CN104080414B - 骨固定设备 - Google Patents

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Abstract

一种骨固定设备，包括多个支架(6、8、42‑48)，每个支架限定了形成有至少一个凹陷(56、58)的表面。球的一部分(12‑18、52、54)安装在每个凹陷内并具有暴露面，暴露面形成有凹槽(25、26、52、54)以接收固定杆或骨螺钉。支架能够放在一起以使得至少一对暴露的球面并置，其中凹槽用于固定杆和骨螺钉的套管，并且还包括装置(10、50)以朝着彼此推动支架和暴露的球面，从而将固定杆和骨螺钉夹持在一对并置的球面之间。通常，凹陷和球部分布置成使得随着支架被放在一起，至少两对球部分并置，从而形成用于固定杆或骨螺钉的两个套管。

Description

骨固定设备
技术领域
本发明涉及夹紧设备，并且本发明在外科手术应用中有特别的用途。本发明在骨或骨元件需要外部固定的应用中是尤其有用的。这些设备通常被称为骨固定设备，并且被用于使固定杆彼此耦接以及将固定杆耦接至皮质(cortical)骨螺钉，该皮质骨螺钉固定在需要固定的骨或骨部分上。第2,375,051A号英国专利说明书以及第1,309,281号欧洲专利描述了这样的设备，通过引用将这两项专利文献并入本文。用于手术用途的另一种外部固定系统在第7,048,735号美国专利中公开，其也通过引用并入本文。
发明内容
在需要骨固定的整形外科手术中，用于紧固固定杆的设备必须在不好处理的位置中极其小心地安装和操作。本发明的目的是提供一种设备，其可以被容易地安装、调整和紧固，并且安装的杆相对于适配到设备中的另一杆或骨螺钉具有尽可能广泛的取向范围。根据本发明，骨固定设备包括多个支架，每个支架限定了形成有至少一个凹陷的表面。球的一部分安装在每个凹陷内并具有暴露面，暴露面形成有凹槽以接收固定杆或骨螺钉。支架能够放在一起以使得至少一对暴露的球面并置(in juxtaposition)，其中凹槽限定出用于固定杆和骨螺钉的套管，并且还包括用以朝着彼此推动支架和暴露的球面的装置，从而将固定杆和骨螺钉夹持在一对并置的(juxtaposed)球面之间。通常，凹陷和球部分布置成使得随着支架被放在一起，至少两对球部分并置，从而形成用于固定杆或骨螺钉的两个套管。通常，根据本发明的设备具有偶数数量的支架，它们被布置为至少成一对，每个支架限定了具有单个凹陷的表面，所述凹陷供球部分安装在其中。在该实施方式中，可以堆叠和布置多对支架以保持多个杆或螺钉。在一个优选实施方式中，可以利用单个共有的机构堆叠两对支架，该机构用于将支架推到一起，其中，杆或螺钉或者杆和螺钉在各自的套管中就位。
在另一种实施方式中，本发明的设备具有两个支架，每个支架限定了一表面，该表面由至少两个用于在其中安装球部分的凹陷组成。在这种布置中，如上述的实施方式中一样，可以提供单个机构以将支架推到一起，从而相对于彼此保持两个杆、两个螺钉或者杆和螺钉。
在另一布置中，并非本发明的设备中的所有支架都限定形成有相同数量凹陷的表面。在该实施方式中，支架被布置为一个支架限定形成有多个凹陷的表面，由此其中的球部分的暴露面可以与安装在至少两个其他支架的表面中的球部分的暴露面并置。
用于球部分的支架表面中的凹陷可以以弓形通道的形式方便地提供。在每个通道的两侧(either side)，相应的支架可以成形为形成具有浅截头圆锥形状的侧部凹陷。这确保了接收在相应部分球中的杆或螺钉可以在尽可能广泛的取向范围内被定向。
根据本发明的设备是模制形式的，并且通过朝着彼此推动支架和暴露的球面的装置而最终保持组装状态。在此之前，部分球可以通过弹性带保持在其各自的凹陷中，弹性带通常是弹性O形圈的形式。支架自身也可以通过弹性带保持在一起，该弹性带也可以是弹性O形圈的形式。这允许支架与附接的部分球分离，从而允许将固定杆或骨螺钉插入到限定的套管中的一个内，或者如果杆或骨螺钉已经就位，允许将设备安装在杆或骨螺钉上。支架和/或部分球可以形成有斜切表面以便利该安装过程。应该意识到，支架可以相对于彼此枢转以允许一个或其他凹槽中的分别安装。
