超聲機頭的製作方法

2023-12-06 14:39:16 1

專利名稱：超聲機頭的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種聲波融合技術，更具體地，涉及一種超聲機頭及其使用方法。
背景技術：
WO 2007/01412A2公開了一種超聲轉換器裝置，即用於一次性使用的超聲變換器，其包括含有少於2%的鉛的活性壓電陶瓷材料、具有較低的居裡溫度和較高的起到壓縮作用的偏壓力的壓電材料、偏壓螺栓子組件，和/或具有自鎖錐部的永久附接的端部受動器，其中，該較高的起到壓縮作用的偏壓力施加於壓電陶瓷元件，該偏壓螺栓子組件包括組裝有低溫玻璃轉化點的填充環氧材料的部件。 從美國專利4，653，489中已知一種系統，其中，固定粘合劑穿過螺杆引入到受骨質疏鬆症折磨的骨骼部分。股骨頸骨折以及股骨遠端骨折能夠通過該系統固定住。
根據現有技術的系統包括具有流動腔、即軸向通孔的螺杆，骨骼粘合劑能夠通過該軸向通孔引入到螺杆尖端的部分中。該骨骼粘合劑在以可鬆開的方式附接於螺杆尾端的裝置的作用下前進。該裝置與市場上銷售的注射器相似，包括柱塞和大致呈圓筒形的筒體。該筒體形成柱塞能夠在其中來回移動的腔室。 在該現有技術的裝置的使用中，將固定粘合劑填充到筒體中，然後抵抗粘合劑來推動柱塞。通過施加手動的壓縮力，固定粘合劑被噴射到螺杆的軸向通孔中。由於壓力，固定粘合劑被充分流體化從而使其能夠穿過螺杆的近端進入到骨骼中，結果強化了骨骼中的螺杆。 該系統的缺點在於施加於固定粘合劑的手動壓力不僅基本上在不同的應用之間變化，而且在單次應用過程中也變化，從而使得固定粘合劑在螺杆尖端處的骨骼部分內的分布既不可靠也不均勻。

發明內容
本發明的方面是限定一種裝置和方法，現今能夠通過所述裝置和方法確保對螺杆在物體中的引入位置處進行可靠而一致的強化。 這是通過各個獨立權利要求的主題來實現的。在各個從屬權利要求中對根據本發明的進一步的實施方式進行了描述。 總的來說，根據本發明的第一實施方式，一種超聲機頭包括外部殼體。在該外部殼體內設置有變換器殼體，用於在外部殼體內進行往復運動，超聲變換器安裝在該變換器殼體中。彈性元件或彈簧具有接合變換器殼體的第一端和接合外部殼體的第二端。沿機頭的軸向調節變換器殼體的位置而將在超聲變換器上預加載荷。 根據本發明的第二實施方式，超聲機頭的殼體包括能夠相對於彼此滑動的兩個殼體部分，以調節殼體的總長，從而使機頭適應於安裝在機頭的第一端處的螺杆的不同長度。
另外，一種使用如上所述的超聲機頭的方法包括將機頭的第一端緊固於定位在物體中的螺杆，其中，超聲波發生器伸入到螺杆中。通過調節調節輪的軸向位置並偏壓超聲機 頭的彈簧而對超聲變換器施加力。致動超聲變換器，使得例如螺杆中的聚合物杆液化，藉此 將螺杆固定在物體中其當前的位置處。然後停用超聲變換器，並且將機頭從已經強化的螺 杆中卸下。 應當注意，本發明不限於強化，S卩，如通過上述現有技術所建議的那樣將螺杆固定 在骨骼中。該螺杆也可以是沒有螺紋的螺栓，或者是具有用於固定物體的兩個或更多個部 分的適當幾何形狀的銷。所述物體可以是例如由木材、塑料、金屬、石料或骨骼製成的任何 物體。 一般來說，在將螺杆定位在物體中之後，螺杆的強化可以與在物體的內壁和螺杆之間 引入銷子的效果相當。


現在將參照附圖通過優選實施方式對本發明進行詳細描述，在附圖中
