CN102949232B - 多轴骨锚固装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种多轴骨锚固装置，其包括：锚固元件，具有用于锚固在骨中的柄部和头部；接收部分，具有顶端和底端、用于在其中接收杆的通道，和通路，通路从顶端延伸到底端并且包括用于接收头部的容座；压力元件，布置在通路中并且被配置成将压力施加于头部，其中头部相对于接收部分可枢转并且能够借助于压力元件被锁定在一角度。压力元件包括至少一个孔。接收部分包括用于接收固定螺钉的至少一个螺纹通孔，和至少一个固定螺钉。通孔和孔被布置成使得通过将固定螺钉拧入通孔中并且使固定螺钉与孔接合，而由压力元件将力施加于头部，在锁定多轴骨锚固装置之前，该压力通过摩擦将头部保持在一角位置。

Description

多轴骨锚固装置
技术领域
本发明涉及一种用于将稳定杆锚固在骨中或椎骨中的多轴骨锚固装置。所述骨锚固装置包括锚固元件、接收部分，所述接收部分用于接收所述骨锚固元件的头部并且用于接收待连接到所述锚固元件的稳定杆。所述锚固元件可枢转地连接到所述接收部分，并且可以通过经由布置在所述接收部分中的压力元件将压力施加于所述头部而被锁定在一角度。所述压力元件和所述接收部分被配置成以这样的方式协作，使得在锁定所述多轴骨锚固装置之前所述压力元件摩擦地夹紧所述头部以保持期望的角位置。
背景技术
US5,716,356描述了一种多种骨螺钉，该多轴骨螺钉包括螺钉元件和可枢转地连接到螺钉元件的接收部分以及压力元件，压力元件将压力施加于螺钉元件的头部以锁定螺钉元件和接收部分之间的角度。接收部分具有用于接收稳定杆的U形通道。压力元件包括圆柱形凹口，该圆柱形凹口将与U形通道对准以在其中接收杆。为了保持压力元件处于与U形通道对准的位置，通过压接穿过设在接收部分中的通孔而固定压力元件的位置。
在将头部锁定在最后角位置之前，当骨锚固元件的头部相对于接收部分自由地可枢转时，接收部分的对准和杆的插入在更复杂的临床应用中可能是困难的，例如当许多骨锚固器必须连接到杆时。
US7,604,656(Shluzas)描述了一种紧固件，该紧固件可与骨部分接合以将纵向元件连接到骨部分。接收紧固件的壳体也接收间隔件，该间隔件可与紧固件和纵向元件接合。在一个实施例中，间隔件由销元件推动到与紧固件并且与壳体摩擦接合。
发明内容
本发明的目的是提供一种多轴骨锚固装置及其制造方法，其允许手术期间的改善操作并且可以以简单方式制造。
该目的由根据本发明所述的多轴骨锚固装置实现。在从属权利要求中给出了进一步的改进。
使用该多轴骨锚固装置，可以实现头部相对于接收部分暂时夹紧在期望的角位置而不锁定头部。这允许将接收部分保持在可调节的角位置。在该状态下，压力元件将预负荷施加于头部，其中头部未被锁定，但是被阻止自由地枢转。当暂时夹紧头部时，便于接收部分相对于杆的对准和杆的插入，特别是在许多骨锚固器必须连接到杆的情况下。
当杆已经插入接收部分中时，在不完全解锁头部的情况下杆的调节仍然是可能的。
该多轴骨锚固装置仅仅包括很少的部分并且具有简单设计，并且其中较大的制造公差是可能的。在锁定之前摩擦地保持头部的机构没有任何弹性元件或部分。这便于该多轴骨锚固装置的制造。此外，可以使用现有的接收部分和压力元件而不修改它们的形状。例如，可以将现有的压接腔孔改变为螺纹通孔。
可以通过选择孔的位置和形状以及固定螺钉(set screw)的形状并且进一步通过取决于其拧入深度的固定螺钉所施加的力以简单方式精确地预先确定由压力元件施加于头部的预负荷的大小。借助于固定螺钉，施加于螺钉头部的压力的无级可调节性是可实现的。通过紧紧地拧入固定螺钉，多轴螺钉可以用作单轴螺钉。通过松动固定螺钉，固定螺钉所施加的摩擦力是可逆的。
该多轴骨锚固装置可以以预组装方式提供给外科医生，其中压力元件由固定螺钉实际地并且旋转地固定到这样的程度使得它不会脱落或旋转脱离它的对准位置。这允许由外科医生安全地插入。也可能提供具有预安装的固定螺钉的接收部分，这允许外科医生引入期望的骨螺钉、将压力元件插入接收部分中并且借助于一个固定螺钉或多个固定螺钉锁定多轴骨锚固装置。
