CN101262829A - 扭矩限制设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了扭矩限制设备，包括所述扭矩限制设备的工具、以及用于使用所述扭矩限制设备的方法。扭矩限制设备包括第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面设置为可接合的关系。在预定的扭矩范围内，所述第一表面和第二表面可一起旋转，从而作用于所述第一表面的扭矩传递至所述第二表面。当所作用的扭矩大于预定的扭矩极限时，所述第一表面和第二表面可彼此脱离，防止过大的扭矩在所述表面和任何所连接器具之间传递。通过相对另一个表面自由地旋转一个脱离的表面，所述表面可被重新接合以对所述设备进行操作。

Description

扭矩限制设备

相关申请的交叉引用

本申请是2005年10月21日递交的美国专利申请No.11/256,036的部分继续申请并要求其优先权，其中美国专利申请No.11/256,036要求2005年7月11日递交的美国临时专利申请No.60/698,288的优先权，上述专利申请的每个都在此全部通过参考并入。

技术领域

本发明涉及扭矩限制设备，包括扭矩限制设备的工具、包括扭矩限制设备的成套工具(kit)、以及使用扭矩限制设备的方法。

背景技术

诸如医用工具之类的工具会受到相对较高的扭力。如果扭力大于工具可以承受的扭力，则工具将断裂或破裂。工具断裂会导致严重的损伤。例如，如果医用工具断裂而仍然插入患者体内，则患者将会受到严重的损伤。因此，期望对工具进行设计以使产生损伤的断裂最小化或消除。

为了避免产生损伤的断裂，常规的工具被设计为在扭力大于所述工具能够承受的扭力时在预定的位置断裂。例如，工具可以在特定位置包括凹槽，从而预定的扭矩会使工具在所述凹槽处断裂。预定的扭矩断裂点小于引起工具其它部分断裂的扭矩。常规的医用刮器可采用这种设计。

尽管这种常规的设计对于减小损伤是有效的，然而，因为一旦工具断裂，所述工具可能是不能修复的并由此需要更换，因此花费较高。此外，现有的设计是不便的，这是因为当工具断裂时，工作必须停止并以新工具重新开始。在医用工具的情况时，外科医生必须停止手术，去除断裂的部分或全部医用工具，并插入新的未断裂的工具。

因此，理想的是提供一种设备，该设备能够避免因过大扭矩而造成断裂并且最小化与这种断裂有关的损伤，并使工具保持重复使用的功能性。

发明内容

本发明提供了一种扭矩限制设备，包括扭矩限制设备的包含医用工具的工具，包括扭矩限制设备的成套工具，以及用于使用扭矩限制设备的方法。

本发明的扭矩限制设备允许将预定量的扭矩作用于工具，并在已经到达扭矩的预定量之后使扭矩脱离工具。扭矩限制设备还被称为其它名称，如滑动离合器、摩擦扭矩限制器、过载离合器、扭矩限制离合器等。

在一种实施方式中，本发明的扭矩限制设备包括多个基本平面的表面，所述表面以基本平行的关系设置。至少第一和第二平表面可复原地彼此相对地进行偏压，从而在预定的扭矩范围内，第一平表面的旋转运动通过所述表面的摩擦接合导致第二平表面沿相同的方向的旋转运动。即所述第一和第二表面可释放的接合。预定的扭矩极限时或大于预定的扭矩极限时，将克服所述表面之间的摩擦接合，从而所述第一平表面独立于第二平表面旋转。在一种实施方式中，第一平表面和第二平表面通过使用弹簧而可复原地进行偏压。弹簧可包括金属和/或聚合物。弹簧可包括卷簧、压缩弹簧、拉伸扭簧或扭簧。

在一些实施方式中，第一和第二平表面可设置在壳体的内部。第一平表面通过使用弹簧相对于第二平表面可复原地进行偏压，所述弹簧设置在壳体的内壁表面和第一平表面相对于面向第二平表面的一侧的一侧之间。

在本发明的扭矩限制设备的一些实施方式中，第一平表面包括突起，并且靠近第一平表面的第二平表面包括用于容纳所述突起的槽口。突起可沿基本垂直于平表面的方向延伸。突起可配合地接合容纳槽口，从而在两个平表面之间不存在间距并将有助于平表面的旋转。当平表面旋转并到达预定的扭矩极限时，突起与槽口脱离，使得所述突起设置在两个平表面之间，从而使所述平表面分开。因此，当第一平表面进一步旋转时，第二平表面不再旋转。在一种实施方式中，突起和槽口可重新对齐并重新接合以容许进一步旋转。

突起包括齿或栓，并基本为柱状、矩形、锥形、梯形、或其它三维的几何形状。突起的侧面可以是斜面。在一种实施方式中，突起可在一个平表面或可接合所述一个平表面的相邻的平表面中，而容纳槽口在相对突起从其伸出的平表面的平表面中。另一种实施方式在相邻的平表面中可包括一个以上突起和配合的容纳槽口。在一些实施方式中，一个平表面包括相邻平表面中的用于接合槽口的突起和用于接合来自所述相邻平表面的突起的槽口。

