 188 的气流。在插塞 128 的锥形端 196 平移到阀体 122 的出口 188b 中并打开该出 口 188b 时， 阀组件 120 打开， 如图 9 中所示， 从而使压缩气体能够从阀体 122 的气腔 188 逸 出。
工具 100 的活塞组件 130 容纳在管筒 112 和突出部 114 内并且包括活塞 132、 活塞 回位弹簧 134、 缓冲器 136、 和导向器 138， 如图 4 中所示。
活塞组件 130 的活塞 132 是在管筒 112 内轴向平移的套管式部件。活塞 132 包括 头部 200、 轴 202 以及联接至轴 202 的径向偏置的针状件 204。该针状件 204 的尺寸被确定 成用于容纳在钉筒 116 的各个单独的通道 174 内。根据本公开内容的示例性实施方式， 钉 筒 116 的通道 174 的尺寸被确定成用以限制针状件 204 在其中的轴向运动， 从而稳定该针
状件 204。如图 7 中所示， 调节控制盘 118 的轴 182 完全延伸穿过套管式活塞 132 以到达 钉筒 116。在操作中， 外科医生旋转调节控制盘 118 以选择性地将钉筒 116 的所需通道 174 与活塞 132 的针状件 204 对准。
活塞组件 130 的缓冲器 136 是尺寸被确定成在其中容纳活塞 132 的轴 202 的套管 式部件， 如图 4 中所示。缓冲器 136 可以由例如塑料或橡胶构成以抵抗或减慢活塞 132 的 轴向平移。
活塞组件 130 的导向器 138 是尺寸和形状被确定成在其中容纳活塞 132 的轴 202 和针状件 204 的套管式部件， 如图 5 中所示。导向器 138 的外形可以被确定成与活塞 132 的外部轮廓紧密配合， 从而导引和稳定活塞 132 的轴向平移。
工具 100 的供气组件 140 容纳在壳体 106a、 106b 内， 并且包括封头 142、 气罐 144、 刺破阀 146、 和调节器 148。如图 6 中所示， 封头 142 可拆卸地联接于壳体 106a、 106b， 用于 移除和更换气罐 144。
供气组件 140 的气罐 144 包括压缩气体源， 优选地， 气罐 144 包括压缩的二氧化碳 气 (CO2) 或氮气 (N2)。有利地， 气罐 144 是廉价的， 易于在市场上购得的， 并且能够在没有 诸如电池之类的任一其它辅助电源的情况下单独为工具 100 提供动力。压缩气体通常能够 以供应量为 12 克的方式在市场上购得， 但是工具 100 可被设计成容置具有多种类型和尺寸 的气罐 144。 气罐 144 内的压力可以低至约 300psi、 400psi、 500psi、 或 600psi， 并且高达约 700psi、 800psi、 900psi、 1000psi、 或更高， 但气罐 144 内的压力将会随着温度而改变。供应 量为 12 克的压缩 CO2 源例如在室温下的压力可以为约 850psi。当将每个新的气罐 144 插 到壳体 106a、 106b 中时， 刺破阀 146 将会打开气罐 144 以将气流经由第一气道 162 从气罐 144 引入至调节器 148， 如图 6 中所示。
供气组件 140 的调节器 148 被设置成控制输送至阀组件 120 的气体的压力。当 阀组件 120 的阀体 122 中的压力达到诸如约 100psi、 200psi、 300psi、 400psi、 500psi、 或 600psi 之类的预期阈值时， 调节器 148 切断压缩气体至阀体 122 的连续流动。 因此， 即使气 罐 144 中的压力波动， 调节器 148 也能够将压缩气体以基本上恒定的压力输送至阀体 122。 例如， 调节器 148 可以类似于在彩弹枪中使用的那些调节器。
工具 100 的扳机组件 150 容纳在壳体 106a、 106b 内， 并且包括扳机 108、 扳机簧 151、 弓形连杆 152、 旋转爪 153、 轴 154、 止挡销钉 155、 左侧护套 156a、 右侧护套 156b、 左侧 保持器 157a、 右侧保持器 157b、 扣机 158、 以及 U 形扣机弹簧 159， 如图 6 中所示。扳机组件 150 的扳机 108 可枢转地联接至壳体 106a、 106b 以驱动爪 153 的旋转， 如下面进一步讨论的 那样。
