CN101511288A - 用于脊柱固定的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于将相对彼此呈预设角度(60)的第一和第二固定元件分别连接至脊椎(84)的第一和第二位置(114a、114b)的系统，包括：第一导向线(112)，该第一导向线被构造为插入所述脊椎的所述第一位置(114a)；角导向系统，该角导向系统包括被构造为相对彼此呈所述预设角度(60)设置的第一(162)和第二导向臂(172)，且所述第一导向臂(162)被构造为插在所述第一导向线(112)上，且所述第二导向线(116)被构造为通过所述第二导向臂(172)插入所述脊椎的所述第二位置(114b)。所述第二导向线(116)包括被构造为相对彼此枢转的第一(116a)和第二构件(116b)。

Description

用于脊柱固定的系统和方法
相关共同尚未授权申请的交叉参考
本申请要求于2006年7月21日提交的序列号为60/832,468且题为“用于骨面固定的系统和方法”的美国临时申请的权益，其内容通过参考的方式清楚地合并在此。
技术领域
本发明涉及一种用于脊柱固定的系统和方法，更详而言之，涉及一种利用了包括枢转导向线和用于定位导向线的角导向系统的脊柱固定组件的脊柱固定系统和方法。
背景技术
人体脊柱是由相互连接的独立脊椎构成。在正常的情况下，构成脊柱的结构起到保护神经系统结构的功能，并允许我们站直、承受轴向载荷，且灵活地弯曲和转动。然而，当这些脊柱结构中的一个或多个异常时，脊柱会出现失调。在这些病态情况下，可以尝试外科手术来将脊柱恢复到正常，获得稳定性，保护神经系统结构，或者缓解病人的不适。对于多数特别是对引起神经系统结构压迫的脊柱失调，脊柱外科手术的目的通常是对神经元减压和/或相邻脊椎节的融合。由于融合能够阻止因小关节(facet joints)或椎间盘的运动引起的疼痛，在矫正缺陷之后将脊柱保持在适当位置，并防止诸如椎间盘切除(discectomies)、椎板切除(laminectomies)或椎体切除(corpectomies)的脊柱手术之后的脊柱不稳定和/或变形，因此融合起到很好的效果。椎间盘切除和融合或椎体切除和融合最常见地在颈椎中执行，但是在胸椎和腰椎中的应用也在持续增加。
存在着多种用于稳定脊柱的脊柱固定系统，从而实现骨融合。这些固定系统的大多数利用诸如杆线或板的固定元件，该杆线或板连接到螺接进椎体、骨面或椎弓根的螺丝。由于椎体的外表面典型地是非平面的，并且脊椎的结构相对复杂，因此重要的是，当将固定元件插入脊椎时，将固定元件(例如，杆、板、线、钉和/或螺丝)合理地对齐。不适当的对齐可能导致固定元件的不适当或不稳定放置和/或固定元件的分离。然而，在实际中，实现和保持固定元件的精确定位和导向被证明是相当困难的。由于因脊柱曲率和生理解剖结构的个体差异所产生的固定装置穿过一个椎体或成对椎体的对齐角对于每个个体来说是唯一的，因此这进一步加重了这种定位难度的复杂性。因此，存在着脊柱固定元件的角导向和放置用的系统和方法的需求。
发明内容
概括而言，在一个方面，本发明特征化了一种用于将相对彼此呈预设角度的第一和第二固定元件分别连接至脊椎的第一和第二位置的方法。该方法包括：将第一导向线插入脊椎的第一位置；然后将角导向系统的第一导向臂插在所述第一导向线上，然后将角导向系统的第二导向臂设定为相对于第一导向臂呈预设角度，然后将第二导向线穿过第二导向臂插入脊椎的第二位置。所述第二导向线包括被构造为相对于彼此枢转的第一和第二构件，并且所述方法进一步包括将第二导向线的第一构件枢转出第一导向线的平面，同时所述第二导向线的第二构件保持定位在所述第二位置。接着，扩张第一导向线周围的组织，并将第一固定元件插入并连接到脊椎的第一位置。接着，将第一构件枢转回第一导向线的平面，然后扩张第二导向线周围的组织，并将第二固定元件连接到第二脊椎位置中。