平表面中的容纳槽口包括空隙、孔、狭缝、槽、或其它适当构造的用于容纳来自相邻平表面的突起的凹部。优选地，槽口构造为容纳来自相邻平表面的突起以使两个平表面接合。

本发明的扭矩限制设备的实施方式对设计成施加旋转作用力的工具中的应用是有利的。刮器是医用工具，其中旋转作用力或扭矩被用于刮削、刻划或在内部身体区域中，如骨组织、实体器官或其它组织中形成空腔或产生空隙。刮器可包括刮削骨组织或其它组织的顶端。所述顶端由任意生物相容性材料，如不锈钢、钴、铬、钛、及其适于刮削组织的合金或混合物。由于顶端的总尺寸和厚度相对较小，因此它是可能的，即在太大的扭矩作用于刮器时顶端会断裂或变形。

诸如刮器之类具有本发明的扭矩限制设备的手术工具能够限制作用于工具顶端的扭矩，从而降低损坏工具的可能性。另外，一旦超过预定的扭矩极限并且工具的旋转接合的平表面脱离并分开时，本发明的扭矩限制设备使平表面重新接合，从而工具在脱离之后即可迅速地再次使用，而不必从手术位点去除工具或部分工具。

在示出的实施方式中，本发明的手术工具包括：杆，其具有第一端和第二端；手柄，其位于所述杆的第一端的附近；以及手术器具，其连接至所述杆的第二端。手术工具可进一步包括第一表面，其连接至所述手柄并摩擦地接合连接至所述杆的第二表面。第一和第二表面包括至少两个板，其中一个包括突起并且其中另一个包括槽口，或者在施加预设量的扭矩时将允许所述板之间的脱离的另一种构造。当外科医生将旋转的作用力作用于手柄和连接至所述手柄的第一表面时，第一表面和第二表面之间的接合使作用于所述第一表面的扭矩传递至所述第二表面和所连接的手术器具。如果大于预定的脱离扭矩限制的扭矩作用于手柄时，则将克服由于表面之间的摩擦导致的第一和第二表面接合的作用力以及突起和槽口之间配合构造的作用力，并且第一表面将与第二表面脱离。即突起和槽口可释放地接合。第一和第二表面的脱离导致作用于手柄的扭矩不被传递至杆。这样，可以阻止大于预定阈值的扭矩损坏手术工具或对其使用所述工具的患者造成伤害。另外，第一和第二表面脱离之后，它们易于重新接合从而外科医生可立即继续使用所述工具。

即，如果外科医生将太大的旋转扭力作用于工具的手柄，则手柄和手术器具之间的力传递接口将脱离，由此避免对工具造成损坏。因此，本发明的实施方式提供了一种限制作用于手术器具而不使所述工具变形或损坏的手术工具。

本发明的实施方式可包括一种成套工具。这种成套工具可包括手术工具，所述手术工具包括根据本发明的扭矩限制设备。医用成套工具可进一步包括额外的手术器械。

本发明的诸如手术工具之类的工具以类似于常规工具的方式使用，同时如果大于预定的扭矩将提供重新设定及重复使用的益处。例如，本发明的方法包括将扭矩作用于包括根据本发明的扭矩限制设备的工具。如果大于预定的扭矩，则第一和第二平表面将脱离并彼此独立地旋转。旋转作用力随后可沿与过大扭矩的方向相反的方向作用于第一平表面以使第一和第二平表面重新接合。当第一和第二平表面重新接合时，作用于第一平表面的旋转作用力可再次传递至第二平表面，使得工具旋转。

本发明的扭矩限制设备和方法的特征在本发明的一个或多个实施方式中可单独地或组合地实现。如本领域的技术人员所认识的，根据本发明的扭矩限制设备和方法的多种不同的实施方式是可行的。本发明额外的用途、优点、以及特征在此在详细的说明中讨论的示例性实施方式中进行了阐述，并且对于本领域的技术人员在审查下文时将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式中具有接合的平表面的手术工具的简图。

图2是图1示出的部分手术工具的简图，其示出了平表面的脱离。

图3是本发明的一种实施方式中手术工具的横截面视图。

图4是图3示出的手术工具的视图，其示出了平表面的接合。

图5是图3和图4的部分手术工具的视图。

图6是图3、图4和图5示出的手术工具的立体图。

图7是本发明的方法的实施方式的方框表示图。

图8是本发明的另一个实施方式中的手术工具的简图。

图9是图8示出的手术工具的手柄的近视图，其中部分手柄壳体去除以示出手柄的内部部件。

图10是图8和图9的实施方式示出的轴组件的简图。

图11是图8-10示出的轴组件的近端部分的视图。

具体实施方式

为了说明的目的，除非另有所指，所有在所述说明书中使用的表示数量、条件等的数字应被理解为在一切情况下可以通过术语“大约”进行修饰。因此，除非相反地指出的，在以下说明书中阐述的数字参数是可以依赖寻求由本发明获得的理想性质而变化的近似值。至少，而并非试图限制等同于权利要求的范围的原理的应用，每个数字参数应至少根据报告的有效数字的数目并通过普通的归约理论(roundingtechnique)进行解释。

尽管阐述本发明主要范围的数字范围和参数是近似值，然而在特定的实例中阐述的数值将尽可能准确地报告。然而，任意数值本质上包含某些必然由其相应的试验测量发现的标准偏差产生的特定误差。而且，在此公开的所有范围应被理解为包括任意或所有在此包含的子范围。例如，指定的“1至10”的范围应被认为是包括任意或所有最小值1和最大值10之间(并包括1和10)的子范围；即所有子范围以最小值1或较大的如1至6.1开始，并以最大值10或较小的如5.5至10终止。而且，任何表示为“在此并入”的参考应被理解为完全并入。