扳机组件 150 的爪 153 包括长圆形的中央开口 210、 向外延伸的指部 212、 以及凹 槽 214， 如图 6 中所示。轴 154 延伸穿过爪 153 的长圆形的中央开口 210， 使得爪 153 能够 围绕轴 154 旋转并且相对于轴 154 平移。爪 153 可以被护套 156a、 156b 至少部分覆盖， 该 护套 156a、 156b 包括从护套 156b 上突出的导向臂 216。
扳机组件 150 的锁或扣机 158 可枢转地联接至壳体 106a、 106b。扣机 158 包括与 爪 153 的指部 212 接触的第一端 218a 和接触阀组件 120 的膨胀螺栓 126 的第二端 218b， 如 图 8 中所示。扣机 158 的第二端 218b 包括面对工具 100 的近端 102 的阻挡表面 220 和面 对工具 100 的阀组件 120 的斜面 222。现在将参照图 7-12 描述工具 100 的操作。图 7 和 8 描绘了发射前处于静止状态 的工具 100， 图 9 和 10 描绘了正被发射时的工具 100， 图 11 描绘了发射后处于中间状态的 工具 100， 并且图 12 描绘了发射后处于静止状态的工具 100。
参照图 7 和 8， 将工具 100 示出为发射前处于静止状态。在该静止状态中， 在扳机 簧 151 的力的作用下向外偏压扳机 108。弓形连杆 152 联接于扳机 108， 并且将爪 153 的指 部 212 向下拉使其远离扣机 158。如图 8 中所示， 在扣机弹簧 159 的力的作用下向上偏压扣 机 158， 以使扣机 158 的阻挡表面 220 接合膨胀螺栓 126 的头部 190， 以防止膨胀螺栓 126 朝向工具 100 的远端 104 轴向平移。
压缩气体从气罐 144 经由壳体 106a、 106b 的第一气道 162 行进至调节器 148， 并且 从调节器 148 经由壳体 106a、 106b 的第二气道 164 行进到阀体 122 的气腔 188 中。然而， 由于膨胀螺栓 126 的平台 192 将插塞 128 保持密封在阀体 122 的出口 188b 内， 因此， 压缩 气体不能够从阀体 122 的气腔 188 中逸出。扣机 158 防止膨胀螺栓 126 进而防止插塞 128 朝向工具 100 的远端 104 轴向平移以从阀体 122 上脱落。
在不存在来自阀体 122 的压缩气体的流动的情况下， 活塞 132 在活塞回位弹簧 134 的作用下缩到工具 100 中， 如图 7 中所示。活塞 132 的针状件 204 与钉筒 116 的通道 174 和定位在其中的销钉 176 对准， 但是该活塞 132 的针状件 204 同样在活塞回位弹簧 134 的 力的作用下缩到工具 100 中。
参照图 9 和 10， 工具 100 被示出为处于正被发射时。 在该发射状态下， 外科医生克 服扳机簧 151 的力向内拉动扳机 108。弓形连杆 152 迫使爪 153 的指部 212 向上旋转， 这导 致扣机 158 的第一端 218a 向上枢转并导致扣机 158 的第二端 218b 克服扣机弹簧 159 的力 向下枢转。如此枢转扣机 158 将扣机 158 的阻挡表面 220 移动远离膨胀螺栓 126， 从而释放 膨胀螺栓 126 以朝向工具 100 的远端 104 轴向平移， 如图 10 中所示。
阀体 122 的气腔 188 中的高压迫使膨胀螺栓 126 和插塞 128 朝向工具 100 的远端 104 轴向运动， 这将插塞 128 从阀体 122 的出口 188b 释放出来。如上所述， 膨胀螺栓 126 的 该轴向运动不再受到扣机 158 的阻挡。压缩气体从阀体 122 的出口 188b 逸出并在插塞 128 的周围流动， 流过膨胀螺栓 126， 流过调节控制盘 118 的头部 180， 并在调节控制盘 118 的轴 182 的周围流动。
压缩气体随后到达活塞 132 的头部 200， 这迫使活塞 132 克服活塞回位弹簧 134 的 力朝向工具 100 的远端 104 轴向平移， 如图 9 中所示。活塞 132 的该平移运动可以被围绕 活塞 132 的轴 202 设置的缓冲器 136 减速， 并且可以被围绕活塞 132 的轴 202 和针状件 204 设置的导向器 138 导引并稳定。在发射位置中， 针状件 204 进入钉筒 116 的通道 174 并且 从那里驱动销钉 176。在工具 100 的远端 104 置靠在断骨上的情况下， 施加在活塞 132 上 的力可以是足够大的以将销钉 176 驱动到骨骼中， 用于将相邻的骨碎片紧固在一起。例如， 销钉 176 可以在约 70psi 的压力下驱动穿过骨皮质约 1mm， 并且在介于约 400psi 到 500psi 之间的压力下驱动穿过骨皮质约 4mm。
