CN110831531B - 空心骨螺钉中成角度的沟槽 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种骨螺钉，该骨螺钉包括近侧端部和远侧端部，该远侧端部在远侧方向上沿着骨螺钉的纵向轴线与近侧端部间隔开，以及中空部，该中空部从近侧端部延伸到远侧端部。骨螺钉还包括沿着螺钉的长度的至少一部分延伸的螺纹区域，该长度从近侧端部延伸到远侧端部。螺纹区域限定沿着螺旋路径围绕纵向轴线延伸的至少一个外螺纹。螺纹区域包括延伸到骨螺钉的远侧端部的至少一个沟槽。至少一个沟槽限定了相关联的至少一个切削齿，其继而限定被取向成相对于纵向轴线限定角度的切削面。该角度在约5度和约25度的范围内，并且沟槽周向地中断外螺纹的至少一部分。

Description

空心骨螺钉中成角度的沟槽
相关专利申请的交叉引用
本专利申请以Zastrozna的名义要求于2017年4月21日提交的美国临时专利申请序列号62/488,398的优先权，该申请的整个公开通过在本专利申请中引用被包含于此。
技术领域
本发明涉及具有延伸到骨锚的远侧端部的切削沟槽的空心骨锚。
背景技术
常规地利用骨固定构件(包括空心骨螺钉)在骨材料内锚定。延伸穿过骨螺钉的主体的中空部可允许骨螺钉沿着导丝或其它引导部件被引导到骨内的目标位置。然而，中空部可影响骨螺钉的远侧端部穿透或以其它方式推进穿过骨材料的能力。空心骨锚已适于包括远侧切削沟槽，以有利于螺钉插入骨中。
发明内容
根据本公开的一个实施方案，骨螺钉包括近侧端部和远侧端部，该远侧端部在远侧方向上沿着骨螺钉的纵向轴线与近侧端部间隔开，以及中空部，该中空部从近侧端部延伸到远侧端部。骨螺钉还包括沿着螺钉的长度的至少一部分延伸的螺纹区域，该长度从近侧端部延伸到远侧端部。螺纹区域限定沿着螺旋路径围绕纵向轴线延伸的至少一个外螺纹。螺纹区域包括延伸到骨螺钉的远侧端部的至少一个沟槽。至少一个沟槽限定了相关联的至少一个切削齿，其继而限定被取向成相对于纵向轴线限定角度的切削面。该角度在约5度和约25度的范围内，并且沟槽周向地中断外螺纹的至少一部分。
根据本公开的另一个实施方案，骨螺钉包括近侧端部和远侧端部，该远侧端部在远侧方向上沿着骨螺钉的纵向轴线与近侧端部间隔开。骨螺钉包括从近侧端部延伸到远侧端部的中空部和沿着螺钉长度的至少一部分延伸的螺纹区域，该长度从近侧端部延伸到远侧端部。螺纹区域限定沿着螺旋路径围绕纵向轴线延伸的至少一个外螺纹。螺纹区域包括相对于彼此周向间隔开的多个切削沟槽。多个切削沟槽中的每个延伸到骨螺钉的远侧端部。多个切削沟槽限定在切削沟槽之间周向间隔开的多个齿。多个齿中的每个限定被取向成限定相对于纵向轴线的角度的切削面，该角度在约5度和约25度的范围内，
附图说明
结合附图阅读将更好地理解上述发明内容以及以下对本申请的椎间植入物的说明性实施方案的详细说明。出于说明本申请的可膨胀椎间植入物的目的，附图中示出示例性实施方案。然而，应当理解，本专利申请并不局限于所示出的精确的布置方式和机构。在附图中：
图1为根据本公开的实施方案的空心骨螺钉的透视图；
图2为图1的空心骨螺钉的另一个透视图；
图3为图1的空心骨螺钉的侧视图；
图4为图1的空心骨螺钉的轴的螺纹部分的纵切面视图；
图5为图1的空心骨螺钉的头部的一部分的纵切面视图；
图6A为图1的空心骨螺钉的远侧端部的侧视图；