圖1是根據本發明的第一實施方式的超聲機頭的剖視圖；
圖2是根據本發明的第二實施方式的超聲機頭的剖視圖； 圖3是根據本發明的第二實施方式、用於將殼體的兩個部分鎖定在調節位置中的 保持器元件的詳細視圖；以及 圖4是聯接元件的詳細視圖，該聯接元件用於將螺杆或組織保護套管連接於根據 本發明的超聲機頭的殼體的端部。
具體實施例方式
現在參照圖l，示出了普遍指代以10的根據本發明的第一實施方式的超聲機頭。 該超聲機頭的核心元件是超聲變換器6。該變換器是電力驅動的，或者接收線路電力，或者 接收可再充電或不可再充電電池電力(未示出)。在該變換器的一端處設有尖端2，藉助於 變換器6使該尖端12振動。為了將該振動傳遞到遠離超聲機頭設置的元件，將超聲波發生 器4緊固於尖端12。 變換器6的主體容置在兩件式殼體14中。變換器殼體14靠近尖端12的一個部 分16連接於變換器主體，而殼體14封閉變換器主體的另一部分18在其外側包括臺階20， 該臺階20在變換器的軸向方向上安裝諸如螺旋彈簧7的彈性元件的一端。該彈簧還通過第 二殼體部分18的標號為19的部分的構造接收側部支撐和引導。作為對螺旋彈簧的替代， 可以使用諸如橡膠緩衝器、片簧等的某些其它的預加載裝置。另外，螺旋彈簧7可以是壓縮 彈簧或拉伸彈簧。 此外，超聲機頭包括外部殼體5 ，超聲變換器6連同其變換器殼體14 一起容置在該 殼體5中。超聲變換器6能夠與變換器殼體14 一起在殼體5中沿軸嚮往復運動。在這種 設置中，由變換器6產生的振動以衰減的方式傳遞到用戶握住殼體5的手。殼體5在其一 端包括孔22，超聲波發生器4穿過該孔22向外伸出。在殼體5的這一端還設有諸如螺紋的 裝置，用於當超聲波發生器4伸入其中的螺杆1固定連接於超聲機頭時緊固螺杆或螺杆1。
殼體5在其另一端包括圍繞其外表面的螺紋24。大致構造為螺帽的調節輪8旋到 螺紋24上，使得螺旋彈簧7的第二端支撐在調節輪8的內側25。通過調節輪8的旋轉，能 夠調節起始位置並因此能夠調節螺杆長度。通過調節輪8在殼體5上的旋轉，調節輪8將
4在殼體5上沿殼體的軸向移動。因此，支撐在調節輪8的內側25與形成於殼體部分18處 的臺階20之間的彈簧7將被壓在一起或者被拉伸。彈簧的行程以及由此所導致地殼體14 和變換器6在殼體5內的軸向位移優選地為30mm，且一般在10mm至50mm的範圍內，當然， 也可以根據需要隨意設置該尺寸。在調節輪8中沿軸向設有孔26，變換器殼體14的第二殼 體半部18的縮小的端部28穿過該孔26向外伸出。止擋件9緊固於第二殼體半部18的端 部28，該止擋件9限制超聲變換器6在殼體5中的行程，這同樣限制了連接於超聲變換器的 超聲波發生器相對於殼體5和連接於殼體5的螺杆1的行程。止擋件9還用來對彈簧7進 行預加載。 根據本發明的第一實施方式的超聲機頭包括具有第一端和第二端的外部殼體； 容置在外部殼體的第一端中的變換器殼體，該變換器殼體用於在外部殼體內進行往復運 動；安裝在變換器殼體內的超聲變換器；調節輪，該調節輪以可調節的方式連接於外部殼 體的第二端；以及彈性元件，該彈性元件的第一端接合變換器殼體，其第二端接合調節輪， 其中，調節變換器殼體在超聲機頭的軸向上的位置而將預加載荷施加在超聲變換器上。
