CN104107086A - 一种具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉 - Google Patents

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Abstract

一种具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉，涉及用于治疗骨或关节的装置，尤其涉及一种用于脊柱内固定系统的可控缓释载药部件，包括中空的螺钉主体和用于连接到连接棒的第一锁紧装置，螺钉主体设置载药室，气动活塞和气压推动组件；螺钉主体的尾端设有药液通道和药物缓释孔道，药物缓释孔道与药液通道连通，构成药液释放通道；载药室通过药液释控组件，可控制地封闭或者与药液通道连通。使用体温-记忆合金控件作为启动及释放控制装置，不需要外部能源供应，空间利用率高且功能稳定，结构简单可靠，可以实现药物精确缓释功能，满足不同药物的药效浓度需要，使用封闭的载药室储存药液，药物释放前密闭储存，不会被外界环境影响。

Description

一种具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉
技术领域
本发明涉及用于治疗骨或关节的装置，尤其涉及一种用于脊柱内固定系统的载药高压气动缓释椎弓根螺钉。
背景技术
脊柱作为人体的中轴骨骼，有负重、减震、保护和运动等功能，一旦脊柱发生骨折，或者因病变发生损毁，就会出现很严重的问题，对发生骨折或病变的脊柱进行锥体复位和固定就显得特别重要；为了实现锥体的复位和固定，通常需要使用脊柱内固定系统重建脊柱力学稳定性，其特性主要表现为把持力和整体刚性。脊柱内固定系统通常包括一组椎弓根螺钉、两侧的连接棒和横向连接杆。实际应用中椎弓根螺钉11和连接棒12的数量根据病变的椎体数确定，脊柱内固定系统的各个椎弓根螺钉11通过多根连接棒12和各连接棒12之间的横向连接杆15，互相连接，构成稳定的支持框架，加强椎弓根螺钉的稳定性，参见图1。
中国发明专利“脊柱复位装置”（中国发明专利号：ZL201110069068.1授权公告号：CN102090921B）公开了一种脊柱复位装置，包括复位棒、第一锁紧装置、椎弓根钉和第二锁紧装置，复位棒通过第二锁紧装置与椎弓根钉连接，其特征在于，复位棒的数目为两个，两复位棒中的一者的一端设置有容纳口，容纳口的开口沿复位棒的轴向朝向其外侧，容纳口的侧壁开设有第一通孔，两复位棒中的另一者的一端设置有被容纳杆，被容纳杆与容纳口相配合,且开设有能够与第一通孔连通的第二通孔，第一通孔和第二通孔中设置有贯穿二者的销轴，容纳口和被容纳杆的相对位置通过第一锁紧装置锁定。
为了便于放置生物材料及药物，以达到加强椎体稳定及治疗效果，中空螺钉得到了越来越广泛的运用，中国发明专利“可注射骨水泥的中空U形钉装置”（中国发明专利号：ZL201010597763.0授权公告号：CN102018564B）公开了一种可注射骨水泥的中空U形钉装置涉及的是一种用于骨科手术的内固定装置。特别是用于治疗脊柱失稳、椎体压缩性骨折、骨质疏松引起的椎体疾病等。由空心椎弓根螺钉、中间体和连接头构成；所述空心椎弓根螺钉设置有通孔，即包含一个中空内孔，所述空心椎弓根螺钉还包含一个有外螺纹的螺杆和一个有矩形内螺纹的头部，所述螺杆头部区域设置有侧孔，所述有矩形内螺纹的头部设置有一个圆柱孔和一个内锥孔，所述内椎孔用于连接中间体;所述中间体与空心椎弓根螺钉的头部内孔相配合；所述连接头一端设置成圆柱杆，用于同中间体的圆柱孔紧密配合，所述的矩形螺纹同空心椎弓根螺钉的矩形内螺纹头部相配合，所述的连接头另一端设置有一个标准的鲁尔接口。
骨髓炎、脊柱肿瘤、结核等疾病通过静脉注射的途径治疗效果较差，主要因药物到达病损部位的浓度太低，将药物与螺钉结合起来，除了用于增强螺钉稳定性，还可以用于治疗脊柱疾病，通过局部用药可以避免首关效应及局部微循环差等诸多缺陷，以使治疗效果最佳化。中国实用新型专利“可携带粒子的中空膨胀性椎弓根螺钉”（中国实用新型专利号：ZL201120497873.X授权公告号：CN201404282Y）公开了一种可携带粒子的中空膨胀性椎弓根螺钉，将银棒吸附及含化疗药物的骨水泥内置于膨胀空心螺钉，使得核放射性物质及化疗药物在螺钉的膨胀部位与骨水泥结合起来，用于脊柱肿瘤的治疗。中国实用新型专利“载抗菌肽缓释接骨螺钉”（中国实用新型专利号：ZL200920126446.3授权公告号：CN201404282Y）公开了一种载抗菌肽缓释接骨螺钉，包括接骨螺钉，该接骨螺钉由螺钉头部和螺钉杆组成，其特征在于：所述螺钉头部和螺钉杆的外表面均覆盖有抗菌肽缓释层，该接骨螺钉可以在一定时间内自内而外的早期释放β-防御素-1～3或乳铁蛋白1-11，使得螺钉具有强力抗感染和抑制细菌生物膜形成的能力。
