图1示出髋关节的大致解剖结构以及接近髋关节以露出近端的股骨11和髋臼 12的典型外科进路10。对于整体髋关节更换已知有四种髋关节的外科进路。这些 进路包括没有转节骨切开术的后进路、横向转节进路、没有转节骨切开术的前进路， 以及史密斯-彼特森进路(Smith-Peterson approaches)。对于整体髋关节的关节造 形术还已知有直接的侧进路。接近髋关节的最普通进路是后进路，而切开的肌肉组 织可包括短的内旋转肌和外旋转肌、股筋膜张肌、股方肌、梨状肌、以及臀中肌、 臀小肌和臀大肌的必要部分。
在传统的整体髋关节更换的外科手术中，髋关节通过大的创口暴露出来，以使 外科医生全面地看见髋关节和髋臼区域，并为外科手术的动力器械提供通路。移去 股骨头并铰大和钻出股骨通道以制备骨质表面来支承髋关节茎干。该茎干可粘牢在 位置上，或进行压配以使骨质生长。髋臼作好制备，通常采用附连到外科手钻上的 磨头来将软骨下移到出血的骨头上。如图1所示的用于外科手术暴露的皮肤切口通 常在八和十二英寸之间的长度范围内变化，髋关节外展肌和外旋转肌有部分或完全 的释放，则造成包围髋关节的软组织很大的创口。
在整体髋关节的微创手术中，如图2所示，切口21通常为二至四英寸长度。 尽管二至四英寸的外科切口通常是较小或最小的创伤侵入的髋关节手术，但由于病 人的生理条件、外科医生的偏好或其它因素，还会有某些变化。外科手术方法包括 用钝切开来分离臀大肌以获得进入髋关节被膜和转节窝。肌肉切开通常局限于转节 窝处的梨状肌腱的释放。本技术领域内的技术人员可以认识到，根据个体病人、外 科医生的偏好等因素，上述的外科手术方法可以有变化。
再次参照图2，切口21、肌肉切开和被膜切开局限于肉眼能充分观看、器械放 置和操作以及放置植入物所需要的范围。一般的进路是没有肌肉释放的后进路。或 者，外科医生可以选择单独释放梨状肌腱，或结合部分或整体地释放外旋转肌、股 方肌和臀小肌来释放梨状肌腱。切口大小要刚好足以暴露股骨头和髋臼12，并能 放入包括磨头22、扩孔钻驱动器24、手柄20以及股骨钻孔器26在内的如图3A 至3C所示的扩孔钻系统。如图11A和11B所示的磨头移去工具88以及如图12A 和12B所示的磨头释放工具92也可用于扩孔钻系统。可供选择地是，一个或多个 组织扩张器18可用来将软组织保持在视线之外或张开组织以便放入器械。或者， 一个或多个组织扩张器可与手柄20合成一体，或可以与扩孔钻驱动器24合成一体， 或是它们的组合。
扩孔钻驱动器24、手柄20、磨头22、股骨钻孔器26、磨头移去工具88、磨 头释放工具92和/或它们中的每一个的结构副部件通常用合适的不锈钢制成，制 造方法既可以是机加工、金属注入模制，也可以是冲压加工。或者，可采用如下的 材料，其包括但不局限于：钛和钛合金、钴铬合金，以及其它生物相容的金属。诸 如PEEK、Ultem、Celcon、Delron和Radel之类的生物相容的塑料也可用于某些副 部件。用生物相容的塑料制造的副部件可以机加工或注入模制。
如图3C所示的扩孔钻驱动器24与手柄20、磨头22和股骨钻孔器26一起使 用，以制备髋臼12。参照图3A和3B，股骨钻孔器26的结构是用来制备近端的股 骨并保持在股骨内以支承扩孔钻驱动器24。扩孔钻驱动器24的结构是一旦放入髋 关节内腔内就会延伸。如图3A所示，扩孔钻驱动器24陷缩起来减小扩孔钻系统 的外形，以便通过小创口置入。扩孔钻驱动器24放置在股骨钻孔器26上，并用液 压方法将股骨11与髋臼12伸缩开来，同时，对磨头22施加力以便制备髋臼12 而可接受植入物。可供选择地是，扩孔钻驱动器24通过伸缩扩孔钻驱动器活塞47 和线性花键48而沿磨头22轴线延伸。或者，扩孔钻驱动器24可构造成有扩孔钻 驱动器活塞47来延伸扩孔钻驱动器24，或有线性花键48来延伸扩孔钻驱动器24。 可供选择地是，线性花键48可以构造成为可在扩孔钻驱动器24内从气缸起延伸的 活塞。至少一个通道59布置在磨头22的圆周内，以在扩孔钻驱动器24完全缩回 时允许手柄20的间隙。液压压力施加在花键管39上以延伸线性花键48，该花键 提升磨头22而允许磨头22的面60通过手柄20，同时让磨头20转动。液压压力 施加到活塞管40上以延伸活塞47，活塞47将磨头22推进到髋臼12内，并在股 骨11和髋臼12之间提供张开力，以使切割元件15与髋臼的诸如软骨和骨头的材 料相配合。
