CN101647724A - 包括杆的挠性稳定装置以及用于制造所述杆的工具 - Google Patents

Abstract

包括杆的挠性稳定装置以及用于制造所述杆的工具。一种用于连接至少两个附连到脊柱椎骨上的骨锚固装置的挠性稳定装置，挠性稳定装置包括：由弹性体材料制成的挠性杆，所述杆具有其中设置有至少一个第一凹槽的表面，所述第一凹槽通过分离一部分所述弹性体材料形成。

Description

包括杆的挠性稳定装置以及用于制造所述杆的工具

技术领域

本发明涉及一种用于连接至少两个附连到脊柱椎骨上的骨锚固装置的挠性稳定装置(a flexible stabilization device)。

背景技术

这种挠性稳定装置大体上可以包括具有相当大的刚度以便稳定脊柱的杆。骨锚固装置可以包括设有用于接收所述杆的凹槽的接收部以及用于实现接收部和所述杆之间的紧密连接的固定螺钉。接收部还连接有或者整体地形成有骨螺钉，骨螺钉可以拧入相邻的椎骨中，例如拧入椎弓根中。由此，使用上面描述的杆可以连接多个骨锚固装置。

近年来已经有许多用于提供具有挠性特性的连接杆的成果。所述的挠性允许脊柱以受控的方式运动。

举例来说，WO1996/016608A1提出一种椎骨使用的杆，所述椎骨使用的杆由基本为刚性的材料(即金属或金属合金)制成。因此，所述杆在横截面大体为圆柱形的第一部分上是刚性的。然而，在第二部分上，所述杆基本为平坦的以使得在矢形面上是挠性的，而在正向面上是抗挠性的。在过渡区域上，平坦度从第一部分朝向第二部分平稳地增加。

本申请人的US2005/085815A1提出一种杆状元件，其中一个挠性段与两个相邻的刚性段整体地形成。所述杆状元件可以由金属材料构成，并且所述挠性段可以由允许挠曲的螺旋弹簧提供。在一个特定实施例中，所述挠性段(即螺旋弹簧)的横截面在一个方向上是平坦的，以实现所需的挠性特性。

本申请人的US2007/049937A1在一个实施例中提出一种杆状植入元件，其中挠性段连接在刚性部分之间。所述挠性段由例如聚氨酯或聚硅醚制成，而刚性部分由例如钛制成。所述连接由螺纹提供。另外，所述挠性段可以具有减小的或增大的粗细，这取决于所需的压缩量或者伸长能力。

US2007/270821A1提出一种椎骨稳定器，该稳定器包括形成为一件式构造的连接器。所述连接器具有环形段，与插入段相比所述环形段具有减小的直径，以便允许环形段的拉伸。所述连接器可以由挠性纤维材料形成。

US2003/191470A1提出一种动态固定系统，其中杆的形状和粗细可以制成为用作弹簧或枢轴。所述杆可以通过连接器与椎弓根螺钉相连接，同时弹性体材料可以用于杆，尽管这不是优选的。根据所需的挠曲特性或扭曲特性可以形成阶梯状的平坦横截面。

发明内容

本发明的一个目的是进一步改进稳定人体椎骨的已知技术和提供一种挠性稳定装置，这种稳定装置满足了所需的挠曲特性和扭曲特性，同时降低了制造挠性稳定装置的精力和费用。

这些目的和其它目的通过一种根据所附权利要求1所述的包括杆的挠性稳定装置以及一种根据权利要求11所述的用于从杆上分离材料的工具来实现。其它方面和其它实施例从所附的权利要求书中变得明了。

根据本发明的一个方面，一种挠性稳定装置包括由弹性体材料制成的挠性杆和杆表面，在杆表面上设置有至少一个第一凹槽，所述第一凹槽通过从所述杆上分离材料形成。

所述凹槽可以影响杆的局部弯曲特性和/或扭曲特性。一方面，可以从杆上沿第一方向直接去除材料而进行所述分离。因此，由此形成的凹槽可以在一个特定(第二)方向上影响杆的抗挠刚度，而在另一方向上，例如在垂至于第一方向的方向上可以保持杆原来的抗挠刚度。

因此，施加到杆上的凹槽可以用于根据所涉及的脊柱的特定需要，沿一个定向方向实现杆的减小的抗挠刚度。例如，可以沿脊柱在特定位置上减小杆的整体抗挠刚度，以允许改进例如正向面或矢形面上的挠曲。

