超声机头 【技术领域】
本发明总体上涉及一种声波融合技术，更具体地，涉及一种超声机头及其使用方法。
背景技术
WO 2007/01412A2公开了一种超声转换器装置，即用于一次性使用的超声变换器，其包括含有少于2％的铅的活性压电陶瓷材料、具有较低的居里温度和较高的起到压缩作用的偏压力的压电材料、偏压螺栓子组件，和/或具有自锁锥部的永久附接的端部受动器，其中，该较高的起到压缩作用的偏压力施加于压电陶瓷元件，该偏压螺栓子组件包括组装有低温玻璃转化点的填充环氧材料的部件。
从美国专利4,653,489中已知一种系统，其中，固定粘合剂穿过螺杆引入到受骨质疏松症折磨的骨骼部分。股骨颈骨折以及股骨远端骨折能够通过该系统固定住。
根据现有技术的系统包括具有流动腔、即轴向通孔的螺杆，骨骼粘合剂能够通过该轴向通孔引入到螺杆尖端的部分中。该骨骼粘合剂在以可松开的方式附接于螺杆尾端的装置的作用下前进。该装置与市场上销售的注射器相似，包括柱塞和大致呈圆筒形的筒体。该筒体形成柱塞能够在其中来回移动的腔室。
在该现有技术的装置的使用中，将固定粘合剂填充到筒体中，然后抵抗粘合剂来推动柱塞。通过施加手动的压缩力，固定粘合剂被喷射到螺杆的轴向通孔中。由于压力，固定粘合剂被充分流体化从而使其能够穿过螺杆的近端进入到骨骼中，结果强化了骨骼中的螺杆。
该系统的缺点在于：施加于固定粘合剂的手动压力不仅基本上在不同的应用之间变化，而且在单次应用过程中也变化，从而使得固定粘合剂在螺杆尖端处的骨骼部分内的分布既不可靠也不均匀。
【发明内容】
本发明的方面是限定一种装置和方法，现今能够通过所述装置和方法确保对螺杆在物体中的引入位置处进行可靠而一致的强化。
这是通过各个独立权利要求的主题来实现的。在各个从属权利要求中对根据本发明的进一步的实施方式进行了描述。
总的来说，根据本发明的第一实施方式，一种超声机头包括外部壳体。在该外部壳体内设置有变换器壳体，用于在外部壳体内进行往复运动，超声变换器安装在该变换器壳体中。弹性元件或弹簧具有接合变换器壳体的第一端和接合外部壳体的第二端。沿机头的轴向调节变换器壳体的位置而将在超声变换器上预加载荷。
根据本发明的第二实施方式，超声机头的壳体包括能够相对于彼此滑动的两个壳体部分，以调节壳体的总长，从而使机头适应于安装在机头的第一端处的螺杆的不同长度。
另外，一种使用如上所述的超声机头的方法包括将机头的第一端紧固于定位在物体中的螺杆，其中，超声波发生器伸入到螺杆中。通过调节调节轮的轴向位置并偏压超声机头的弹簧而对超声变换器施加力。致动超声变换器，使得例如螺杆中的聚合物杆液化，借此将螺杆固定在物体中其当前的位置处。然后停用超声变换器，并且将机头从已经强化的螺杆中卸下。
应当注意，本发明不限于强化，即，如通过上述现有技术所建议的那样将螺杆固定在骨骼中。该螺杆也可以是没有螺纹的螺栓，或者是具有用于固定物体的两个或更多个部分的适当几何形状的销。所述物体可以是例如由木材、塑料、金属、石料或骨骼制成地任何物体。一般来说，在将螺杆定位在物体中之后，螺杆的强化可以与在物体的内壁和螺杆之间引入销子的效果相当。
【附图说明】
现在将参照附图通过优选实施方式对本发明进行详细描述，在附图中：
图1是根据本发明的第一实施方式的超声机头的剖视图；
图2是根据本发明的第二实施方式的超声机头的剖视图；
图3是根据本发明的第二实施方式、用于将壳体的两个部分锁定在调节位置中的保持器元件的详细视图；以及