可以以低成本连续地制造接收部分和压力元件。
附图说明
本发明的更多特征和优点将借助于附图从实施例的描述变得明显。
在附图中：
图1显示了根据第一实施例的多轴骨锚固装置的透视分解图。
图2显示了处于已组装状态的图1的多轴骨锚固装置。
图3显示了在用两个未组装的固定螺钉最后锁定头部之前处于已组装状态的多轴骨锚固装置的横截面图。
图4显示了在锁定头部之后处于已组装状态的多轴骨锚固装置的横截面图。
图5显示了压力元件的透视俯视图。
图6显示了压力元件的透视仰视图。
图7显示了压力元件的横截面图。
图8显示了压力元件的俯视图。
图9显示了固定螺钉的透视图。
图10显示了固定螺钉的侧视图。
图11显示了固定螺钉的俯视图。
图12显示了处于已组装状态的根据第二实施例的多轴骨锚固装置的透视图。
图13显示了图5的多轴骨锚固装置的横截面图。
图14显示了处于已组装状态的根据第三实施例的多轴骨锚固装置的横截面图。
图15显示了处于已组装状态的根据第四实施例的多轴骨锚固装置的横截面图。
图16显示了根据第五实施例的多轴骨锚固装置的透视分解图。
图17显示了处于已组装状态的图16的多轴骨锚固装置。
图18显示了处于已组装状态的根据第五实施例的多轴骨锚固装置的横截面图。
图19显示了处于已组装状态的根据第六实施例的多轴骨锚固装置的透视图。
图20显示了处于已组装状态的根据第六实施例的多轴骨锚固装置的横截面图。
具体实施方式
如图1至4中所示的根据第一实施例的多轴骨锚固装置包括呈螺钉元件2的形式、具有螺纹柄部3和头部4的骨锚固元件2。头部4为大体球形并且包括在它的自由端部的凹口4a以用于与将螺纹柄部3插入骨中的工具接合。骨锚固装置1还包括用于将螺钉元件2连接到杆20的接收部分5。压力元件6布置在接收部分5中，在头部4的顶部上。为了将杆20固定在接收部分5中并且为了将压力施加于头部4，提供与接收部分5协作的锁定装置，例如内螺钉7。
接收部分为大体圆柱形整体部件，并且具有顶端51和底端52。从顶端51延伸到底端52的通路由同轴腔孔53和继该同轴腔孔之后的用于接收螺钉元件2的头部4的容座部分54形成。容座部分54具有在底端52的开口55，螺钉元件2的柄部3延伸通过所述开口。容座部分54示出为球形，但是它可以为锥形或者它可以具有允许接收头部4的任何其它形状，使得头部可以相对于接收部分5枢转。在顶端51设有大致U形凹口56，借助于该U形凹口形成两个自由腿部57、58，所述自由腿部是用于接收杆20的通道的侧壁。内螺纹59设在腿部57、57以用于与内螺钉7协作。
从图5至8可以看到，压力元件6形成为整体。它为大致圆柱形结构，并且具有允许它在轴向方向上在接收部分5的腔孔53内移动的外径。压力元件6具有顶端61和底端62。当将压力元件6插入接收部分5中时，底端62面对螺钉元件2的头部4。在底端62设有球形凹口63，该球形凹口适合于头部4的尺寸和形状。球形凹口63被配置成与头部4的球形表面摩擦接合。在顶端61设有U形凹口64，借助于该U形凹口形成两个自由腿部65、66，所述自由腿部形成通道以在其中接收杆20。此外，压力元件6包括同轴腔孔67，以用于用工具(未显示)接近螺钉头部4。压力元件6是没有可以使它具有挠性的任何弹性部分的实心元件。它布置在接收部分5中，使得接收部分5的U形凹口56和压力元件6的U形凹口64对准。
在图3中，螺钉头部4位于容座54中，并且压力元件6布置在螺钉头部4的顶部上。压力元件6的自由腿部65、66的高度被配置成使得当杆20被插入并且安放在通道的底部上时自由腿部65、66延伸到杆20之上。两个固定螺钉8处于未组装状态。在图4中，两个固定螺钉8处于组装状态。从图9至11可以看到固定螺钉(平头螺钉)8是具有外螺纹81、第一端部和第二端部的无头螺钉。在第一端部上设有用于与诸如螺丝起子的工具(未显示)接合的接合结构8a。在图9至11中可以看到接合结构8a是用于与六角凹头螺钉扳手(未显示)接合的内六角。固定螺钉8的第二端部是具有平尖端的截头圆锥形或锥形部分82。