本发明的这方面的实施可以包括下面特征的一个或多个。该第一和第二位置可以是小关节、椎弓根、脊椎横突、关节间部、脊膜、椎体、骶骨、侧块或枕骨位置。组织扩张包括将扩张器插在第一导向线上，且所述扩张器包括外扩张器套管和被构造为在所述外扩张器套管中移动并扩张所述组织的内扩张器。所述方法进一步包括在插入和连接所述第一固定元件之前，钻入所述第一位置。所述钻入是利用包括可调节钻头深度的钻头来执行的。利用包括可调节钻头深度和自动钻头止挡块的钻头来执行所述钻孔。利用包括固定元件保持和释放机构的驱动器将所述第一固定元件插入并连接至所述第一位置。所述固定元件可以是螺丝，该螺丝具有细长体和垫圈，该细长体具有位于远端的螺纹部和位于近端的头，该垫圈被构造为相对于所述头呈一定角度定位。所述垫圈包括具有被构造用于接合所述第一位置的突起的底面。所述突起可以是长钉、齿、锯齿、槽或脊。
概括而言，在另一方面，本发明特征化了一种用于将相对彼此呈预设角度的第一和第二固定元件分别连接至脊椎的第一和第二位置的系统。该系统包括：第一导向线，该第一导向线被构造为插入所述脊椎的所述第一位置；角导向系统，该角导向系统包括被构造为相对彼此呈所述预设角度设置的第一和第二导向臂，并且第一导向臂被构造为插在第一导向线上；以及第二导向线，该第二导向线被构造为通过所述第二导向臂插入脊椎的第二位置。所述第二导向线包括被构造为相对彼此枢转的第一和第二构件。
本发明的优点可以是下列中的一个或多个。该系统允许通过最小入侵外科手术一次一件地植入或移除固定元件。固定元件相对彼此的角定位减小了反复荧光成像的需求，这减小了外科手术时间和病人的辐射暴露。
附图说明
参考附图，其中贯穿这些视图相同的数字表示相同的部件：
图1是病人腰部的示意后视图；
图2示出将第一导向线插入图1的病人的背部；
图3示出将骨针插在图2的第一导向线上；
图4示出利用图3的骨针拍击骨头；
图5示出移除骨针；
图6示出将第一导向构件插在图5的第一导向线上；
图7示出将第二导向构件连接至图6的第一导向构件；
图8示出设定第一和第二导向构件之间的夹角并将第二导向线通过第二导向构件插入病人背部；
图9示出移除第二导向构件；
图10示出移除第一导向构件；
图11示出将组织扩张器插在第一导向构件上；
图12示出扩张第一导向线周围的组织；
图13示出移除内扩张器构件；
图14示出将钻子插入外扩张器构件；
图15示出钻入第一导向线周围的骨头；
图16示出钻孔过程的自动止挡机构；
图17示出移除钻子；
图18示出将第一骨面螺丝插入第一导向线上的开口；
图19为具有安装了骨面螺丝的下脊椎的示意图；
图20为枢转导向线的示意图；
图21为骨面螺丝的前透视图；
图22为图21的骨面螺丝圈的底面细节图；
图23为图22的骨面螺丝圈的两种不同方位的前视图；
图24为图11的扩张器的前透视图；
图25为图15的钻子的前透视图；以及
图26为图18的螺丝起子的前透视图。
具体实施方式
参考图1-图19，用于骨面固定(facet fixation)的新方法包括下列步骤。首先，病人80俯卧定位，平躺在手术台，以准备进行最小入侵外科手术(minimally invasive surgery，MIS)(100)。接着，射频照相地确定对应于L5腰椎84的第一小关节的位置114a，并标记在病人的腰部。对于MIS手术，实施皮肤切口81，并将第一导向线112插入小关节位置114a(110)。导向线112的放置通过摄取病人背部的荧光图像来确认。荧光图像进一步用于确定脊椎84的小关节114a、114b的位置以及它们之间的角度关系。导向线112或者Kirschner线(也称为K线)是细、刚性线，用于在整形外科和其他类型的医疗和兽医外科手术中稳定骨碎片。Kirschner线是Martin Kirschner 1909年引入到外科手术中的。它们是无菌、尖锐、光滑的不锈钢针，且具有不同的尺寸。这些线可以钻过骨头，以将骨碎片保持在适当位置。它们被经由皮肤放置(穿过皮肤)，由此避免了一些情况下的手术。在其他情况下，在手术后，使用K-线，以将骨碎片保持在适当位置。在一些情况下，K-线包括螺纹，用于螺接入骨头中。在脊柱外科手术中，使用K-线作为导向线，用于骨固定部件的放置，例如螺丝和销。或者通过开放外科手术或者在荧光镜或X-射线观察的条件下，将它们插入，并在插入螺丝之后将它们移除。在一个示例中，导向线112是140mm的螺纹K-线，由SpineFrontier有限公司(麻萨诸塞州，贝弗莉)制造。