通常地，根据本发明的设备适于连接两个元件，但应该意识到，如果情况需要，该设备可以适于限定三个或更多个套管。举例来说，这可能在如下情况下是必要的：如果需要将两个杆安装在同一骨螺钉上，尽管一般情况下将使用独立的固定设备。应该意识到，可以组合支架的不同布置以形成杆和/或螺钉的不同框架。
用在根据本发明的设备中的部分球通常是实心的(solid)，并且每个部分球均具有限定大体上半球形的轮廓。然而，部分球并非一定要一样，只要它们在支架分离时能够简单地接收固定杆或骨螺钉。通常而言，随后，凹槽(固定杆或骨螺钉将穿过该凹槽安装)的侧部上的每个部分球面的一部分将与支架边缘对齐或靠近支架边缘。然而，优选地，部分球面的该部分并不与支架边缘精确地对齐。在本发明的具体实施方式中，这些部分球面之间的空间由各个凹陷的一部分封闭，该部分邻近支架之间的空间。这降低了固定杆在组装期间意外地从设备中抽出的可能性。通常，这些部分球面大体上是平面的，并且位于不垂直于轴的平面内，支架在安装期间沿着该轴被推动到一起。优选地，当固定杆或骨螺钉夹持在球面之间时，限定每对球面的并置的平面穿过(traverse)支架表面的平面。然而，应该意识到，当固定杆或骨螺钉安装在设备中时，并置的支架面和并置的球面通常均不会彼此接触。
如上所述，在其模制形式下，球部分可以临时性地保持在支架中相应的凹陷中，并且支架自身也可以相对宽松地保持在一起，直到安装的设备被紧固。一旦设备被紧固，这些临时性的带可能是多余的，并且可以是可生物降解的。如果采用了这种特征，当设备最终被移除时必须特别注意，并且出于这个原因，保留将球保持就位的带至少可能是有优点的。
当安装根据本发明的设备时，可以通过锁定螺钉将支架推动到一起。锁定螺钉可以是延伸穿过一个支架中的开口以与其他一个或多个支架中的螺纹段接合的单个螺钉，或者延伸穿过支架中的开口以在另一侧上与螺纹锁紧螺母接合。在其他变型中，锁定螺钉可以包括阳螺纹部分和阴螺纹部分，它们分别在支架中对齐的开口中延伸，以接合在组装的设备内。无论使用何种机构，重要的是确保任何锁定螺钉被收紧到适当的程度。根据本发明的一个特征，这通过在锁定设备上包括扭矩限制元件来实现，该扭矩限制元件专门用于收紧。当施加的扭矩超出预设限制时，该元件适于断裂。为了最小化这种元件掉落的风险，应该利用扳手或其他单元完成收紧，该元件附接到或将附接到所述扳手或其他单元上。
本发明的设备及其部件可以由任何适于将要使用该设备的环境的材料制成。对于外科手术应用，材料的选择当然是重要的，不锈钢通常是优选的。然而，我们发现塑料材料和碳纤维材料尤其适于本发明的设备。模制的碳纳米管材料是尤其优选的。另一种材料是纤维增强的聚苯硫醚(polyphenylenesulphide，PPS)，它至少可以用于部分球元件。
附图说明
现在将通过实例并参照附图描述本发明，附图中：
图1是根据本发明的第一实施方式的设备的立体图，该设备安装在骨螺钉上且支撑固定杆；
图2是在安装之前组装起来的图1中示出的设备的侧视图；
图3示出了根据本发明的设备如何能够用于手术应用中以固定骨折；
图4示出了根据本发明的第二实施方式的设备的侧视图；及
图5是图4的设备的分解图。
具体实施方式
图1示出了安装在骨螺钉2上并且支撑固定杆4的根据本发明的设备。固定设备自身包括由锁定螺钉10保持在一起的两个支架6、8。骨螺钉2夹在两个球部分12、14之间，这两个球部分12、14自身被保持在形成于支架6和8中的并置凹陷之间。固定杆4以同样的方式保持在球部分16和18之间，这两个球部分16和18被接收在类似的凹陷中。