进一步应注意的是如在说明书中使用的单数形式“一”和“这”包括复数对象，除非明确和清楚地限制一个对象。

在一种实施方式中，本发明提供了一种扭矩限制设备，所述扭矩限制设备可与医用设备或其它作用有扭矩的机械设备一起使用。扭矩可被定义为转动或扭转力，或趋于产生扭矩及围绕轴线旋转的作用力的测量值。本发明提供了一种扭矩限制设备，所述扭矩限制设备可被组合在任何作用有扭矩的工具或系统中。

在一种实施方式中，本发明的手术设备包括杆，所述杆在一端连接至可旋转的手柄。所述杆可在相对端连接至手术器具。手术设备可包括连接至所述手柄的第一扭矩限制元件，和可操作地连接至所述杆和手术器具的第二扭矩限制元件。所述第二扭矩限制元件可释放地接合所述第一扭矩限制元件。手柄的旋转在所述第一和第二扭矩限制元件接合时使杆和手术器具旋转。当大于预定的扭矩极限的旋转的作用力作用于手柄时，第一扭矩限制元件与第二扭矩限制元件脱离，使得手柄可旋转，而杆和手术器具不旋转。在脱离之后，第一扭矩限制元件与第二扭矩限制元件重新接合，从而手柄进一步的旋转使杆和手术器具旋转。

在一个示例性的实施方式中，根据本发明的扭矩限制设备包括杆，所述杆具有第一端和第二端。所述第一和第二端可包括所述杆相应的顶端，以及所述杆在所述顶端附近的区域。所述设备可进一步包括：手柄，其可旋转地连接至所述杆的第一端；以及手术器具，其固定地在所述杆的第二端附近连接。所述设备可进一步包括连接至所述手柄的第一表面和连接至所述杆的第二表面。所述两个表面可设置为例如经由突起和槽口而彼此摩擦接触。所述两个表面可包括在连接至手柄的壳体内。

所述设备可进一步包括诸如弹簧之类的偏压机构，所述偏压机构设置在壳体和第一表面之间以在突起和槽口对齐时使突起进入槽口中。两个表面能够独立地旋转，但是当突起和槽口接合时，两个表面一起旋转。在等于或大于预定的扭矩极限的扭矩作用于所述设备时，突起和槽口被设计为脱离。扭矩限制是使突起克服表面之间的静摩擦和由弹簧作用于第一表面的弹簧力而使突起与槽口脱离所需要的扭矩。当突起与槽口脱离时，两个表面独立地旋转，并由此作用于第一表面的过大扭矩并不传递至第二表面。所述两个表面可由聚合物、不锈钢、铝、或任何其它适于在两个表面之间产生摩擦的材料或材料的组合。

所述扭矩限制设备可用于例如刮器上。刮器包括PCT专利申请WO2005/023085公开的元件，所述申请通过参考在此完全并入。突起与槽口的脱离将保护刮器顶端，不受例如在刮器顶端仍然插入患者体内时足以使顶端断裂的扭矩的作用。

除了限制作用于工具的功能性器具的扭矩的大小以外，本发明的设备可重新接合以再次使用。突起与槽口脱离之后，设备通过旋转第一表面直到突起和槽口重新对齐时而可重新接合，此时弹簧迫使突起进入槽口。当突起和槽口再次接合时，工具可再次使用。重新接合设备的能力比常规设备更有利，所述常规设备在作用有过大的扭矩时可受到永久损坏。因此，常规的扭矩限制设备在一次过大扭矩的情况后不能使用，而本发明的扭矩限制设备多次过大扭矩的情况后仍然可以重新使用。

如上所述，本发明的扭矩限制设备可用于诸如刮器之类的医用工具。扭矩限制设备可用于其它用于人及兽医应用的手术工具，包括用于抓握、刮削、弯曲、推移或操纵组织或器官，包括骨组织的工具。所述设备可用于其中不能大于最大扭矩的其它工具或机器。例如，本发明的扭矩限制设备可包括在螺丝刀或板钳中以防止螺钉或螺栓过度拉紧。扭矩限制设备还用于其中当作用有过大的扭矩时某些部件将断裂的机器上。

现参考图1-2，在本发明的一个实施方式中，手术工具10可包括杆12，所述杆12具有第一端14和第二端16。第一端14和第二端16可分别包括杆12的顶端以及杆12靠近各顶端的区域。手柄20可位于杆12的第一端14附近，并且手柄20可由使用者操纵。手术器具18可结合或固定地连接至杆12的第二端16。扭矩限制设备22可连接至手柄20并至杆12，从而手柄20的旋转使杆12旋转，并因此使手术器具18旋转。

扭矩限制设备22可包括具有突起30的第一板24和具有槽口26的第二板28。槽口26和突起30可以互换，即第一板24可以具有槽口26，而第二板28可以具有突起30。突起30和槽口26可以为基本相同的形状和尺寸，从而它们能够安装在一起。突起30可以是V形、具有平底部的V形、U形、半圆形、或任何其它在突起30和第二板28的表面之间提供非垂直角的形状。突起30和槽口26可以径向对齐，从而当突起30与槽口26旋转地对齐时，突起30安装到槽口26中。

