CN104546105A - 具有自约束挠性的骨螺钉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种骨螺钉，包括：纵向芯体构件(10、10ˊ)，所述纵向芯体构件具有限定纵向方向的纵轴线(L)并且具有表面，其中螺旋形凹槽(15、150、15ˊ)设在所述表面的至少一部分中；以及螺旋形螺纹体(20、20ˊ)，所述螺旋形螺纹体是设在所述凹槽(15、150、15ˊ)中的独立部件；其中所述凹槽(15、150、15ˊ)具有第一宽度(wg)并且所述螺纹体(20、20ˊ)具有第二宽度(wt)，并且其中所述第一宽度(wg)大于所述第二宽度(wt)使得所述螺纹体(20、20ˊ)能够在所述纵向方向上在所述凹槽(15、150、15ˊ)中滑动。

Description

具有自约束挠性的骨螺钉
技术领域
本发明涉及一种骨螺钉，所述骨螺钉包括具有螺旋形凹槽的纵向芯体构件和设在所述凹槽中的螺旋形螺纹体。凹槽的宽度大于螺纹体的圈的宽度使得螺纹体以一定公差容纳在凹槽中。这允许螺纹体在凹槽中在纵向方向上滑动，并由凹槽的侧壁限制。借助于此，骨螺钉的柄部可以执行相对于螺纹体的有限运动。
背景技术
从US 2005/0154390 A1已知一种具有带弹性或挠性元件的柄部的骨螺钉。该已知挠性骨螺钉包括纵向腔孔和在柄部的壁中的螺旋形槽状开口。挠性由中空腔孔和螺旋形槽状开口的几何形状确定。为了限制挠性或增强骨螺钉，芯体可以设在中空腔孔中。
发明内容
本发明的目的是提供一种骨螺钉，其具有改善的强度，同时具有一定程度的挠性和动态运动的能力。该目的由根据权利要求1所述的骨螺钉和由根据权利要求14所述的组装这样的骨螺钉的方法解决。另外的改进在从属权利要求中给出。
骨螺钉通过螺纹体和设在螺钉柄部的表面中的凹槽之间的公差获得它的挠性。
骨螺钉的张力侧被限定为负荷在横向方向上施加到骨螺钉的侧并且植入物的压缩侧由当在横向方向上施加负荷时被压缩的骨螺钉的侧限定。由于螺纹体配置成抵靠凹槽的两个侧壁，因此弯曲负荷可以传递到压缩侧以及张力侧。同时，弯曲由凹槽的侧壁所提供的止挡表面限制。
例如当骨再吸收发生时，在柄部和锚固在骨中的螺纹体之间可能的微运动可能导致骨螺钉的约束运动。在这样的情况下，挠性运动限制和/或控制可以防止骨内部的骨锚固器的松动。
与中空柄部相比骨螺钉的芯体构件的实心体便于弯曲，同时具有足够的强度。特别地，可能制造直径比具有中空腔孔的柄部小的柄部。
如果芯体构件和螺纹体具有不同的螺距，则能够偏压螺纹体抵靠芯体构件。
由于螺纹体是可附连到芯体构件的独立部件，因此骨螺钉是模块化装置，其允许在螺纹螺距和/或螺纹形状方面选择合适的螺纹体并且在将它安装到芯体构件时将它与芯体构件组合。在这样的配置中，螺纹体能够在纵向方向上相对于芯体构件保持压缩或撑开。
附图说明
另外的特征和优点将借助于附图从实施例的描述变得更明显。在附图中：
图1显示根据第一实施例的骨螺钉的透视分解图。
图2显示图1的骨螺钉的透视图。
图3显示图2的骨螺钉的侧视图。
图4a)显示沿着图3中的线A-A的骨螺钉的横截面图。
图4b)显示图4a)的细节的放大横截面图。
图5a)显示在负荷在横向方向上施加到骨螺钉的状态下的图3中所示的骨螺钉的横截面图。
图5b)显示图5a)的细节的放大横截面图。
图6显示图1的骨螺钉的芯体构件的侧视图。
图7显示图1中所示的骨螺钉的螺纹体的侧视图。
图8a)至8d)显示具有螺纹体的形状的各种修改的图4a)的一部分的放大横截面图。