呈内螺钉7的形式的锁定装置7具有突起71，该突起延伸到由压力元件6的自由腿部65、66形成的通道中。在轴向方向上的突起71的尺寸使得当上紧内螺钉7时，突起71压在杆20上，同时在压力元件6的顶端61和内螺钉7的下侧之间仍然有间隙21。所以，使用单内螺钉7可以将压力仅仅施加于杆20，该杆又可以将压力施加于压力元件6。应当注意代替呈内螺钉7的形式的单部分锁定装置，可以使用两部分锁定装置(未显示)。两部分锁定装置包括待拧入接收部分的腿部57、58之间的第一部分。第一部分作用于压力元件6的顶端61。此外，呈内螺钉的形式的第二部分设在第一部分中，压在杆20上。借助于此，可以单独地固定头部4和杆5。
接收部分5包括从外表面延伸到同轴腔孔53中的两个螺纹通孔500a、500b。孔500a、500b彼此偏移180°并且相对于U形凹口56所形成的通道成90°布置。孔500a、500b相对于同轴腔孔53的腔孔轴线M垂直对准。孔500a、500b的腔孔轴线A和B设在离接收部分5的第二端部52的一段距离H处。
压力元件6相应地包括两个通孔600a、600b，所述通孔彼此偏移180°并且从U形凹口64所形成的通道偏移90°。孔600a、600b分别具有垂直于腔孔轴线M的中心轴线a、b。在所示的实施例中，孔600a、600b具有圆锥形。孔600a、600b的向下延伸的侧面601a、601b均包括与中心腔孔轴线M成大约60°的角β。当插入压力元件6使得它安放于螺钉元件的头部4上时，孔600a、600b的中心轴线a、b具有离接收部分5的第二端部52的距离h，该距离大于孔500a、500b的中心轴线A、B的距离H。换句话说，孔600a、600b布置在螺纹孔500a、500b之上。孔600a、600b也可以是用其敞开侧面对接收部分5的内壁的盲孔。
孔600a、600b与孔500a、500b之间的距离使得当固定螺钉8拧入孔500a、500b中时，固定螺钉8的锥形侧面分别压在孔600a、600b的下侧面601a、601b上，以将向下力施加于压力元件6。作用于压力元件6的合力生成作用于头部4的预负荷，该预负荷借助于摩擦夹紧头部4。通过选择螺纹圈(thread turning)，可以获得期望的摩擦力。拧入过程可以是力致动的和/或路径控制的。通过该摩擦力，头部4可以保持在期望的角位置，并且可以通过将大于摩擦力的力施加到螺钉元件2或接收部分5移出该位置。同时，压力元件6被固定以防止旋转并且被固定以防止通过接收部分5的顶端51脱离。当压力元件6向下移动以最后锁定头部4时，孔600a、600b为固定螺钉8的圆锥提供空间。
在图12和13中显示了第二实施例。与第一实施例的唯一区别在于接收部分5’的形状。骨锚固装置1’的其它部分与第一实施例相同并且将不重复它们的描述。
接收部分5’具有不对称底端52’，以用于允许螺钉元件向一侧的更大枢转角。这样的不对称底端52’例如可以通过以倾斜角度切除接收部分5’的一部分而实现。
此外，接收部分5’形成有同轴管状延伸部9，该延伸部具有用于插入杆20’的狭槽91和内螺纹92。延伸部用于微创手术并且可以在上紧内螺钉7’之后被破坏。
应当注意孔500a、500b的形状可以变化。特别地，圆锥的角可以变化或者底部可以具有圆形或其它形状。设在压力元件6处的孔600a、600b也可以具有不同形状。
根据图14中所示的第三实施例，孔600a”、600b”例如可以具有大致矩形的横截面。
根据图15中所示的第四实施例，压力元件6”’的孔600a”’、600b”’的横截面例如可以为梯形，具有用于与固定螺钉8”’的截头锥形侧面接合的倾斜下侧面601a”’、601b”’。