图6B为沿图6A的剖面线6B–6B截取的空心骨螺钉的远侧端部的截面端视图；
图7为图1的空心骨螺钉的远侧端部的透视图；
图8为图1的空心骨螺钉的远侧端部的端视图；
图9为图1的空心骨螺钉的远侧部分的另一侧视图；
图10至图12为图1的空心骨螺钉的远侧端部的附加透视图；
图13为具有定位在视图顶部附近的第一切削齿的空心骨螺钉的远侧端部的侧视图；
图14为空心骨螺钉的远侧端部的侧视图，其中第一切削齿朝视图的中心旋转；
图15为具有定位在视图顶部附近的第二切削齿的空心骨螺钉的远侧端部的侧视图；
图16为空心骨螺钉的远侧端部的侧视图，其中第二切削齿朝视图的中心旋转；
图17为具有定位在视图顶部附近的第三切削齿的空心骨螺钉的远侧端部的侧视图；
图18为空心骨螺钉的远侧端部的侧视图，其中第三切削齿朝视图的中心旋转；
图19为根据本公开的实施方案的外科骨螺钉的透视图；
图20为图19的空心骨螺钉的另一个透视图；
图21为图19的空心骨螺钉的侧视图；
图22为图19的空心骨螺钉的轴的螺纹部分的纵切面视图；
图23为图19的空心骨螺钉的头部的一部分的纵切面视图；
图24为图19的空心骨螺钉的远侧端部的侧视图；
图25为图1的空心骨螺钉的远侧端部的透视图；
图26为图19的空心骨螺钉的远侧端部的端视图；
图27为图19的空心骨螺钉的远侧部分的另一侧视图；
图28至图30为图19的空心骨螺钉的远侧端部的附加透视图；
图31为图19的具有定位在视图顶部附近的第一切削齿的空心骨螺钉的远侧端部的侧视图；
图32为图19的空心骨螺钉的远侧端部的侧视图，其中第一切削齿朝视图的中心旋转；
图33为图19的具有定位在视图顶部附近的第二切削齿的空心骨螺钉的远侧端部的侧视图；
图34为图19的空心骨螺钉的远侧端部的侧视图，其中第二切削齿朝视图的中心旋转；
图35为图19的具有定位在视图顶部附近的第三切削齿的空心骨螺钉的远侧端部的侧视图；
图36为图19的空心骨螺钉的远侧端部的侧视图，其中第三切削齿朝视图的中心旋转；
图37为在本公开的空心骨螺钉上执行的测试数据的图形表示；
图38为示出在将现有技术空心骨螺钉插入测试泡沫材料期间形成的切削片段的透视图；
图39为示出在将本公开的空心骨螺钉插入测试泡沫材料期间形成的切削细丝的透视图；以及
图40为示出插入到测试泡沫材料中而不产生切削片段的本公开的空心骨锚的另一个透视图。
具体实施方式
参考下列结合对构成本公开的一部分的附图和实例的详细说明可更易于理解本公开。应当理解，本公开不限于本文所述和/或所示的具体装置、方法、应用、条件或参数，并且本文所用的术语仅用于以举例的方式描述具体实施方案的目的，并非旨在限制本公开的范围。此外，除非上下文另外明确地指出，否则如本说明书(包括随附权利要求书)中所用，单数形式“一个”和“所述”包括复数，并且提到特定数值时至少包括此特定值。
本文所用的术语“多个”意指多于一个。当表示值的范围时，另一个实施例包括从一个具体的值和/或到其他具体的值。相似地，当前面用“约”将值表示为近似值时，应当理解，该值的具体值构成了另一个实施例。所有范围均包括端值在内并且可组合。
参见图1和图2，空心骨螺钉2被构造成以清洁且有效的方式在骨内接合和紧固，该方式使对相邻骨材料的损伤最小化。本公开的空心骨螺钉2具有在插入开始时提供强初始咬合的侵入性切削特征部，并且在将螺钉推进到骨中时还提供有力的切削操作(与刮切动作相反)，如下文更详细地讨论。