现参照图4A和4B，手柄20构造有内部驱动轴31，该驱动轴在一端构造有 Hudson配件用来与标准外科钻相附连。或者，驱动轴31可构造有Hall适配器， 可以采用适用于附连到外科钻上的圆柱形、方形、六角形或其它形状的配件。把手 32构造成方便于外科医生的操作并固定在手柄20的底部33上。筒35用螺纹方法 固定到底部33。锁定套筒34也用螺纹方法固定到底部33，以使筒35与底部33 固定。筒的开口37构造成可滑动地接受扩孔钻驱动器24，该扩孔钻驱动器配合手 柄20的筒35内的卡口锁定装置36。参照图6A，扩孔钻驱动器24上的附连凸台 45构造成可滑动地被接纳在筒开口37内。如图6A所示的小齿轮43的外部方形驱 动44构造成可滑动地被接纳在驱动轴38的内部方形驱动29内，如图4B所示。 两个从扩孔钻驱动器24的附连凸台45中突出出来的凸台46配合手柄20的筒内卡 口锁定装置36。筒35沿底部33延伸以对附连凸台45提供间隙而滑入筒35内。 扩孔钻驱动器24顺时针方向转动，使卡口锁定装置36与从附连凸台45中突出出 来的凸台46配合。筒35还用螺纹方法固定到底部33，由此，将扩孔钻驱动器24 的附连凸台45上的凸台46固定在卡口锁定装置36内。锁定套筒34然后挺进而将 筒35固定到位。可供选择地是，驱动轴31可构造成驱动扩孔钻驱动器24而无需 手柄20的其它副部件。
参照图6A、6B、6C和6D，扩孔钻驱动器24构造成可延伸，以便在髋臼钻 孔过程中在股骨11和髋臼12之间提供扩张力。线性花键48可滑动地被斜齿轮50 和外壳底部52接纳。线性花键48在其和外壳底部52之间具有流体密封件，并构 造成沿着线性花键轴线在外壳底部52内滑动。或者，可使用本技术领域内的技术 人员所公知的用来传递转动运动的键联接的伸缩性联接器，将磨头22联接到扩孔 钻驱动器24。用诸如消毒盐水或其它合适液体之类的流体通过花键管48供应到圆 柱形外壳和线性花键48内的液压压力可使线性花键48延伸。花键管39具有标准 的路厄(Luer)配件41，用来附连到注射泵或其它合适的加压装置。活塞47构造 成可滑动地接纳位于股骨钻孔器26上的钻孔柱27，如图3C所示。通过诸如消毒 盐水那样合适的流体产生的液压压力施加到活塞管40以伸展活塞47。活塞管40 具有标准的路厄配件42以附连到注射泵或其它合适的加压装置。在如图3B和6A 所示的实施例中，磨头22构造成与线性花键48螺纹地相连。在另一实施例中，磨 头22构造成快速与扩孔钻驱动器24附连。或者，扩孔钻驱动器24的活塞47构造 成可操作地联接到第一骨头，该骨头在本实施例中是股骨。在一实施例中，活塞 47被第一骨头支承，并相对于第一骨头可自由地转动角度。可供选择地是，活塞 自由地沿着第一骨头或在第一骨头内滑动。在另一实施例中，活塞47构造成可操 作地联接到第一骨头，采用夹具、加销的紧固件、螺纹紧固件或本技术领域内的技 术人员熟知的其它紧固件进行联接。在另一实施例中，扩孔钻驱动器24构造成不 用活塞47而可操作地联接到第一骨头。在一实施例中，扩孔钻驱动器24被第一骨 头支承，并相对于第一骨头可自由地转动角度。可供选择地是，扩孔钻驱动器24 自由地沿着第一骨头或在第一骨头内滑动。在另一实施例中，扩孔钻驱动器24构 造成可操作地联接到第一骨头，采用夹具、加销的紧固件、螺纹紧固件或本技术领 域内的技术人员熟知的其它紧固件进行联接。
现参照图5，磨头22构造成螺纹地附连到扩孔钻驱动器24。支架54在其三个 附连点55处固定到磨头22的内表面57上。本技术领域内的技术人员可以认识到， 支架54可以构造成带有一个或多个附连点55，以便附连到磨头22上而适于围绕 刀具开口58进行附连。在一实施例中，支架54构造成有内螺纹56以便螺纹地连 接到扩孔钻驱动器24的线性花键48上。支架54还可附连到磨头22，例如，通过 焊接、钎焊等方法进行附连。在支架和线性花键接口处采用右螺纹，而磨头22的 切割作用是磨头22的右手向转动造成的。根据本实施例用来移去骨头的磨头22 的操作会趋于将支架54拧紧到线性花键48上。或者，支架54构造成通过螺纹附 连、卡口附连、压配附连或粘结附连方式，或用螺纹紧固件、压配销、机械夹子或 本技术领域内的技术人员公知的其它附连装置，将支架附连到磨头22。
