用于关节置换术的导向敲击帽、假体敲击装置

摘要

一种用于关节置换术的导向敲击帽及敲击装置，在从敲击帽向敲击杆的力传递过程中有效减少径向分力。敲击帽包括敲击部、压簧套、钢珠、钢珠套、第一弹簧及冲击杆、至少包括第二弹簧的缓冲套和法兰端盖。冲击杆包括头部和杆部。第二弹簧套设在杆部外周并一起穿过敲击部的中空孔部，第二弹簧的远端抵接于钢珠套并且近端抵接于冲击杆的头部。法兰端盖固定安装于敲击部。在初始状态下，头部由第二弹簧的预紧偏置力而向近侧远离敲击部，形成于头部的外周缘的凸缘部由法兰端盖的止挡部限位。在冲击杆头部受到一次敲击之后，杆部对敲击杆二次敲击实现瞬时冲击力，驱动敲击杆前进而完成臼杯的安装。同时利用第二弹簧的弹性变形缓冲径向分力。

说明书

技术领域

本发明涉及骨科关节置换技术，特别是涉及一种用于关节置换术的导向敲击帽及具有该敲击帽的假体敲击装置。

背景技术

在例如膝关节、髋关节置换术由传统手术演变为机器人智能导航辅助手术以来，在提高了手术的精度和灵巧性的同时，仍然存在接踵而至的技术问题。例如，在手术过程的臼杯安装步骤，需要沿着机器人辅助工装（把持器）的导向，将力作用在敲击杆，从而将臼杯安装到位。

然而，在医生敲击时，敲击力的方向不能保证与敲击杆的轴向保持一致，当有一部分径向力传递至敲击杆时，由于敲击杆、把持器等部件间接与机械臂连接，使这一部分径向力传递至机械臂末端，从而有可能导致机械臂受力过大而触发受力保护机制，使得机械臂抱死不能正常工作，结果影响整个手术过程，甚至导致手术失败。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于关节置换术的导向敲击帽及敲击装置，能够实现在敲击帽与敲击杆的接触与力传递过程中，减少机械臂受到过大的径向分力、导致机械臂触发受力保护机制致使机械臂抱死而不能正常工作的问题，由此可避免影响整个手术过程甚至导致手术失败的可能性。

根据本发明的一方面，提供一种用于关节置换术的导向敲击帽，能够安装于敲击杆的端部用以向敲击杆传递敲击力，其特征在于，包括：敲击部、压簧套、钢珠套、法兰端盖和冲击杆，压簧套内轴向贯通且贯通地在下侧设有锥形扩孔、并在上端开设有台阶孔；钢珠套套设于压簧套内，其下端径向均布有至少个钢珠安装孔，各钢珠安装孔内分别置入有钢珠，锥形扩孔与钢珠抵接，在敲击杆轴向伸入连接于钢珠套内时，钢珠与沿径向开设在敲击杆端部的钢珠环槽限位抵接；敲击部轴向贯通开设有安装孔，其包括端部和套杆，钢珠套上端穿过台阶孔与伸入于台阶孔内的套杆下端连接，并且，位于套杆的端部与台阶孔之间的钢珠套外沿轴向套设有第一弹簧；冲击杆包括杆部和呈台阶结构的头部，杆部下端穿过安装孔经钢珠套与敲击杆的端部相对并形成冲击间隙；头部与钢珠套端部之间的杆部沿轴向套设有第二弹簧；法兰端盖轴向开设有台阶通孔，头部的外台阶沿与台阶通孔的内台阶沿限位连接，头部轴向上端伸出于台阶通孔外用于承受敲击力，在第二弹簧的作用下使头部轴向下端与敲击部的端部之间形成缓冲间隙，缓冲间隙大于冲击间隙。

优选地，钢珠安装孔径向朝向敲击杆一侧的孔开口小于钢珠的直径，和/或法兰端盖的周侧轴向通过螺钉与敲击部的端部固定连接。

优选地，冲击间隙为0.5mm~1mm，和/或缓冲间隙为1.5mm~2mm。

优选地，钢珠套与套杆连接处的径向开设有均布的若干销孔，各销孔内分别连接有销钉。

优选地，钢珠套的上端设有连接轴段，连接轴段插接于套杆内的安装孔中。

优选地，头部和杆部的交接部轴向形成有凹槽，第二弹簧的轴向上端位于凹槽内并与槽底相抵。

优选地，钢珠套的下端在径向两侧相对隔开地设有限位块、，相应地在冲击杆的端部两侧在径向上相对地设有限位端面、，当敲击杆在通过滚珠套入钢珠套后，限位块、与限位端面、之间分别配合连接。