当活塞 132 的头部 200 被向前驱动足够远的距离以输送销钉 176 时， 可以暴露管 筒 112 中的通气口 224， 如图 9 中所示。压缩气体可以从活塞 132 的头部 200 的后方通过通 气口 224 逸出， 从而降低了工具 100 中的压力。根据本公开内容的示例性实施方式， 通气口 224 可以将压缩气体从管筒 112 径向向外地引导， 以使得不干扰位于工具 100 的远端 104 附近的患者或位于工具 100 的近端 102 附近的外科医生。
参照图 11， 将工具 100 示出为处于发射后的中间状态中。根据本公开内容的示例 性实施方式， 即使外科医生继续拉动扳机 108， 工具 100 也会在发射状态后自动地且快速地 到达该中间状态。弓形连杆 152 继续迫使爪 153 的指部 212 向上旋转， 直到止挡销钉 155 进入爪 153 的凹槽 214， 这限制了爪 153 的进一步旋转。如图 11 中所示， 爪 153 的指部 212 旋转超过扣机 158 的第一端 218a， 从而使扣机 158 能够在扣机弹簧 159 的力的作用下返回 至其最初的起始位置， 扣机 158 的第二端 218b 延伸回到膨胀螺栓 126 的路径中。
在工具 100 发射后， 由于压缩气体能够通过通气口 224 逸出， 因此， 阀体 122 的气 腔 188 中的压力下降 ( 图 9)。在该现下降低的压力下， 阀回位弹簧 124 能够迫使膨胀螺栓 126 和插塞 128 返回到阀体 122 的出口 188b 中， 以切断压缩气体的供应。具体地， 并且如在 图 11 中所示， 阀回位弹簧 124 迫使膨胀螺栓 126 的头部 190 越过扣机 158 的斜面 222， 膨胀 螺栓 126 将插塞 128 承载回到阀体 122 的出口 188b 中。
在不存在来自阀体 122 的压缩气体的流动的情况下， 活塞 132 在活塞回位弹簧 134 的力的作用下缩回到工具 100 中， 如图 11 中所示。活塞 132 的针状件 204( 图 7) 也在活塞 回位弹簧 134 的力的作用下缩回到工具 100 中， 留下钉筒 116 的空通道 174。
参照图 12， 将工具 100 示出为处于发射后的静止状态。根据本公开内容的示例性 实施方式， 即使外科医生继续拉动扳机 108， 工具 100 也在中间状态后自动地且快速地到达 该静止状态。由于爪 153 的中央开口 210 的长圆形状， 爪 153 向下平移越过轴 154。爪 153 的指部 212 也向下平移， 直到到达扣机 158 的第一端 218a 下方的位置， 以等待扳机 108 的 下次拉动。
阀回位弹簧 124 继续迫使膨胀螺栓 126 和插塞 128 回到阀体 122 的出口 188b 中， 以切断压缩气体的供应。具体地， 并且如图 12 中所示， 阀回位弹簧 124 迫使膨胀螺栓 126 的头部 190 越过扣机 158 的斜面 222， 并且最终处于扣机 158 的阻挡表面 220 的后面。一旦 将插塞 126 的头部 190 锁定在扣机 158 的阻挡表面 220 的后面， 就能够通过再次拉动扳机 108 而重新打开阀体 122。
在再次发射工具 100 前， 外科医生可以转动调节控制盘 118 以旋转钉筒 116。 旋转 钉筒 116 将推进钉筒 116 的下一通道 174 和定位在其中的销钉 176， 使其与针状件 204 对 准。
接下来参照图 13-17， 提供了用于将骨碎片复位和紧固在一起的另一个示例性手 持式气动工具 100′的一部分。图 13-17 的工具 100′类似于图 3-12 的工具 100， 除了如下 所述的之外， 相同的附图标记表示相同的元件。
如在图 13 中所示， 工具 100′的近端 102′包括与对应的左侧壳体 ( 未示出 ) 协 作的右侧壳体 106b′， 以便支承适当的扳机组件 ( 未示出， 但其类似于工具 100 的扳机组 件 150)、 活塞组件 ( 未示出， 但其类似于工具 100 的活塞组件 130)、 包括阀体 122′的阀组 件 120′、 以及包括气罐 144′和调节器 148′的供气组件 140′。壳体 106b′限定将气罐 144′连接至调节器 148′的气道 162′。壳体 106b′还限定通气口 224′和手柄 110′中 的减压腔 226′。