第一板24和第二板28可以设置在壳体32内。壳体32一般可为中空柱状的形状，其内径等于或大于第一板24和第二板28中较大一个的直径。壳体32包括帽34，并且诸如压缩弹簧35之类的偏压机构设置在帽34和第一板24之间。第一板24可包括套管38，在所述套管38上安装有弹簧36，从而可以基本阻止弹簧36的横向运动。扭矩限制设备22可进一步包括至少一个引导销40，并且第一板24包括至少一个狭槽42。所述至少一个引导销40可与帽34或壳体32一体地形成，或者所述至少一个引导销40可固定地连接至帽34或连接至壳体32。第一板24可位于壳体32中，从而所述至少一个引导销40安装到所述至少一个狭槽42中。至少一个狭槽42允许第一板24沿至少一个引导销40纵向滑动并阻止第一板24相对壳体32旋转。第一板24随后仅仅在壳体32旋转时旋转。

相反，第二板28设置在壳体32中，从而允许第二板28相对壳体32的旋转运动，而阻止相对壳体32进行的纵向运动。这可通过对壳体32提供接触第二板28的底表面的诸如凸缘之类的支撑件44或通过其它适合的装置而实现。因此，容许第二板28围绕支撑件44旋转，但不容许沿杆12纵向运动。

杆12可以与第二板28一体地形成或可例如通过焊接而固定地连接至第二板28。因此，第二板28的旋转可直接传递至杆12，并由此传递至手术器具18。

在一种实施方式中，壳体32可连接至手柄20。同样，手柄20的旋转可以直接传递至壳体32，并由此经由至少一个引导销40传递至第一板24。

第一板24的旋转通过突起30和槽口26之间的摩擦界面而传递至第二板28。当突起30和槽口26接合时，即当突起30和槽口26旋转地对齐并且突起30位于槽口26内时，手柄20的旋转将使手术器具18旋转。第一板24和第二板28之间的摩擦接合界面可称为扭矩传递界面，所述摩擦接合界面设置用于传递作用于第一板24的扭矩以旋转第二板28。

然而，如果高于扭矩限制的扭矩作用于手柄20，则将克服突起30和槽口26之间的接合摩擦力和压缩弹簧36相对第一板24的弹簧力。当所述作用力被克服时，突起30可与槽口26脱离，从而突起30从槽口26释放，并且突起30和槽口26不再旋转地对齐。当突起30与槽口26脱离时，手柄20的旋转不使器具18旋转。突起30和槽口26通过旋转手柄20直至突起30和槽口26旋转地对齐而可再次接合，此时压缩弹簧36将再次将突起30推入槽口26中。

预定的扭矩极限可通过改变以下任意一项或多项或者以下组合而确定：压缩弹簧36的弹簧系数；突起30和槽口26的相对斜率；槽口26的长度和深度；突起30的高度；突起30和槽口26分别与第一板24和第二板28的中心的径向距离；以及用于板24、28的材料。弹簧系数是压缩弹簧压缩力势能的测量值。弹簧系数表示为压缩弹簧的弹簧常数“k”，所述压缩弹簧在作用的负载使弹簧从自由长度变形至特定的变形长度时施加作用力“F”。弹簧系数常数以k＝F/L_free-L_def进行计算。

在一种实施方式中，本发明的手术工具10可设计为在例如大约10±1 in.-lbs.的扭矩时开始脱离扭矩传递界面，并在例如大约13±1in.-lbs.的扭矩时完全脱离。因此，如果需要例如13in.-lb.的扭矩以完全脱离扭矩传递界面(诸如第一板24和第二板28分别在手柄20和手术器具18之间的结合)，则突起30和槽口26可设计为当例如大致为10in.-lb.的扭矩作用于手柄20时开始脱离，当13in.-lb.的扭矩作用于手柄20时完全脱离。从而，大于预定的扭矩极限的扭矩，如15in.-lb.的扭矩并不能传递至杆12，这是因为突起30将在13in.-lb.的扭矩时与槽口26脱离。已经发现通过刮器刮削正常骨组织所需要的平均扭矩大致为2.0in.-lb.。因此，使得在10in.-lb.的扭矩时开始脱离而在13in.-lb.的扭矩时完全脱离的扭矩限制设备22可以允许刮削正常骨组织所需要的扭矩传递至手术器具。

现参考图3至图6，在本发明的另一个实施方式中，手术工具110可包括杆112，所述杆112具有第一端114和第二端116。第一端114和第二端116可分别包括杆112的顶端以及杆112靠近各顶端的区域。手柄120可位于杆112的第一端114附近，并且手柄120可由使用者操纵。手术器具118可结合或固定地连接至杆112的第二端116。扭矩限制设备122可连接至手柄120并连接至杆112，从而手柄120的旋转使杆112旋转，并因此使手术器具118旋转。

扭矩限制设备122可包括具有凹部126的板124和具有球130的球塞128。球130和凹部126可以为基本相同的形状和尺寸，从而它们能够安装在一起。球130可以是V形、具有平底部的V形、U形、半圆形、或任何其它适合的形状。球130和凹部126可以径向对齐，从而当球130与凹部126旋转地对齐时，球130安装进凹部126中。球塞128可以包括其它部件(未示出)，如手术器械设计领域的技术人员所清楚的。例如，球塞128包括中空缸体，球部分地在所述中空缸体中纵向滑动。球塞128还可包括：轴，其限制球130的运动；以及诸如弹簧之类的偏压机构，其易于在缸体中纵向地推动球130。球塞128还可具有允许球130进行纵向运动的其它构造。

板124和球塞128可以设置在壳体132中。壳体132一般可为中空柱状，其内径等于或大于板124的直径。壳体132可包括帽134，并且球塞128可安装或连接至帽124。在这种实施方式中，壳体132的旋转引起球塞128旋转。