优选地，杆部沿轴向还套设有减震垫，该减震垫的内周壁形成为随着向头部去而扩径的锥形壁面，相应地杆部具有与该锥形壁面相匹配的锥形区段，该减震垫与第二弹簧分体地形成，或者一体地串联连接成第二弹簧从减震垫上端侧伸出，或者一体地并联连接成第二弹簧位于减震垫中而不从减震垫伸出。

优选地，在安装孔中形成有台阶面，用于支承减震垫的下端。

根据本发明的又一方面，提供一种假体敲击装置，包括敲击杆和上述的用于关节置换术的导向敲击帽，其中，该假体敲击装置能够组装并保持于机械臂末端把持组件，该把持组件包括机械臂末端连接端和导向外套，导向外套内设有安装孔以及与安装孔连通的导向通孔，安装孔与导向通孔之间过渡段设有轴承安装孔位，在轴承安装孔位内，经由卡簧、卡槽轴向限位连接有第一轴承，敲击杆的上端经导向通孔和第一轴承后与导向敲击帽连接，敲击杆下端设有用于轴向限位的台阶沿，用以阻止敲击杆的下端穿过导向通孔。

根据本发明的用于关节手术导航系统中的导向敲击帽、以及具有该导向敲击帽的敲击装置，能够在敲击帽与敲击杆的接触受力中，有效地减少径向分力。

附图说明

图1示意性地示出本发明一实施例的敲击装置尤其是敲击帽部分的剖视图；

图2示意性地示出图1的分解透视图；

图3示意性地示出图1的分解剖视图；

图4示出敲击帽部分受到的径向分力的示意图；

图5示意性地示出钢珠套及其限位块的透视图；

图6示意性地示出本发明另一实施例的敲击装置的剖视图；

图7示意性地示出本发明另一实施例的局部剖视图；

图8示意性地示出本发明另一实施例的局部剖视图；

图9示意性地示出本发明一实施例的假体敲击装置的分解透视图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的示例性实施例。下文描述的和附图示出的示例性实施例旨在教导本发明的原理，使本领域技术人员能够在若干不同环境中和对于若干不同应用实施和使用本发明。因此，本发明的保护范围由所附的权利要求来限定，示例性实施例并不意在、并且不应该被认为是对本发明保护的范围的限制性描述。

为了便于描述，各附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的，并将施加外力侧称为近侧、近端，作用于患者一侧称为远侧、远端。在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

<快速装卸机构>

根据本发明的敲击装置包括敲击杆1、敲击部2、压簧套3、钢珠套4、钢珠6和第一弹簧7。

在敲击杆1的近端侧，在与压簧套3之间设置有由钢珠6、钢珠套4和第一弹簧7构成的第一缓冲组件，并由此构成敲击杆1的快速装卸机构。

具体地，压簧套3内侧轴向贯通，贯通地在下侧设有锥形扩孔31，并在上端开设有台阶孔32。钢珠套4套设于压簧套3内，其下端径向均布有至少3个钢珠安装孔41，分别供钢珠6置入，钢珠6从各钢珠安装孔41露出的部分与锥形扩孔31相抵接。当敲击杆1轴向伸入连接于钢珠套4内时，径向开设于敲击杆1的端部的各钢珠环槽10与各钢珠安装孔41处于相对应的位置，由此通过钢珠6与钢珠环槽10实现限位抵接。

而且，锥形扩孔31的内周侧设有随着向远侧去而远离敲击杆1地扩开的锥形面，在压簧套3受到第一弹簧7的偏置力时，可将钢珠6推压并保持于滚珠环槽10中，从而将钢珠套4等锁定于敲击杆1上。另一方面，在向近侧推压压簧套3克服第一弹簧7的作用力使压簧套3沿敲击部2的套杆22朝近侧移动时，锥形面对钢珠6的压紧力得以松弛，通过朝向远侧拉动敲击杆1，钢珠6即可脱离啮合槽10，解除钢珠套4与敲击杆1之间的锁定。由此，利用压簧套3的轴向运动，可以实现钢珠6的嵌入与脱落，从而实现敲击杆1相对敲击部2的快拆和快装。

<径向力缓冲机构>

实施例1

根据本实施例的敲击装置还包括：缓冲套、冲击杆8法兰端盖5。

在此，敲击部2构成为轴向贯通开设有安装孔20的T字形中空套筒结构，包括端部21和套杆22。钢珠套4上端穿入台阶孔32，与伸入于台阶孔32内的套杆22的下端利用锥孔42连接，且套杆22的端部与台阶孔32之间的钢珠套4外轴向套设有第一弹簧7。

冲击杆8包括杆部81和呈台阶结构的头部82，杆部81下端穿过安装孔20经钢珠套4与敲击杆1的端部11相对并形成冲击间隙100。头部82与钢珠套4端部之间的杆部81轴向套设有缓冲套。

