CN101316559A - 铰接多轴向螺钉及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种骨锚固装置(100)。该装置可包括基本刚性的轴(160)，该轴具有构造成与骨头接合的螺纹部。该骨锚固装置还可包括牢固地附接在所述轴上的头部(180)和具有与该头部的铰接连接(220)的盖部(200)。在所述头部与盖部之间可形成大致为球形的空腔(240)。

Description

铰接多轴向螺钉及使用方法
本申请要求于2005年9月30日提交的U.S.临时申请No.60/722,337的权益，其内容引用于此作为参考。
技术领域
本发明涉及用于将外科手术植入物锚固在骨组织上的装置和方法。具体地，本发明涉及多轴向螺钉(polyaxial screw)，所述多轴向螺钉可构造成用于骨稳定装置如可植入的杆式稳定系统。
背景技术
脊柱疾病导致严重的病状。这些疾病包括脊椎、椎间盘、椎小关节和围绕脊柱的连接组织的异常。这些异常可能源于多种因素，包括机械损伤或椎间盘退变性疾病。这些异常可导致脊柱不稳定，使脊椎不齐整并在相邻椎骨间产生异常运动。更严重的疾病可能导致脊椎骨表面磨损或使神经受压，这最终会引起剧烈的疼痛。此外，脊柱疾病常常是慢性的和会逐渐加重的问题。
对于脊柱疾病的治疗可包括长期的医药治疗或外科手术。医药治疗通常旨在控制病症如疼痛，而非矫正根本的问题。对于某些患者来说，这可能需要长期使用止痛药，而这可能改变患者的精神状态或引起其它不利的副作用。
另一种治疗手段是外科手术，这常常是高侵入性的并且可能显著改变脊柱的解剖学构造和功能。例如，对于某些脊柱疾病的外科手术治疗包括脊柱融合术，其中可使用骨移植物和/或人造植入物使两个或多个椎骨结合。该融合过程是不可逆/不可还原的并且可能显著改变脊椎的运动范围。此外，现有的外科手术方法常常只适用于处于病情明显加重状态的患者。
因此，脊柱外科医生们已开始研究更先进的外科手术方法以及脊柱稳定和/或修复装置，这些方法和装置的侵入性更低，可能可逆，并且不会对患者的正常解剖学构造和脊柱功能造成那么大的改变。这些方法可用于疾病发展的较早阶段，在某些情况下甚至可停止或逆转病情的加重。
对于某些外科手术方法和稳定植入物来说，期望使用能以多种构型植入的骨锚固元件。例如，经常希望使用能在适当的角度范围内固定在骨头上并且仍然与整体治疗系统的其它部件适当连接的骨螺钉。
近来，脊柱外科医生已开始研究更动态的治疗系统。这样的治疗系统可提供具有一定限度但受控的运动，并且可为患有多种疾病如脊柱侧凸和椎间盘退变性疾病的患者提供更好的护理。这些系统可受益于改进的包括多轴向螺钉在内的骨锚固元件。
发明内容
本发明的一个方面包括骨锚固装置。该装置可包括基本刚性(substantially rigid)的轴，该轴具有构造成与骨头接合的螺纹部。该骨锚固装置还可包括牢固地附接在所述轴上的头部和具有与该头部的铰接连接的盖部。在所述头部与盖部之间可形成大致为球形的空腔。
本发明的第二方面包括骨锚固系统。该装置可包括锚固件，该锚固件具有基本刚性的轴，还具有构造成与骨头接合的螺纹部。该锚固件还可包括牢固地附接在所述轴上的头部和具有与该头部的铰接连接的盖部。在所述头部与盖部之间可形成大致为球形的空腔。该系统还可包括构造成与杆接合并牢固地设置在所述大致为球形的空腔内的大致为球形的部件。
应当理解，上述一般性说明和下面的详细说明都仅为示例性和说明性的，而非对所要求保护的本发明构成限制。
结合在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出本发明的数个实施例，并与所作说明一起用于解释本发明的原理。
本发明的其它目的和优点将在下面的说明中部分阐述，或者可通过本发明的实施而被认识到。通过在所附权利要求中特别指出的要素及组合可实现和获得本发明的目的和优点。
附图说明
图1A示出根据所公开的示例性实施例的骨锚固装置和杆连接系统的分解视图。
图1B示出根据所公开的示例性实施例的杆连接器的透视图。
图1C示出根据所公开的示例性实施例的杆连接器的透视图。
图2A示出根据所公开的示例性实施例的组装好的骨锚固装置和杆连接系统的剖视图。
图2B示出根据所公开的示例性实施例的组装好的骨锚固装置和杆连接系统的前后视图。
图2C示出根据所公开的示例性实施例的组装好的骨锚固装置和杆连接系统的透视图。
具体实施方式
图1A示出根据一示例性实施例的骨锚固装置100和杆连接系统120的组成部件。骨锚固装置100可包括螺纹轴160，螺纹轴160可构造成牢固地接合一个或多个骨结构。该骨锚固装置100还可包括牢固地附接在轴160上的头部180，以及盖200。盖200可与头部180形成铰接连接220，并且头部180和盖200可共同形成大致为球形的空腔240的一部分。可设置大致为球形的连接器260作为杆连接系统120的一部分，以有利于骨锚固装置100和植入物如稳定杆140的牢固连接，如图2A和2B所示。连接器260可构造成在使用时安置在空腔240内。