板124可设置在壳体132中，从而允许板124的旋转运动，而阻止相对壳体132的纵向运动。这可通过对壳体132提供接触板124的底表面的诸如凸缘(ledge)之类的支撑件144或通过其它适合的装置而实现。

杆112可以与板124一体地形成或可例如通过焊接而固定地连接至板124。同样，板124的旋转可直接传递至杆112，并由此传递至手术器具118。

壳体132可进一步包括连接至帽134的法兰136。手柄120通过以相对紧密的公差安装在法兰136上而可连接至壳体132。因此，手柄120的旋转运动能通过法兰136传递至壳体132，并且又传递至球塞128。

球塞128的旋转通过球130和凹部126之间的摩擦接合界面传递至板124。当球130和凹部126接合时，即当球130和凹部126旋转地对齐并且球130位于凹部126内时，手柄120的旋转使手术器具118旋转。球130和凹部126之间的摩擦接合界面被称为扭矩传递界面，该摩擦接合界面设置用于传递作用于板124的扭矩以旋转手术器具118。

然而，当作用于手柄120的扭矩大于特定的预定扭矩极限时，球塞128将被压缩并且球塞128的球130从与凹部126的接合中升高至脱离位置。当球130和凹部126脱离时，手柄120的旋转将不再使手术器具118旋转。球130和凹部126通过旋转手柄120直到球130和凹部126旋转地对齐时再次接合，此时球塞128延伸，从而球130再次设置为接合在凹部126中。

最大的扭矩限制通过改变以下任意一项或多项或者以下组合而确定：球塞128中压缩弹簧的弹簧系数；球130和凹部126的形状和尺寸；球130和凹部126与板124的中心的径向距离；以及用于球130和板124的材料。

图8-11示出了本发明的另一个实施方式。在这种实施方式中，手术工具10可包括轴组件150，所述轴组件150具有近端151和远端152。轴组件150的近端151和远端152可分别包括轴组件150的顶端以及轴组件150靠近各顶端的区域。轴组件150能够包括中空轴153，所述中空轴153具有固定至轴153的近端151的外表面的球接合容座，如球棘爪套管154。长度大于轴153的长度的杆155能够插入轴153中。杆155能够包括在杆155的近端151连接的球接头156，正如图10和图11所示。

手柄160可以可操作地连接至杆155的近端151和轴组件150，并且手柄160可由使用者操纵。图8示出了装配有轴组件150的手柄160。图9示出了手柄160，其中手柄壳体161的一侧去除以示出手术工具10的手柄160和相关部件的内部构造和操作。手术工具10能够包括杠杆162，所述杠杆162在一端铰接地连接至手柄160的持握部163，并在相对端枢转地连接至手柄160的手柄壳体161内的头部164。如图9所示，杠杆162可被构造为在连接至手柄160的头部164的端部包括用于在杆155的近端151处容纳球接头156的球接头容座165或凹座，并由此将杠杆162可操作地连接至杆155。

手术器具166连接至杆155的远端152，如图8和图10所示。在所述实施方式中，手术器具166是一种刮器。然而，手术器具166可以是任何适于在如所述的杆155的端部处使用的手术器具。如图8所示，刮器可以与杆155和轴153的纵向轴线对齐，这可以是在手术工具10插入患者内部身体区域中时刮器的优选位置。当工具10在患者身体中的理想位置中时，刮器可围绕杆155中的接头167铰接，所述接头167延伸出轴153的远端152，从而刮器可移动至不同的位置中。例如，刮器可以在从与杆155的纵向轴线对齐的位置至与对齐位置呈大约135度(即，形成与杆呈大约45度的角)的位置的范围移动至理想的位置。使用刮器的一个优选的位置基本垂直于杆155的纵向轴线。刮器围绕接头167的这种铰接能够通过杠杆162朝手柄160的持握部163移动或远离手柄160的持握部163而实现。当杠杆162朝手柄160的持握部163移动时，杠杆162的可枢转端部沿逐渐远离的方向枢转，使得球接头156和连接的杆155沿逐渐远离的方向移动。当杆155沿逐渐远离的方向移动时，刮器围绕接头167铰接并从与杆155的对齐移动出并进入相对杆155呈一定角度的位置。当杠杆162远离手柄160的持握部163移动时，杠杆162的可枢转端部沿逐渐靠近的方向枢转，使得球接头156和连接的杆155沿逐渐靠近的方向移动。当杆155沿逐渐靠近的方向移动时，刮器围绕接头167铰接并朝向对齐杆155移动。这样，刮器可移动至多个用于刮削内部身体区域中组织的理想位置中。

在图8-11示出的实施方式中，扭矩限制设备170可被连接至手柄160并连接至轴组件150，从而手柄160的旋转使轴组件150和杆旋转，并由此使手术器具166旋转。扭矩限制设备170包括第一扭矩限制元件，所述第一扭矩限制元件可释放地接合第二扭矩限制元件。扭矩限制设备170包括：球塞(未示出)，其具有球或接合端部；以及球接合容座或球棘爪套管154，在其外表面具有棘爪172。球塞和接合球可以类似于图3示出的球塞128和球130。球棘爪套管154固定至轴153的近端151。球棘爪套管154中的棘爪172可以是槽口、凹部、或其它构造为容纳及接合球塞的球的间隙。接合球可以是圆形、半圆形、U形、V形、具有平底部的V形、或其它适合的允许接合及脱离球棘爪172的形状。