在一实施例中，磨头22固定到扩孔钻驱动器24的线性花键48上，使线性花 键48可从扩孔钻驱动器24中移去。在该实施例中，线性花键48构造成通过螺纹 附连、卡口附连、压配附连或粘结附连方式，或用螺纹紧固件、压配销、机械夹子 或本技术领域内的技术人员公知的其它附连装置，将花键附连到磨头22。在另一 实施例中，线性花键48通过焊接、钎焊等方法永久地附连到磨头22。
在本发明的一实施例中，如图7所示，磨头22形成了支架62可附连在其上的 突出部61。在此实施例中，支架62构造有内螺纹65，用来螺纹地附连到扩孔钻驱 动器24的线性花键48的外螺纹49上。或者，花键62可以永久地在接触点处附连 到所形成的突出部61上，所述接触点由从支架62延伸到对应形成的突出部61的 一个或多个凸台63所形成。在另一实施例中，支架与磨头的接口用销子68固定， 销子通过所形成的突出部61内的间隙孔66放入，并配装在支架凸台63内的压配 孔64内。或者，支架62构造成通过螺纹附连、卡口附连、压配附连或粘结附连方 式，或用螺纹紧固件、压配销、机械夹子或本技术领域内的技术人员公知的其它附 连装置，将支架附连到磨头22。
现参照图7和11A和11B，磨头22通过拧松而可从扩孔钻驱动器24和/或 线性花键48中移去。为了简化该步骤，可提供磨头移去工具88。磨头移去工具88 具有一个或多个突出的凸台90，每个凸台90对应于磨头22内多个接纳坑89中的 每个坑。磨头移去工具88放置在磨头22上，使凸台93延伸到磨头22内对应的接 纳坑89内。磨头移去工具88上的一个或多个作用臂91搁置抵靠在手柄20的筒 36上，而附连在手柄20上的外科钻(未示出)反转，由此，将磨头22从扩孔钻 驱动器24和/或线性花键48中拧松。可供选择地是，使用T形手柄起子(未示 出)代替外科钻来从扩孔钻驱动器24中拧松磨头22。磨头移去工具88和磨头22 然后提离扩孔钻驱动器24。
现参照图8，图中示出支架67的一实施例，该支架67包括多个用来快速附连 到磨头22的夹子69，以便能够更换磨头而不需拧螺纹。支架67可操作地与扩孔 钻驱动器24联接。磨头22形成了一个或多个夹子69可附连在其上的突出部61。 在此实施例中，支架67构造有内螺纹70，用来螺纹地附连到扩孔钻驱动器24的 线性花键48的外螺纹49上。参照图8、9和10，夹子69由两个弹性臂73和74 组成，每个臂分别具有内部闭锁件75和76。夹子69的内表面81和82间隔开以 便贴切地接纳搁置在所形成突出部61的侧面71和72上的形成的突出部61。围绕 内部闭锁件75和76的接纳表面83和84向外呈锥形，这样，当弹性臂73和74 处于其闲置位置时，使得每个接纳表面83和84的上边缘85和86之间的间距相应 地大于所形成的突出部61的侧面71和72之间的间距。由于磨头22压入到支架 67的夹子69内，所以，所形成的突出部61沿着其对应的接纳表面83和84滑动， 由此，将夹子69的弹性臂73和74展开。当所形成的突出部61通过其在支架67 上对应的内部闭锁件75和76时，内部闭锁件75和76将所形成的突出部61保持 在夹子69内，由此，将磨头22锁定到支架67。当处于锁定位置时，所形成的突 出部61的内面87搁置抵靠在支架67的支承面79上，由此，使磨头22相对于支 架67对中。所形成的突出部61的侧面71和72可滑动地被支架67的内支承表面 77和78接纳，提供将扭矩从支架67传递到磨头22的能力。在支架和线性花键接 口处采用右螺纹，而磨头22的切割作用是磨头22的右手向转动造成的。用来移去 诸如软骨和骨头之类材料的磨头22的操作，使切割元件15靠在半球形表面上，这 会趋于将支架67拧紧到线性花键48上。或者，支架67构造成通过卡口附连、压 配附连、焊接附连或粘结附连方式，或用螺纹紧固件、压配销、机械夹子或本技术 领域内的技术人员公知的其它附连装置，将支架附连到线性花键48。可供选择地 是，支架67可以与线性花键48形成一体。