空心骨螺钉2可包括主体4，该主体限定近侧端部6和沿着骨螺钉2的纵向轴线X与近侧端部6间隔开的远侧端部8。主体4可限定从近侧端部6朝远侧端部8延伸的外表面10。纵向轴线X可沿基本上垂直于径向方向R的纵向方向L延伸。径向方向R可为双向的，并且可包括单方向径向向外和径向向内的部件，其中“径向向外”是指在远离纵向轴线X的径向R上，而“径向向内”是指朝向纵向轴线X的径向方向R。骨螺钉2还可限定沿纵向轴线X从近侧端部6延伸到远侧端部8的远侧方向。骨螺钉2还可限定近侧方向，该近侧方向沿着纵向轴线X从远侧端部8延伸到近侧端部6并且与远侧方向相对。应当理解，远侧方向和近侧方向各自为双向纵向方向L的单方向分量。
作为非限制性示例，主体4可由生物相容性材料诸如钛、钛合金、不锈钢或它们的任何组合形成。
螺钉主体4可限定中空部12，该中空部从近侧端部6到远侧端部8延伸穿过主体4。中空部12可为通孔，该通孔被构造成以允许骨螺钉2沿着导丝移动到患者组织中的目标位置的方式在其中容纳导丝。中空部12内的主体4的内部表面13可为基本上平滑且圆柱形的，但其它几何形状也在本实施方案的范围内。主体4还可限定头部14和从头部14沿远侧方向延伸的轴16。轴16可包括在远侧方向上与头部14间隔开的柄部18。柄部18可为无螺纹的。轴16还可包括在远侧方向上与柄部18间隔开的螺纹区域20。轴16的螺纹区域20可被称为“螺纹轴区域”，并且可沿着纵向方向L从螺纹区域近侧端部21延伸至螺钉2的远侧端部8。如图所示，螺纹区域近侧端部21可位于柄部18和螺纹轴区域20之间的交接部处，但螺纹区域近侧端部21可定位在头部14上朝向头部14的远侧或骨螺钉2的近侧端部6上。螺纹轴区域20可限定或以其它方式包括沿螺旋路径24围绕纵向轴线X延伸的外螺纹22。虽然螺纹22可为单线螺纹，如图所示，但应当理解，在其它实施方案中，螺纹22可为双线螺纹。螺旋路径24可限定螺旋，并且因此可从骨螺钉2的螺纹区域近侧端部21至远侧端部8恒定。螺纹轴区域20的螺纹22可被称为“轴螺纹”。轴螺纹22可被构造成以防止螺钉2从骨中退回的方式在骨材料中紧固，诸如皮质和/或松质骨材料。
骨螺钉2可包括用于以有利于将骨螺钉2插入骨中的方式切削、穿入和切割骨材料的一个或多个切削特征部。例如，螺纹轴区域20可包括延伸穿过螺钉主体4至骨螺钉2的远侧端部8的一个或多个切削沟槽26。切削沟槽26中的每个可与中空部12相交。一个或多个切削沟槽26可限定在切削沟槽26之间周向间隔开的一个或多个切削齿28。另外，当螺纹22沿螺旋路径24延伸时，切削沟槽26可周向地中断轴螺纹22的至少一部分。如图所示，骨螺钉2可包括三(3)个切削沟槽26和三(3)个切削齿28，但应当理解，其它数量的沟槽26和齿28也在本公开的范围内。
参见图2，头部14可限定从螺钉2的近侧端部6沿远侧方向延伸的插座30。插座30可被构造成接纳由医师操作的驱动工具，并且可具有星形六角构型，但其它插座构型也在公开的实施方案的范围内。头部14可包括第二螺纹区域32，该螺纹区域包括被构造成根据需要接合骨、骨板或其它对象的螺纹34。头部14的螺纹34可从螺钉的近侧端部6延伸至第二螺纹区域32的远侧端部35。应当理解，第二螺纹区域32可被称为“螺纹头部分”，并且其螺纹34可被称为“头部螺纹”。头部14还可限定在螺钉2的近侧端部6和第二螺纹区域32的远侧端部35之间延伸的一个或多个切削沟槽37。