球塞和所连接的接合球可容纳在球塞壳体173中。在图8-11示出的实施方式中，球塞壳体173设置在手柄壳体161中的凹部中并垂直于球棘爪套管154排列，从而接合球可与球棘爪套管154中的棘爪172接合。球塞壳体173可以包括中空缸体，在所述缸体中球塞和接合球能够至少部分地沿球塞壳体173的纵向轴线滑动。偏压机构(未示出)，如压缩弹簧能够设置在球塞壳体173的外端174和球塞之间，以在球塞壳体173中向球棘爪套管154中的球棘爪172纵向地偏压球塞。球塞壳体173、偏压机构、球塞、以及接合球可包括其它部件(未示出)和/或具有其它允许球塞至接合球棘爪172及自接合球棘爪172中出来的纵向运动。

球棘爪套管154的接合球和棘爪172被相配合地进行构造，从而使球能够接合棘爪172，从而当旋转手柄160时能够旋转球棘爪套管154和所连接的轴153。作用于手柄160和球塞的旋转作用力通过接合球和球棘爪172之间的摩擦接合界面传递至轴153。当球和球棘爪172接合时，即当球和球棘爪172旋转地对齐并且球位于棘爪172内时，手柄160的旋转使手术器具166旋转。接合球和球棘爪172之间的摩擦接合界面被称为扭矩传递界面，该摩擦接合界面设置用于传递作用于手柄160的扭矩以旋转手术器具166。

当使用者作用超出预定扭矩极限的压力而旋转手柄160时，球塞将被压缩并且接合球将从与球棘爪172的接合中升高至脱离位置。即，接合球和球棘爪172可释放地接合。当球和球棘爪172脱离时，手柄160的旋转不再使手术器具166旋转。当手柄160旋转同时接合球与球棘爪172脱离时，手柄160通过杠杆162中围绕杆153的球接头156旋转的球接头容座165围绕杆153旋转。同样，手柄160与轴组件150脱离，并且避免太大扭矩导致的手术工具10的断裂。接合球和球棘爪172的构造同样设置用于使球在超过因手柄160的旋转产生的预定的扭矩极限时与棘爪172脱离。当接合球与轴153上的球棘爪172脱离时，手柄160可自由地旋转以重新定位球塞，并且接合球返回至球棘爪172中以将手柄160与轴组件150重新接合。除了避免手术工具10断裂，工具的使用还可易于重新开始，而不必去除工具10以修理或重新设置工具以进一步使用。这些特征将避免对患者造成损伤并缩短与断裂手术工具有关的手术时间。

如图8所示，球棘爪套管154可以可旋转地接触靠近套管154的邻端面或顶部的推力轴承175，并接触靠近套管154的远端面或底部的推力轴承175。在所述实施方式中，每个推力轴承175嵌入或安装在手柄壳体161中的配合空腔176中。球轴承(未示出)位于推力轴承175和球棘爪套管154之间的界面处。当球塞与球棘爪172脱离并且手柄160在超出预定的扭矩极限之后围绕轴组件150自由旋转时，推力轴承175有助于减小球棘爪套管154和手柄160之间的摩擦。

手术工具10可包括用于将轴组件150进一步固定至手柄160的机构。如图8所示，一个这种机构包括衬套177或盘状物，所述衬套177具有固定至手柄壳体161的螺纹孔。例如，衬套177可包括槽口178，所述槽口178构造为可靠地在手柄壳体161的配合部附近安装，从而将衬套177固定至手柄壳体161。“通孔”螺栓180可随后穿过衬套177的螺纹孔。在一种可选择的实施方式中，不使用衬套177，并可对在远端或下部推力轴承175下的手柄壳体161车螺纹以容纳通孔螺栓180。通孔螺栓180具有穿过螺栓180长度的中心的孔。通孔螺栓180能够在轴153的远端152上滑动穿过螺栓180中的中心孔并旋入衬套177的螺纹孔。通孔螺栓180一端上的拇指轮181可旋转以使螺栓180穿过衬套177。通孔螺栓180包括围绕螺栓180的外周设置的固定螺钉支撑套管182。螺栓180能够穿过衬套177，从而固定螺钉支撑套管182的上部边缘183抵接手柄壳体161的远端或底部边缘185。当固定螺钉支撑套管182在抵接手柄壳体161的适当位置中时，固定螺钉184能够穿过固定螺钉支撑套管182插入并接触通孔螺栓180的外表面。这样，减小或消除了在推力轴承175和轴组件150之间的包括球棘爪套管154的任何间隙或“空隙”。同样，当手柄160接合轴组件150时，阻止轴组件150相对手柄160的任何径向或轴向运动。

手柄160中球塞的旋转通过接合球和球棘爪172之间的摩擦界面传递至轴153。当球和球棘爪172接合时，即当球和球棘爪172旋转地对齐并且球位于棘爪172内时，手柄160的旋转使手术器具166旋转。然而，当作用于手柄160的扭矩大于预定的扭矩极限时，球塞可被压缩而接合球从与球棘爪172的接合中升高至脱离位置。当球与球棘爪172脱离时，手柄160的旋转不再使手术器具166旋转。球和球棘爪172通过旋转手柄160直到球和球棘爪172旋转地对齐时再次接合，此时球塞延伸从而接合球再次设置为接合在球棘爪172内。

图8-11示出的扭矩限制设备170的实施方式中最大的扭矩限制可通过改变以下任意一项或多项或者以下组合而确定：球塞中压缩弹簧的弹簧系数；球塞的接合球(未示出)的形状和尺寸；球棘爪172的尺寸和形状；球棘爪172与轴153的径向距离；以及用于球塞和球棘爪172的材料。