在一个特定实施例中，分离过程是指使用冲压工具或切割工具从杆上冲掉材料。这进一步允许根据预期要求，沿杆表面形成多个冲压凹槽-在考虑局部抗挠强度以及凹槽相对于杆或脊柱的定向的情况下。根据该方面的特定实施例，多个凹槽的深度、长度、相互定向或数量密度均可以沿杆变化，以便在挠曲和/或扭曲方面以最合适的方式治疗脊柱的不同部分。

根据一个相关方面的工具包括：凹模，该凹模具有用于接收杆连接器的第一孔以及至少一个用于接收第一冲切件的第二孔，并且所述工具还包括所述冲切件，所述冲切件装配在所述至少一个第二孔内并且能够相对于所述至少一个第二孔运动。由此，所述第一孔和所述至少一个第二孔彼此相交，从而使得能够由所述能够运动的冲切件从所述挠性杆上冲掉材料，以形成所述凹槽。

可以发现的是，使用如上所述的具有冲压凹槽的杆和应用对应的冲压工具的一个具体的优点在于：因为不需要复杂的注射模制方法，所以可以由外科医生或另一人员在实际的手术之前完成杆的成形。还可以在手术室操作环境中容易地使用所述工具。

这些目的和其它目的通过一种根据所附权利要求1所述的包括杆的挠性稳定装置和一种根据权利要求11所述的用于从挠性杆上分离材料以制造挠性稳定装置的工具来实现。其它方面和其它实施例由从属权利要求中变得明了。

附图说明

通过参考下面的结合附图的详细描述，骨锚固装置的其它特征和优点将变得明了并且能够被更好地理解。附图中：

图1示出脊柱的示意图，脊柱上添加有包括一套骨螺钉和三种杆的之一的稳定装置；

图2以透视图示出根据一个实施例的包括凹槽的杆；

图3与图2相同，但以俯视图示出杆在所示状态之间被旋转了90度；

图4示出用于从根据第一实施例的弹性体杆上分离材料的工具的透视图，所述工具处于分离前的状态；

图5与图4相同，但处于工具被操作以分离材料的状态下；

图6与图4相同，但以剖面图示出；

图7与图5相同，但以剖面图示出；

图8以透视图示出用于从弹性体杆上分离材料的工具的第二实施例，其中所示状态是指分离方法的第一步骤；

图9与图8相同，但是涉及第二步骤；

图10与图8相同，但是涉及第三步骤；

图11与图8相同，但是涉及第四步骤；

图12示出通过分离方法可以施用给挠性杆的凹槽的其它实施例。

具体实施方式

图1以示意图示出动态稳定装置可以附连到其上的脊柱的一个实例，该图反映了本发明的一个特定实施例。

在动态稳定装置中，挠性杆22可以用于在杆由相应的骨锚固装置20夹紧时融合(fusion)到脊柱椎骨上。由此，在外科医生选定的合适高度的位置处骨锚固装置20被拧入特定的椎骨中。骨锚固装置可以是单轴(即骨螺纹部和接收部彼此刚性地固定)或多轴(即在锁定之前，骨螺纹部能够相对于接收部的轴线枢转)类型之一，但是本实施例不应当受限于骨锚固装置的特定功能。

在图1中央部分中示意性地表示的杆22在其整个长度上包括恒定的直径或粗细并且由弹性体材料制成。所述粗细选择成使得能够在杆的整个长度上提供适当的刚度或刚性。当该杆由骨锚固装置的对应的接收部夹紧时，在所涉及的椎骨之间形成基本为刚性的融合。

然而，在不同的情况中，增大杆的挠性可能是需要的。在一个情况中，作用在紧邻脊柱融合部分的椎骨上的载荷可能非常大。为了减轻所述载荷，融合部的端部部分可以设有增强的挠度，以使得相应的椎骨能够作略微的弯曲运动。

因此，在本实施例中，杆10由弹性体材料制成并由杆22制得，其中现在的杆10包括形成于杆的相对侧面上的凹槽12。所述凹槽通过从杆22上去除材料而形成。由于该去除杆变细，结果弯曲挠性在局部增大。因而允许最外面的椎骨根据载荷而进行略微的运动。

相对的凹槽12形成于杆10的两个相应的夹紧段14之间，所述两个相应的夹紧段14限定为能够由相应的骨锚固装置20的接收部接收，因而所述两个相应的夹紧段14包括杆10的合适长度的段。