作为非限制性示例，空心骨螺钉2可被构造成用于插入前脚的骨中，包括趾骨和跖骨。如图3所示，螺钉2可限定沿纵向方向L从近侧端部6到远侧端部测量的长度L1。螺纹轴区域20可沿长度L1的至少一部分延伸，如图所示。然而，在其它实施方案中，螺纹轴区域20可沿整个长度L1延伸。应当理解，可根据待接合的各种类型的骨以及待修复或以其它方式处理的各种类型的骨折和其它创伤来调节螺钉2的各种特性，诸如长度L1，而不脱离所公开的实施方案的实质。
现在参见图4，轴螺纹22的每个螺纹可从根36径向向外延伸到嵴38，并且可在嵴38处具有大致弯曲的凸形轮廓。根36可被表征为螺纹之间的骨螺钉2的外表面10。应当理解，相对于轴螺纹22，如本文所用，术语“螺纹”是指螺钉2的相对于径向方向R从根36向外延伸的任何部分。
轴螺纹22的嵴38可与螺旋路径24对齐。轴螺纹22的每个螺纹可限定从嵴38朝近侧延伸的底切部分40，并且还可限定从嵴38朝远侧延伸的前斜面42。轴螺纹22可具有沿正交于根36处骨螺钉2的外表面10的方向从根36到嵴38测量的螺纹高度H1。作为非限制性示例，螺纹高度H1可在约0.2mm和约0.9mm的范围内。在螺纹轴区域20处，正交于外表面10的方向沿径向方向R延伸。轴螺纹22可在嵴38处限定大直径D1，并且在根36处限定小直径D2。小直径D2也可限定柄部18的直径。为了与前脚的骨一起使用，小直径可在约2mm至约4mm的范围内，但其它直径也在本公开的范围内。作为非限制性示例，轴螺纹22可具有在约0.7mm和约2mm范围内的螺距P1。
头部螺纹34可具有与轴螺纹22不同的特性。例如，头部螺纹34可具有与轴螺纹22不同的螺距和/或不同的螺纹高度。具体地讲，如图5所示，第二螺纹34可具有在约0.5mm和约1.5mm范围内的第二螺距P2和在约0.2mm和约0.6mm范围内的第二螺纹高度H2。
第一螺纹22和第二螺纹32之间的节距比率可在约1.1:1和约1.8:1的范围内。因此，空心骨螺钉2可被构造成使得一旦第二螺纹34接合骨材料，第一螺纹22和第二螺纹32将压缩头部14和螺纹轴区域20之间的材料。
现在参见图6A，螺旋路径24可以螺旋角ψ取向，该螺旋角在从纵向轴线X到轴螺纹22的嵴38测量的约65度和约85度范围内。在一些实施方案中，螺旋角ψ可在约78度和约82度的范围内。在其它实施方案中，螺旋角ψ可小于65度。在另外的实施方案中，螺旋角ψ可大于85度。螺旋角ψ可任选地沿着螺纹轴区域20的整个长度为均匀的，包括沿着骨螺钉2的远侧端部8处的齿28。
切削沟槽26和切削齿28可被构造成响应于具有沿纵向轴线X第一轴向分量FA和围绕纵向轴线X的第二旋转分量FR的驱动力而允许齿28快速咬合到皮质骨材料中。例如，切削沟槽26中的每个可以从骨螺钉2的纵向轴线X偏移的沟槽偏移角α取向。例如，沟槽偏移角α相对于纵向轴线X可在约5度和约25度的范围内。在另外的实施方案中，沟槽偏移角α可在约10度和约20度的范围内。在其它实施方案中，沟槽偏移角α可在约14度和约18度的范围内。在另一个实施方案中，沟槽偏移角α可为约16度。在另一个实施方案中，沟槽偏移角α可在约25度和约60度或大于60度的范围内。另外，切削沟槽26中的每个可从螺杆主体4的外表面10径向向内延伸至沟槽43。沟槽43可在第一或最远侧的槽位41处与中空部12相交，并且可在第二或最近侧槽位44处与螺钉主体的外表面10相交。应当理解，如图6A所示，沟槽偏移角α可由沟槽43沿着其在最远侧槽位41和最近侧的槽位44之间延伸的路径限定。还应当理解，头部螺纹32的切削沟槽37也可以在约5度和约25度范围内的沟槽角α2取向(图3)。