图1示出了安装且紧固的本发明的设备。图2示出了处于常规提供形式的设备，其中安装但未拧紧锁定螺钉，设备的其他元件由弹性带保持就位。部分球12和14以及16和18分别由弹性O形圈20保持就位，该O形圈配合到形成在支架6和8的外表面上的通道22中。凹槽24和26形成在部分球12、14、16、18中以限定用于接收固定杆或骨螺钉的套管，并且在每个凹槽的底部形成有用于接收各自的O形圈20的通道。
在设备被提供的形式中，支架6和8自身由两个弹性O形圈30保持在一起。通过使这些部件就位，可以移去锁定螺钉10，而不会破坏该组件。支架可以逆着O形圈30的弹力相对于彼此枢转，从而允许骨螺钉例如进入由凹槽26形成的通道中，并且从相反的意义上来说，允许固定杆进入由凹槽24形成的通道。随后该设备可以被操纵进入已安装的骨螺钉上的期望位置，其中固定杆处于期望的取向，并且随后可以安装锁定螺钉。
如可以从图2中看到的那样，部分球12、14和16、18具有大体上半球形的轮廓，并且基部限定了并置的平面(a plane of juxtaposition)。支架6和8也在其中形成有用以接收部分球的凹陷的表面之间限定了并置的平面，但是如可见的那样，部分球的并置的平面相对于支架的并置的平面倾斜，前者穿过后者。这种倾斜是小程度的；通常在5°至10°的范围内，优选地为7°，并且这种倾斜不会干扰固定杆或骨螺钉的安装，如上所述。然而，这确实降低了固定杆或骨螺钉在安装过程中不慎脱落的风险。应该注意到，将部分球紧固到支架上的O形圈20的平面类似地倾斜。
在所示实施方式中，锁定螺钉10包括一螺栓，该螺栓延伸穿过支架6、8中的开口到达安装在对侧的螺母32。该螺栓具有由两个部分34和36组成的头部。在设备的初始安装期间可以用手操作每一个部分，但是当设备将要被紧固时，仅部分36被转动。部分36是扭矩限制元件并且以下述方式附接到部分34：一旦施加的扭矩超出预设限制，这种附接断开。这确保了当设备被安装时，部分球以正确的压力接合固定杆和骨螺钉。应该注意到，在这方面，支架和球部分其自身都不应该处于接合状态。它们将由固定杆和骨螺钉保持分离。
一旦设备被安装且就位，O形圈20和30可以留在原位或者被移除，正如特定情况下最合适的那样。
支架6和8中接收球部分的凹陷由每个支架的轮廓内的相对较窄的弓形通道限定。这允许组装的设备的每一侧上的侧向凹陷38的形成，从而允许固定杆和骨螺钉的较宽的取向范围。这种多功能性在图3中示出，图3示出了断骨的两个部分中的每一部分内的两个骨螺钉2，它们由三个固定杆4互连。使用了多个设备，并且骨螺钉以不同的角度安装，从而确保通过杆4实现的固定将断骨部分保持在其正确的取向。
图4和5的实施方式具有由锁定螺钉50保持在一起的四个支架42、44、46和48。支架42和44形成第一对支架，其中两个部分球52和54安装在第一对支架中。它们通过弹性O形圈60保持在各自的凹陷56和58中。每个部分球具有相对于其安装于其中的支架的暴露表面，并且在该表面上形成有凹槽，当未拧紧的球部分并置设置时，该凹槽与相对的部分球中的凹槽结合以形成用于接收固定杆或骨螺钉的套管。如可看见的那样，O形圈60位于分别形成在支架和球部分中的通道66和68中。在这种方式中，部分球相对于支架定位，而不会妨碍由并置的部分球形成的套管的表面。至少在最初阶段和在安装了杆或螺钉之前，使部分球保持就位的O形圈的弹性使得球部分能够在它们的凹陷内旋转，直到设定了杆或螺钉的最终取向并且锁定设备被收紧。然而，应该意识到，所有的要求是：部分球被保留(retain)到它们由杆或螺钉保持就位。因此，在本发明的所有实施方式中，作为O形圈的替代方式，可以在各个部分球后面的每个凹陷内使用光粘合剂或者线性耦接件，该线性耦接件可以是弹性的，也可以不是弹性的。凹陷内的曲率当然并非必须匹配部分球的曲率，并且可以较大以形成需要的空间。正如使用O形圈一样，如果需要，粘合剂或线性耦接件可以是生物可降解的，但是保留安装件或耦接件可能是优选的，从而降低在移除设备时球部分丢失的可能性。