本发明可包括用于使用在此所述的扭矩限制设备22、122的方法的实施方式。现参考图7，方法200所示出的实施方式包括：将手术工具插入身体(210)，所述手术工具具有手柄，所述手柄与杆的扭矩传递界面，所述杆连接至手术器具。诸如刮器之类的手术器具可设置在身体中理想的位置中(220)。扭矩随后可作用于手柄(230)从而使杆和手术器具旋转。所述方法进一步包括通过作用大于预定扭矩极限的扭矩脱离手柄和杆之间的扭矩传递界面(240)。所述方法可进一步包括过大的扭矩已经使其脱离之后重新接合扭矩传递界面(250)。在一种实施方式中，扭矩传递界面包括手术工具的第一表面和手术工具的第二表面。表面中的一个包括与另一个表面中的槽口26可接合的突起30。第一表面与第二表面的重新接合(240)可包括旋转手柄，直到突起30和槽口26为了重新接合而重新对齐。

尽管本发明已经参考特定的实施方式进行了描述，然而应当认识到这些实施方式仅仅示出了本发明的原理。本领域的普通技术人员应当理解本发明的扭矩限制设备和方法可以以其它方式和实施方式进行建构并实施。因此，因为其它实施方式同样落入本发明的范围，因此在此的说明不应当作为对本发明的限制而进行解释。

Claims (32)

1.一种手术设备，包括：

杆，在一端连接至可旋转的手柄并在相对端连接至手术器具；

第一扭矩限制元件，连接至所述手柄；以及

第二扭矩限制元件，可操作地连接至所述杆和手术器具，并可释放地可接合所述第一扭矩限制元件，

其中，所述手柄的旋转引起所述杆和手术器具旋转，并且

其中，当作用于所述手柄的旋转作用力大于预定的扭矩极限时，所述第一扭矩限制元件与所述第二扭矩限制元件脱离，使得所述手柄可旋转，而所述杆和手术器具不旋转。

2.根据权利要求1所述的手术设备，其中，所述第一扭矩限制元件在脱离之后可重新接合所述第二扭矩限制元件，使得所述手柄的进一步旋转引起所述杆和手术器具旋转。

3.根据权利要求1所述的手术设备，

其中，所述第一扭矩限制元件还包括：(a)球塞，包括球并容纳在连接至所述手柄的缸体中；以及(b)偏压机构，位于所述缸体中并构造为将所述球塞球推动至接合第二扭矩限制元件，并且

其中，所述第二扭矩限制元件还包括球接合容座，所述球接合容座连接至所述杆用于可释放地接合所述球塞球。

4.根据权利要求3所述的手术设备，其中，所述球塞球在脱离之后可重新接合所述球接合容座，使得所述手柄的进一步的旋转引起所述杆和手术器具旋转。

5.根据权利要求3所述的手术设备，其中，所述球塞设置为基本垂直于所述杆。

6.根据权利要求3所述的手术设备，其中，所述偏压机构还包括弹簧。

7.根据权利要求3所述的手术设备，其中，所述第二扭矩限制元件连接至中空轴，所述杆通过所述中空轴可滑动地移动，并且其中，所述第一和第二扭矩限制元件嵌在所述手柄中的空腔中。

8.根据权利要求3所述的手术设备，还包括球轴承，所述球轴承位于所述球接合容座的相对侧上并固定地连接在所述手柄的空腔中。

9.根据权利要求1所述的手术设备，所述杆还包括球接头，所述球接头连接至所述杆的连接至所述手柄的端部，并且所述手柄还包括可枢转地连接至所述手柄的杠杆并具有围绕所述球接头可旋转地布置的球接头容座，