参考图6A至图8，切削沟槽26和切削齿28可包括分别在第一沟槽26a、第二沟槽26b以及第三沟槽26c之间周向间隔开的第一齿28a、第二齿28b和第三齿28c。第一齿28a可旋转地引导第二齿28b，该第二齿可旋转地引导第三齿28c，该第三齿可在螺钉2围绕纵向轴线X旋转时旋转地引导第一齿28a。每个齿28可相对于螺钉2的插入的旋转方向Z限定旋转引导侧46以及与引导侧46相对的旋转尾侧48。例如，第一沟槽26a可位于第一齿28a的旋转引导侧46，而第二沟槽26b可位于第一齿28a的旋转尾侧48。相似地，第二沟槽26b可位于第二齿28b的旋转引导侧46，而第三沟槽26c可位于第二齿28b的旋转尾侧48。此外，第三沟槽26c可位于第三齿28c的旋转引导侧46，而第一沟槽26a可位于第三齿的28c旋转尾侧48。应当理解，每个沟槽43可分离一个齿28的旋转尾侧48和下一个齿的旋转引导侧46(或者，换句话讲限定两者之间的交接部)。另外，最近侧的槽位44(在此处沟槽43与主体4的外表面10相交)可限定一个齿28的旋转尾侧48的近侧端部以及下一个齿的旋转引导侧46的近侧端部。另外，每个齿28可从中空部12径向向外延伸至螺钉主体4的外表面10。
每个切削齿28也可在旋转引导侧46上限定切削表面或“切削面”50(图7)。切削面50的尺寸、形状和取向可由齿28的旋转引导侧46上的沟槽26限定。每个齿28的切削面50可任选地为基本上平面的。每个齿28的旋转引导侧46也可限定定位在切削面50和旋转引导沟槽26的槽43之间的次表面51。次表面51可具有将沟槽43与切削面50接合的凹形弯曲轮廓。切削面50可被称为相关齿28的主切削面，并且次表面51可被称为齿28的次切削面。
每个齿28可包括在齿28的远侧末端处的切削顶端52。切削顶端52可为单个点，如图所示，但其它几何形状(诸如远侧边缘)也在本公开的范围内。切削顶端52可限定相关切削面50的最远点。如本实施方案中所示，切削顶端52可位于齿28的径向向内边缘处，并且因此也可定位在螺钉主体4的内部表面13处。第一齿、第二齿和第三齿28a-28c的切削顶端52可共同限定与骨螺钉2的纵向轴线X正交的第二平面P4(图6A)。换句话讲，齿28中的每个的切削顶端52可沿着纵向方向L，以基本上相同的距离与骨螺钉2的近侧端部6间隔开。还应当理解，切削顶端52可各自限定骨螺钉2的远侧端部8。因此，通过将切削顶端52中的每个抵靠表面(诸如目标骨的外表面)放置，医师可获得当螺钉2被取向成基本上正交于表面时的触觉指示。
图6A示出了骨螺钉2的远侧端部8的正交侧视图的非限制性示例，其中所示的第三齿28c的切削顶端52直接覆盖在纵向轴线X上。因此，螺钉2的纵向轴线X和第三齿28c的切削顶端52可共同限定第三齿28c的纵向平面P3。在图6中，纵向平面P3沿径向方向R直接延伸进/延伸出页面。在该取向下，第三齿28c的切削面50也可沿径向方向R直接延伸进/延伸出页面。第三齿28c的切削面50可相对于第三齿28c的纵向平面P3以第一倾角β1取向。第一齿28a和第二齿28b的切削面50的第一倾角β1可按类似的方式限定。例如，第一齿28a的切削面50可相对于由第一齿28a的纵向轴线X和切削顶端52限定的纵向平面以第一倾角β1取向。相似地，第二齿28b的切削面50可相对于由第二齿28b的纵向轴线X和切削顶端52限定的纵向平面以第一倾角β1取向。
