CN104902833A - 防过度拧紧的骨螺钉-固定组件 - Google Patents

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Abstract

一种固定组件包括支架(2)和容纳骨螺钉(1)的夹紧套筒(3)，其中，骨螺钉具有头部(13)和副螺纹(12)且可摆动地支承在夹紧套筒中，其中，夹紧套筒在其外表面(30)处具有径向伸出的突起(34)而在其内腔(31)中具有与副螺纹互补的夹紧螺纹(32)的至少一个导程。在未夹紧的状态中，自由行程由在夹紧套筒处的缝隙量形成。设置有突起(34)，其形状配合地接合到在容纳座(23)处的凹部(24)中，且加厚部(15)锥状向后扩展地成形，其中，锥角(3)选择成使得自由行程除以半锥角的正切(tan ?/2)相应于副螺纹的螺距(h)的0.5至2.5倍。利用如此选择的锥角，缝隙量在拧紧预定的拧紧角度之后消失。

Description

防过度拧紧的骨螺钉-固定组件
技术领域
本发明涉及一种固定组件，其包括不带用于固定的骨螺钉(Knochenschraube)的支架。该固定组件尤其用于将植入物与周围的骨材料连接。
背景技术
已知将骨螺钉应用于足够牢地固定植入物或用于固定关节。根据应用情况在此在植入物与骨螺钉之间的角度固定的定位就足够，但是在其它情况中需要角度可变的(多轴的)布置。为了提供这样的角度调节可能性已知在实际待保持的物体(骨板或植入物)与骨螺钉之间设置球冠形的夹紧套筒(Spannhuelse)，其可翻倾地被支承在保持体中的相应的容纳座中。为了固定将骨螺钉引导通过可翻倾的夹紧套筒的内腔，其中，骨螺钉的螺纹不仅接合到处于保持体之下的骨中、而且以其上面的靠近头部的区域接合到在夹紧套筒的内壁处的相应的配对螺纹中。在固定螺钉时不仅产生在骨处的固定，而且骨螺钉挤到面对保持体的夹紧套筒上，使得其被固定在其角度位置中。为了获得对于挤入必需的撑开效应，螺钉头实施有相对于内腔宽度的过盈(Uebermaß)。这样的固定组件在文件US 2005/154392 A1中来说明。
在操纵这样的固定组件时的困难在于仅困难地向外科医生传达何时骨螺钉被拧得足够紧的感觉。恰好对于在难接近的部位处或在较小且因此敏感的骨部分处的手术，仅依靠对于拧紧力矩的感觉比较不可靠。应用扭矩扳手本身也不提供足够的补救，因为拧紧力矩根据螺纹的状态(干燥或被体液润湿)可显著变化。此外，拧紧转矩在前述固定组件中还由此被歪曲，即须施加附加的力用于撑开夹紧套筒。
发明内容
因此，本发明目的在于将根据前面的现有技术的固定组件改进成使得其可更简单地以可重复的强度来拧紧。
根据本发明的解决方案在于一种带有独立权利要求的特征的固定组件。有利的改进方案是从属权利要求的内容。
对于一种包括支架和容纳骨螺钉的夹紧套筒的固定组件，其中，骨螺钉具有杆，其带有在前面的区域中的螺纹、头部和在后面的区域中的加厚部(在其处布置有副螺纹(Sekundaergewinde))，且支架设有通孔和容纳座，夹紧套筒可摆动地被支承在容纳座中，夹紧套筒在其外表面(Aussenmantel)处具有径向伸出的突起而在其内腔中具有与副螺纹互补的夹紧螺纹的至少一个导程(Gang)，其中，在未夹紧的状态中自由行程(Freiweg)由在夹紧套筒处的缝隙量(Spaltmass)来形成，根据本发明设置成，突起形状配合地接合到在容纳座中的凹部(Aussparrung)中，而加厚部锥状向后张开地来成形，其中，锥角ß选择成使得自由行程除以半锥角的正切(tan ß/2)相应于副螺纹的螺距(Gewindesteigung)的0.5至2.5倍。
接下来说明一些所使用的术语：
“形状配合”被理解成突起在凹部中被引导成使得夹紧套筒双向地、也就是说在相对的旋转方向上被固定以防相对于容纳座扭转。这意味着，突起在容纳座中除了对于装配必需的少许间隙之外被无隙地保持。