在图16至18所示的第五实施例中，骨锚固装置10仅仅包括单固定螺钉8而不是如图1至4和14、15所示的实施例中所述的两个固定螺钉8。
在图19和20所示的第六实施例中，骨锚固装置10’也仅仅包括一个固定螺钉8而不是如图12和13所示的实施例中所述的两个固定螺钉8。所有其它部分是相同的。
骨锚固装置1的所有部分由身体相容材料制造，例如身体相容金属(例如钛)、身体相容金属合金(例如镍钛诺(Nitinol))或身体相容塑料材料(例如聚醚醚酮(PEEK))或它们的组合。
通常，若干骨锚固装置1是用杆稳定骨部分或椎骨所必需的。在使用中，预组装骨锚固装置，如图4中所示。将螺钉元件2拧入骨或椎骨中。然后，通过施加大于摩擦力的力枢转接收部分5，直到每个接收部分5具有用于插入杆20的正确取向。由于摩擦力，每个接收部分5保持在该角位置。其后，插入连接骨锚固装置1的杆20，并且上紧固定螺钉8，以向下移动压力元件6，从而将头部4锁定在容座中，使得螺钉元件2相对于接收部分5的角位置是固定的。杆20由内螺钉7固定。
所述实施例的通孔和孔的形状不限于所述的形式。而且锥角不限于所述的值。当拧入固定螺钉时也实现向下定向力的其它形状是可能的。
对于锚固元件，所有类型的锚固元件可以使用并且与接收部分组合。这些锚固元件例如是不同长度、具有不同直径的螺钉、套管螺钉、具有不同螺纹形状的螺钉、钉、钩等。头部和柄部也可以是彼此可连接的独立部分。
接收部分的形状不限于所示的实施例。例如，它可能具有允许从侧部而不是从顶部引入杆的凹口或必须通过其引导杆的闭合凹口。各种类型的锁定装置是可能的，包括两部分或更多部分锁定装置、外螺母、外帽、卡口锁定装置等。
在进一步的修改中，接收部分被配置成允许从底端引入螺钉元件。

Claims (12)

1.一种多轴骨锚固装置，包括：
锚固元件(2、2’、2”、2”’)，所述锚固元件具有：用于锚固在骨中的柄部(3、3’、3”、3”’)、头部(4、4’、4”、4”’)；
接收部分(5、5’、5”、5”’)，所述接收部分具有：顶端(51、51’、51”、51”’)和底端(52、52’、52”、52”’)、用于在其中接收杆的通道(56、56’、56”、56”’)、通路(53、53’、53”、53”’；54、54’、54”、54”’；55、55’、55”、55”’)，所述通路沿着轴线(M)从所述顶端(51、51’、51”、51”’)延伸到所述底端(52、52’、52”、52”’)并且包括用于接收所述头部(4、4’、4”、4”’)的容座(54、54’、54”、54”’)；
压力元件(6、6’、6”、6”’)，所述压力元件布置在所述通路(53、53’、53”、53”’)中并且被配置成将压力施加于所述头部(4、4’、4”、4”’)，其中所述头部相对于所述接收部分(5、5’、5”、5”’)能枢转并且能够借助于所述压力元件(6、6’、6”、6”’)被锁定在一角度；
所述压力元件(6、6’、6”、6”’)包括至少一个孔(600a、600a’、600a”、600a”’；600b、600b’、600b”、600b”’)，每一个所述孔都包括向下延伸的下侧面(601a，601b)；
所述接收部分(5、5’、5”、5”’)包括用于接收固定螺钉(8、8’、8”、8”’)的至少一个螺纹通孔(500a、500a’、500a”、500a”’；500b、500b’、500b”、500b”’)，
和至少一个固定螺钉(8、8’、8”、8”’)，所述至少一个固定螺钉的一端部具有截头圆锥形或锥形部分(82)，其中，所述截头圆锥形或锥形部分(82)的侧面与所述轴线(M)所成的角与所述至少一个孔(600a、600a’、600a”、600a”’；600b、600b’、600b”、600b”’)的所述向下延伸的下侧面(601a，601b)与所述轴线(M)所成的角相同；