由于切削面50可有效地由相关的旋转引导沟槽26的几何形状限定，应当理解，第一倾角β1和沟槽偏移角α可以是基本上相等的。因此，每个切削面50可具有相对于纵向轴线X在约5度和约25度范围内的第一倾角β1。在另外的实施方案中，第一倾角β1可在约10度和约20度的范围内。在一些实施方案中，第一倾角β1可在约14度和约18度的范围内。在一个实施方案中，第一倾角β1可为约16度。在另一个实施方案中，第一倾角β1可在约25度和约60度或大于60度的范围内。应当理解，第一倾角β1可不同于(即大于或小于)沟槽偏移角α。
如图6B中所示，每个齿28a、28b、28c的切削面50的取向也可相对于与纵向轴线X相交的参考线和正交于纵向轴线X的参考平面中的切削面50的径向最外边缘限定第二倾角β2。优选地，第二倾角β2为正倾角。
每个齿28的切削面50的切削顶端52和第一和第二倾角β1、β2可允许每个齿28响应于驱动力而快速地咬入(即穿透)并推进穿过皮质骨材料而不会使螺钉2对骨造成过度刮擦或扭曲。因此，齿28可为螺钉2提供自钻孔功能。
除了咬合或穿入之外，切削齿28中的每个可限定一个或多个切削刃，用于在插入螺钉2期间对骨材料进行切断、分割、裂开、分开和以其它方式分离骨材料。例如，图9示出骨螺钉2的远侧端部8，其中第三齿28c通常在图的顶部取向。如相对于第三齿28c所示，每个齿28可限定从切削顶端52大致沿近侧方向延伸的第一切削刃54。第一切削刃54可位于切削面50和主体4的内部表面13之间的交接部。第一切削刃54可被取向或以其它方式被构造成沿着与径向方向R大致相切的方向切断或以其它方式切割骨材料。换句话讲，如果骨螺钉2被插入骨内并且在不朝远侧推进的情况下围绕纵向轴线旋转，则第一切削刃54可围绕纵向轴线X切削骨材料中的基本上圆柱形的切口。
继续参见图9，每个齿28还可限定径向向外延伸和从切削顶端52朝近侧延伸至螺钉主体4的外表面10的第二切削刃56。第二切削刃56的近侧端部58可位于螺钉主体4的外表面10处。切削顶端52可限定第二切削刃56的远侧端部。第二切削刃56可被取向为相对于平面P4限定相关齿28的切削刃角度θ。第二切削刃56可被取向或以其它方式被构造成当螺钉2被推进时能够沿远侧方向切断或以其它方式切削骨材料。例如，如果骨螺钉2沿远侧方向推进穿过骨材料而不围绕纵向轴线X的任何旋转，则第二切削刃56可切削沿纵向方向L取向的基本上线性的切口。然而，当螺钉2在插入期间同时旋转并朝远侧推进时，第一切削刃54和第二切削刃56中的每个沿螺旋路径切断或以其它方式切削骨材料。应当理解，至少部分地由于切削面50的倾角β1、β2，第一切削刃54和第二切削刃56以及第三切削刃63(下文参考图13更充分地描述)可通过基本上不包括刮削或剪切分离机构的切断分离机构来有效地分离骨材料。