但是，现有的椎弓根螺钉与药物结合的方式，存在一下缺陷：
1.药物置入空心椎弓根螺钉后，无法进行缓释控制，造成局部血药浓度过高并且较快被机体代谢掉。
2.缓释螺钉不能进行缓释速度的精确控制，不能满足不同药物的药效浓度需要。
3.螺钉外层涂抹缓释药物还容易受外环境的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉，可通过体温-记忆合金控件启动高压气动载药缓释构件，将预置于所述椎弓根螺钉内的储备药物，缓慢推注到脊柱椎体内，解决在一定治疗周期内维持药物有效治疗浓度的问题，提高脊柱外科相关疾病的疗效。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉，包括中空的螺钉主体和用于连接到连接棒的第一锁紧装置，其特征在于：
所述螺钉主体的中段设置圆柱体空腔结构的载药室，在所述载药室的内部设有气动活塞，气动活塞的外周与载药室的内壁气密配合；
所述螺钉主体的头端设有气压推动组件，所述的气压推动组件以气动方式连接到气动活塞，可推动气动活塞沿轴向移动；
所述螺钉主体的尾端设有药液通道和药物缓释孔道，所述的药物缓释孔道是一组分布在螺钉主体尾端并与药液通道连通的细微通孔，各细微通孔与药液通道连通，构成药液释放通道；
所述载药室的末端设有药液释控组件，所述的载药室通过所述的药液释控组件，可控制地封闭或者与所述的药液通道连通。
本发明的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的气压推动组件包括球状气囊，常闭气阀和第一体温-记忆合金控件；所述的球状气囊是充有高于大气压的惰性气体的封闭球体，所述球状气囊的出气孔通过常闭气阀气密封闭；当第一体温-记忆合金控件感知的温度高于记忆温度后，第一体温-记忆合金控件顶开所述的常闭气阀，释放高压气体推动气动活塞沿轴向移动，在气压作用下排放载药室中储存的药液。
本发明的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉的一种更好的技术方案，其特征在于所述的药液释控组件包括药液阀和第二体温-记忆合金控件；所述载药室的两端分别通过气动活塞和药液阀封闭，形成密闭的药液储存空间；当第二体温-记忆合金控件感知的温度高于记忆温度后，第二体温-记忆合金控件顶开所述的药液阀，使所述的载药室与药液通道连通，载药室中的药液在气动活塞推动下进入所述的药液通道，并通过分布在所述螺钉主体尾端的各个药物缓释孔道释放。
本发明的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉的一种改进的技术方案，其特征在于所述的第一体温-记忆合金控件是使用体温-形状记忆合金制造的弹簧件；所述体温-形状记忆合金弹簧件的记忆温度对应于正常人体体温；在体温-形状记忆合金弹簧件的温度低于人体体温时，所述的形状记忆合金制弹簧件处于折叠状态的记忆形状，所述的常闭气阀保持在封闭位置；在体温-形状记忆合金弹簧件的温度相当于或高于人体体温的温度时，所述的体温-形状记忆合金弹簧件处于伸展状态的记忆形状，所述的常闭气阀在所述体温-形状记忆合金弹簧件的推动力作用下处于开启位置。
本发明的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉的一种优选的技术方案，其特征在于所述的第二体温-记忆合金控件是使用体温-形状记忆合金制造的弹簧件；所述体温-形状记忆合金弹簧件的记忆温度对应于正常人体体温；在体温-形状记忆合金弹簧件的温度低于人体体温时，所述的形状记忆合金制弹簧件处于折叠状态的记忆形状，所述的药液阀保持在封闭位置；在体温-形状记忆合金弹簧件的温度相当于或高于人体体温的温度时，所述的体温-形状记忆合金弹簧件处于伸展状态的记忆形状，所述的药液阀在所述体温-形状记忆合金弹簧件的推动力作用下处于开启位置。
本发明的有益效果是：
1、本发明的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉，使用气压推动组件和药液释控组件作为控制装置，通过机械气压系统控制推动速度，结合控制载药室储存药液的浓度，可以实现药物精确缓释功能，从而满足不同药物的药效浓度需要。