其中，当所述杠杆在所述手柄中枢转时，所述手术器具移动至相对于所述杆的一定角度处，并且

其中，当所述扭矩限制元件脱离时，所述手柄可围绕所述杆旋转，而所述手术器具不旋转。

10.根据权利要求1所述的手术设备，还包括第一表面，所述第一表面连接至所述手柄并偏压地接触连接至所述杆的第二表面，

所述第一扭矩限制元件还包括来自所述第一表面的突起，并且所述第二扭矩限制元件在所述第二表面中还包括用于可释放地接合所述突起的槽口。

11.根据权利要求10所述的手术设备，其中，所述突起在脱离之后可重新接合所述槽口，使得所述手柄的进一步的旋转引起所述杆和手术器具旋转。

12.一种手术设备，包括：

杆，具有第一端和第二端；

手柄，位于所述杆的所述第一端的附近；

手术器具，连接至所述杆的所述第二端；

第一表面，连接至所述手柄；以及

第二表面，连接至所述杆，所述第二表面可释放地可接合接触所述第一表面，使得所述手柄的旋转引起所述杆和手术器具旋转，

其中，当作用于所述手柄的旋转作用力大于预定的扭矩极限时，所述第一表面与所述第二表面脱离，使得所述手柄可旋转而所述杆和手术器具不旋转。

13.根据权利要求12所述的手术设备，还包括壳体，所述壳体连接至所述手柄并限定空腔，在所述空腔内设置有所述第一表面和所述第二表面。

14.根据权利要求13所述的手术设备，所述第一表面包括具有突起的第一板，并且所述第二表面包括具有槽口的第二板，其中，所述突起与所述槽口可接合。

15.根据权利要求14所述的手术设备，其中，所述突起和所述槽口为基本相同的尺寸和形状。

16.根据权利要求14所述的手术设备，还包括弹簧，所述弹簧设置在所述壳体和所述第一表面之间，所述弹簧能够在所述第一表面上施加作用力以使所述突起与所述槽口接合。

17.根据权利要求14所述的手术设备，所述壳体还包括支撑件，所述支撑件防止所述第二表面向所述杆的所述第二端运动。

18.根据权利要求13所述的手术设备，所述第一表面包括球塞，所述球塞具有连接在一端的球，并且所述第二表面包括具有凹部的盘，其中，所述球可释放地与所述凹部可接合。

19.根据权利要求18所述的手术设备，其中，所述球和所述凹部为基本相同的尺寸和形状。

20.一种手术设备，包括：

杆，包括第一部分和第二部分，所述第一部分可旋转地连接至所述第二部分；

手柄，连接至所述杆的所述第一部分；

器具，连接至所述杆的所述第二部分；

第一板，连接至所述杆的所述第一部分，所述第一板具有凸部；

第二板，连接至所述杆的所述第二部分，所述第二板具有凹部，所述凹部具有与所述第一板的所述凸部基本相同的尺寸和形状；

壳体，该壳体限定空腔，所述第一板和所述第二板装配在所述空腔内部，并且所述第二板通过凸缘被约束在所述壳体内；以及

压缩弹簧，设置在所述壳体的帽和所述第一板的表面之间，使得所述弹簧向着所述第二板纵向推动所述第一板，

其中，所述第一板的所述凸部可接合所述第二板的所述凹部，使得所述杆的所述第一部分的旋转引起所述杆的所述第二部分和所述器具旋转，并且

其中，当作用于所述手柄和所述杆的所述第一部分的旋转作用力大于预定的扭矩极限时，所述弹簧压缩并且所述第一板的所述凸部与所述第二板的所述凹部脱离，使得所述第一部分可旋转而所述第二部分和所述器具不旋转。

21.根据权利要求20所述的手术设备，所述杆还包括柱状管，在所述柱状管中设置有致动器，可操作所述致动器以启动所述器具。

22.根据权利要求20所述的手术设备，还包括触发器，所述触发器布置在所述手柄上，可用于控制所述致动器。

23.一种手术设备，包括：

杆，具有第一端和第二端；

手柄，位于所述杆的所述第一端的附近；

手术器具，连接至所述杆的所述第二端；

球塞，包括球并容纳在连接至所述手柄的缸体中；

弹簧，位于所述缸体中并构造为在所述缸体中沿纵向推动所述球塞；以及

盘，连接至所述杆并具有凹部，所述凹部具有与所述球塞的所述球基本相同的尺寸和形状，

其中，所述球塞球可接合所述盘的所述凹部，使得所述手柄的旋转引起所述杆和手术器具旋转，并且

其中，当作用于所述手柄的旋转作用力大于预定的扭矩极限时，所述弹簧压缩并且所述球塞球与所述凹部脱离，使得所述手柄可旋转而所述杆和手术器具不旋转。

24.根据权利要求23所述的手术设备，还包括壳体，所述壳体连接至所述手柄并限定空腔，所述空腔具有基本柱状的形状和一定直径并且在其中设置有所述盘和球塞。

25.根据权利要求24所述的手术设备，所述盘和所述壳体空腔各具有一定直径，其中，所述空腔的直径介于0和10毫米之间并大于所述盘的直径。

26.根据权利要求23所述的手术设备，所述手柄具有用于容纳所述杆的所述第一端的空腔。

27.根据权利要求23所述的手术设备，所述壳体包括用于限制所述杆的纵向运动的机构。

28.一种使用手术工具的方法，包括：

提供所述手术工具，所述手术工具具有：杆，所述杆在一端可旋

转地接合手柄，并在相对端连接至手术器具；以及第一扭矩限制元件，

连接至所述手柄并可接合第二扭矩限制元件，所述第二扭矩限制元件可操作地连接至所述手术器具；

将所述手术器具和所述杆的一部分插入内部身体区域；

将第一旋转作用力作用于所述手柄以旋转所述手术器具；和

将大于预定扭矩极限的第二旋转作用力作用于所述手柄，由此将所述第一元件与所述第二元件脱离，使得所述手柄旋转而所述手术器具不旋转。

29.根据权利要求28所述的方法，还包括旋转所述手柄以将所述第一元件重新接合所述第二元件，使得所述手柄的进一步的旋转引起所述手术器具旋转。

30.根据权利要求29所述的方法，

所述手术工具还包括第一表面，所述第一表面连接至所述手柄并偏压地接触连接至所述杆的第二表面，

所述第一扭矩限制元件还包括来自所述第一表面的突起，并且所述第二扭矩限制元件还在所述第二表面中包括槽口，

其中，旋转所述手柄以使所述第一元件重新接合所述第二元件还包括使来自所述第一表面的所述突起与所述第二表面中的所述槽口重新对齐。

31.根据权利要求29所述的方法，

所述第一扭矩限制元件还包括球塞，该球塞具有连接的球，并且所述第二扭矩限制元件还包括球接合容座，所述球偏压地接触所述球接合容座，

其中，旋转所述手柄以使所述第一元件重新接合所述第二元件还包括使所述球塞球与所述球接合容座重新对齐。

32.根据权利要求28所述的方法，其中，所述球塞设置为基本垂直于所述杆。

Images