每个齿28也可限定从旋转引导侧46延伸至齿28的旋转尾侧48的浮雕表面60，也如图7和图8中所示。在切削面50处，第二切削刃56可限定浮雕表面60的旋转前缘。切削刃角度θ可任选地从齿28的旋转引导侧46到旋转尾侧48是一致的；然而，其它几何形状也在本公开的范围内。浮雕表面60可大致螺旋地从第二切削刃56围绕纵向轴线X朝近侧延伸。因此，齿28的浮雕表面60可被称为“螺旋”浮雕表面。然而，在其它实施方案中，齿28的浮雕表面60可为基本上平面的，由此此类平面的浮雕表面可被称为“直的”浮雕表面。在此类实施方案中，直的浮雕表面可通过铣削或以其它方式使图9所示的螺旋浮雕表面60平整化来形成。
图10至图12示出了在骨螺钉2的远侧端部8处的切削齿28的另外的透视图。在图10中，第一齿28a在视图的顶部取向。在图11中，第二齿28b在视图的顶部取向。在图12中，第三齿28c在视图的顶部取向。如在图7至图12中可见，第一、第二和第三齿28a-28c中的每个可限定轴螺纹22的至少一部分。如上所述，螺旋角ψ可沿着螺纹轴区域20的整个长度(包括沿着齿28)为均匀的。
现在参见图13至图18，将进一步讨论齿28的构型和操作。图13和图14示出了第一齿28a，其从视图(图13)的顶部旋转到切削面50垂直延伸到页面中的点(图14)。图15和图16示出了第二齿28b，其从视图(图15)的顶部旋转到切削面50垂直延伸到页面中的点(图16)。图17和图18示出了第三齿28c，其从视图(图17)的顶部旋转到切削面50垂直延伸到页面中的点(图18)。
如图13和图14中所示，第一齿28a可限定轴螺纹22的一部分。具体地讲，第一齿28a的切削面50的第三切削刃63可限定至少前斜面42螺纹部分和与前斜面42螺纹部分朝远侧间隔开的根36部分。另外，在第一齿28a上，第二切削刃56的近侧端部58可位于根36部分。前斜面42螺纹部分、根36部分和第一齿28a的浮雕表面60可各自在近侧方向上从第一齿28a的引导侧46到尾侧48螺旋地延伸。根36可在边缘62处与第一齿28a的浮雕表面60接续。第三切削刃63可向第一齿28a提供自攻功能。
如图15和图16中所示，第二齿28b还可限定轴螺纹22的一部分。具体地讲，第二齿28b的切削面50的第三切削刃63可限定根36部分和与根36部分朝远侧间隔开的底切40螺纹部分。另外，第二切削刃56的近侧端部58可位于底切40螺纹部分。因此，在第二齿28b上，第二切削刃56的近侧端部58可从根36径向向外定位。如图16中所示，根36、底切40螺纹部分和浮雕表面60可各自在近侧方向上从第二齿28b的引导侧46到尾侧48螺旋地延伸。在第二齿28b上，边缘64可限定浮雕表面60和底切40螺纹部分之间的交接部。第三切削刃63可向第二齿28b提供自攻功能。
如图17和图18中所示，第三齿28c还可限定轴螺纹22的一部分。具体地讲，第三齿28c的切削面50的第三切削刃63可限定根36部分，与根部分36朝远侧间隔开的底切40螺纹部分，以及与底切40螺纹部分朝远侧间隔开的前斜面42螺纹部分。因此，在第三齿28c上，第二切削刃56的近侧端部58可从根36径向向外定位。如图18中所示，根36部分、底切40螺纹部分、前斜面42螺纹部分和浮雕表面60可各自在近侧方向上从第三齿28c的引导侧46到尾侧48螺旋地延伸。另外，在第三齿28c上，边缘66可限定浮雕表面60和前斜面42螺纹部分之间的交接部。第三切削刃63可向第三齿28c提供自攻功能。