2、本发明的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉，使用体温-记忆合金控件作为启动及释放控制装置，不需要外部能源供应，空间利用率高且功能稳定，结构简单可靠。
3、本发明的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉，使用封闭的载药室储存药液，药物释放前密闭储存，不会被外界环境影响。
附图说明
图1是现有的脊柱内固定系统的基本构成示意图；
图2是本发明的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉的结构示意图。
图中，11-椎弓根螺钉，12-连接棒，13-第一锁紧装置，14-第二锁紧装置，15-横向连接杆，101-高压气囊，102-常闭气阀，103-第一体温-记忆合金控件，104-气动活塞，105-药液阀，106-第二体温-记忆合金控件，107-载药室，108-药液通道，109-药物缓释孔道。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。
本发明的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉的一个实施例如图2所示，椎弓根螺钉11包括中空的螺钉主体和用于连接到连接棒12的第一锁紧装置13。在图2中，第一锁紧装置13由U型卡口和锁定螺帽组成，所述的U型卡口与椎弓根螺钉11的螺钉主体部分连为一体。第一锁紧装置13也可以是与椎弓根螺钉11分体的独立连接件。
在图2所示的本发明的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉的实施例中，椎弓根螺钉11的螺钉主体的中段设置圆柱体空腔结构的载药室107，在载药室107的内部设有气动活塞104；气动活塞104的外周与载药室107的内壁气密配合；
椎弓根螺钉11主体的头端设有气压推动组件，所述的气压推动组件以气动方式连接到气动活塞104，可推动气动活塞104沿轴向移动；
椎弓根螺钉11主体的尾端设有药液通道108和药物缓释孔道109，药物缓释孔道109是一组分布在椎弓根螺钉11主体的尾端的细微通孔，各细微通孔与药液通道108连通，构成药液释放通道；
载药室107的末端设有药液释控组件，载药室107通过所述的药液释控组件，可控制地封闭或者与药液通道108连通。
根据本发明的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉的一个实施例，所述的气压推动组件包括球状气囊101，常闭气阀102和第一体温-记忆合金控件103；球状气囊101是充有高于大气压的惰性气体的封闭球体，球状气囊101的出气孔通过常闭气阀102气密封闭；当第一体温-记忆合金控件103感知的温度高于记忆温度后，第一体温-记忆合金控件103顶开常闭气阀102，释放高压气体推动气动活塞104沿轴向移动，在气压作用下排放载药室107中储存的药液。在图2所示的实施例中，常闭气阀102由弹簧和与球状气囊101的出气孔配合的小球构成，所述的小球在弹簧压力下紧贴在球状气囊101的出气孔上，将出球状气囊101的气孔封闭，保持球状气囊101中高于大气压的惰性气体不会泄露。
在图2所示的本发明的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉的实施例中，所述的药液释控组件包括药液阀105和第二体温-记忆合金控件106；载药室107的两端分别通过气动活塞104和药液阀105封闭，形成密闭的药液储存空间；当第二体温-记忆合金控件106感知的温度高于记忆温度后，第二体温-记忆合金控件106顶开药液阀105，使载药室107与药液通道108连通，载药室107中的药液在气动活塞104推动下进入药液通道108，并通过分布在螺钉主体11尾端的各个药物缓释孔道109释放。
根据本发明的优选实施例，第一体温-记忆合金控件103和第二体温-记忆合金控件106为体温-形状记忆合金制造的弹簧件，体温-形状记忆合金弹簧件的结构可以根据弹力和安装位置的要求根据工质技术进行设计，既可以为螺旋弹簧也可以为片装弹簧，其具体结构未在附图中表示。所述体温-形状记忆合金弹簧件的记忆温度对应于正常人体体温。其特征在于所述的第一体温-记忆合金控件和第二体温-记忆合金控件，是使用体温-形状记忆合金制造的弹簧件；所述体温-形状记忆合金弹簧件的记忆温度对应于正常人体体温；在体温-形状记忆合金弹簧件的温度低于人体体温时，例如在温度低于35℃的情况下，所述的形状记忆合金制弹簧件处于折叠状态的记忆形状，常闭气阀102和药液阀105保持在封闭位置；在体温-形状记忆合金弹簧件的温度相当于或高于人体体温的温度时，例如35℃～40℃，所述的体温-形状记忆合金弹簧件处于伸展状态的记忆形状，常闭气阀102和药液阀105在所述体温-形状记忆合金弹簧件的推动力作用下处于开启位置。