图9显示骨螺钉的第二实施例的分解透视图。
图10显示根据第二实施例的已组装骨螺钉的透视图。
图11显示根据第二实施例的骨螺钉的头部的横截面图，该横截面在包含螺钉轴线的平面中获得。
图12显示根据图9的骨螺钉的芯体构件的侧视图。
图13显示根据图9的骨螺钉的螺纹体的侧视图。
图14显示在第一状态下的根据第二实施例的骨螺钉的侧视图。
图15显示图14中所示的骨螺钉的横截面图，该横截面在包含螺钉轴线的平面中获得。
图16显示在第二状态下的根据第二实施例的骨螺钉的侧视图。
图17a)显示图16中所示的骨螺钉的横截面图，该横截面在包含螺钉轴线的平面中获得。
图17b)显示图17a)中所示的细节的放大横截面图。
图18显示将根据第二实施例的骨螺钉插入椎骨的椎弓根中的第一步骤的示意图。
图19a)显示将根据第二实施例的骨螺钉插入椎骨的椎弓根中的第二步骤的示意图。
图19b)显示在图19a)中所示的插入步骤期间的骨螺钉的一部分的放大图。
图20a)显示根据第二实施例的骨螺钉的插入程序的第三步骤。
图20b)显示在图20a)中所示的状态下的骨螺钉的一部分的放大图。
具体实施方式
图1和2描绘作为两件式单元建立的骨螺钉1的第一实施例，其包括芯体构件10和作为独立部件的螺纹体20。螺纹体20安装到芯体构件10并且两个部件在预定程度上相对于彼此可移动。更详细地参考图3至7，芯体构件10包括柄部11，所述柄部具有在柄部11的一侧的尖端12，和在柄部11的相对侧的头部13。柄部11限定螺钉轴线或纵轴线L。头部13可以配备有设在其自由端面处的凹陷13a以便与工具接合。头部13的形状显示为球段形，但是不限于此。可以预料头部的任何形状。至少一个、优选多个槽口14可以设在柄部11中，在纵向方向上从柄部11上的位置延伸到尖端12。槽口14可以相对于纵轴线稍稍扭转。它们可以用于允许插入期间的骨螺钉的自切割。在尖端12的区域中，柄部11朝着自由端渐缩。
在柄部11的外表面中设有螺旋形凹槽15，所述螺旋形凹槽从靠近头部13的位置一直延伸到尖端12的锥形部段开始处的位置。螺旋形凹槽15具有在纵向方向上的宽度wg，所述宽度可以大于位于螺旋形凹槽15的两圈之间的柄部部分的宽度ws。特别地在图4a)至5b)中可以看到，凹槽15的横截面是大致矩形的。凹槽的深度d小于凹槽的宽度wg。凹槽的相对侧壁15a、15b形成用于螺纹体20的抵接表面，如下所述。第一侧壁15a面对尖端12并且第二侧壁15b面对头部13。靠近头部13的凹槽15的端部分包括大致在纵向方向上延伸的端表面15c。在侧视图中，如图6中所见，凹槽的端部分具有大致梯形轮廓，即，侧壁15a、15b相对于彼此以这样的方式稍稍成角使得凹槽15朝着横向壁15c加宽。特别地在图1和6中可以看到，鼻状突起16从第一侧壁15a延伸到凹槽15的端部分中。鼻状突起16形成为使得它与螺纹体的相应部分协作以便将螺纹体保持在凹槽15中。
凹槽15的圈数对应于典型地设在柄部11上的骨螺纹的螺纹圈数。螺旋形凹槽的取向对应于右旋螺纹的取向。螺旋形凹槽15的螺纹螺距形成骨螺钉1的第一螺纹螺距P1。
凹槽15与头部13相反的端部分朝着尖端12开放并且大致终止于柄部渐缩以形成尖端12的位置(例如参见图3和6)。凹槽15的开放端部分允许从柄部11的尖端侧将凹槽15与螺纹体20接合。
芯体构件10是没有同轴腔孔的整体实心件。因此，与包括同轴中空腔孔的螺钉柄部相比该柄部的直径可以减小。