接着，将骨针122插在导向线112(120)上，并拍击进小关节114a(130)。在一个实施例中，骨针122是Jamshide骨针，由Baxter-Allegiance制造。然后移除骨针(140)，并将X-导向工具400的第一臂162插在导向线112上(150)。将X-导向工具400的第二臂172在枢接点176连接至第一臂162(160)，并且将两臂162、172之间的夹角60设定为使得通过第二臂插入的第二导向线116将会合脊椎84的第二小关节114b。如前面所述的，从病人背部的荧光图像确定角度60。然后，将第二导向线通过X-导向工具400的第二臂172插进第二小关节114b的位置(170)。第二导向线116包括在点117枢转连接的两个细长构件116a、116b，如图20中所示。在一个示例中，导向线116是50cm螺纹枢转K-线，由SpineFrontier有限公司(麻萨诸塞州，贝弗莉)制造，并且X-导向工具400也是由SpineFrontier有限公司(麻萨诸塞州，贝弗莉)制造的两臂角定位导向器。接着，将两导向臂172、162移除(180)、(190)，并且将枢转导向线116的上臂116a枢转出第一导向线112的平面，如图11中所示(200)。然后，将组织扩张器350插在第一导向线112上(200)。组织扩展器350包括外扩张器套管352和内扩张器354，该内扩张器被构造为在外扩张器套管352中滑动，如图24中所示。在一个示例中，组织扩张器350是由SpineFrontier有限公司(麻萨诸塞州，贝弗莉)制造的扩张器。在外扩张器套管中推进内扩张器354，将第一导向线112周围的组织扩张(210)。接着，移除内扩张器354，并将外扩张器套管352推进到病人组织中(220)，如图13中所示。接着，将手钻头360插入外扩张器套管(230)。参考图25，手钻头360具有手柄364和可调节止挡块362。钻头止挡块362和手柄364之间的距离363被调节为对应于需要插入小关节114a的骨面螺丝的长度。因此，在步骤240中，将长度363调节为匹配骨面螺丝21的长度301，如图21所示，然后将手柄向下推进，直到碰到止挡块362为止(250)。在一个示例中，手钻头360是由SpineFrontier有限公司(麻萨诸塞州，贝弗莉)制造的钻头。接着，移除手钻头360(260)，并将具有可移除连接的螺丝300的螺丝起子370通过外扩张器套管354插入位置114a(270)。将螺丝300连接到位置114a，并移除螺丝起子370和外扩张器套管354。参考图26，在一个示例中，螺丝起子370具有可移除螺丝连接机构376，且是由SpineFrontier有限公司(麻萨诸塞州，贝弗莉)制造。
接着，拉直第二导向线116的上臂116a，并且对于第二小关节位置114b重复扩张、钻孔和螺丝驱动的操作，致使两关节螺丝300a、300b分别连接至位置114、114b(280)。类似地，在相邻脊椎82和86的其他小关节位置驱动其他的骨面螺丝。
参考图21，骨面螺丝300包括细长体302，该细长体在一端具有扁平头306，在相对端具有螺纹部304。垫圈308适配在头306周围。垫圈308被构造为在一定角度313围绕着头306枢转，如图23中所示，并在底面具有用于保持进骨头中的齿312，如图22中所示。在一个示例中，骨面螺丝300具有大约40mm的长度301，20mm的非螺纹部长度303，大约9mm的头宽度309，4.5mm的主体宽度，2mm的垫圈宽度和7.5度的垫圈枢转角313。骨面螺丝300是由SpineFrontier有限公司(麻萨诸塞州，贝弗莉)制造，且由诸如不锈钢或钛的金属、塑料、生物可吸收材料或陶瓷制造。
其他的实施例涵盖在随附的权利要求的范围中。例如，第二导向线可以是非枢转K-线，或者第一和第二导向线两者都是枢转K-线。垫圈308的底面可以包括脊、锯齿、槽或长钉。
已经说明了本发明的几个实施例。然而，应该理解的是，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以进行各种修改。因此，其他实施例涵盖在随附的权利要求的范围中。

Claims (20)

1、一种用于将相对彼此呈预设角度的第一和第二固定元件分别连接至脊椎的第一和第二位置的方法，包括：