关于骨螺钉，“前面”被理解成朝向其在杆端部处的顶端的方向而“后面”被理解成朝向骨螺钉的头部的相对的方向。
“可摆动”被理解成借助于夹紧套筒固定的骨螺钉的轴线可占据关于在保持部中的通孔的中轴线可自由调整的角度。调整范围优选地为在任何方向上且在通孔的中轴线中至少15°。
本发明的核心是通过两个措施的组合提供直至达到紧固配合的拧紧行程的精确限定的思想。该组合的第一方面在于，夹紧套筒借助于突起相对支架抗扭地被锚固。另外，夹紧套筒在初始状态中(被装配，但是尚未拧紧的骨螺钉)具有相对于其容纳座和/或相对于骨螺钉的缝隙量，其中，被称为自由行程的该缝隙量由于骨螺钉的加厚部的锥状设计在拧紧骨螺钉时逐渐消失。自由行程消失的速率取决于骨螺钉的扭转角度和在加厚部处的副螺纹的螺距。在此，通过扭转骨螺钉实现的进给行程和通过加厚部的锥状设计实现的扩张行程(只要其最终导致缝隙的消失)不相同，而是关于彼此处于锥角ß。本发明识别出，当(且这是本发明的重要的第二方面)夹紧套筒自身双向抗扭地被保持在容纳座中时，通过非任意地而是以一定的方式来选择该锥角，可实现螺钉直至自由行程消失的拧紧角度的限定。因为没有双向的抗扭的保持将不存在固定的参考系，从而如果即夹紧套筒一起旋转不能有意义地来说明拧紧角度。因为在实际应用中不能排除外科医生还将螺钉回拧一下，例如以便重新安放扳手，所以双向固定对于实际意义极其重要。应认识到须以规定的方式将锥角的确定强制性地与夹紧套筒的双向抗扭的固定相组合以便实现实际可靠的操纵和因此固定组件的实用性是本发明的优点。
形成自由行程的缝隙量可以以不同的方式来形成。适宜地，其是在夹紧套筒与容纳座之间的间隙，可以说是夹紧套筒的外部间隙。附加地或备选地，自由量也可由骨螺钉的加厚部关于夹紧套筒的内腔的宽度的尺寸不足(Untermaß)(即内部间隙)来形成。两者也可来组合。因此可实现优选地至少270°(相应于3/4转)的实用的比较大的拧紧角度。
另外，在自由行程中也可考虑骨螺钉、支架和尤其夹紧套筒的弹性。如果例如用于骨螺钉的材料如此有弹性使得加厚部在负荷下压缩，则附加地在自由行程中要来考虑压缩路程。然而这不是一定必需的，因为对于许多实际应用情况所使用的材料可被视为足够刚性的。
适宜地，加厚部和螺钉的头部相互结合。这使骨螺钉的结构简单的设计成为可能。该结合然而不是强制性的。
本发明在副螺纹和在骨螺钉的杆处的螺纹螺距不同的实施形式中证明特别合适。骨螺钉的螺纹通常比较粗(螺距在1.25至2.5mm的范围中)，而对于副螺纹更多考虑细螺纹。这两个螺纹可以以该方式由于螺距不同针对其相应的应用目的(即一方面锚固在骨材料中或另一方面与大多由金属材料制成的夹紧套筒的共同作用)来优化。优选地，螺纹的螺距选择成使得，副螺纹具有比在骨螺钉的杆处的螺纹的螺距更小的螺距，亦即优选地是0.4至0.7倍。由于螺距不同，在骨螺钉拧紧时将通过骨螺钉来连接的片段相互拉紧。因此由根据本发明的拧紧角度的限制引起这两个骨片的限定的夹紧。因此成功地抵抗带有骨螺钉从螺纹中脱出的风险的过度夹紧的危险。
适宜地，在夹紧套筒的内腔中的夹紧螺纹的高度被限制到优选地不多于三个螺距、进一步优选地不多于一个半螺距。利用这样的设计方案，引导骨螺钉的前面的螺纹通过在夹紧套筒的内腔的内壳处的螺纹特别简单，亦即即使其与夹紧螺纹具有不同的螺距但是具有相同的直径那么也是如此。
夹紧套筒适宜地实施成使得其内腔是柱状的。这不仅简化了制造，而且还提供该优点，即确定用于拧紧行程的计算的锥角仅由骨螺钉的加厚部来确定。但是另一方面也不应排除内腔圆锥形地来设计而相反加厚部的外表面柱状地来实施。
有利地，夹紧套筒和容纳座成形成使得在探明之间的界面是球状的。当夹紧套筒的外表面球形地成形时，是特别适宜的。因此得出对于夹紧套筒在其容纳座中的较大摆动角度得到一特别有利的设计方案。
夹紧套筒优选地被单次开槽。这意味着，设置有在夹紧套筒的整个高度上延伸的连续的槽。由此得到良好的可扩展性，但是还有更好的可压缩性用于简化装配。