特别地如图1和7中所示，螺纹体20是具有第一端部21和相对的第二端部22的大致中空圆柱形构件，并且包括螺旋形螺纹23，所述螺旋形螺纹的圈围绕中空内部部段24卷绕。螺纹23具有普通骨螺纹的形状，具有大致三角形横截面，所述三角形横截面具有包括相对表面23a、23b的基部，所述相对表面23a、23b在图4a)和图4b)中所见的横截面图中大致垂直于纵轴线延伸。相对表面23a、23b的高度与凹槽15的深度相同或明显更大，如图4b)中所示。螺纹23的基部的相对表面23a、23b配置成与凹槽15的相对侧壁15a、15b协作。
螺纹体20的螺纹圈的宽度wt小于凹槽15的宽度wg，使得螺纹体20可以以一定公差放置到凹槽15中。螺纹体20的螺纹螺距是第二螺纹螺距P2。在该实施例中，第二螺纹螺距P2与螺旋形凹槽15的第一螺纹螺距P1相同。第一端部21处的螺纹体20的端面23c与纵轴线L大致同轴地延伸并且配置成抵靠凹槽15的端面15c。螺纹23的螺纹方向与凹槽15的方向相同使得螺纹体20可以拧接到柄部11上，由此接合凹槽15。靠近端面23c有螺纹体20的鼻状突起26，其配置成与凹槽15的端部分中的鼻状突起16协作，使得当鼻状突起26接合鼻状突起16时，螺纹体20保持在凹槽15中并且防止芯体构件10从螺纹体20拧出。
在第二端部22，螺纹23的牙顶的高度连续的减小，同时面朝着第二端部22的牙侧的倾斜连续地减小。在图2和5a)中可以看到，螺纹体20的螺纹23的最后圈或其一部分具有小于螺纹体20的剩余部分的外径以匹配尖端12的形状。
通过从柄部的尖端侧将螺纹体20拧接到柄部11上而组装骨螺钉1。由此，螺纹体20的第一端部21接合凹槽15并且推进螺纹体20直到它的第一端部21到达凹槽15的端部分。螺纹体的鼻状突起26沿着突出到凹槽中的鼻状突起16滑动直到螺纹体的鼻状突起26卡扣在鼻状突起16并且两鼻部彼此接合。当鼻状突起26沿着鼻状突起16经过时，凹槽15的扩大端部分提供必要空间。在已安装状态下，螺纹体20的端面23c抵靠柄部11的凹槽15的端面15c。在图3至4b)中可以看到，当螺纹体20完全安装到柄部上时，螺纹体20的面对头部13的侧壁23b抵靠凹槽15的侧壁15a。由于凹槽15的宽度wg大于螺纹23的宽度wt，因此在螺纹体20的侧壁23a和凹槽的第二侧壁15b之间有间隙27，所述间隙允许螺纹体在纵向方向上相对于柄部11移动直到螺纹体20的侧壁23a抵靠凹槽15的侧壁15b。
芯体构件10和螺纹体20都由身体相容材料制造。这样的身体相容材料特别是身体相容金属(例如钛、不锈钢)或身体相容金属合金(例如NiTi合金，例如镍钛诺)。身体相容塑料例如是PEEK(聚醚醚酮)。芯体构件10和螺纹体20可以是相同或不同材料。例如，芯体构件10可以由身体相容金属或金属合金制造并且螺纹体20可以由身体相容塑料材料制造。可以预料材料的任何其它组合。
将参考图4a)至5b)解释动态骨螺钉的使用。当骨螺钉1插入在骨、骨部分或椎骨、例如椎骨的椎弓根中预制的芯孔中时，芯体构件10处于笔直状态。由于螺纹体20和凹槽15的相应鼻状突起26、16接合，因此当插入骨螺钉时它的旋转运动不导致螺纹体20从凹槽15脱离。此外，旋转运动具有的作用是螺纹体20用其侧壁23b抵靠面对尖端12的凹槽15的第一侧壁15a。