本发明的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉储存在30℃以下的环境中，载药室107的两端分别由气动活塞104和药液阀105封闭，形成密闭的药液储存空间，装载的药液处于密闭储存状态。植入体内后，椎弓根螺钉可通过第一和第二体温-记忆合金控件103和106感知周围温度，当温度接近或达到正常人体体温后，第一体温-记忆合金控件103打开常闭气阀102，开启球状气囊101。球状气囊101内填充的高于大气压的惰性气体，在气动活塞104的气压侧产生气压推动力，促使气动活塞104在载药室107内以一定的速率运动。同时，第二体温-记忆合金控件106打开药液阀105，连通载药室107与药液通道108，将储存在载药室107中的药液推到药液通道108中，最后通过椎弓根螺钉11尾端的一组药物缓释孔道109，溢出椎弓根螺钉11之外，缓慢均匀地释放到周围的局部组织中，实现药物精确缓释功能，可以在植入手术后的一定时间内维持药效浓度，从而帮助病变部位的术后恢复。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉，包括中空的螺钉主体和用于连接到连接棒的第一锁紧装置，其特征在于：
所述螺钉主体的中段设置圆柱体空腔结构的载药室，在所述载药室的内部设有气动活塞，气动活塞的外周与载药室的内壁气密配合；
所述螺钉主体的头端设有气压推动组件，所述的气压推动组件以气动方式连接到气动活塞，可推动气动活塞沿轴向移动；
所述螺钉主体的尾端设有药液通道和药物缓释孔道，所述的药物缓释孔道是一组分布在螺钉主体尾端并与药液通道连通的细微通孔，各细微通孔与药液通道连通，构成药液释放通道；
所述载药室的末端设有药液释控组件，所述的载药室通过所述的药液释控组件，可控制地封闭或者与所述的药液通道连通。
2.根据权利要求1所述的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉，其特征在于所述的气压推动组件包括球状气囊，常闭气阀和第一体温-记忆合金控件；所述的球状气囊是充有高于大气压的惰性气体的封闭球体，所述球状气囊的出气孔通过常闭气阀气密封闭；当第一体温-记忆合金控件感知的温度高于记忆温度后，第一体温-记忆合金控件顶开所述的常闭气阀，释放高压气体推动气动活塞沿轴向移动，在气压作用下排放载药室中储存的药液。
3.根据权利要求1所述的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉，其特征在于所述的药液释控组件包括药液阀和第二体温-记忆合金控件；所述载药室的两端分别通过气动活塞和药液阀封闭，形成密闭的药液储存空间；当第二体温-记忆合金控件感知的温度高于记忆温度后，第二体温-记忆合金控件顶开所述的药液阀，使所述的载药室与药液通道连通，载药室中的药液在气动活塞推动下进入所述的药液通道，并通过分布在所述螺钉主体尾端的各个药物缓释孔道释放。
4.根据权利要求2所述的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉，其特征在于所述的第一体温-记忆合金控件是使用体温-形状记忆合金制造的弹簧件；所述体温-形状记忆合金弹簧件的记忆温度对应于正常人体体温；在体温-形状记忆合金弹簧件的温度低于人体体温时，所述的形状记忆合金制弹簧件处于折叠状态的记忆形状，所述的常闭气阀保持在封闭位置；在体温-形状记忆合金弹簧件的温度相当于或高于人体体温的温度时，所述的体温-形状记忆合金弹簧件处于伸展状态的记忆形状，所述的常闭气阀在所述体温-形状记忆合金弹簧件的推动力作用下处于开启位置。
5.根据权利要求3所述的具有药物剂量精确缓释功能的椎弓根螺钉，其特征在于所述的第二体温-记忆合金控件，是使用体温-形状记忆合金制造的弹簧件；所述体温-形状记忆合金弹簧件的记忆温度对应于正常人体体温；在体温-形状记忆合金弹簧件的温度低于人体体温时，所述的形状记忆合金制弹簧件处于折叠状态的记忆形状，所述的药液阀保持在封闭位置；在体温-形状记忆合金弹簧件的温度相当于或高于人体体温的温度时，所述的体温-形状记忆合金弹簧件处于伸展状态的记忆形状，所述的药液阀在所述体温-形状记忆合金弹簧件的推动力作用下处于开启位置。
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