在此，缓冲套由第二弹簧9构成，杆部81形成为轴向上横截面基本一致的杆部。

法兰端盖5轴向开设有台阶通孔51，头部82的外台阶沿820与台阶通孔51的内台阶沿510限位触接，头部82轴向上端伸出于台阶通孔51外以接受外来敲击作用力。在初始安装状态下，在第二弹簧9的作用下使头部82轴向下端与端部21之间保持缓冲间隙200。

由此，设冲击杆8的头部82因偏离轴线的倾斜敲击而受力F，该力F 可分解为轴向力Fa和径向力Fr，并沿冲击杆8向缓冲套（第二弹簧9）、第一弹簧7传递。通过设置成缓冲间隙200大于冲击间隙100，例如，冲击间隙100的初始设计值为0.5mm~1mm，缓冲间隙200为1.5mm~2mm，在冲击杆8的头部82受到一次敲击之后，冲击杆8的杆部81远端对敲击杆1的端部11进行二次敲击，此时，借助于钢珠6对钢珠套4的锁定，敲击杆1带动钢珠套4、套杆22克服第一弹簧7的作用力下行。

如此，在该一次、二次敲击过程中，借助轴向力Fa的作用而压缩第二弹簧9，冲击杆8撞击敲击杆1，实现瞬时冲击力，驱动敲击杆1前进而完成臼杯的安装。

同时，因由杆部81外周侧与安装孔20内周侧之间的有限度的周向间隙、以及位于该周向间隙中的第二弹簧9的弹性变形，径向力Fr的作用力得到缓冲，从而可在由冲击杆8传导至敲击杆1的过程中消耗一部分力，实现减小径向力Fr的目的，减少机械臂发生抱死而不能正常工作的问题，避免因不期望的径向力影响整个手术过程甚至导致手术失败。

<变形例>

为了实现上述力传递，各部件之间的连接关系可如下设置。

例如，钢珠安装孔41径向朝向敲击杆1一侧的孔开口小于钢珠6的直径，从而允许钢珠6经由钢珠安装孔41的该孔开口而落座于钢珠环槽10中，还可在要快速拆卸时借用该孔开口边缘引导、推动钢珠6离开钢珠环槽10。

法兰端盖5的周侧轴向可通过螺钉与敲击部2的端部21固定连接。

在钢珠套4与套杆22连接的径向上可开设有均布的若干销孔42，各销孔42内分别连接有销钉，也可采用螺钉螺纹孔式或卡口式连接。

此时，在钢珠套4的上端可设有连接轴段43，套杆22内安装孔20与连接轴段43连接。

头部82和杆部81的交接部可轴向延伸地形成有凹槽80，第二弹簧9的轴向上端位于凹槽80内并与槽底相抵，从而可有效地限制第二弹簧9在吸收上述径向力Fr时的晃动，更及时充分地对径向力Fr进行消耗而实现缓冲。

钢珠套4的下端在径向两侧相对隔开地设有限位块44、46，敲击杆1的上端两侧在径向上相应地设有限位端面14、16，敲击杆1在通过滚珠10套入钢珠套4后，由限位块44、46与限位端面14、16之间的配合连接，防止敲击杆周向转动。

相应于轴向上横截面基本一致的杆部81，第二弹簧9也构成为具有基本一致的轴向上的横截面或内、外径尺寸。在此的第二弹簧9并不限于由单纯的弹簧丝构成，也可采用弹簧丝与橡胶等减震垫例如镶嵌成型于一体的减振弹簧垫。

接下来说明其它实施例，主要说明不同的部分。

实施例2

相比实施例1的不同点主要在于缓冲套与冲击杆8的构形。

如图6所示，作为缓冲套，除了第二弹簧9以外，还设有例如橡胶垫圈等形式的减震垫91。该减震垫91嵌入安装孔20中，其内周壁形成为随着向头部82或近侧去而扩径的锥形壁面94。杆部81具有与该锥形壁面相匹配的锥形区段84，在初始安装状态下，该锥形区段84配合于该锥形壁面94。

如此，在径向力Fr的传递过程中，除了第二弹簧9以外，减震垫91也将因其锥形壁面94与锥形区段84之间的斜面配合，而起到径向支承、缓冲的作用。

图6中示出的减震垫91的下端支承于安装孔20中的台阶面23，但并不限于此，当然也可如实施例1那样，减震垫91的下端直接支承于钢珠套4的上端。

图6中示出的杆部81还包括从锥形壁面94内穿伸而出的柱状杆段85，但并不限于此，该杆段85也可与锥形区段84具有相同的锥度，或者也可以省略该杆段85，敲击杆1的端部11与锥形区段84的下端面隔着冲击间隙100直接相对。

