限制扭矩的螺絲刀的制作方法
【專利說明】限制扭矩的螺竺刀
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年7月19日提交的美國臨時申請?zhí)?1/856,557;2013年8月30日提 交的美國臨時申請?zhí)?1/872,427;2014年2月7日提交的美國臨時申請?zhí)?1/937,346和2014 年2月14日提交的美國臨時申請?zhí)?1/940,197的權益。上述申請中的每一個申請的全部內(nèi) 容在此通過引用引入本文中。
技術領域
[0003] 本公開設及限制扭矩的裝置，并且具體地設及限制扭矩的螺絲刀的實施例。
【背景技術】
[0004] 多種手術治療包括將一個或多個螺釘插入骨骼中W將諸如板的結構保持在骨骼 上。在插入期間，螺釘被螺入骨骼中并且穿透骨骼。使用連續(xù)的旋轉，螺釘坐靠在板上，例如 通過螺釘?shù)念^部與板接觸。螺釘?shù)母M一步的旋轉使螺釘固定在板上和/或進一步固定在 骨骼中。然而，螺釘?shù)脑撨M一步的旋轉可能導致螺釘在骨骼中產(chǎn)生螺紋磨損，由此削弱螺釘 與板的固定結合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 避免或至少抑制外科螺釘在骨骼中的螺紋磨損可能是有利的。運可W使用螺絲刀 實現(xiàn)，所述螺絲刀監(jiān)測施加給螺釘?shù)呐ぞ夭⑶以跐M足某些扭矩標準時停止或減小螺釘?shù)男?轉。例如，所述標準可W包括正在施加的扭矩的量、扭矩如何隨之間變化(例如，扭矩是一致 地或者不一致地上升還是下降）W及是否已經(jīng)滿足闊值。闊值可W輔助確定正被感測的扭 矩是表示螺釘正在被固定在板上還是其它事情，例如由較硬的骨骼的局部區(qū)域或其它原因 導致的扭矩的暫時的尖峰。
[0006] 此外，在滿足某些條件之后減小螺釘?shù)霓D速可能是有利的。運可W減小螺釘和/或 螺絲刀的部件的角動量，并且因而可W減小由所述動量導致的無意的旋轉的可能性，即使 在螺釘?shù)闹鲃域?qū)動已經(jīng)停止之后，而運可能增大螺釘在骨骼中螺紋磨損的機會。此外，降低 螺釘?shù)霓D速可W增大用于感測操作有效的時間量W在螺釘?shù)拿哭D時發(fā)生。運可W有利于螺 釘?shù)男D位置和/或施加給螺釘?shù)呐ぞ氐母_和準確的監(jiān)測。
[0007] 因此，由于上面顯示的原因和其它原因，公開了螺絲刀的幾個實施例。通常地，螺 絲刀包括主體和電機。電機可操作地與在螺絲刀的遠端的驅(qū)動頭連接，使得電機可W使驅(qū) 動頭轉動。驅(qū)動頭可W接收鉆頭(例如十字頭鉆頭、扁平頭鉆頭、星形鉆頭(例如，梅花頭）、 套筒鉆頭或者其它鉆頭），鉆頭可W與具有帶有相應形狀的頭部的螺釘配合。因而，螺釘可 W定位在基質(zhì)(例如，骨骼)上的期望插入位置，并且電機可W被操作驅(qū)動螺釘進入基質(zhì)。螺 絲刀的各種實施例可W限制和/或控制施加給螺釘?shù)呐ぞ亍Ｄ承嵤├诓迦脒^程期間減 小螺釘?shù)乃俣?。各種實施例提供一個或多個上述優(yōu)點，或者不提供它們。
[000引上面公開的或本文其它地方公開的任何結構、材料、步驟或其它特征可W用在本 公開的任何實施例中。任一實施例的任一結構、材料、步驟或其它特征可W與任一其它實施 例的任一結構、材料、步驟或其它特征組合，W形成作為本公開的一部分的另外的實施例。
[0009] 前述
【發(fā)明內(nèi)容】
、下面的詳細說明和所附的附圖并不意在限制或限定保護范圍。保 護范圍由權利要求書限定。