如图所示，稳定杆140包括圆柱形杆。但是，应理解，杆140可包括适于通过外科手术施用于患者的任意类型或种类的可植入杆。在示例性的应用中，这样的杆可沿脊柱在一个或多个位置被植入，以利于脊柱的齐整和/或稳定。此外，在某些情况下，适当的稳定杆可与其它治疗手段一起使用或单独使用，以校正脊柱畸形如脊柱侧凸。此外，杆可提供稳定以治疗椎间盘、椎小关节、韧带和/或会影响脊柱的任意其它解剖学构造的疾病。
此外，稳定杆140可与一个或多个附加部件协作以形成可植入治疗系统。例如，在一个实施例中，稳定杆140可固定在一块或多块骨头上，包括一个或多个椎骨、骶骨或任意其它适当的骨结构。此外，稳定杆140可形成与其它可植入部件的柔性或刚性连接，所述其它可植入部件例如包括棘突间稳定系统、后路动态稳定装置、椎板钩或肉茎钩、椎体修补物、椎盘修补物和/或任意其它适当的可植入装置。
骨锚固装置100的轴160可包括多种适当的构型。例如，轴160可包括多种适当的形状、长度、材料和/或物理特性。所述轴的具体形状、尺寸和/或材料可基于期望的植入位置、装置所处的物理和/或生物学环境以及装置是永久性还是暂时性植入来进行选择。
在一个实施例中，轴160可包括构造成牢固地接合一个或多个骨结构的螺纹部。可从多种适当的型式中选择具体的螺纹型式。例如，对于各种不同的骨螺钉可采用多种适当的螺纹型式。适当的螺纹型式可根据目标解剖学位置、总体骨骼健康情况和/或所使用的伸出长度来进行选择。此外，适当的螺纹型式可具有多种不同的截面形状如多边形、圆形或正方形(quadratic shape)。此外，螺纹沿螺钉的长度可具有均一的深度，或者螺纹深度可沿螺钉的长度变化。例如，在一个示例性实施例中，如图1A和2A-2C所示，螺钉可具有朝头部180减小的螺纹深度。
骨锚固装置100可由多种适当的材料制成。此外，骨锚固装置100的各个部件可由单一材料制成。或者，骨锚固装置100可由多种不同材料制成。例如，在一个实施例中，可植入骨结构中的轴160可由具有一定物理特性以及适当的生物相容性的材料制成。其它部件如头部180或盖200可由具有很耐久的物理特性的材料制成，这可确保与稳定杆140的可靠和永久的连接。
在一个实施例中，骨锚固装置100可包括生物相容性材料。例如，骨锚固装置100可包括多种适当的生物相容性金属、陶瓷、复合物和/或聚合材料。这样的材料可包括如钛、不锈钢、钴铬合金、氧化锆、镍-钛合金、PEEK、聚乙烯和/或任意其它适当的材料。具体的材料可根据期望的物理特性——例如包括期望的弹性模量、强度、断裂韧度和/或任意其它适当的机械特性——来进行选择。
头部180可牢固地连接于轴160。例如，在一个实施例中，头部180和轴160可构造为单一部件。或者，头部180和轴部160可被分别制造并在后面的制造中牢固地连接在一起。如果作为单独的部件被制造，则头部180和轴160可使用任意适当的方法连接。例如，形成头部180和轴160的材料可通过电弧焊、激光焊和/或其它任意适当的焊接方法被焊接。作为替换地或附加地，轴160和头部180可使用例如螺纹连接、压配合连接或形状配合或卡扣连接而被牢固地接合。
如前所述，盖200可与头部180形成铰接连接220。可使用任意适当的铰接连接。例如，如图1A所示，头部180和轴160均可包括供铰接连接件300穿过的一个或多个铰接开口280。在一个实施例中，铰接连接件300可包括如与铰接开口280形成压配合连接的圆柱形杆或销。或者，铰接连接件300可包括螺纹连接件如螺钉、螺栓、螺母和螺栓组合或任意其它适当的连接件。
在植入前，骨锚固装置100可被拆分、部分组装或全部组装。例如，在一个实施例中，骨锚固装置100可被提供为分离的部件，并且外科医生可在手术前或手术期间组装这些部件。特别地，可为外科医生提供轴160和头部180，外科医生可将它们牢牢地固定在骨头上。接着外科医生可对铰接连接220进行组装以将盖200连接于头部180。或者，可为外科医生提供具有已通过铰接连接220固定于头部180的盖200的骨锚固装置100。这样，外科医生就不必花费额外的时间和精力来组装骨锚固装置100并且不会有遗失一个或多个小部件或不正确地组装骨锚固装置100的风险。
大致为球形的空腔240可构造成牢固地接纳连接器260。此外，连接器260和空腔240可构造成形成可松脱的或永久性的连接。例如，在一个实施例中，头部180可构造成与连接器260形成卡扣配合连接。
图2A示出包括连接器260和植入物140的骨锚固装置100的侧视图。在该实施例中，头部180被示出为具有边缘320，该边缘形成至少并优选大于180°的弧。大于180°的该弧在将连接器260安置在空腔240内期间可对连接器260的表面产生一定的压力，从而形成卡扣配合连接。
此外，头部180可构造成具有一定的柔性以便于连接器260通过卡扣配合连接安置到空腔240内。例如，在一个实施例中，头部180可由具有一定柔性的材料形成。适当的材料可具有一定的弹性模量并且可包括某些金属如钛。作为替换地或附加地，头部可包括一个或多个凹口320或沟槽(如图1A和2A所示)，这可为头部180提供较薄的部分。凹口320可有利于空腔240的侧向扩张，从而使得连接器260可安置到空腔240内。