图4是联接元件的详细视图，该联接元件用于将螺杆或组织保护套管连接于根据本发明的超声机头的壳体的端部。
【具体实施方式】
现在参照图1，示出了普遍指代以10的根据本发明的第一实施方式的超声机头。该超声机头的核心元件是超声变换器6。该变换器是电力驱动的，或者接收线路电力，或者接收可再充电或不可再充电电池电力(未示出)。在该变换器的一端处设有尖端2，借助于变换器6使该尖端12振动。为了将该振动传递到远离超声机头设置的元件，将超声波发生器4紧固于尖端12。
变换器6的主体容置在两件式壳体14中。变换器壳体14靠近尖端12的一个部分16连接于变换器主体，而壳体14封闭变换器主体的另一部分18在其外侧包括台阶20，该台阶20在变换器的轴向方向上安装诸如螺旋弹簧7的弹性元件的一端。该弹簧还通过第二壳体部分18的标号为19的部分的构造接收侧部支撑和引导。作为对螺旋弹簧的替代，可以使用诸如橡胶缓冲器、片簧等的某些其它的预加载装置。另外，螺旋弹簧7可以是压缩弹簧或拉伸弹簧。
此外，超声机头包括外部壳体5，超声变换器6连同其变换器壳体14一起容置在该壳体5中。超声变换器6能够与变换器壳体14一起在壳体5中沿轴向往复运动。在这种设置中，由变换器6产生的振动以衰减的方式传递到用户握住壳体5的手。壳体5在其一端包括孔22，超声波发生器4穿过该孔22向外伸出。在壳体5的这一端还设有诸如螺纹的装置，用于当超声波发生器4伸入其中的螺杆1固定连接于超声机头时紧固螺杆或螺杆1。
壳体5在其另一端包括围绕其外表面的螺纹24。大致构造为螺帽的调节轮8旋到螺纹24上，使得螺旋弹簧7的第二端支撑在调节轮8的内侧25。通过调节轮8的旋转，能够调节起始位置并因此能够调节螺杆长度。通过调节轮8在壳体5上的旋转，调节轮8将在壳体5上沿壳体的轴向移动。因此，支撑在调节轮8的内侧25与形成于壳体部分18处的台阶20之间的弹簧7将被压在一起或者被拉伸。弹簧的行程以及由此所导致地壳体14和变换器6在壳体5内的轴向位移优选地为30mm，且一般在10mm至50mm的范围内，当然，也可以根据需要随意设置该尺寸。在调节轮8中沿轴向设有孔26，变换器壳体14的第二壳体半部18的缩小的端部28穿过该孔26向外伸出。止挡件9紧固于第二壳体半部18的端部28，该止挡件9限制超声变换器6在壳体5中的行程，这同样限制了连接于超声变换器的超声波发生器相对于壳体5和连接于壳体5的螺杆1的行程。止挡件9还用来对弹簧7进行预加载。
根据本发明的第一实施方式的超声机头包括：具有第一端和第二端的外部壳体；容置在外部壳体的第一端中的变换器壳体，该变换器壳体用于在外部壳体内进行往复运动；安装在变换器壳体内的超声变换器；调节轮，该调节轮以可调节的方式连接于外部壳体的第二端；以及弹性元件，该弹性元件的第一端接合变换器壳体，其第二端接合调节轮，其中，调节变换器壳体在超声机头的轴向上的位置而将预加载荷施加在超声变换器上。
根据第一实施方式的一方面，调节轮的内表面和壳体的外表面设有螺纹，这些螺纹相互配合以使得能够对调节轮进行调节。
根据本发明第一实施方式的弹性元件包括螺旋弹簧或橡胶缓冲器。
作为另一方面，根据本发明的第一实施方式的超声机头还包括止挡件，该止挡件连接于超声变换器，并限制超声变换器在壳体中的位移。
作为又一方面，根据本发明的第一实施方式的超声机头还包括超声波发生器，该超声波发生器连接于超声变换器的一端，并从壳体的第一端伸出。