有利地，在夹紧套筒处的突起布置在夹紧套筒的最大宽度(赤道)的区域中。这得到有利的独立于翻倾角的方向的翻倾特性。此外，突起适宜地旋转对称地来实施。这有利于翻倾特性独立于翻倾角的方向的均匀性。此外，突起的该设计方案提供了在运动中避免夹紧套筒在其容纳座中的摇摆运动的优点。对此特别适宜的是突起的顶端的圆顶形的、尤其半球形的形状。突起可具有柱式的、尤其圆柱状的底部结构(Unterbau)。然而，其高度优选地应较小(小于突起的宽度)，以便抵抗摇摆运动的危险。
在容纳座中槽缝状地实施容纳在突起中的凹部是特别适宜的，其中，槽缝状的凹部在通孔的中轴线的方向上延伸。因此，夹紧套筒可以以简单的方式通过插入其在容纳座中的位置中来装配。同时，其在该处实际无隙地形状配合地被保持。以该方式将简单的可装配性与可靠的双向抗扭的保持相组合。
在直径上相对地在夹紧套筒处布置第二突起证明特别有效。显然，对此在容纳座处要设置相应的第二凹部。这产生夹紧套筒的特别可靠的保持，其中，通过这两个突起来精确限定夹紧套筒的翻倾轴线。
凹部的槽缝式形状另外提供该优点，即突起在其中上下运动，从而使围绕与前述翻倾轴线正交的轴线的第二翻倾运动成为可能。因此提高了夹紧套筒的运动自由和因此骨螺钉的固定的多轴性。
附图说明
接下来参照附图(在其中示出有利的实施例)来详细阐述本发明。其中：
图1显示了在装配状态中根据本发明的一实施例的固定组件的概览图示；
图2显示了图1中的部分放大的截段；
图3显示了夹紧套筒的剖视图；
图4显示了骨螺钉的剖视图；
图5a, b显示了对于自由行程和锥角的示意性图示；
图6显示了带有拧紧角度的图示的装配图；以及
图7显示了骨螺钉的一备选的实施形式。
具体实施方式
根据本发明的固定组件包括骨螺钉1、支架2以及夹紧套筒3。在附图中示出的实施例示出一双重支架，其包括两个骨螺钉1以及两个夹紧套筒3。
这样的带有两个骨螺钉1的固定组件例如可实施为用于加固脊椎骨(未示出)的片层的外部桥接的植入物，尤其在片层部分切除之后。这样的植入物是同一申请人的带有国际申请号PCT/EP2012/001357的另一申请的内容。
骨螺钉1本身传统地实施有杆10，在其前部区域中设置有骨螺纹11。骨螺纹11也可在整个杆10上延伸。在杆10的后面的端部处设置有实施为加厚部的螺钉头13。其在其外面的端侧处设有星形的凹槽用于容纳相应地实施的扳手(未示出)。螺钉头13锥形地来设计且在其外表面14处具有锥角ß。在外表面14处布置有副螺纹12。其与骨螺纹11同向地来实施、然而具有小得多的螺距h(在所示出的实施例中仅骨螺纹11的螺距H的一半)。副螺纹12大约在三个螺距上延伸。加厚部15也可单独于螺钉头13来实施(参见图7)。
支架2在其两端处各具有一通孔20用于容纳骨螺钉1中的一个。其在其中间区域中球冠状地扩展且因此形成用于夹紧套筒3的容纳座23。在容纳座23的一侧处成型有槽缝状的凹部24，其至少在通孔20的一半深度上延伸。容纳座23用于可摆动地保持夹紧套筒3。对此，夹紧套筒3具有球形的外表面30，其轮廓大致互补于容纳座23的轮廓。夹紧套筒3具有中心的开口，其形成柱状的内腔31。在装配的状态中，骨螺钉1被插过该内腔。在此，骨螺钉1与布置在内腔31的壁处且与骨螺钉1的副螺纹12互补的夹紧螺纹32的一倍半的螺纹导程啮合。
另外，夹紧套筒3在一侧处具有贯穿的槽缝33。相对地，在夹紧套筒3的外表面31处布置有在赤道35处径向向外伸出的突起34。在示出的实施例中，突起34半球状地成形。其尺寸匹配于槽缝状的凹部24的尺寸被选择成使得突起34能够以少许间隙(在该申请的意义中少许大约被理解成突起的宽度的5%至30%的间隙)形状配合地插入槽缝状的凹部24中。在装配状态中，由此双向保护夹紧套筒3免于相对于支架2扭转。突起34的半球形的设计与槽缝状的凹部24相结合允许夹紧套筒3在支架2中的双万向支承，如其在图2中通过在右半图中的两个箭头所显示的那样。以此实现骨螺钉1在支架2中的轴可变的(多轴的)支承。实际上由此使在任何方向上大约15度的角度调整范围成为可能。