连接器260也可构造成轻微地压缩或扩张。连接器260的压缩和扩张可用于几个目的。例如，在一个实施例中，连接器260可被设置成与稳定杆140分离的部件，并且连接器260的压缩和/或扩张可有利于连接器260在稳定杆140上的牢固安置。此外，连接器260的压缩可有利于连接器260在空腔240内的安置，特别是在空腔240和连接器260构造成形成滑动配合(紧密配合，snug fit)或卡扣配合连接时。
连接器260的压缩和扩张能以多种适当的方式来实现。例如，在一个实施例中，连接器可由具有一定弹性模量的材料制成。作为替换地或附加地，连接器260可包括一个或多个可提供压缩或扩张的结构特征。例如，如图1A所示，连接器260可包括一个或多个表面缝隙380或凹口。缝隙380可使得连接器260压缩或扩张。缝隙380的这种压缩或扩张将使连接器260内的供稳定杆140穿过的开口360缩小或变大。
连接器260和稳定杆140能以多种适当构型被提供。例如，在一个实施例中，连接器260和稳定杆140可作为分离的部件被提供，并且外科医生可通过将稳定杆140置于连接器的开口360内来组装这些部件。或者，连接器260和植入物可预先被组装。
连接器260能以多种适当的构型被提供。例如，如所示，连接器260包括带有圆形外表面的环。该圆形外表面提供了大致为球形的形状，可配合在空腔240内。此外，环形连接器260可包括为环提供可压缩性和/或可扩张性的表面缝隙380。此外，如所示，表面缝隙380可包括相对的S形缝隙380或凹口。但是，也可使用任意适当的缝隙形状或构型。例如，缝隙380可包括一个缝隙380、两个缝隙380、三个缝隙380或其它任意适当数目的缝隙380。此外，缝隙380可包括S形缝隙380(如图1A所示)、直线形缝隙或任意其它适当的构型。例如，在一个实施例中，如图1B所示，连接器260’包括正直地横穿连接器260’宽度的直线形缝隙380’。在另一个实施例中，如图1C所示，连接器260”包括成一定角度地横穿连接器260”宽度的直线形缝隙380”。
此外，连接器260和稳定杆140能以多种适当的方式连接。例如，在一个实施例中，连接器260可刚性地固定在稳定杆140上或构造成单一部件。在另一个实施例中，连接器260可构造成在植入前或植入后沿稳定杆140的纵向轴线390滑动。在又一个实施例中，连接器260可绕稳定杆140的纵向轴线390转动。此外，连接器260可在盖200关闭后在空腔240内转动。连接器260的转动可使得杆140在相对角度位置方面加以适配，这在动态治疗系统中是非常希望实现的。
在使用时，外科医生可选择预先组装好的稳定杆140和连接器260，或者以期望构型连接稳定杆140和连接器260。然后外科医生可将连接器260安置在已被适当地固定于骨组织的骨锚固装置100的大致为球形的空腔240内。此外，卡扣配合构型使得外科医生可将连接器260安置在空腔240内并在手术进行时移除或重新安置一个或多个部件。
在外科医生已适当地安置好连接器260和稳定杆140后，外科医生可将盖200置于连接器260上以将连接器260固定在空腔240内。盖200可相对于铰接连接件300转动，从而可打开或关闭空腔240。盖200和头部180可构造成接纳锁定装置400。锁定装置400允许外科医生使盖200相对于头部180和铰接连接220固定在关闭状态。在一个实施例中，锁定装置400关于空腔240置于铰接连接220的对面。在另一个实施例中，锁定装置400设置在空腔240的设有铰接连接220的同一侧。
锁定装置400可包括多种适当的锁定装置。例如，锁定装置400可包括螺纹装置如螺钉、螺栓或螺母和螺栓的组合。锁定装置400也可包括压配合连接件。可选择任意适当的锁定装置400。
骨锚固装置100可构造成为外科医生提供一定的关于关闭盖200的松紧程度的选择。如图2B所示，盖200和头部180可包括设置锁定装置400处的间隙420。在一些实施例中，外科医生可上紧或松开锁定装置400以增大或减小间隙420的大小。
控制间隙420的大小允许骨锚固装置100相对于稳定杆140具有一定程度的运动。例如，在一个实施例中，通过上紧锁定装置400，外科医生可在连接器260与空腔240之间形成紧连接。这种紧连接可防止骨锚固装置100绕连接器260的任意转动。或者，外科医生可选择允许骨锚固装置100自由转动或在一定程度的阻力下转动的构型。可根据期望的临床应用和患者的特点来选择特定的运动程度。应注意，外科医生可通过控制装置如何被植入、部件如何被组装和/或通过选择用于提供期望特征的植入物来选择期望的运动程度、阻力或任意其它植入物特征。
具有大致为球形的空腔240的骨锚固装置100可在适当的角度范围内接合连接器260，并且如上所述，可保持相对于连接器260的一定程度的转动性。植入物的可变接合和转动性可有利于骨锚固装置100和稳定杆140的植入，同时也产生了期望的临床结果。例如，骨锚固装置100相对于稳定杆140转动的能力使得外科医生能以一定的角度范围连接骨锚固装置100，从而在手术期间提供更大的灵活性。此外，在植入后，骨锚固装置100可保持相对于稳定杆140的一定程度的可动性。这种在植入后的持续的可动性可有利于某些动态治疗系统的连接，这些动态治疗系统可构造成为脊柱提供受控但持续的运动。