根據第一實施方式的一方面，調節輪的內表面和殼體的外表面設有螺紋，這些螺 紋相互配合以使得能夠對調節輪進行調節。 根據本發明第一實施方式的彈性元件包括螺旋彈簧或橡膠緩衝器。 作為另一方面，根據本發明的第一實施方式的超聲機頭還包括止擋件，該止擋件
連接於超聲變換器，並限制超聲變換器在殼體中的位移。 作為又一方面，根據本發明的第一實施方式的超聲機頭還包括超聲波發生器，該 超聲波發生器連接於超聲變換器的一端，並從殼體的第一端伸出。 現在將詳細描述超聲機頭來強化物體中的螺杆1的應用。首先，可將諸如K線的導 絲引入至物體中將要設置螺杆的位置。套置在K線上將螺杆插入並旋到適當位置中，直至 將它安置在所期望的位置。然後在已經將螺杆定位在物體中之後將K線取走。應當注意， 也可以在不使用K線的情況下將螺杆安置在物體中。在螺杆中，沿螺杆的縱向中心線具有 自由通道，即中空管。然後，將聚合物銷3引入到該自由通道中。應當注意，銷3的主要特 徵在於，銷3是由能夠適於在壓力和超聲波振動的作用下被流體化的材料製成。因此，該聚 合物銷不可能超出聚合物的範圍。 當隨後將超聲機頭的殼體5連接於螺杆1時，超聲波發生器4伸入到該螺杆中，並 且該超聲波發生器的遠端與聚合物銷3接觸。通過調節輪8，能夠設定來自超聲波發生器4 作用在聚合物銷3上的規定的壓縮力。該預加載荷能夠例如通過在調節輪8和止擋件9之 間夾持在適當位置中的擋塊而被臨時固定。然而，該擋塊必須在將超聲機頭接通之前被首 先移除。 —旦接通，變換器就產生振動，該振動連同由在變換器殼體14和調節輪8之間被 預加載的彈簧7產生並作用在聚合物銷3上的壓力一起確保使聚合物銷3的材料流體化， 從而使得聚合物銷的材料被壓到螺杆1的尖端之外。正是通過這種方式強化了物體中的螺 杆。 因此，使用根據本發明的第一實施方式的超聲機頭來強化螺杆的方法包括以下步 驟 將殼體的第一端緊固於螺杆，超聲波發生器伸入到螺杆中；
通過調節調節輪的軸向位置而將力施加到超聲變換器上； 將聚合物杆插入到螺杆中； 致動超聲變換器，使得聚合物杆液化； 停用超聲變換器；以及 從已經強化的螺杆上卸下殼體。 圖2示出了根據本發明的第二實施方式的超聲機頭，其中，第一實施方式和第二 實施方式具有相同功能的元件由相同的附圖標記指代。 根據本發明的第二實施方式，超聲變換器6固定連接於變換器殼體14。變換器殼 體14包括具有較大直徑的第一部分和具有較小直徑的第二部分，其中，在第一部分和第二 部分之間設有臺階20。 超聲機頭還包括兩件式的外部殼體，該外部殼體具有第一殼體部分5和第二殼體 部分32。該外部殼體的第一部分和第二部分形成為使得第一部分5能夠相對於外部殼體的 第二部分32軸向滑動。這可以通過第一部分5的較大內徑來實現，該內徑對應於或略大於 外部殼體的第二部分32的外徑，從而使得第一部分5的至少一部分能夠套在外部殼體的第 二部分32上運動。 外部殼體的第一部分5還在其遠端包括開口 ，以使得超聲波發生器4能夠沿遠側 方向伸出外部殼體。外部殼體的第二部分32包括具有開口的近端，其中，彈性元件7可容 置在變換器殼體14的臺階20與外部殼體的第二部分32的內表面之間。因此，第二部分32 提供了根據第一實施方式的調節輪8的一種功能，S卩，為彈性元件提供支撐，以便能夠沿遠 側方向相對於外部殼體連同變換器殼體14 一起偏壓超聲變換器6。 變換器殼體14的近端部分穿過外部殼體的第二部分32的近端中的開口伸出。