【附圖說明】
[0010] 下面參照實施例的附圖描述本文所公開的實施例的上述和其它特征。所圖示的實 施例用于圖示但不限制所述實施例。可W組合不同的所公開的實施例的各個特征W形成作 為本公開的一部分的另外的實施例。
[0011] 圖1示意性地圖示限制扭矩的螺絲刀的示例性實施例。
[0012] 圖2示意性地圖示將螺釘插入骨骼中的過程中的各個階段。
[0013] 圖2A圖示在螺釘插入骨骼期間作為時間或轉數(shù)函數(shù)的扭矩的圖線。
[0014] 圖2B圖示圖2的階段與圖2A的圖線的關系。
[001引圖3圖示關于3mm、4mm和5mm的螺釘類型的作為骨密度的函數(shù)的示例性的扭矩的圖 線。
[0016] 圖4圖示具有相當?shù)呐ぞ貐^(qū)域的扭矩圖線。
[0017] 圖5圖示具有闊值和減速點的扭矩圖線。
[0018] 圖6圖示在螺釘驅(qū)動操作期間監(jiān)測和控制扭矩的流程。
[0019] 圖7圖示具有容忍區(qū)的扭矩圖線。
[0020] 圖8圖示示例性的扭矩頂點的近視圖。
【具體實施方式】
[0021] 公開了限制扭矩的螺絲刀10的不同實施例。正如下面更完整地描述的，螺絲刀10 可W確定何時停止正被驅(qū)動進入不同類型的骨骼的螺釘，W便避免使螺釘在骨骼中螺紋磨 損。如圖1所示，螺絲刀包括支撐電機12的主體11(也叫殼體）。傳輸組件14(例如，一個或多 個軸、齒輪等等)可操作地將電機12與在螺絲刀10的遠端處的驅(qū)動頭16連接，使得電機12可 W使驅(qū)動頭16轉動。驅(qū)動頭16可W接收鉆頭，例如十字頭鉆頭、扁平頭鉆頭、星形鉆頭（例 如，梅花頭）、套筒鉆頭(例如，六角形)或者其它鉆頭。反過來鉆頭可W與具有帶有相應的形 狀的頭部的螺釘配合。運樣，螺釘可W定位在基質(zhì)（例如，骨骼)上的期望的插入位置處，并 且可W操作電機12 W驅(qū)動螺釘進入基質(zhì)。
[0022] 螺絲刀10可W監(jiān)測和/或限制在插入過程期間螺絲刀10施加給螺釘?shù)呐ぞ亍＠纾?如下面更詳細地描述的，螺絲刀10可W包括傳感器18,傳感器感測供應給電機12的電流。傳 感器18可W將該數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器20,控制器可W包括與存儲器24禪接的處理器22。由于 供應給電機12的電流可W與施加給螺釘?shù)呐ぞ爻杀壤?，所W控制器20可W動態(tài)地確定正施 加給螺釘?shù)呐ぞ氐牧?。在某些變形例中，控制?0可W被配置為確定或接收代表下面的數(shù) 據(jù)特征中的一個或多個的信號:供應給電機12的電流、螺釘和/或電機的轉數(shù)、螺釘行進的 距離(例如進入骨骼中）、電機12的速度或者其它信號。
[0023] 如下面更詳細地描述的，螺絲刀10的各種實施例包括適于限制和/或控制施加給 螺釘?shù)呐ぞ氐乃惴ā＿\能夠使螺絲刀10用于不同的螺釘尺寸和不同的骨密度。該算法可W 作為程序代碼26包括在存儲器24中，可W在計算機可讀永久介質(zhì)上實施該程序代碼。處理 器22可W執(zhí)行該程序代碼26W完成各種操作，例如確定扭矩極限、指示電機停止運行、指示 電源28減小和/或停止向電機12提供電力，或其它操作。
[0024] 螺釘插入過程的綜述(圖2、2A和2B)