在本实施例中，与连接器260接合的骨锚固装置100使得稳定杆140能够以三个自由度相对于骨锚固装置100转动。如所述，球形连接器260可构造成在大致为球形的空腔240内转动，从而允许连接于球形连接器260的杆140转动。如图2C所示，球形连接器260和杆140可构造成分别沿A、B和C方向绕X、Y和Z三条轴线中的任意一条或全部转动。在一些实施例中，连接器260和杆140可构造成绕杆140的轴线390转动达360°。此外，连接器260和杆140可构造成相对于X和Z轴转动一定角度。例如，连接器和杆140可构造成在约-45°至约45°、约-30°至30°或约-15°至15°的范围内绕X和Z轴之一或两者转动。可通过选择适当大小的连接器260、空腔240和/或杆140而控制具体的转动量。此外，如前所述，连接器260可刚性地固定于杆140，或者可相对于杆140转动或滑动。
空腔240和/或连接器260也可包括一种或多种表面衬垫材料(surfacelining material)。这样的材料可包括多种适当的表面衬垫材料。这些材料可根据期望的物理特性——例如包括特定的摩擦学特性或冲击吸收性能——来进行选择。例如，在一个实施例中，空腔240可衬有相对于连接器260的表面具有低摩擦系数的材料。在一个实施例中，空腔240可具有包括聚乙烯材料如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的表面。
考虑到本说明和本文所公开的本发明的实践，本发明的其它实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。本说明书和示例应被看作仅仅是示例性的，本发明的真正范围和精神由所附权利要求来限定。

Claims (45)

1、一种骨锚固装置，包括：
基本刚性的轴，该轴具有构造成与骨头接合的螺纹部；
牢固地连接在所述轴上的头部；
具有与所述头部的铰接连接的盖部；和
形成在所述头部与盖部之间的大致为球形的空腔。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括用于将所述盖固定在所述头部上的紧固装置。
3、如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述铰接连接相对于所述球形空腔位于所述盖的第一侧，所述紧固装置相对于所述球形空腔位于所述盖的第二侧。
4、如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述铰接连接和所述紧固装置相对于所述球形空腔位于所述盖的同一侧。
5、如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述紧固装置包括螺钉。
6、如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述紧固装置包括螺栓。
7、如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述紧固装置包括压配合紧固件。
8、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述铰接连接包括铰接紧固件。
9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述铰接紧固件包括螺钉。
10、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述铰接紧固件包括螺栓。
11、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述铰接紧固件包括压配合紧固件。
12、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述头部包括下边缘，所述下边缘形成所述大致为球形的空腔的大于180度角的范围。
13、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述头部包括下边缘，所述下边缘形成所述大致为球形的空腔的小于或等于180度角的范围。
14、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述头部构造成与大致为球形的部件形成卡扣配合连接。
15、如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述头部包括一个或多个沟槽。
16、如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述头部由从包括钛、钢、钴铬合金、不锈钢和聚合材料的组中选出的材料形成。
17、一种骨锚固系统，包括：
锚固件，包括：
基本刚性的轴，该轴具有构造成与骨头接合的螺纹部；
牢固地连接在所述轴上的头部；
具有与所述头部的铰接连接的盖部；和