为了允许脊柱的其它部分能够经受略微的弯曲运动，在杆表面上形成一对附加的凹槽12′。例如，相对的凹槽12′可以从杆上留出与凹槽12相同的高度(thickness)，而长度可以略微加长。

在图1中，还示出作为可供选择的实施例的杆10′，杆10′除了设有比较短的长度以外具有与杆10相同的特征，。

根据上述实施例的杆包括优选的生物相容的弹性体材料。在这里可以实施的上述材料的实例包括：聚氨酯、聚硅醚、聚(苯乙烯-异丁烯-苯乙烯)三嵌段共聚物(SIBS)或聚碳酸酯型聚氨酯(PCU)。

可以注意的是，这里所使用的术语“杆”主要是指杆状元件，所述杆状元件可以设置成一件式杆以及多件式组合元件，其装配起来以得到融合。在多件式组合元件的例子中，那些部分可以例如设有对应的螺纹以用于连接对应的部件。而且，所述杆的一个部分包括弹性体材料，而所述杆的另一部分可以包括例如金属。

例如由两种或多种不同的弹性体材料组分注射模制而形成的一件式杆的例子也由本发明所包括，其中在后来施加所述凹槽。

可以注意的是，是否通过以后去除(特别是冲压)材料而形成凹槽可以从产品上清楚地认识到：由于例如在冲压和/或加热的过程中受应力的弹性体材料的略微变形或塑性变形(flow)，由此形成的平面表面或直线也可能分别变得略微凹入或弯曲。另外，还可能沿冲压方向在切割表面上形成划痕或小棱。

图2和3示出另一实施例杆的10，该杆10也包括与图1中所示的杆10类似的弹性体材料。然而，与前面实施例不一样的是，凹槽12和12′(或成对凹槽)以相对于彼此成大约90度的不同的方向定向。

凹槽12、12′具有限制长度的精确限定的形状。如从图3中变得明显的，凹槽12包括一个平坦部分16和两个倒圆角的端部部分18。另外的凹槽12′也具有一个平坦部分16′，而端部部分18′更陡峭并且急剧地升高。在该实施例中，平坦部分16′相对于杆表面所具有的深度比平坦部分16相对于杆表面所具有的深度大。

可以注意的是，这里描述的杆10还可以形成有多个凹槽12或12′，所有这些凹槽均具有相同的形状，并且可以相对于杆的纵向轴线具有彼此不同的定向。

尽管有上面提到的凹表面、划痕或小棱，但是已经发现的是，如果使用根据本发明另一方面的用于冲压杆的工具，那么冲压操作仍然可以满足表面粗糙度的要求以及令人十分满意的冲压精度的要求。

图4-7示出用于从杆10a上去除材料以制造图1-3中所示的杆10之一的工具300的第一实施例。所示的工具是冲压工具。所述工具包括凹模(socket die)30，该凹模30设有用于插入未被冲压的杆10a的孔32以及接收两个冲切件(punching presses)40、40′的每个冲切件的孔34、34′。在该实施例中，孔32沿水平方向延伸穿过凹模30，而孔34、34′沿竖直方向定向。杆10a可以在该杆在孔32内的适当位置上被自由地调节(即被推动或转动)，其中杆10a的外径基本上对应于孔32的内径。

另外，冲切件40、40′的形状和尺寸制成为能够装配进孔34、34′中。当孔34、34′形成为彼此平行时，冲切件40、40′的定向和导向也是平行的。孔34、34′与孔32相交，使得冲切件40、40′可以从插入孔32中的杆10a上切去材料。为此，两个冲切件均具有切割边缘42、42′和切割面44、44′，所述切割面44、44′相对于切割方向的倾角用于从杆上分离被去除的弹性体材料。被去除的材料可以被排放到图中未示出的容器中。

当在挠性杆上施加载荷时，杆上将发生材料的必然的变形或挠性塑性变形。如在图6和7的剖面图中所图示的，冲切件同时向下运动有助于杆的挠性材料在冲压操作过程中发生对称的变形。因为与孔32相交的孔34、34′在孔32的相对侧面上从中心偏离所述孔32的纵向轴线，所以在杆表面上可以形成如图1-3所示的凹槽。因此，两个冲切件可以机械地彼此相结合，并且可以进一步与一个操作装置相结合。所述操作装置可以例如是简单的肘节(toggle joint)。然而，也可以采用能够用合适的力压下冲切件的任何其它操作装置。清楚的是，可以使用包括一个或多个冲切件的切割工具。