当负荷在横向于纵向方向的方向上施加到骨螺钉并且横向力F作用于芯体构件10、例如作用于头部13时，被施加负荷的骨螺钉1的侧被限定为骨螺钉的张力侧并且相对侧被限定为骨螺钉1的压缩侧。芯体构件相对于纵轴线L弯曲，螺纹体20仍然接合周围骨材料。因此，在图5a)和5b)中可以看到，芯体构件10相对于螺纹体20的弯曲导致螺纹体20的螺纹圈朝着压缩侧的凹槽15的相对侧壁15b移动。同时，在张力侧，螺纹体20d的螺纹圈仍然用其侧表面23b抵靠凹槽15的第一侧壁15a。所以，凹槽的侧壁15a、15b提供芯体构件10相对于螺纹体20的运动的止挡。该构造允许柄部11和锚固在周围骨材料中的螺纹体20之间的有限微运动。另外，当侧壁23b抵靠凹槽15的侧壁15a时，负荷可以不仅传递到压缩侧，而且传递到张力侧。
骨螺钉可以用作例如椎弓根螺钉。在该情况下，它可以连接到接收部件以形成多轴或单平面骨锚固器。对于接收部件，可以使用允许可枢转地保持骨螺钉的头部并且将骨螺钉连接到脊柱稳定杆的所有类型的接收部件。当椎骨移动时，横向力可以作用于椎弓根螺钉。由于有限挠性，椎弓根螺钉的芯体构件可以弯曲并且因此防止脆弱骨材料的骨折。而且，在骨再吸收的情况下，骨螺钉1可以平衡由于其动态特性引起的力，否则该力将对稳定装置具有不利影响。特别地，可以防止由于骨再吸收引起的骨中的骨螺钉1的松动。
由于芯体构件10和螺纹体20是独立部件，因此可以提供模块化骨螺钉，其中可以选择芯体构件10和螺纹体20的不同组合。例如，螺纹体20可以以各种螺纹形状进行设计并且具有特定螺纹形状的特定螺纹体20可以安装到芯体构件10。图8a)至8d)描绘可以使用的各种螺纹形状。图8a)显示具有锯齿形的螺纹23″，所述螺纹包括面对头部13的水平牙侧和相对倾斜牙侧。图8b)显示具有大致方形的螺纹23″'，所述螺纹具有两个相对水平牙侧。图8c)显示螺纹23″″'，其具有的面对头部13的牙侧具有负螺纹角。图8d)显示凹槽和螺纹体的设计的进一步修改。凹槽150是具有圆段形横截面的螺旋线形凹槽并且螺纹体包括由圆线制造的螺纹螺旋线28。
将参考图9至16描述骨螺钉的第二实施例。与第一实施例相同或相似的部件和部分用相同的附图标记进行标记并且将不重复它们的描述。骨螺钉1'包括芯体构件10'、独立头部13'和螺纹体20'。特别地参考图11至13，芯体构件10'包括柄部11，所述柄部具有在一个端部处的尖端12和在与尖端12相对的端部处的螺纹部分18，所述螺纹部分具有用于连接到独立头部13'的外螺纹。在螺纹部分18的自由端面处，提供用于螺丝起子的狭缝18a或另一接合部分。头部13'包括在其与接合凹陷13a相对的侧的螺纹腔孔17，所述螺纹腔孔与接合凹陷13a连通。螺纹腔孔17的轴向长度大于柄部11的螺纹部分18的轴向长度使得可以通过将柄部11更多或更少地拧入螺纹腔孔17中而改变骨螺钉1'在纵向方向上的总长度。
凹槽15'与第一实施例的凹槽15的区别特别在于靠近螺纹部分18的端部分。特别地，背离螺纹部分18的第一侧壁15a'与纵轴线L成大致90°的角延伸。也没有鼻状突起。端部分中的相对第二侧壁15b'在柄部11各处具有相同的倾斜度。凹槽15'的螺距是第一螺距P1'。
螺纹体20'与第一实施例的螺纹体20的区别主要在于它在第一端部21处的形状。在第一端部21处的形状对应于凹槽15'的形状。因此，它也不具有鼻状突起。在图10中可以看到，螺纹体20的第一端部21以一定公差配合到凹槽15'的端部分中。
螺纹体20'的螺纹23'的螺距是第二螺距P2'。在该实施例中，第二螺距P2'不同于凹槽15'的第一螺距P1'。第二螺距P2'可以大于或小于第一螺距P1'。在所示的具体实施例中，第二螺距P2'小于第一螺距P1'。
