CN101810510B - 将杆连到骨锚固元件的接收部及带该接收部的骨锚固装置 - Google Patents

将杆连到骨锚固元件的接收部及带该接收部的骨锚固装置 Download PDF

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Abstract

一种用于接收杆以将杆连接到骨锚固元件的接收部，所述接收部包括：接收部主体(5)，其具有：用于接收杆(6)的通道(13)，和用于容纳骨锚固元件(1)的头部(3)的容纳空间(19)，所述容纳空间(19)具有用于引入所述头部的开口(18)；和压力元件(8，8’)，其至少部分地定位在所述容纳空间(19)中，所述压力元件具有挠性部分(83，83’)以便夹紧所述头部；其中所述压力元件(8，8’)能够在接收部主体(5)中呈现允许引入所述头部的插入位置、头部被锁定在接收部中的锁定位置以及头部由压力元件施加的预应力夹紧的预锁定位置。

Description

将杆连到骨锚固元件的接收部及带该接收部的骨锚固装置
技术领域
本发明涉及一种用于接收杆以将杆连接到骨锚固元件的接收部以及一种具有所述接收部的骨锚固装置。接收部包括接收部主体以及至少部分地定位在接收部主体的容纳空间中的压力元件。所述压力元件具有用于夹紧头部的挠性部分。所述压力元件可以在接收部主体中呈现插入位置、锁定位置和预锁定位置，在所述插入位置允许引入和移除头部，在所述锁定位置头部被锁定在接收部中，而在所述预锁定位置头部由压力元件施加的预应力夹紧。
背景技术
已知多轴骨螺钉的各种设计，其中头部被从一侧夹紧，以便锁定骨螺钉的转动位置。
US 5,672,176描述了一种骨螺钉，该骨螺钉具有带锥形形状座的接收部和锥形形状的压力元件，所述压力元件从上方和侧面在头部上施加压力。如果锥角所具有的值在一个特定的范围内，则发生压力元件自锁定在接收部内的情况，这允许将头部预先锁定在接收部内，而杆仍然能够运动以便允许调节杆的位置。
WO 2007/038350 A2公开了一种用于将骨锚固件连接到支撑杆的装置，所述装置包括连接件主体和帽。所述连接件主体具有一个用于插入骨锚固件、使骨锚固件形成角度和移除骨锚固件的插座。设置一个构造成装配在连接件主体上套管，所述套管从套管允许骨锚固件插入的临时位置运动到套管允许骨锚固件形成角度但阻止骨锚固件被移除的临时锁定位置，并运动到套管阻止骨锚固件形成角度和被移除的锁定位置。
US 6,063,090涉及一种借助于具有用于容纳纵向支撑件的通道的容纳头部而将所述纵向支撑件连接到椎弓根螺钉的装置。所述椎弓根螺钉和所述容纳头部通过所述容纳头部中的锥形夹头和椎弓根螺钉上的球形头部而连接。所述装置允许在椎弓根螺钉已经插入骨中之后将椎弓根螺钉接合在容纳头部中。
US 6,132,432描述了一种脊柱植入物固定组件，所述组件包括诸如螺钉的骨固定元件以及操作地连接到骨固定元件的杆接收座。在一个实施例中，设置有螺钉头部接收插件，所述插件能够在所述组件内在将螺钉头部夹在其中的锁定位置和螺钉头部进入或者离开的未锁定位置之间运动。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于接收杆以将杆连接到骨锚固元件的改进的接收部以及具有所述接收部的骨锚固装置，所述骨锚固装置由很少的部件构成并且具有外科手术过程中的改进的操作。
所述目的通过下述接收部和骨锚固装置实现。