如图1和2的实施方式中所示的一样，弓形通道56和58相对较窄，允许形成具有发散的(divergent)壁的侧部凹陷70；通常是截头圆锥形以为保持在球部分之间的杆或螺钉提供多维度的取向。支架42和44的适当对准还由支架42的脊84接合到架44的槽86中来确保。
支架46和48以及各自的球部分和O形圈的构建和组装实质上与此前刚刚描述的相同，并且相应的部分被类似地标注。然而，应该注意到支架44和46的并置面形成有径向凹槽82，其允许两对支架以选定的角向取向固定。因此，当设备被松散地组装并且锁定螺钉就位且固定杆和/或骨螺钉已安装时，在杆和/或螺钉的最终对准被设定之前，两个支架对可以一个相对于另一个旋转。一旦对准被设定，锁定螺钉或锁定机构被收紧以紧固整个组件。
在图4和图5的实施方式中，每个球部分的轮廓大体上呈半球形，并且当和与其关联的球部分并置时，限定了大体上与并置的支架的平面对齐的平面。如图4中更好地示出的那样，每对球部分位于锁定螺钉50的一侧上，并且其中形成有凹陷或弓形通道的支架表面在通道的外侧分离，从而形成用于接收固定杆或骨螺钉的开口。球部分的并置面也形成有斜切表面74。在支架对的对侧76，支架表面形成凹陷以形成枢转轴，该枢转轴进一步有助于固定杆或骨螺钉的隔离(insulation)。利用仅松散地接合的锁定螺钉，通过使支架(42及44)绕着枢转轴枢转而扩大开口72，这当然也分开了球部分，从而允许固定杆或骨螺钉安装在由此形成的套管中。
在图4和5的实施方式中，当支架被组装时，支架的组合具有额外的凹陷78和80。这些凹陷便利设备的手动安装和定向，直到并且包括在固定杆和/或骨螺钉就位的情况下对锁定螺钉的收紧。
具体描述的本发明的两个实施方式实质上以相同的方式运行，并且应该意识到，在图3所示的框架下，图4和5的实施方式可以以与图1和2的实施方式相同的方式使用。还应该清楚，两个实施方式的许多特征可以互换。具体地，参照图2描述的球部分的并置的平面的未对准可以在图4和5的实施方式中采用，正如图4和5的实施方式中的斜切表面74可以在图2的实施方式中采用一样。
本发明的设备可以与一定范围内的不同直径的固定杆和骨螺钉一起使用。虽然优选，但是固定杆和骨螺钉的表面的曲率与球部分的凹槽的曲率精确匹配并不是必须的，其中，这些凹槽形成接收固定杆和骨螺钉的套管。然而，如果需要，设备的球部分可以被轻易地移除并且由其他具有凹槽的球部分替换，这些凹槽更好地或精确地匹配特定的杆或螺钉。应该意识到，在这方面，当杆或螺钉安装在它们之间时，球部分的并置面通常不会彼此接合，而是借助于杆或螺钉间隔开，就像它们安装在其上的支架一样。

Claims (23)

1.一种用于将固定杆安装在骨螺钉上的骨固定设备，包括多个支架，每个支架限定了形成有至少一个凹陷的表面；安装在每个凹陷中的具有暴露面的球的一部分，所述暴露面形成有用于接收所述杆或螺钉的凹槽，所述支架被保持为使得至少一对暴露的球面是并置的，从而限定用于所述杆或螺钉的套管；以及用于朝着彼此推动所述支架和所述暴露的球面的装置，以将所述杆或螺钉夹持在至少一对并置的球面之间；其中所述至少一个凹陷由每个支架的轮廓内的弓形通道限定，从而允许骨固定设备的每一侧上的侧向凹陷的形成。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，偶数数量的支架被布置为至少成一对，每个支架限定了具有单个凹陷的表面，所述凹陷供球部分安装于其中。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，偶数数量的支架被成对地布置，每个支架限定了形成有至少两个凹陷的表面，所述凹陷供球部分安装于其中。