所 述近端部分連接於蓋狀元件8a，該蓋狀元件8a具有根據本發明的第一實施方式的調節輪8 的另一種功能，即，提供通過彈性元件7調節變換器殼體上的預加載荷的可能性。用戶可以 通過握住外部殼體並相對於外部殼體沿近側方向拉動元件8a並由此拉動變換器殼體14來 偏壓彈性元件7。在將元件8a拉動一定距離後，用戶可以例如通過使元件8a旋轉來鎖定元 件8a和變換器殼體14相對於外部殼體的相對位置，其中，該位置可以通過插接式接頭來鎖 定，該插接式接頭可以設置在元件8a與外部殼體的第二部分32之間。
圖3示出了鎖定機構的詳細視圖，該鎖定機構用於鎖定外部殼體的第一部分和第 二部分相對於彼此的相對位置。在該視圖中，變換器殼體14示出為正位於外部殼體的第二 部分32的內側，該第二部分32正位於第一部分5的內側。在第一部分5的壁中，設有至少 一個球34，該球34能夠在機頭的徑向上移動。在第一部分5的外表面上安裝有保持器元件 30，該保持器元件30可以形成為外表面中具有槽的環，以便於操縱該保持器元件。
保持器元件30形成為使得在第一位置中，該至少一個球34能夠沿徑向移動遠離 外部殼體的第二部分32。在該位置中，第一部分5與第二部分32分離開，因此可以相對於 第二部分32沿軸向移動，從而可調節外部殼體的長度。在調節外部殼體的長度後，可將保 持器元件移動到第二位置，在該第二位置中，該至少一個球34沿朝向第二部分32的方向被 壓回，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。通過將球34壓 到外部殼體的第二部分32的槽36中的一個中，第一部分5相對於外部殼體的第二部分32 的位置被固定。應當注意，保持器元件可以沿機頭的軸向或周向方向在第一位置和第二位置之間移動。 圖4詳細示出了聯接器40，該聯接器設置在外部殼體的第一部分5和螺杆或組織 保護套管50之間。聯接器40包括外部元件42、彈性元件46和固定元件48。該聯接器連 接於超聲機頭的外部殼體的第一部分5，沿軸向包括通孔，並能夠接收套管或螺杆的近端。 另外，超聲波發生器4的遠端延伸穿過聯接器的開口並延伸到套管或螺杆中。
通過在近側方向上拉動外部元件42，固定元件48將鬆開套管或螺杆的近端，以使 得所述套管或螺杆可以分離開和/或進行更換。在將套管或螺杆的近端置於聯接器中之 後，可鬆開外部元件42，以使得彈性元件46將使外部元件42沿遠側方向移動，從而將要將 固定元件48壓在套管或螺杆50的近端上，以將套管或螺杆50聯接於超聲機頭的外部殼體 的第一部分5。 除了以上關於本發明的第一實施方式所描述的使用方面之外，第二實施方式包括 在利用或不利用組織保護套管的情況下，在物體中的期望位置處引入螺杆，並且然後通過 聯接器40將螺杆或套管連接於外部殼體的遠端的可能性。另外且取決於在沒有套管的情 況下或連同套管一起引入的螺杆的長度，可以調節外部殼體的長度，使得超聲波發生器4 將設置有其在螺杆(和套管)中遠側伸出的長度。另外，通過元件8a，能夠利用預定力沿遠 側方向偏壓超聲變換器6，以便最後在物體中的引入位置處獲得對於螺杆的可靠且一致的 強化。優選地，超聲變換器6將被偏壓，然後元件8a將通過諸如插接式接頭而被鎖定在適 當的位置，然後螺杆或套管將通過聯接器40與外部殼體的遠端相聯接，並且隨後將鬆開對 於元件8a的鎖定，以經由超聲波發生器、變換器和變換器殼體實現對於螺杆中的聚合物銷 的預加載。 