具体地，本发明提供了一种用于接收杆以将杆连接到骨锚固元件的接收部，所述接收部包括：接收部主体，其具有：用于接收杆的通道，和用于容纳骨锚固元件的头部的容纳空间，所述容纳空间具有：具有第一直径的孔、和用于引入所述头部的、具有小于第一直径的第二直径的开口，其中在所述孔与所述开口之间形成边缘；和压力元件，其至少部分地定位在所述容纳空间中，所述压力元件具有挠性部分以便夹紧所述头部；所述挠性部分限定在该挠性部分的端部区域处的开口以插入所述头部、以及中空内部；其中所述压力元件能够在接收部主体中呈现允许引入所述头部的插入位置、头部被锁定在接收部中的锁定位置、以及所述压力元件的所述端部区域与所述接收部主体的所述边缘接合以由压力元件施加的预应力将头部夹紧在接收部中的预锁定位置。
本发明还提供了一种骨锚固装置，所述骨锚固装置包括上述接收部以及具有锚杆和头部的骨锚固元件。
压力元件可以在接收部主体中布置在三个位置。在插入位置，头部能够从底部插入接收部主体的容纳空间中。在预锁定位置，压力元件将头部预锁定在所述容纳空间中，这在外科手术过程中防止头部从接收部主体中意外地移除并防止头部相对于接收部主体意外地运动。这允许在外科手术过程中可靠地操作所述骨锚固装置。在锁定位置，头部被最终锁定在接收部中。压力元件可以被能够释放地保持在所述插入位置和所述预锁定位置。这使得操作方便。
头部的预锁定和最终锁定通过同一个压力元件实现。因此，根据本发明的接收部和骨锚固装置包括很少的元件，这减少了制造成本并且便于操作。所述骨锚固装置利用了从侧向侧面沿周向夹紧骨锚固元件的头部的原理，这减小了可靠地夹紧头部所需的力。所述接收部的设计允许从接收部的底部引入头部，这在应该提供模块化的系统的情况下具有优点，其中在外科手术之前具有不同接收部的各种骨锚固件可供使用。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从利用附图对各个实施例的描述中变得明了。附图中：
图1示出第一实施例的骨锚固装置的透视分解图。
图2示出图1的骨锚固装置处于组装状态下的透视图。
图3示出根据第一实施例的压力元件的透视图。
图4示出图3的压力元件的侧视图。
图5示出图4中所示的压力元件转过90°的侧视图。
图6示出图5中压力元件的剖视图。
图7示出图3-6中所示的压力元件的仰视图。
图8示出压力元件处于第一位置、骨锚固元件还没有插入时的骨锚固装置的垂直于杆的轴线截取的剖视图。
图9示出压力元件处于第一位置并且骨锚固元件部分地插入情况下的根据第一实施例的骨锚固装置的剖视图。
图10示出骨锚固元件完全插入情况下的图9的骨锚固装置。
图11示出压力元件处于预锁定位置情况下的第一实施例的骨锚固装置的剖视图。
图12示出图11的细节的放大视图。
图13a和13b示出压力元件和接收部主体各自的外配合表面和内配合表面的设计的两个可供选择的例子。
图13c到13h示出压力元件和接收部主体各自的外配合表面和内配合表面的设计的另外的例子。
图14示出杆插入并且头部被完全锁定情况下的图8的骨锚固装置。
图15示出根据第二实施例的骨锚固装置的透视分解图。
图16示出根据第二实施例的压力元件的放大的侧视图。
图17示出图16的压力元件的剖视图。
图18示出图16的压力元件转过90°的侧视图。
图19示出图16的压力元件的仰视图。
图20示出示出压力元件处于插入位置、骨锚固元件还没有插入时的根据第二实施例的骨锚固装置的垂直于杆的轴线截取的剖视图。
图21示出骨锚固元件完全插入情况下的图20的骨锚固装置。
图22示出压力元件处于刚在到达预锁定位置之前的一个位置情况下的图20的骨锚固装置。
图23示出压力元件处于预锁定位置情况下的图20的骨锚固装置。
图24示出图23的细节的放大视图。
图25示出图23的另一细节的放大视图。
图26示出压力元件处于锁定位置并且头部被完全锁定情况下的图20的骨锚固装置。
具体实施方式
如图1和2中所示，根据第一实施例的骨锚固装置包括骨螺钉形式的骨锚固元件1，所述骨锚固元件1具有螺纹锚杆2和头部3，在该实施例中所述头部是截球形头部。头部3具有用于与拧入工具接合的凹槽4。所述骨锚固装置还包括接收部主体5，该接收部主体5用于接收杆6以便将杆6连接到骨锚固元件1。此外，内螺钉形式的封闭元件7设置用于将杆6固定在接收部主体5中。另外，所述骨锚固装置包括用于将头部锁定在接收部主体5中的压力元件8。所述压力元件8例如通过销9a、9b保持在接收部主体5中。