[0025] 將螺釘插入骨骼中W將板固定在骨骼上的過程包括幾個步驟。如圖2所示，在初始 階段中，螺釘通過開口被定位在板中并且在期望的插入位置與骨骼鄰近。另外，螺釘可W與 上面討論的螺絲刀10禪接，該螺絲刀可W開始使螺釘相對于骨骼旋轉。隨著螺釘旋轉，它開 始切入骨骼中，骨骼為待插入的螺釘?shù)闹黧w提供空間。對于自攻型螺釘，螺釘可W開始將材 料向外推動，由此形成進入骨骼的路徑。為了促進該過程，用戶可W施加某一軸向力給螺 釘，例如通過螺絲刀10。如圖所示，在初始階段期間，扭矩梯度可W顯示為急劇向上的（例 如，正的)斜率并且螺釘?shù)霓D速下降(例如，與沒有載荷時的速度相比）。
[0026] 在初始階段完結后，第一插入階段開始。在第一階段中，螺釘主體通過在初始階段 中形成的路徑軸向移動進入骨骼中。如圖2A所示，在第一階段期間，扭矩梯度可能具有向下 的(例如，負的)斜率并且與初始階段的后期相比螺釘?shù)霓D速可能上升。
[0027] 在第二階段中，螺釘沿由進入螺紋形成的路徑繼續(xù)前進進入骨骼中。通常地，螺釘 基本上前進螺釘?shù)闹黧w的全部或全部螺紋長度(小于板的軸向厚度)進入骨骼中。在一些實 施方式中，扭矩-時間（或扭矩-螺釘?shù)霓D數(shù))的曲線隨著螺釘前進螺紋的長度將具有正的扭 矩梯度。
[0028] 當螺釘頭部初始坐靠在板上時第=階段開始。如圖所示，螺釘通常具有直徑比板 中的開口的至少一部分更大的頭部。因而，在第=階段期間，該頭部可W接觸板并且抑制或 阻止螺釘進一步穿過板。運可能導致扭矩曲線的初始的急劇上升。如圖2A所示，在第=階段 期間，扭矩梯度可能是向上的（例如，正的）。例如，斜率可能小于初始階段的斜率但是大于 第二階段的斜率。在某些實施方式中，第=階段的后期，扭矩梯度顯示出扁率(例如，達到穩(wěn) 定階段)和/或包括波峰，例如小于下述的在第四階段期間的拐點處的扭矩的局部最大扭 矩。在某些變形例中，在第=階段期間螺釘?shù)霓D速小于在第二階段期間的速度。
[0029] 在第四階段中，螺釘全部坐在板上，由此穩(wěn)固地固定螺釘、骨骼和板。運可W包括 螺釘?shù)念^部被部分地或完全地接收在板的開口中并且被板抑制或阻止進一步軸向移動進 入骨骼。如圖2A所示，在第四階段期間，扭矩可W繼續(xù)上升，盡管W小于第=階段的速率的 速率。例如，在第四階段中的曲線的斜率可W小于在第=階段中的斜率(例如，在第=階段 的結尾處）。在第四階段期間扭矩可W達到峰值，在峰值之后扭矩開始下降。在一些實施方 式中，在第四階段中螺釘?shù)霓D速小于在初始、第一、第二和第=階段中螺釘?shù)霓D速。
[0030] 在可能出現(xiàn)在第四階段之后的超扭矩階段中，附加量的扭矩可能被施加給螺釘W 進一步將螺釘梓緊在骨骼中。運可能使螺釘在骨骼中輕微超扭矩(例如，侵犯螺釘和/或骨 骼的屈服強度）。過大的超扭矩是不期望的，因為它可能導致螺釘螺紋磨損。但是相對較小 的量可能是有利的，因為它可能引起螺釘和/或骨骼的輕微變形，運可W輔助將螺釘保持就 位，并且因而抑制或阻止板相對于骨骼移動。在各種實施方式中，通過使螺釘旋轉最終量完 成該超扭矩。例如，螺釘可W旋轉約一轉、約1/2轉、約1/4轉、約1/8轉、在它們之間的值或者 其它值。在一些實施例中，螺釘超扭矩的量為至少1牛頓厘米(N-cm)和/或小于或等于約5N-cm O
[0031]插入過程的階段的某些方面被如下地概述在表A中：
[0033] 表 A
[0034] 通常地，為了從骨骼上移除螺釘并且釋放板，螺絲刀10可W與螺釘?shù)念^部配合，并 且螺釘?shù)男D被反向。由于螺釘不再切入骨骼中并且不再被梓緊在骨骼或板上，在移除操 作期間螺釘上的扭矩一般小于在上述插入過程期間螺釘上的扭矩。
[00對影響扭矩的某些變量(圖3)
[0036] 將螺釘插入給定骨骼中所需的扭矩可能顯著變化。影響將螺釘插入骨骼中所需要 的扭矩的量的一個因素是骨骼的密