分离工具可以有利地放置或安装在外科医生手术地点附近(即医院里)。因此，外科医生或护理人员可以在原处决定应当施加给杆的凹槽的位置和尺寸(extent)。

因而，减少了提供适用于患者特定需要的挠性稳定装置所必须的费用和精力。

图8-11示出用于从杆10a上去除材料的另一实施例的工具301。该实施例与前面实施例的区别特别地在于：所述工具包括基本由三块板130、133、137构成的结构。在这里没有详细描述的其它部分，特别是冲切件的形状、定向和作用与图4-7的实施例中的相同。

底部模板130包括设计用于接收未被冲压的杆10a的孔132的一个半部。压板133由第一弹簧装置(例如未示出的螺旋弹簧)支撑在底部模板130上方一定距离处，并且在压板133的底表面上包括孔132的另一半部。当压板133向下运动直到接触底部模板130的上表面时，杆10a被保持固定在孔132内。

两个导引杆135a从底部模板130向上延伸。压板133具有接收所述导引杆的对应的孔，从而压板133被保持成能够沿导引杆135a上下运动。底部模板130和压板133相当于前面实施例的凹模。

被支撑在压板上方一定距离处的切割板137也由导引杆135a导引。压板133和切割板137之间的距离由第二弹簧装置保持，所述第二弹簧装置的弹簧力大于所述第一弹簧装置的弹簧力。另外两个导引杆135b从切割板137向下延伸，以便由压板133的对应的孔接收。压板133也能够相对于导引杆135b运动。

与前面实施例类似地，切割板137还具有两个冲裁件(cuttingpresses)，所述冲裁件向下延伸穿过压板133的开口131并朝向形成于底部模板130中的对应的孔134。如图6-7所示的实施例中，孔132和134彼此相交。

图4-11中所示的工具可以由不锈钢或者其它合适的材料制成。

下面参考图8-11对使用上面描述的所述工具制造如图1-3所示的杆10的方法进行解释。

首先，如图8中所示，所述工具处于未被压缩的状态，其中可以将杆10a插入底部模板130顶表面上的敞开的孔132中。

接着，如图9中所示，使用例如肘节等使切割板137向下运动。因为与第一弹簧相比需要较大的力压缩第二弹簧装置，所以同时压板沿导引杆135a向下运动直到压板与底部模板130接触，从而将杆10a固定在孔132内。

接着，如图10中所示，切割板还克服第二弹簧装置的力进一步向下运动。最终，冲裁件140沿它们的行程穿过孔134冲击(现在由压板保持固定的)杆10a并去除杆10a的一定量的弹性体材料。

接着，如图11中所示，去除手动地施加在切割板137上的载荷，从而工具301返回未被压缩的状态、留下包括凹槽12的杆10。为了施加另外的凹槽12或12′，则可以重新定位(即移位和/或旋转)杆。

通过去除材料而在杆上形成的凹槽的形状和尺寸不受限于上面实施例中提出的那些实例。如图12中所示，该图以透视图示出杆的各种凹槽连同相应的横截面，这些凹槽可以(a)通过从杆的外周去除材料以得到沟槽而形成(图12的上段)，或者(b)由延伸穿过杆的内部通孔形成(图12的下段)。

另外，这里提出的弹性体材料从杆上的分离不受限于切割或冲压操作。如图12左上段中所示，凹槽还可以通过车削操作形成，以便得到回转对称的凹槽。再者，以冲压操作实现的材料的直接去除还可以通过磨削、钻、水切割和/或激光切割完成。另外，可以将热量局部施加到金属，于是从杆上去除材料。

除了那些包括例如圆柱形、六边形、正方形等形状凹槽的杆之外，所述杆的截面可以具有任何横截面。

根据本发明，通过在选定区域上去除材料而在挠性稳定装置的杆上施加凹槽。因此，可以在凹槽之间留出夹紧段，所述夹紧段可以用于由骨锚固装置夹紧。因而，杆所需的弯曲特性集中在夹紧段之外的这些选定区域中。因此，可以明显地减少由于弯曲杆表面在刚性接收部内部受到磨擦而引起的弹性体材料的常规磨损。由此，可以延长杆的耐久性。