将第一导向线插入所述脊椎的所述第一位置；
将角导向系统的第一导向臂插在所述第一导向线上，其中所述角导向系统包括所述第一导向臂和被构造为相对于所述第一导向臂呈预设角度设置的第二导向臂；
在相对于所述第一导向臂呈所述预设角度处，设定所述第二导向臂；
将第二导向线通过所述第二导向臂插入所述脊椎的所述第二位置，其中所述第二导向线包括被构造为相对于彼此可枢转的第一和第二构件；
将所述第二导向线的所述第一构件枢转出所述第一导向线的平面，同时所述第二导向线的所述第二构件保持定位在所述第二位置；
扩张所述第一导向线周围的组织，且将所述第一固定元件插入并连接到所述脊椎的所述第一位置；
将所述第一构件枢转回到所述第一导向线的平面中；以及
扩张所述第二导向线周围的组织，且将所述第二固定元件插入并连接到所述第二脊椎位置。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二位置包括小关节、椎弓根、脊椎横突、关节间部、脊膜、椎体、骶骨、侧块或枕骨位置中的一个。
3、根据权利要求1所述的方法，其中所述扩张组织包括将扩张器插在所述第一导向线上，其中所述扩张器包括外扩张器套管和内扩张器，该内扩张器被构造为在所述外扩张器套管中移动并扩张所述组织。
4、根据权利要求1所述的方法，进一步包括在插入和连接所述第一固定元件之前，钻入所述第一位置。
5、根据权利要求4所述的方法，其中利用包括可调节钻头深度的钻头来执行所述钻入。
6、根据权利要求5所述的方法，其中所述钻头包括自动钻头止挡块。
7、根据权利要求1所述的方法，其中利用包括固定元件保持和释放机构的驱动器将所述第一固定元件插入并连接至所述第一位置。
8、根据权利要求1所述的方法，其中所述固定元件包括螺丝，且所述螺丝包括细长体和垫圈，该细长体具有位于远端的螺纹部和位于近端的头，该垫圈被构造为相对于所述头呈一定角度定位。
9、根据权利要求8所述的方法，其中所述垫圈包括底面，该底面包括被构造用于接合所述第一位置的突起。
10、根据权利要求9所述的方法，其中所述突起包括长钉、齿、锯齿、槽或脊中的一个。
11、一种用于将相对彼此呈预设角度的第一和第二固定元件分别连接至脊椎的第一和第二位置的系统，包括：
第一导向线，该第一导向线被构造为插入所述脊椎的所述第一位置；
角导向系统，该角导向系统包括被构造为相对彼此呈所述预设角度设置的第一和第二导向臂，并且其中所述第一导向臂被构造为插在所述第一导向线上；
第二导向线，该第二导向线被构造为通过所述第二导向臂插入所述脊椎的所述第二位置，其中所述第二导向线包括被构造为相对彼此枢转的第一和第二构件。
12、根据权利要求11所述的系统，进一步包括扩张器，该扩张器被构造为插在所述导向线上，用于扩张所述导向线周围的组织并提供插入并连接所述固定元件到所述脊椎的所述位置用的通道，其中所述扩张器包括外扩张器套管和内扩张器，该内扩张器被构造为在所述外扩张器套管中移动并扩张所述组织。
13、根据权利要求12所述的系统，进一步包括钻头，该钻头被构造为通过所述外扩张器套管钻入所述脊椎的所述位置。
14、根据权利要求13所述的系统，其中所述钻头包括可调节钻头长度。
15、根据权利要求14所述的系统，其中所述钻头进一步包括自动钻头止挡块。
16、根据权利要求11所述的系统，其中所述第一和第二位置包括小关节、椎弓根、脊椎横突、关节间部、脊膜、椎体、骶骨、侧块或枕骨位置中的一个。
17、根据权利要求12所述的系统，进一步包括驱动器，该驱动器构造为将所述固定元件通过所述外扩张器套管插入并连接至所述位置，并且其中所述驱动器包括固定元件保持和释放机构。
18、根据权利要求11所述的系统，其中所述固定元件包括螺丝，且所述螺丝包括细长体和垫圈，该细长体具有位于远端的螺纹部和位于近端的头，该垫圈被构造为相对于所述头呈一定角度定位。
19、根据权利要求18所述的系统，其中所述垫圈包括底面，该底面包括被构造用于接合所述第一位置的突起。
20、根据权利要求19所述的系统，其中所述突起包括长钉、齿、锯齿、槽或脊中的一个。
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