实施例3

图7示出的缓冲套93与实施例2的不同之处在于，其相当于由实施例2的第二弹簧9和减震垫91一体地串联连接，部分第二弹簧9从减震垫91中向上方延伸出来。如此可以减少组装零件及简化组装步骤。

实施例4

图8示出的缓冲套95与实施例3的不同之处在于，其相当于全部第二弹簧9一体地并联连接，即形成于减震垫91中而没有延伸出来。

实施例5

该实施例与实施例2的不同之处在于，代替实施例2中的减震垫91，而采用实施例4中的缓冲套95，即由第二弹簧9、缓冲套95一起发挥缓冲作用。

<敲击帽>

如上说明的敲击装置，除了敲击杆1以外，其它构件构成了用于安装于敲击杆1近端的敲击帽300。

<机械臂末端把持组件>

如图9所示，由敲击杆1和敲击帽300构成的假体敲击装置可以组装并保持于机械臂末端把持组件，该把持组件构成为包括机械臂末端连接端70、弯臂71和导向外套72，导向外套72内设有安装孔73以及与安装孔73连通的导向通孔74，安装孔73与导向通孔74之间过渡段设有轴承安装孔位75。

钢珠内套49的中部径向开设有至少三个钢珠安装锥孔，其内分别设置有钢珠。第一轴承52套设于钢珠内套49的下端轴段上，该轴段靠近端部一侧设有第一环形卡槽50，第一轴承52的内圈一端与该端的轴肩相抵，其下端通过第一卡簧53与第一环形卡槽50连接限位。

第一轴承52的外圈置入于轴承安装孔位75内，其轴向一端设有卡簧卡槽76，通过第二卡簧48与卡簧卡槽76连接从而将第一轴承52轴向限位连接于轴承安装孔位75。

螺纹套47内轴向下端设有第二轴承安装孔位，其下端端部设有内限位沿。

第二轴承39套设于钢珠外套40的上端轴段上，该轴段靠近端部一侧设有第二环形卡槽37，第二轴承39的内圈一端与该端的轴肩相抵，其上端通过第三卡簧38与第二环形卡槽37连接限位。

敲击杆1的中部设有轴向限位腰部12，其由上端经导向通孔74穿过钢珠内套49、螺纹套47、连接套36、封套34、及调节手柄33后与敲击帽300连接。

具体的插入连接动作包括：调节手柄33轴向向上拔，由调节手柄33带动连接套36、螺纹套47、钢珠外套40向上动作，由于钢珠内套49与导向外套72的安装孔73连接，在钢珠外套40向上动作时（在未拔离状态时，钢珠外套40内的锥形扩孔与保持于钢珠内套49各安装锥孔内的钢珠相抵，使钢珠沿着锥形扩孔的孔壁向内挤压），钢珠沿着锥形扩孔向钢珠安装锥孔轴向逐渐松懈，从而便于敲击杆1的穿设动作，其中轴向限位腰部12的设置，其目的在于，敲击杆1贯穿以上组件集成至工作位后，松开调节手柄33且在复位弹簧35的作用下复位至初始位置，则钢珠沿着锥形扩孔的孔壁向内挤压，所述钢珠向内挤压位置位于敲击杆1的轴向限位腰部12，轴向限位腰部12的直径小敲击杆1位于腰部两侧端的直径，故轴向限位腰部12在钢珠的作用下，其两端的轴肩为限位轴向，敲击杆1整体可以自上述组件集成的导向孔位轴向动作，其轴向被限制在腰部的轴向两端间距之间。

敲击杆1下端设有一衬套17，以及轴向限位的台阶沿18，衬套17连接于台阶沿18上侧，敲击杆1在伸入于上述组件集成的导向孔位，衬套17位于导向通孔74内，台阶沿18同时作为敲击杆1穿插的限位端，阻止敲击杆1的下端穿过导向通孔74向上方的进一步移动。

<应用场景>

在例如机器人辅助髋关节假体置换术的情况下，安装假体前，必须将人体的髋臼窝进行磨削，直至符合髋臼假体的外形尺寸，再将髋臼杯放入髋臼窝内。在髋臼杯植入环节，可将敲击杆1组装于把持组件，再由医生将髋臼杯敲入髋臼窝内。

在敲击作业时，由于不再直接将敲击力作用于敲击杆头部，而是利用二次敲击进行力传递，并在二次敲击力作用于敲击杆头部之前，已利用缓冲套吸收不期望的径向力，从而可有效地防止较大的径向力间接作用于机械臂末端，导致机械臂锁死等问题。

如此，向把持组件中安装敲击杆的操作简单，稳定性好，可防止敲击作业时的径向力导致的精度失准。

尽管已经参考各种具体实施例描述了本发明，但是应当理解，可以在所描述的发明构思的精神和范围内做出变形。因此，意图是本发明不限于所描述的实施例，而是将具有由所附权利要求的语言所定义的全部范围。