下面参考图1以及图8-14解释接收部主体5。所述接收部主体5包括第一端10和相对的第二端11以及穿过所述第一和第二端的对称轴线M。设置有与对称轴线M同轴的孔12。接收部主体5在邻近第一端10的第一区域中具有U形凹槽13，所述U形凹槽13关于对称轴线M对称，所述凹槽13具有指向第二端11的底部以及两个朝着第一端10延伸的自由侧向支腿14a、14b。在支腿14a、14b的区域中设置有与内螺钉7配合的内螺纹15。由U形凹槽13形成的通道的尺寸制成为在所述通道中接收杆6，所述杆6连接多个锚固装置。在靠近第二端11的第二区域处，紧随孔12的圆柱形部分的是朝着第二端11渐缩并具有锥角的第一渐缩部分16。紧随第一渐缩部分16的是朝着第二端11渐缩并具有锥角的第二渐缩部分17，第二渐缩部分的锥角小于第一渐缩部分的锥角。在第二端11处设置有开口18。开口18的直径大于头部3的直径并且小于孔12的内径。同轴孔12提供了用于螺钉头部3的容纳空间。
在每个支腿14a、14b上，设置有延伸穿过支腿14a、14b的孔20a、20b，用于接收销9a、9b。所述孔大致定位在每个支腿的中心。
如图1以及图3-7中可以看到的，压力元件8主要包括第一部分81和第二部分82，第一部分81基本为圆柱形，并且所具有的外径略小于孔12的内径，从而压力元件8能够在孔12中运动，第二部分82相对于第一部分凹进，并且所具有的最大外径小于孔12的内径。第一部分81在它的与第二部分82相对的一端具有U形凹槽83，当压力元件8位于接收部主体5中时，所述U形凹槽83用于在其中接收杆6。压力元件在U形凹槽的侧向侧面包括在外壁中的细长凹槽84，所述细长凹槽84布置成彼此相对并且对准，使得所述细长凹槽的长边与接收部主体5的对称轴线M平行。如图4中可以看到的，第一部分81的侧向侧面的宽度朝着自由端逐渐减小。
第二部分82形成为类似于轴环并且包括在第一部分81侧的相对于第一部分81凹进的第一端、第二端以及基本为球形形状以用于将球形的头部3夹紧在其中的中空内部85。第二部分82的第二端提供用于引入头部3的开口86。第二部分82的外壁包括邻近开口86的球形的第一部分87以及渐缩的第二部分88。所述渐缩部分88与接收部主体的第二渐缩部分17配合。压力元件的第二部分82还包括多个狭缝89，所述狭缝89从开口86的边缘延伸穿过第二部分82。狭缝89的数量和尺寸是使得所述第二部分的壁具有足够的挠性，以便当头部3插入时咬合到头部3上。另外，所述压力元件包括同轴孔90，用于提供工具接近螺钉头部的入口。
如图8-14中可以看到的，因为压力元件所具有的最大外径略小于孔12的内径，所以压力元件可以从第一端10插入接收部主体5中。一旦压力元件插入，就将销9a、9b引入孔20a、20b中，从而所述销接合在细长凹槽84中，由此保持压力元件，并且使压力元件的U形凹槽83与接收部主体的U形凹槽13对准，并且防止了压力元件经由第一端掉出。因为压力元件的第二部分82所具有的外径小于孔12的内径，并且因为压力元件的第二部分82具有挠性外壁，所以当螺钉头部被引入时，所述第二部分可以在容纳空间19内张开(expand)。
所有前面描述的部件均由生物相容材料制成，所述生物相容材料诸如像不锈钢或钛的生物相容金属或诸如镍钛诺的生物相容合金，或者诸如PEEK的生物相容塑料。