参照图9、10和12A和12B，利用磨头释放工具92释放支架67的夹子，可 移去磨头22。磨头移去工具92具有一个或多个突出的凸台93，每个凸台93对应 于支架67上的夹子69。磨头释放工具92放置到磨头22上，使凸台93延伸到磨 头22内对应的接纳坑89内。每个凸台93的底表面96搁置在磨头22上每个所形 成的突出部61的上表面97上。凸台侧面94和95可滑动地被夹子69接纳表面83 和84接纳，由此，将夹于69的弹性臂73和74展开并释放磨头22。磨头释放工 具92和磨头22然后提离支架67。
在本发明的一实施例中，扩孔钻驱动器24、手柄20和磨头22是可重复使用 的部件。或者，手柄20和磨头22是可重复使用的，而扩孔钻驱动器24是单次使 用或多次使用后丢弃的装置。在另一实施例中，手柄20是可重复使用的器具，而 扩孔钻驱动器24和磨头22是单次使用或多次使用后丢弃的装置。在本发明的还有 另一实施例中，磨头22与扩孔钻驱动器24一体地形成。
现已讨论了本发明的每个部件，以下是本发明扩孔钻系统使用方法的讨论。根 据已知的技术，暴露出髋关节内腔，已知技术包括但不局限于以上所述的技术。使 用大腿骨钻孔器26来制备股骨的通道，使股骨钻孔器26在手术后保持在股骨通道 内。将扩孔钻驱动器24和磨头22组装起来，并放到股骨钻孔器26上。本技术领 域内的技术人员可以认识到，将器械放置到手术部位上的顺序，可根据外科医生的 偏好和关节内腔的进入方式变化。扩孔钻驱动器24和磨头22可以组装在手术部位 外面或关节内腔内。扩孔钻驱动器24在手术部位之外组装到手柄20上。可供选择 地是，手柄20在髋关节内腔之内组装到扩孔钻驱动器24上。选择合适规格的磨头 22附连到扩孔钻驱动器24。外科医生选择磨头22，它是合适规格范围的一组磨头 的部分，以用来制备病人的髋臼。磨头22直径范围通常在36mm至80mm内，每 档规格递增1mm。一般来说，外科医生将选择小于髋臼直径的初始磨头规格，以 便初步地对髋臼进行扩孔。
为了以微创方式将磨头22定位在髋臼12内，扩孔钻驱动器24如图3A所示 地先进行陷缩以减小放置到关节内腔内的尺寸大小。一旦就位后，扩孔钻驱动器 24构造成如图3C所示地延伸以在股骨和髋臼之间提供扩张力，而磨头22定位在 髋臼12内，以便启动扩孔过程。然后用较大的磨头更换初始的磨头22，通常，是 直径上大1mm，而重复髋臼的扩孔步骤。重复该过程直到外科医生确定髋臼制备 得合适而可接纳植入物为止。为了允许磨头22规格与扩孔钻驱动器24有互换性， 磨头组内的每个磨头22构造成有对应的线性花键48。这样，更换不同规格的磨头 22既快速又有效。为了进一步简化磨头在扩孔过程中的更换，磨头移去工具88和 磨头释放工具99可用来从扩孔钻驱动器24和/或线性花键48中移去磨头22。一 旦扩孔过程完成，髋臼12已制备好，就可根据本技术领域内的已知技术植入整体 的髋关节更换装置。
尽管参照具体的实施例描述了本发明，但本技术领域内的技术人员将会对本发 明所述的实施例作出各种修改，而不脱离本发明的精神和范围。这里所使用的术语 和描述，仅是为了说明而进行阐述，并不意味着是限制。本技术领域内的技术人员 将会认识到，所有这些和其它的变化可以落入由附后权利要求书和其等价物所定义 的本发明的精神实质和范围之内。
相关申请的交叉参照
本申请是2005年9月28日提交的美国临时专利申请系列no.60/721,450的部 分继续申请并要求对其的优先权，上述申请是2003年5月5日提交的美国专利申 请系列no.10/429,435的部分继续申请，美国专利申请系列no.10/429,435是2002 年2月12日提交的美国专利申请系列10/075,829现为美国专利No.6,723,120的分 案，在此以参见的方式引入这些专利申请的全文。