现在参照在图5a和5b中的剖示图。出于容易的可装配性和更好的可摆动性的实际原因，夹紧套筒3在初始状态中有间隙地位于其容纳座23中。这意味着，球冠状的容纳座23的内径大于夹紧套筒3的球形的外表面30的外径。
另外，在所示出的实施例中骨螺钉1在锥状的加厚部的区域(此处螺钉头13)中具有尺寸不足U。尺寸不足U定义为在骨螺钉1以其副螺纹12抓住夹紧螺纹32(参见图5b)的状态中在锥侧面14与内腔31的边缘之间的缝隙。
因此总地通过间隙S和尺寸不足U得出自由行程F，其根据公式F=S+U由间隙S和尺寸不足U的和来确定。该自由行程F在拧紧骨螺钉1时由于螺钉头13的锥状扩展被逐渐减小。如果其完全消失，那么骨螺钉1被拧紧。进一步的拧紧那么可导致螺旋连接的过载，尤其可造成骨螺纹11从椎体中不期望地脱出。
为了可靠地防止这来定义外科医生对于拧紧必须使用的拧紧角度γ。其例如可为大约270度、即四分之三转(参见图6)。对此的起始点是该位置，在其中骨螺钉以其副螺纹12恰好接合到夹紧螺纹32中(参见图5b)。270度(相应于四分之三转)的这样的量表现了对于实际可应用性良好的折衷，一方面良好的可调整性而另一方面防止搞错的操纵。现在为了实现自由行程F在四分之三转之后被耗尽，锥角ß须相应地来选择。根据本发明，这根据公式F/tan(ß/2)=270°/360° * h实现，其中，h是副螺纹12的螺距。为了计算所寻找的锥角ß，该公式可被转换成ß=2 * arctan (F/(0,75 * h))。
对于锥角ß的前述计算规则不管自由行程F是仅由间隙S还是仅由尺寸不足U还是由两者的组合来形成都适用。
然而如果夹紧套筒不是防止扭转的，拧紧角度的定义(此处例如对于四分之三转270度)是无意义的。因为在无防止扭转的情况下，可造成夹紧套筒的一起转动，由此拧紧角度的定义失去其基础。本发明通过借助于突起34将夹紧套筒3抗扭地、亦即双向地保持在槽缝状的凹部24中抵抗该危险。以此才实现拧紧角度的定义的实际可行性。因为夹紧套筒3抗扭地被保持在支架2处，用于拧紧角度的参考点得以保持。如果引起本身未设置的、在实践中但是刚好也不罕见地发生的回转(例如在转换扳手时)，那么这甚至也适用。与夹紧套筒3的该双向起作用的保持相组合，拧紧角度的设计才获得在操作范围中的实际可用性。
如果骨螺钉1被拧紧一定的拧紧角度γ，达到双重效果。一方面，夹紧套筒3可靠地相对支架2被夹紧并且骨螺钉的轴线因此被固定。另一方面，骨螺钉1现在足够强地被拧紧用于可靠地固定在脊椎骨中，但是也不过紧，使得不会造成骨螺纹由于过载从脊椎骨中脱出而损伤。如果骨螺钉1连接两个骨片，则以安全限定的应力将其相互拉紧。
即将可靠的牢固的拧紧与实用的过扭转保护相结合。
在一备选的实施形式中，如在图2中在右半图中所示，可设置成，在夹紧套筒3'处布置有两个突起34、34'。对此设置有第二突起34'，其相同于突起34来实施。其在直径上面对突起34地布置在夹紧套筒3的外表面处、即指向相反的方向。在该情况中，槽缝33'布置在夹紧套筒3处的这两个突起34、34'之间的一部位处、优选地在横向位置中。在支架2处，容纳座23设有相应地槽缝状的第二凹部24'。利用双重突起34、34'来限定第二翻倾轴线，从而实现夹紧套筒3在支架2中的被可靠地引导的双万向的可运动性。

Claims (17)