其中所述通孔(500a、500a’、500a”、500a”’；500b、500b’、500b”、500b”’)和所述孔(600a、600a’、600a”、600a”’；600b、600b’、600b”、600b”’)被布置成使得通过将所述固定螺钉(8、8’、8”、8”’)拧入所述通孔(500a、500a’、500a”、500a”’；500b、500b’、500b”、500b”’)中并且使所述固定螺钉(8、8’、8”、8”’)与所述孔(600a、600a’、600a”、600a”’；600b、600b’、600b”、600b”’)的所述下侧面(601a，601b)接合，则由所述压力元件(6、6’、6”、6”’)将力施加于所述头部(4、4’、4”、4”’)，在锁定所述多轴骨锚固装置之前，所述力通过摩擦将所述头部保持在一角位置，
其中，通过选择所述固定螺钉的螺纹圈能够获得期望的摩擦力。
2.根据权利要求1所述的多轴骨锚固装置，其中当所述压力元件(6、6’、6”、6”’)插入所述接收部分(5、5’、5”、5”’)中并且安放在所述头部(4、4’、4”、4”’)上时，所述孔(600a、600a’、600a”、600a”’；600b、600b’、600b”、600b”’)的下侧面(601a、601b)在朝着所述底端(52、52’、52”、52”’)的轴向方向上与所述固定螺钉(8、8’、8”、8”’)相接触。
3.根据权利要求2所述的多轴骨锚固装置，其中当接合所述孔的所述下侧面(601a、601b)以生成所述头部(4、4’、4”、4”’)和所述压力元件(6、6’、6”、6”’)之间的限定摩擦力时，在轴线(M)的轴向方向上在所述固定螺钉(8、8’、8”、8”’)的中心轴线和所述孔(600a、600a’、600a”、600a”’；600b、600b’、600b”、600b”’)之间的距离使得所述固定螺钉(8、8’、8”、8”’)将压力施加于所述压力元件(6、6’、6”、6”’)上。
4.根据权利要求1至3之一所述的多轴骨锚固装置，其中所述孔(600a、600a’；600b、600b’)为锥形。
5.根据权利要求4所述的多轴骨锚固装置，其中，所述固定螺钉的锥部的侧面与所述轴线(M)所成的所述角在30°至60°之间。
6.根据权利要求1至3之一所述的多轴骨锚固装置，其中所述孔(600a”、600b”)不具有圆柱形部分。
7.根据权利要求1至3之一所述的多轴骨锚固装置，其中所述孔(600a”’、600b”’)的横截面为梯形。
8.根据权利要求1至3之一所述的多轴骨锚固装置，其中设有在周向方向上偏移180°的至少两个通孔(500a、500a’、500a”、500a”’；500b、500b’、500b”、500b”’)和相应的孔(600a、600a’、600a”、600a”’；600b、600b’、600b”、600b”’)。
9.根据权利要求1至3之一所述的多轴骨锚固装置，其中所述压力元件(6、6’、6”、6”’)包括顶端(61、61’、61”、61”’)和底端(62、62’、62”、62”’)、同轴腔孔(67、67’、67”、67”’)、在所述底端的球形凹口(63、63’、63”、63”’)和在所述顶端的圆柱形或U形凹口(64、64’、64”、64”’)，并且其中所述圆柱形或U形凹口(64、64’、64”、64”’)与所述接收部分(5、5’、5”、5”’)的所述通道(56、56’、56”、56”’)对准。
10.根据权利要求1至3之一所述的多轴骨锚固装置，其中所述接收部分(5’)能够具有不对称端部分，以用于允许所述锚固元件(2’)向一侧的更大枢转角。
11.根据权利要求1至3之一所述的多轴骨锚固装置，其中所述固定螺钉(8、8’、8”、8”’)具有接合所述孔(600a、600a’、600a”、600a”’；600b、600b’、600b”、600b”’)的无螺纹前部分(82)。
12.根据权利要求11所述的多轴骨锚固装置，其中所述无螺纹前部分(82)为锥形。
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