下面参考图8-14解释骨锚固装置的组装步骤。首先，当压力元件8被引入接收部主体中并由销9a、9b保持时，所述压力元件定向成使得开口86指向接收部主体的第二端11。如图8中所示，压力元件8处于它的最上位置，该最上位置是允许头部3插入的插入位置。在该插入位置，压力元件的挠性的第二部分自由地定位在容纳空间19中。所述插入位置在该实施例中由销与细长凹槽84的接合提供的抵接(abutment)被限制而不能向上运动。如图9中所示，然后螺钉头部3经由开口18插入容纳空间19中，压力元件8的第二部分82位于所述容纳空间中。经由开口86将螺钉头部3引入压力元件的第二部分82的中空内部85中。由于狭缝89提供的挠性壁，第二部分张开进入容纳空间19中，如图9中所示。所述第二部分咬合在螺钉头部3上，直到所述第二部分包围螺钉头部3，如图10中所示。所述销还防止压力元件8在螺钉头部插入时经由敞开的第二端10掉出。在所述插入位置，螺钉头部3能够在接收部中枢转，并且如果压力元件保持在该位置，螺钉头部还能够被移除。还可以有用于将压力元件临时地保持在所述插入位置的装置(未示出)。可供选择地，压力元件可以借助于一个工具(未示出)被保持在所述插入位置。
图11-12示出压力元件的预锁定位置。当螺钉头部3插入并且略微向下压压力元件时，压力元件的第二部分82的外壁由第一渐缩部分16导引，从而压力元件的第二部分82的外壁接触接收部主体的第二渐缩部分17。压力元件的外壁的渐缩部分88与渐缩部分17形成接合，由此由压力元件的第二部分82在螺钉头部3上施加一个预应力，该预应力将头部3预锁定。预锁定意味着在外科手术过程中出现的情况下，骨锚固元件1相对于接收部主体5的角位置可以被保持并且可以仅仅通过在接收部主体或者螺钉元件上施加一个附加的力而被松开。压力元件的预锁定位置可以通过手动地向下推动压力元件实现，或者可以通过插入杆并拧入内螺钉7使得所述杆压在压力元件上由此使所述压力元件略微向下运动而实现。
图13a和13b示出在预锁定状态下，压力元件的外表面部分与接收部主体的内表面部分的接合。如前面描述的，如图13a所示，表面17、88可以是渐缩的(tapered)。可供选择地，如图13b所示，表面88，、17，可以是弧形的(rounded)。在接收部主体5处的第一渐缩部分16仅仅用于导引并且是可以省略的。
在图13c中，两个渐缩部分17、88以基本上相同的角度渐缩。这提供了在压力元件的第二部分88和接收部主体的渐缩部分17之间的基本上均匀的压力分布(由箭头示出)。图13d和13e示出两种不同的设计，其中所述部分以不同的角度渐缩。图13d示出主接触区域位于部分17’’的底部处，而图13e示出主接触区域位于部分17’’’的顶部处。图13f示出压力元件的渐缩部分88’’’’和接收部主体的弧形部分17’’’’，其中弯曲(curvature)指向接收部主体的中心。通过这样的构造可以实现位于所述弧形部分处的定位的接触区域。
在图13g和13h中，接收部主体5的改进例子的收缩部分(narrowing portion)170具有由叠置的两个弯曲部分(curvedportion)170a、170b形成的双球面曲率(double spherical radius)，所述弯曲部分170a、170b之间具有沟槽170c。弯曲指向中心轴线M。相应地，改进的压力元件180在其下端具有两个对应于弯曲部分170a、170b的反弯曲部分180a、180b，所述反弯曲部分180a、180b之间具有尖顶180c，并且在压力元件的易弯曲的外边缘处具有外尖顶180d。
如图13e中所示，当压力元件180向下运动时，压力元件的最下面边缘接合在所述沟槽170c中。在该位置，形成有对头部3的摩擦夹紧，这仍然允许头部3能够在施加力的情况下枢转，该力大于头部3被引入插入位置时用于枢转头部3的力。这是预锁定位置。如图13h中所示，通过进一步向下压压力元件180，压力元件180的弯曲部与收缩部分170的弯曲部接合，从而最终锁定头部3。