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，并非所有的支架限定形成有相同数量的凹陷的表面；并且其中，所述支架的布置为：一个支架限定形成有多个凹陷的表面，由此其中的球部分的暴露面可以与安装在至少两个其他支架的表面中的球部分的暴露面并置。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述用于朝着彼此推动所述支架和所述暴露的球面的装置沿着轴起作用，并且所述并置的球面位于不与所述轴垂直的平面内。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述支架表面是平面的且平行的，并且其中，当固定杆被夹持在所述球面之间时，限定一对球面的并置的平面穿过各自的支架表面的平面。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中，每个球部分的轮廓大体上是半球形。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中，每个球部分的轮廓是非半球形的，但与其配对物互补。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中，每个球部分通过弹性球带保持在其各自的凹陷中。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述球带是弹性O形圈。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中，支架通过弹性支架带临时地彼此抵持。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述支架带包括弹性O形圈。
13.根据权利要求9所述的设备，其中，所述弹性球带在水中是自降解的。
14.根据权利要求11所述的设备，其中，所述弹性支架带在水中是自降解的。
15.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中，所述用于朝着彼此推动所述支架和所述暴露的球面的装置包括用于耦接相关联的支架的锁定螺钉。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述锁定螺钉延伸穿过一个所述支架中的开口以接合在另一支架的螺纹段中。
17.根据权利要求15所述的设备，其中，所述锁定螺钉延伸穿过两个支架中的开口以与螺纹锁紧螺母接合。
18.根据权利要求15所述的设备，其中，所述锁定螺钉包括阳螺纹部分和阴螺纹部分，所述阳螺纹部分和阴螺纹部分分别在相关联的支架中的对齐的开口中延伸，以在所述对齐的开口的末端之间接合。
19.根据权利要求15所述的设备，其中，所述锁定螺钉具有用于收紧的扭矩限制元件，当施加到其上的扭矩超出预设限制时，该扭矩限制元件断裂。
20.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中，相关联的支架在所述设备的两侧限定侧部凹陷，以多维度地定向保持在其中的所述杆或螺钉。
21.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中，所述支架、所述球部分和所述用于朝着彼此推动所述支架和所述暴露的球面的装置由碳纤维制成。
22.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述球的一部分由弹性O形圈保持就位，该弹性O形圈配合到形成在支架的外表面上的通道中。
23.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述支架的所述表面之间的并置面形成有径向凹槽，该径向凹槽允许支架以选定的角向取向固定。
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