1. 一种固定组件，其包括支架(2)和容纳骨螺钉(1)的夹紧套筒(3)，其中，所述骨螺钉(1)具有杆(10)，其具有前面的螺纹(11)、头部(13)和带有副螺纹(12)的加厚部(15)，所述支架(2)设有通孔(20)和容纳座(23)，所述夹紧套筒(3)能够摆动地被支承在所述容纳座中，所述夹紧套筒(3)在其外表面(30)处具有径向伸出的突起(34)而在其内腔(31)中具有与所述副螺纹(12)互补的夹紧螺纹(32)的至少一个导程，其中，在未夹紧的状态中自由行程(F)由在所述夹紧套筒(3)处的缝隙量来形成，其特征在于，所述突起(34)形状配合地接合到在所述容纳座(23)处的凹部(24)中，且所述加厚部(15)锥状向后扩展地来成形，其中，所述锥角(ß)被选择成使得所述自由行程(F)除以半锥角的正切(tan ß/2)相应于所述副螺纹(12)的螺距(h)的0.5至2.5倍。
2. 根据权利要求1所述的固定组件，其特征在于，所述自由行程(F)包括尺寸不足(U)，其由在加厚部(15)与所述夹紧套筒(3)的内腔(31)之间的缝隙来形成。
3. 根据权利要求1或2所述的固定组件，其特征在于，所述自由行程(F)包括在夹紧套筒(3)与所述容纳座(23)之间的间隙(S)。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的固定组件，其特征在于，所述加厚部(15)和所述头部(13)相结合。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的固定组件，其特征在于，所述副螺纹(12)和在所述骨螺钉(1)的杆(10)处的螺纹(11)螺距不同。
6. 根据权利要求5所述的固定组件，其特征在于，所述副螺纹(12)具有较小的螺距、优选地0.4至0.7倍。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的固定组件，其特征在于，所述夹紧套筒(3)的内腔(31)是柱状的。
8. 根据权利要求1至6中任一项所述的固定组件，其特征在于，所述夹紧套筒的内腔是锥状的而所述加厚部的外表面是柱状的。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的固定组件，其特征在于，所述夹紧螺纹(32)的高度最高为在所述螺钉(1)的杆(10)处的所述螺纹(11)的导程高度(H)的三倍、优选地一倍半。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的固定组件，其特征在于，在夹紧套筒(3)与容纳座(23)之间的界面是球状地，尤其所述夹紧套筒(3)的外表面(30)球形地成形。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的固定组件，其特征在于，所述夹紧套筒(3)被单次开槽。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的固定组件，其特征在于，所述突起(34)布置在所述夹紧套筒(3)的最大宽度的区域中、优选地在其赤道(35)处。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的固定组件，其特征在于，所述突起(34)旋转对称地来实施。
14. 根据权利要求13所述的固定组件，其特征在于，所述突起(34) 实施有圆顶形的、优选地半球状的顶端。
15. 根据权利要求13或14所述的固定组件，其特征在于，所述突起(34)具有柱式的、尤其圆柱形的底部结构。
16. 根据前述权利要求中任一项所述的固定组件，其特征在于，在所述容纳座(23)中的所述凹部(24)是槽缝式的且在所述通孔(20)的中轴线的方向上延伸。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的固定组件，其特征在于，第二突起(34')在直径上相对地来布置，其中，在所述容纳座(23)中加工出相应的第二凹部(24')。
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