形成在所述头部与盖部之间的大致为球形的空腔；以及
构造成与杆接合并牢固地设置在所述大致为球形的空腔内的大致为球形的部件。
18、如权利要求17所述的系统，其特征在于，还包括用于将所述盖固定在所述头部上的紧固装置。
19、如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述铰接连接相对于所述球形空腔位于所述盖的第一侧，所述紧固装置相对于所述球形空腔位于所述盖的第二侧。
20、如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述铰接连接和所述紧固装置相对于所述球形空腔位于所述盖的同一侧。
21、如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述紧固装置包括螺钉。
22、如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述紧固装置包括螺栓。
23、如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述紧固装置包括压配合紧固件。
24、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述铰接连接包括铰接紧固件。
25、如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述铰接紧固件包括螺钉。
26、如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述铰接紧固件包括螺栓。
27、如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述铰接紧固件包括压配合紧固件。
28、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述头部包括下边缘，所述下边缘形成所述大致为球形的空腔的大于180度角的范围。
29、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述头部包括下边缘，所述下边缘形成所述大致为球形的空腔的小于或等于180度角的范围。
30、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述头部构造成与所述大致为球形的部件形成卡扣配合连接。
31、如权利要求30所述的系统，其特征在于，所述头部包括一个或多个沟槽。
32、如权利要求30所述的系统，其特征在于，所述头部由钛形成。
33、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述大致为球形的部件构造成与杆可拆卸地接合。
34、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述大致为球形的部件构造成与杆滑动地接合。
35、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述大致为球形的部件构造成与杆刚性地接合。
36、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述大致为球形的部件构造成与杆永久性地接合。
37、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述大致为球形的部件在所述锚固件的大致为球形的空腔内转动。
38、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述锚固件构造成以相对于所述杆的一定范围内的角度连接到所述大致为球形的部件。
39、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述大致为球形的部件是可压缩的。
40、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述大致为球形的部件包括环。
41、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述大致为球形的部件包括至少一个凹口。
42、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述大致为球形的部件包括至少一个表面缝隙。
43、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述杆构造成治疗脊柱的弯曲。
44、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述杆构造成促进脊柱融合。
45、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述杆构造成固定可植入的治疗系统。
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