Claims (16)

1.一种用于连接至少两个能够附连到脊柱椎骨上的骨锚固装置(20)的挠性稳定装置，所述挠性稳定装置包括：

由弹性体材料制成的挠性杆(10)；

所述杆具有其中设置有至少一个第一凹槽(12)的表面，所述第一凹槽(12)通过分离一部分所述弹性体材料形成。

2.根据权利要求1所述的挠性稳定装置，其中所述第一凹槽设置成沟槽，所述沟槽在其底表面处包括平坦部分(16)。

3.根据权利要求2所述的挠性稳定装置，其中：

在所述杆表面上形成第二凹槽(12，12′)；

所述第二凹槽设置成沟槽，所述沟槽在其底表面处包括平坦部分(16，16′)。

4.根据权利要求3所述的挠性稳定装置，其中所述第一和第二沟槽设置在杆的同一段内的相对侧面上。

5.根据权利要求3所述的挠性稳定装置，其中所述第一和第二沟槽在以下至少一个方面彼此不同：

平坦部分相对于在除了所述凹槽之外的部分中的杆表面的深度；

平坦部分沿杆的纵向轴线的长度；和

平坦部分的表面法线相对于杆的纵向轴线的定向。

6.根据权利要求1所述的挠性稳定装置，其中所述第一凹槽设置成延伸穿过杆的第一通孔。

7.根据权利要求1-6之一所述的挠性稳定装置，其中：

在所述杆表面上形成第二凹槽；

所述第二凹槽设置成延伸穿过杆的第二通孔。

8.根据权利要求7所述的挠性稳定装置，其中所述第一和第二通孔在以下至少一个方面彼此不同：

通孔的直径；和

通孔的纵向轴线相对于杆的纵向轴线的定向。

9.根据权利要求4、5、7或8所述的挠性稳定装置，其中所述杆包括：

夹紧段(14)，所述夹紧段分别设置用于每个骨锚固装置，其中所述杆在每个夹紧段(14)上具有相同的不变横截面；

至少两个中间段，所述中间段布置在相应的两个夹紧段之间，第一个所述中间段包括所述至少一个第一凹槽，而第二个所述中间段包括第二凹槽，所述第二凹槽具有至少一个不同于所述第一凹槽的特性。

10.根据权利要求1-9之一所述的挠性稳定装置，其中所述杆由聚硅醚、聚氨酯、聚(苯乙烯-异丁烯-苯乙烯)三嵌段共聚物(SIBS)或聚碳酸酯型聚氨酯(PCU)制成。

11.一种用于从包括弹性体材料的杆状元件(22，10a)上分离材料以便制造根据权利要求1-10之一所述的挠性稳定装置的工具(300；301)，所述工具包括：

凹模(30；130，133)，该凹模具有：

用于接收所述杆状元件(22，10a)的第一孔(32；132)，

和

至少一个用于接收第一冲切件(40；140)的第二孔(34；134)；

所述第一冲切件装配在所述至少一个第二孔内并且能够相对于所述至少一个第二孔运动；

其中所述第一孔和所述至少一个第二孔彼此相交，使得能够由所述能够运动的第一冲切件(40；140)从所述杆状元件上冲掉材料，从而形成所述凹槽(12)。

12.根据权利要求11所述的工具(300；301)，所述工具还包括第二冲切件(40′；140′)和用于接收所述第二冲切件的第三孔(34′；134′)，所述第二冲切件能够在所述第三孔内运动，其中所述第二孔和所述第三孔布置成与所述第一孔平行，并在所述第一孔的相对侧面上的位置处部分地与所述第一孔相交。

13.根据权利要求12所述的工具(300；301)，其中所述第一和第二冲切件(40，40′；140，140′)彼此相连接，从而提供共同的冲压运动。

14.根据权利要求11-13之一所述的工具，所述工具还包括分别用于操作内部的第一冲切件或者内部的第一和第二冲切件的肘节机构。

15.一种制造根据权利要求1-10之一所述的杆的方法，所述方法包括：

提供由弹性体材料制成的挠性杆状元件(22；10a)；

在提供挠性杆状元件的步骤之后，从所述挠性杆状元件上分离一部分所述弹性体材料，从而在所述挠性杆状元件的表面中形成至少一个凹槽。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述分离材料的步骤包括从所述杆状元件上冲掉材料。

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