图14中示出第三位置，该第三位置是锁定位置。所述锁定位置限定为螺钉头部3被最终锁定在接收部主体内时压力元件所处的位置。在该锁定位置，压力元件的渐缩的外表面部分88在较大的区域上与接收部主体的第二渐缩部分17接合。由此，压力元件的第二部分的挠性壁被压在头部3上，从而头部3被锁定。该锁定位置通过最终拧紧内螺钉7由此向下压杆6而实现。
使用中，例如可以以这样的方式预组装骨锚固装置，即选定合适的骨锚固元件1并且将该骨锚固元件1引入插有压力元件的接收部主体5中。通过略微向下压压力元件能够将它带到预锁定状态。然后，将螺钉元件拧入骨中。可以用旋拧工具经由同轴孔12和孔90接近头部3的凹槽4。为了使接收部正确对准接收部将要连接的杆，手动地或者应用器具在接收部上施加一个附加的力。一旦实现杆相对于其它骨锚固装置的正确定位，就拧紧内螺钉7，由此将压力元件向下移动到锁定位置中。内螺钉的最终拧紧同时将杆和头部锁定。
可以在制造时、外科手术的准备过程中或任何其它时间预组装所述骨锚固装置。有利地，外科医生在外科手术前根据临床应用的特定需要来选择所需的接收部以及骨锚固元件。所述骨锚固装置的设计允许选择在直径、长度和锚固段的其它特征方面合适的骨锚固元件。因此，提供了包括接收部和几个骨锚固元件的模块化系统，然后可以独立地选择和适用所述模块化系统。
下面参考图15-26描述骨锚固装置的第二实施例。与第一实施例的部件相同的部件具有相同的附图标记，并且对与第一实施例的部件相同的部件将不再重复进行描述。骨锚固装置的第二实施例与第一实施例的区别在于压力元件和销的设计。在第一部分，压力元件8’不同于压力元件8。压力元件8’的第一部分81’具有浅凹槽83’，该浅凹槽83’基本为截圆柱形形状，用于导引所述杆6。压力元件8’还包括两个直立的弹性指状物91a、91b，所述弹性指状物91a、91b在凹槽83’的两个侧向侧面上朝向接收部主体的第一端10的方向延伸。所述直立的指状物在它们的自由端处分别具有向外指向的部分92。第一部分81’的外径至少在指状物的区域中小于孔的内径，从而所述弹性指状物能够运动。
销9a’、9b’各自具有平坦部分93，该平坦部分93的宽度基本上与弹性指状物的向外延伸部分92的宽度相同。当所述销插入孔20a、20b中时，平坦部分93延伸进接收部主体5的同轴孔12中，如图20中所示。借助于该构造，提供了对于接收部8’的抵接。
参考图20-25解释根据第二实施例的骨锚固装置的组装。在图20中，首先从第一端10将压力元件8’插入接收部主体5中。然后，将销9a’、9b’插入支腿的孔中。压力元件8’所处的位置使得弹性指状物的向外延伸部分92定位在销的平坦部分93上方。在该位置，压力元件8’处于插入位置。然后，经由开口18和86插入螺钉头部直到压力元件8’的第二部分82包围螺钉头部3。然后，如图22中所示，使压力元件8’略微向下运动以进入预锁定位置。由此，弹性指状物91a、91b通过向外延伸部分92围绕销的平坦部分93的运动被向内压。如图23中所示，向外延伸部分92向外运动，并且平坦部分93形成对于压力元件的抵接。在该预锁定位置，第二部分82的渐缩的外表面部分接合接收部主体的渐缩部分17。因为销用作止挡件，所以预锁定位置被固定。
插入杆并拧入内螺钉7使压力元件进一步向下运动，直到压力元件到达最终的锁定位置，如图26中所示。
该骨锚固装置的临床使用类似于第一实施例的骨锚固装置的临床使用。
可以有所示实施例的其它改进实施例。例如，骨锚固元件的头部可以具有任何其它形状，例如圆柱形状，由此提供允许螺钉元件相对于接收部绕单根轴线转动的单轴骨螺钉。头部3还可以是锥形形状的，并且压力元件的中空内部部分85与该形状相适合。在另一改进实施例中，接收部主体5或压力元件的至少第二部分82由提供一定程度弹性的生物相容塑料材料制成。在该情况下，可以省略所述狭缝。