通过将螺纹体20'拧接到芯体构件10'的柄部11上直到螺纹体20'的第一端部21容纳在凹槽15'的端部分中而组装骨螺钉1'。由于第一螺距P1'不同于第二螺距P2'，因此螺纹体20'被偏压在芯体构件10'上。在实施例中，螺纹体20'稍稍延伸以便以更大螺矩配合到凹槽15'中。头部13'安装到柄部11的螺纹部分18。
将参考图15至17b)描述骨螺钉1'的功能。当螺纹体20'安装到柄部11上时，螺纹23'的第二表面23b'抵靠背离头部13'的凹槽的第一侧壁15a'。接着，如图16至17b)中所示，用接合到接合狭缝18a中的工具将柄部11稍稍旋转到头部13'中，同时螺纹体20'保持与骨接合。在该状态下，螺纹移动远离凹槽的第一侧壁15a'并且朝着凹槽的中间移动，如图17a)和17b)中所示。由于不同的螺距，被偏压的螺纹体20'将压缩力施加到在螺纹23'的螺纹圈之间的骨，如图17b)中所示。这防止骨中的骨螺钉的松动。以类似方式，如果与螺纹体20'关联的第二螺距P2'大于与凹槽15'关联的第一螺距P1'，则螺纹体20'必须被压缩以便配合到凹槽15'中。因此，它在纵向方向上将撑开力施加到周围骨。
将参考图18至20d)描述临床应用。首先，如图18中所示，将已组装骨螺钉1'插入椎骨101的椎弓根中的预制芯孔100中。当它完全插入时，螺纹体20'抵靠凹槽15'的第一侧壁15a'，如图19a)和19b)中所示。在该状态下，它被偏压抵靠芯体构件10'。在下一步骤中，如图20a)和20b)中所示，柄部11更深地移动到头部13'中。由于螺纹体20'锚固在骨中，螺纹23'在远离由凹槽15'的表面15a'所提供的抵接件的轴向方向上移动，由此在凹槽中的螺纹的任一侧留下间隙(图20b)。螺纹体20'相对于柄部11的偏压力将压缩力施加到骨。
另外，芯体构件10'弯曲到纵轴线之外是可能的，如结合第一实施例所述。
根据第二实施例的骨螺钉1'也是模块化骨螺钉。芯体构件10'和螺纹体20'可以由与根据第一实施例的骨螺钉相同的或不同的材料制造。而且，可以选择用于螺纹体20'的各种螺纹形状。
可以预料实施例的各种其它修改。凹槽可以仅仅沿着柄部的一部分延伸并且螺纹体可以仅仅覆盖设有凹槽的柄部的一部分。
在进一步修改的实施例中，凹槽的宽度可以沿着凹槽的长度变化。例如，凹槽的宽度wg和螺纹体的宽度wt的关系wg/wt可以使得它从尖端处的1朝着头部增加到大于1的值。在该情况下，螺纹体容纳在凹槽中而在尖端侧没有公差并且在头部侧有公差。
头部可以具有不同形状，例如透镜状、圆盘状或任何其它形状。根据第一实施例以及根据第二实施例的骨螺钉甚至可以没有头部。骨螺钉也可以与骨板一起使用。尖端可以具有不同形状，甚至可以被省略。
在进一步的实施例中，头部为球段形，例如如图1中所示，并且枢转地容纳在接收部件中使得形成可以连接到杆的多轴或单平面骨螺钉。代替球段形头部，用于杆的接收部件可以设在柄部的端部处以形成可以连接到杆的单轴骨螺钉。

Claims (15)

1.一种骨螺钉，包括：
纵向芯体构件(10、10')，所述纵向芯体构件具有限定纵向方向的纵轴线(L)并且具有表面，其中螺旋形的凹槽(15、150、15')设在所述表面的至少一部分中；以及
螺旋形的螺纹体(20、20')，所述螺纹体是设在所述凹槽(15、150、15')中的独立部件；
其中所述凹槽(15、150、15')具有第一宽度(wg)并且所述螺纹体(20、20')具有第二宽度(wt)，并且其中所述第一宽度(wg)大于所述第二宽度(wt)使得所述螺纹体(20、20')能够在所述纵向方向上在所述凹槽(15、150、15')中滑动。