现在将详细描述超声机头来强化物体中的螺杆1的应用。首先，可将诸如K线的导丝引入至物体中将要设置螺杆的位置。套置在K线上将螺杆插入并旋到适当位置中，直至将它安置在所期望的位置。然后在已经将螺杆定位在物体中之后将K线取走。应当注意，也可以在不使用K线的情况下将螺杆安置在物体中。在螺杆中，沿螺杆的纵向中心线具有自由通道，即中空管。然后，将聚合物销3引入到该自由通道中。应当注意，销3的主要特征在于，销3是由能够适于在压力和超声波振动的作用下被流体化的材料制成。因此，该聚合物销不可能超出聚合物的范围。
当随后将超声机头的壳体5连接于螺杆1时，超声波发生器4伸入到该螺杆中，并且该超声波发生器的远端与聚合物销3接触。通过调节轮8，能够设定来自超声波发生器4作用在聚合物销3上的规定的压缩力。该预加载荷能够例如通过在调节轮8和止挡件9之间夹持在适当位置中的挡块而被临时固定。然而，该挡块必须在将超声机头接通之前被首先移除。
一旦接通，变换器就产生振动，该振动连同由在变换器壳体14和调节轮8之间被预加载的弹簧7产生并作用在聚合物销3上的压力一起确保使聚合物销3的材料流体化，从而使得聚合物销的材料被压到螺杆1的尖端之外。正是通过这种方式强化了物体中的螺杆。
因此，使用根据本发明的第一实施方式的超声机头来强化螺杆的方法包括以下步骤：
将壳体的第一端紧固于螺杆，超声波发生器伸入到螺杆中；
通过调节调节轮的轴向位置而将力施加到超声变换器上；
将聚合物杆插入到螺杆中；
致动超声变换器，使得聚合物杆液化；
停用超声变换器；以及
从已经强化的螺杆上卸下壳体。
图2示出了根据本发明的第二实施方式的超声机头，其中，第一实施方式和第二实施方式具有相同功能的元件由相同的附图标记指代。
根据本发明的第二实施方式，超声变换器6固定连接于变换器壳体14。变换器壳体14包括具有较大直径的第一部分和具有较小直径的第二部分，其中，在第一部分和第二部分之间设有台阶20。
超声机头还包括两件式的外部壳体，该外部壳体具有第一壳体部分5和第二壳体部分32。该外部壳体的第一部分和第二部分形成为使得第一部分5能够相对于外部壳体的第二部分32轴向滑动。这可以通过第一部分5的较大内径来实现，该内径对应于或略大于外部壳体的第二部分32的外径，从而使得第一部分5的至少一部分能够套在外部壳体的第二部分32上运动。
外部壳体的第一部分5还在其远端包括开口，以使得超声波发生器4能够沿远侧方向伸出外部壳体。外部壳体的第二部分32包括具有开口的近端，其中，弹性元件7可容置在变换器壳体14的台阶20与外部壳体的第二部分32的内表面之间。因此，第二部分32提供了根据第一实施方式的调节轮8的一种功能，即，为弹性元件提供支撑，以便能够沿远侧方向相对于外部壳体连同变换器壳体14一起偏压超声变换器6。
变换器壳体14的近端部分穿过外部壳体的第二部分32的近端中的开口伸出。所述近端部分连接于盖状元件8a，该盖状元件8a具有根据本发明的第一实施方式的调节轮8的另一种功能，即，提供通过弹性元件7调节变换器壳体上的预加载荷的可能性。用户可以通过握住外部壳体并相对于外部壳体沿近侧方向拉动元件8a并由此拉动变换器壳体14来偏压弹性元件7。在将元件8a拉动一定距离后，用户可以例如通过使元件8a旋转来锁定元件8a和变换器壳体14相对于外部壳体的相对位置，其中，该位置可以通过插接式接头来锁定，该插接式接头可以设置在元件8a与外部壳体的第二部分32之间。