对于第二实施例可供选择的是，可以在接收部主体处设置与压力元件的一部分相配合的弹性部分(spring portion)。一般地，所述销仅仅是实现对于压力元件的抵接的一个例子。还可以想到诸如卡环或其它装置的其它构造。
接收部主体可以具有倾斜的开口端，以允许头部在一个方向上的较大的角度。压力元件的第二部分82的外表面部分可以是渐缩的，并且接收部主体的第二部分17可以是向内弯曲的。

Claims (18)

1.一种用于接收杆以将杆连接到骨锚固元件的接收部，所述接收部包括： 
接收部主体(5)，其具有： 
用于接收杆(6)的通道(13)，和 
用于容纳骨锚固元件(1)的头部(3)的容纳空间(19)，所述容纳空间(19)具有：具有第一直径的孔、和用于引入所述头部的、具有小于第一直径的第二直径的开口(18)，其中在所述孔与所述开口之间形成边缘；和 
压力元件(8，8，)，其至少部分地定位在所述容纳空间(19)中，所述压力元件具有挠性部分(83，83’)以便夹紧所述头部；所述挠性部分限定在该挠性部分的端部区域处的开口以插入所述头部、以及中空内部； 
其中所述压力元件(8，8’)能够在接收部主体(5)中呈现允许引入所述头部的插入位置、头部被锁定在接收部中的锁定位置、以及所述压力元件的所述端部区域与所述接收部主体的所述边缘接合以由压力元件施加的预应力将头部夹紧在接收部中的预锁定位置。 
2.根据权利要求1所述的接收部，其中在所述插入位置，压力元件(8，8’)能够在所述容纳空间(19)中张开。 
3.根据权利要求1或2所述的接收部，其中所述插入位置由作用在压力元件(8，8’)上的止挡件(9a，9b，84)限制。 
4.根据权利要求1或2所述的接收部，其中在所述预锁定位置，施加在所述头部上的预应力通过仅仅由接收部主体的内壁的一部分夹紧压力元件的外壁的一部分(88)而形成。 
5.根据权利要求1或2所述的接收部，其中所述压力元件(8’)通过弹力被保持在所述预锁定位置。 
6.根据权利要求5所述的接收部，其中所述弹力由压力元件上或者接收部主体上的弹性部分(91a，91b，92)分别与接收部主体(5) 上或者所述压力元件上的抵接部(93)的配合产生。 
7.根据权利要求1或2所述的接收部，其中在所述插入位置，所述头部能够从所述接收部主体中移除。 
8.根据权利要求1或2所述的接收部，其中所述容纳空间(19)基本上是圆柱形的并且靠近所述容纳空间的所述开口具有收缩部分(17)。
9.根据权利要求8所述的接收部，其中所述收缩部分是渐缩的或弧形的。 
10.根据权利要求8所述的接收部，其中所述压力元件在它的外壁处包括收缩部分(88)，并且所述压力元件的收缩部分(88)与所述容纳空间(19)中的收缩部分(17)相配合。 
11.根据权利要求10所述的接收部，其中，所述压力元件的收缩部分(88)是渐缩的或弧形的。 
12.根据权利要求1或2所述的接收部，其中所述压力元件的挠性部分(83)具有用于容纳头部(3)的中空段(85)和用于插入头部的开口(86)。 
13.根据权利要求1或2所述的接收部，其中所述挠性部分(82)的外径小于所述容纳空间(19)的内径。 
14.根据权利要求1或2所述的接收部，其中所述接收部主体(5)包括具有用于接收杆(6)的U形凹槽(13)的一段。 
15.根据权利要求1或2所述的接收部，其中所述压力元件(8，8’)包括用于接收杆(6)的凹槽(83，83’)。 
16.根据权利要求1或2所述的接收部，其中所述压力元件被固定在所述接收部主体中而不能掉出。 
17.一种骨锚固装置，所述骨锚固装置包括根据权利要求1-16之一所述的接收部以及具有锚杆和头部的骨锚固元件。 
18.根据权利要求17的骨锚固装置，设置有封闭元件用于将所述杆固定在所述接收部中。 
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