2.根据权利要求1所述的骨螺钉，其中所述纵向芯体构件(10、10')是实心体。
3.根据权利要求1或2所述的骨螺钉，其中所述螺旋形的凹槽(15、150)包括第一端部和第二端部以及在所述第二端部处或附近的第一接合部分(16)，并且其中所述螺纹体(20)包括第二接合部分(26)，所述第二接合部分与所述第一接合部分协作以在所述第二端部处将所述螺纹体保持在所述凹槽中。
4.根据权利要求1至3之一所述的骨螺钉，其中所述凹槽(15)具有第一侧壁(15a、15a')和相对的第二侧壁(15b、15b')，所述第一侧壁和所述第二侧壁形成第一止挡和第二止挡以限制所述螺纹体(20、20')在所述纵向方向上的运动。
5.根据权利要求4所述的骨螺钉，其中当没有横向负荷施加到所述骨螺钉时所述螺纹体(20、20')抵靠所述第一侧壁(15a、15a')。
6.根据权利要求4或5所述的骨螺钉，其中，当横向负荷施加到所述螺纹体(20、20')时，所述螺纹体配置成在所述纵向方向上滑动直到它抵靠所述第二侧壁(15b、15b')。
7.根据权利要求1或6之一所述的骨螺钉，其中所述螺旋形的凹槽(15)具有第一螺距(P1)并且所述螺纹体(20)具有第二螺距(P2)，并且其中所述第一螺距和所述第二螺距是相同的。
8.根据权利要求1至6之一所述的骨螺钉，其中所述螺旋形的凹槽(15')具有第一螺距(P1')并且所述螺纹体(20')具有第二螺距(P2')，并且其中所述第一螺距和所述第二螺距是不同的。
9.根据权利要求1至8之一所述的骨螺钉，其中所述芯体构件(10、10')包括第一端部和第二端部以及在所述第一端部处的尖端部分(12)，并且其中所述螺纹体(20、20')包括在其面对所述尖端部分(12)的端部处的减小外径以匹配所述尖端部分(12)的外径。
10.根据权利要求1至9之一所述的骨螺钉，其中所述芯体构件(10、10')包括第一端部和第二端部以及在所述第二端部处的头部(13、13')。
11.根据权利要求10所述的骨螺钉，其中所述头部(13')是可连接到所述芯体构件(10')的柄部(11)的独立部件。
12.根据权利要求11所述的骨螺钉，其中所述柄部(11)具有带外螺纹的螺纹部分(18)，并且其中所述头部(13')具有螺纹腔孔(17)，所述螺纹腔孔配置成与所述头部(13')的所述螺纹部分(18)协作。
13.根据权利要求3至12之一所述的骨螺钉，其中所述凹槽(15、150、15')的所述第一端部是开放的。
14.一种提供骨螺钉的方法，所述方法包括以下步骤：选择纵向芯体构件(10、10')，所述纵向芯体构件包括在所述芯体构件的表面的至少一部分中的螺旋形凹槽(15、150、15')，并且选择螺旋形螺纹体，其中所述凹槽(15、150、15')具有第一宽度(wg)并且所述螺纹体(20、20')具有第二宽度(wt)，并且其中所述第一宽度(wg)大于所述第二宽度(wt)，以及
将所述螺旋形螺纹体拧接到所述芯体构件上。
15.根据权利要求14所述的骨螺钉，其中：
所述螺旋形凹槽(15)具有第一螺距(P1)并且所述螺纹体(20)具有第二螺距(P2)，并且其中所述第一螺距和所述第二螺距是相同的，或者
所述螺旋形凹槽(15')具有第一螺距(P1')并且所述螺纹体(20')具有第二螺距(P2')，并且其中所述第一螺距和所述第二螺距是不同的。
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