图3示出了锁定机构的详细视图，该锁定机构用于锁定外部壳体的第一部分和第二部分相对于彼此的相对位置。在该视图中，变换器壳体14示出为正位于外部壳体的第二部分32的内侧，该第二部分32正位于第一部分5的内侧。在第一部分5的壁中，设有至少一个球34，该球34能够在机头的径向上移动。在第一部分5的外表面上安装有保持器元件30，该保持器元件30可以形成为外表面中具有槽的环，以便于操纵该保持器元件。
保持器元件30形成为使得在第一位置中，该至少一个球34能够沿径向移动远离外部壳体的第二部分32。在该位置中，第一部分5与第二部分32分离开，因此可以相对于第二部分32沿轴向移动，从而可调节外部壳体的长度。在调节外部壳体的长度后，可将保持器元件移动到第二位置，在该第二位置中，该至少一个球34沿朝向第二部分32的方向被压回，其中，在第二部分的外表面中形成有槽36，用以接收球34的一部分。通过将球34压到外部壳体的第二部分32的槽36中的一个中，第一部分5相对于外部壳体的第二部分32的位置被固定。应当注意，保持器元件可以沿机头的轴向或周向方向在第一位置和第二位置之间移动。
图4详细示出了联接器40，该联接器设置在外部壳体的第一部分5和螺杆或组织保护套管50之间。联接器40包括外部元件42、弹性元件46和固定元件48。该联接器连接于超声机头的外部壳体的第一部分5，沿轴向包括通孔，并能够接收套管或螺杆的近端。另外，超声波发生器4的远端延伸穿过联接器的开口并延伸到套管或螺杆中。
通过在近侧方向上拉动外部元件42，固定元件48将松开套管或螺杆的近端，以使得所述套管或螺杆可以分离开和/或进行更换。在将套管或螺杆的近端置于联接器中之后，可松开外部元件42，以使得弹性元件46将使外部元件42沿远侧方向移动，从而将要将固定元件48压在套管或螺杆50的近端上，以将套管或螺杆50联接于超声机头的外部壳体的第一部分5。
除了以上关于本发明的第一实施方式所描述的使用方面之外，第二实施方式包括在利用或不利用组织保护套管的情况下，在物体中的期望位置处引入螺杆，并且然后通过联接器40将螺杆或套管连接于外部壳体的远端的可能性。另外且取决于在没有套管的情况下或连同套管一起引入的螺杆的长度，可以调节外部壳体的长度，使得超声波发生器4将设置有其在螺杆(和套管)中远侧伸出的长度。另外，通过元件8a，能够利用预定力沿远侧方向偏压超声变换器6，以便最后在物体中的引入位置处获得对于螺杆的可靠且一致的强化。优选地，超声变换器6将被偏压，然后元件8a将通过诸如插接式接头而被锁定在适当的位置，然后螺杆或套管将通过联接器40与外部壳体的远端相联接，并且随后将松开对于元件8a的锁定，以经由超声波发生器、变换器和变换器壳体实现对于螺杆中的聚合物销的预加载。
根据本发明的超声机头具有下列优点。首先，规定的压缩力连同具有规定振幅的超声波振动一起反复施加在聚合物销上，这导致聚合物材料的可靠的流体化。其次，超声波发生器前进特定行程而进入到螺杆中，借此，控制将要压到螺杆外并压入到物体中的材料量。
应当注意，各个部件中的任一个的变型都可以与其它部件的变型进行组合，由此并不限于所具体指出的组合。
尽管于此已经参照特定实施方式对本发明进行了描述，但应当理解，这些实施方式仅仅为了说明本发明的原理和应用。因此应当理解的是，对于说明性的实施方式可以作出多种修改，并且在不偏离如权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以构想出其它的设置。