根據本發明的超聲機頭具有下列優點。首先，規定的壓縮力連同具有規定振幅的 超聲波振動一起反覆施加在聚合物銷上，這導致聚合物材料的可靠的流體化。其次，超聲波 發生器前進特定行程而進入到螺杆中，藉此，控制將要壓到螺杆外並壓入到物體中的材料 應當注意，各個部件中的任一個的變型都可以與其它部件的變型進行組合，由此 並不限於所具體指出的組合。 儘管於此已經參照特定實施方式對本發明進行了描述，但應當理解，這些實施方 式僅僅為了說明本發明的原理和應用。因此應當理解的是，對於說明性的實施方式可以作 出多種修改，並且在不偏離如權利要求所限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以構想 出其它的設置。
權利要求
一種超聲機頭，包括外部殼體；變換器殼體，所述變換器殼體容置在所述外部殼體中，用於在所述外部殼體內進行往復運動；超聲變換器，所述超聲變換器安裝在所述變換器殼體內；用於調節所述變換器殼體相對於所述外部殼體的位置的元件；彈性元件，所述彈性元件的第一端接合所述變換器殼體，並且所述彈性元件的第二端接合所述外部殼體，其中，沿所述超聲機頭的軸向調節所述變換器殼體的位置而將預加載荷施加在所述超聲變換器上。
2. 如權利要求1所述的超聲機頭，其中，所述彈性元件包括螺旋彈簧或橡膠緩衝器。
3. 如權利要求1所述的超聲機頭，還包括限制所述超聲變換器在所述殼體中的位移的 止擋件。
4. 如權利要求1所述的超聲機頭，還包括超聲波發生器，所述超聲波發生器連接於所 述超聲變換器的一端，並從所述外部殼體伸出。
5. —種用於強化的系統，所述系統包括 螺杆；聚合物銷，所述聚合物銷適於被引入到所述螺杆中；以及如權利要求1至4中的一項所述的超聲機頭，其中，所述超聲變換器與所述聚合物銷接 觸，並且所述螺杆通過聯接元件與所述超聲機頭的殼體相聯接。
6. 如權利要求5所述的系統，還包括組織保護套管，所述組織保護套管適於在所述超聲機頭的殼體的遠端連接於所述螺杆 的近端以及所述聯接元件。
7. —種使用根據權利要求1至4所述的超聲機頭來強化螺杆的方法，包括 將螺杆定位在所期望的位置處；將材料插入到所述螺杆中，所述材料能夠被流體化；將所述超聲機頭的殼體緊固於所述螺杆，其中，所述變換器與所述螺杆中的材料相接觸；通過調節所述變換器殼體的軸向位置而在所述超聲變換器上施加力； 致動所述超聲變換器，以使所述螺杆中的材料液化； 停用所述超聲變換器；以及 從已強化的螺杆上卸下所述殼體。
全文摘要
一種用於強化螺杆的超聲機頭。該超聲機頭包括殼體、以移位的方式容置在殼體中的超聲變換器、以及連接於超聲變換器的一端的超聲波發生器。該超聲波發生器從殼體伸入到螺杆中。調節元件以可調節的方式連接於殼體。設有彈簧，該彈簧的端部分別由超聲變換器和殼體支撐。通過對調節元件進行設置，在遠離調節輪的方向上對超聲變換器預加載荷，從而利用所選擇的力而將超聲波發生器推到螺杆中，並且將強化材料壓出螺杆並推入到骨骼中。
文檔編號B29C65/64GK101730510SQ200880022962
公開日2010年6月9日 申請日期2008年7月10日 優先權日2007年7月13日
發明者克勞斯·多拉瓦, 曼努埃爾·施瓦格爾, 菲利普·塞勒, 馬塞爾·埃施利曼 申請人:史塞克創傷有限責任公司