如图 17 中所示， 供气组件 140 ′的调节器 148 ′包括调节器本体 300 ′、 隔板 302′、 致动器弹簧 304′、 密封件 306′、 螺栓 308′、 以及选择器 310′。将在下面进一步描述调节器 148′的每个部件。
调节器 148′的调节器本体 300′为在其中限定气腔 312′的基本上中空的部件， 如图 15 中所示。调节器本体 300′的气腔 312′包括与壳体 106b′的气道 162′连通的 入口 312a′以容纳来自气罐 144′ ( 图 14) 的压缩气体。调节器本体 300′的气腔 312′ 还包括与阀体 122′连通的出口 312b′。根据本公开内容的示例性实施方式， 调节器本体 300′可以与阀体 122′一体地形成， 使得调节器本体 300′的出口 312b′限定或直接连接 于阀体 122′的入口 188a′。
调节器 148′的隔板 302′的尺寸被确定成用于容纳在调节器本体 300′的气腔 312′内并且构造成在其中轴向平移。如图 17 中所示， 隔板 302′限定通过调节器 148′的 一个或更多个轴向通道 314′。
调节器 148′的螺栓 308′的尺寸也被确定成用于容纳在调节器本体 300′的气 腔 312′内。螺栓 308′包括头部 316′和轴 318′。螺栓 308′的头部 316′限定环状通 道 320′以及一个或更多个通过调节器 148′的轴向通道 322′。环状通道 320′与每个轴 向通道 322′配合以限定一个或更多个通过调节器 148′的 L 形气体路径。
调节器 148′的选择器 310′的尺寸被确定成用于容纳在螺栓 308′内。选择器 310′包括插口 324′， 该插口 324′构造成容纳用于将选择器 310′旋到螺栓 308′中的 适当工具 ( 未示出 )。选择器 310′构造成调整调节器 148′的阈值压力， 并因此调节阀体 122′中的阈值压力。将选择器 310′旋紧到螺栓 308′中迫使致动器弹簧 304′进一步远 离螺栓 308′， 这增加了阀体 122′中的阈值压力。将选择器 310′从螺栓 308′上松开使 致动器弹簧 304′能够进一步缩回到螺栓 308′中， 这减小了阀体 122′中的阈值压力。 参照图 14-16 描述工具 100′的操作。压缩气体经由气道 162′从气罐 144′流 至调节器本体 300′的入口 312a′， 如图 14 中所示。压缩气体随后朝向隔板 302′流过螺 栓 308′的环形通道 320′和轴向通道 322′。首先， 致动器弹簧 304′迫使隔板 302′远 离螺栓 308′， 如图 15 中所示， 以使得压缩气体能够在密封件 306′的周围流动、 流过隔板 302′的轴向通道 314′并流到阀体 122′中。随着时间的流逝， 当压缩气体继续进入阀体 122′时， 在调节器本体 300′的出口 312b′和阀体 122′的入口 188a′处的压力增加， 从 而迫使隔板 302′克服致动器弹簧 304′的力朝向螺栓 308′移动。最后， 当到达阈值压力 时， 密封件 306′变得被充分压缩以阻挡隔板 302′的轴向通道 314′， 如图 16 中所示。此 时， 调节器 148′止挡住压缩气体继续流至阀体 122′的入口 188a ′， 从而限制阀体 122′ 中的压力。
当外科医生操作工具 100′的扳机组件 ( 未示出， 但其类似于工具 100 的扳机组 件 150) 时， 压缩气体能够从阀体 122′的出口 188b′逸出。例如， 操作工具 100′的扳机 组件可以将螺栓 ( 未示出， 但其可类似于工具 100 的螺栓 128) 从调节器本体 300′的出口 312b′释放。 从阀体 122′逸出的压缩气体可以将销钉 ( 未示出， 但其类似于工具 100 的销 钉 176) 气动地输送到患者的骨骼中。
在输送销钉后， 压缩气体可以通过手柄 110′中的通气口 224′逸出， 如图 14 中所 示， 从而降低了工具 100′中的压力。在气体不断离开手柄 110′前， 逸出气体的压力可以 在减压腔 226′中降低。根据本公开内容的示例性实施方式， 通气口 224′和减压腔 226′ 可以将气体从手柄 110′向下引导以不妨碍患者或外科医生保持手柄 110′。
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