因此，轴螺纹22可从第一齿28a的近侧端部到至少邻近第三齿28c的切削顶端52的位置基本上沿着螺旋路径24朝远侧延伸。轴螺纹22可与齿28的切削面50中的每个的至少一部分相交，使得外螺纹22限定每个切削面50的至少一部分。当施加驱动力的轴向分量FA和旋转分量FR并且骨螺钉2被驱动到骨中时，第一齿28a的第三切削刃63可在骨材料内形成第一螺旋通道，轴螺纹22的至少一部分可穿过该螺旋通道延伸。另外，第二齿28b的第三切削刃63可在骨材料内形成第二螺旋通道，轴螺纹22的至少一部分可穿过该螺旋通道延伸。另外，第三齿28c的第三切削刃63可在骨材料内形成第三螺旋通道，轴螺纹22的至少一部分可穿过该螺旋通道延伸。当骨螺钉2在朝远侧推进到骨材料中的同时旋转一整圈(即围绕纵向轴线X旋转360度)时，第一通道、第二通道和第三通道可合并到基本上单个的螺旋通道中，当螺钉2继续推进时，轴螺纹22可穿过该螺旋通道延伸。
现在参考图19和图20，可根据本公开的第二实施方案构造空心骨螺钉102。作为非限制性示例，骨螺钉102可类似于图1至图18的骨螺钉2来构造，并且还可被构造成用于插入前脚的骨中，包括趾骨和跖骨。骨螺钉可包括主体104，该主体限定近侧端部106和沿着骨螺钉102的纵向轴线X与近侧端部106间隔开的远侧端部108。主体104可限定从近侧端部106朝远侧端部108延伸的外表面110。
螺钉主体104的内部表面113可限定中空部112，该中空部从近侧端部106到远侧端部108延伸穿过主体104。主体104还可限定头部114和从头部114沿远侧方向延伸的轴116。轴116可包括在远侧方向上与头部114间隔开的柄部118和在远侧方向上与柄部118间隔开的螺纹轴区域120。螺纹轴区域120可限定或以其它方式包括沿螺旋路径124围绕纵向轴线X延伸的外螺纹122。螺旋路径124可限定螺旋，并且因此可沿着螺纹轴区域的长度为恒定的。轴螺纹122可被构造成以防止螺钉102从骨中退回的方式在骨材料中紧固，诸如皮质和/或松质骨材料。
螺纹轴区域120可包括一个或多个切削沟槽126和在切削沟槽126之间周向间隔开的一个或多个切削齿128。在本实施方案中，齿128的几何形状可不同于图1至图18所示实施方案的几何形状，如下文更详细地所述。
头部114可限定插座130并且可包括第二螺纹区域132，该螺纹区域包括被构造成根据需要接合骨、骨板或其它对象的头部螺纹134。
如图21中所示，螺钉102可限定沿纵向方向L从近侧端部106至远侧端部108测量的长度L1。如图22所示，轴螺纹22可从根136径向向外延伸到嵴138，并且可在嵴138处具有大致弯曲的凸形轮廓。嵴138可与螺旋路径124对齐。轴螺纹122可限定从嵴138朝近侧延伸的底切部分140，以及从嵴138朝远侧延伸的前斜面142。轴螺纹122可具有沿正交于根136处骨螺钉102的外表面110的方向从根136到嵴138测量的螺纹高度H1。作为非限制性示例，螺纹高度H1可在约0.2mm和约0.9mm的范围内。轴螺纹122还可限定嵴138处的大直径D1和在根136处的小直径D2，其也可限定柄部118的直径。为了与前脚的骨一起使用，小直径可在约2mm至约4mm的范围内，但其它直径也在本公开的范围内。作为非限制性示例，轴螺纹122可具有在约0.7mm和约2mm范围内的螺距P1。
头部螺纹134可具有与轴螺纹122不同的特性。例如，头部螺纹134可具有与轴螺纹122不同的螺距和/或不同的螺纹高度。具体地讲，如图23所示，第二螺纹134可具有在约0.5mm和约1.5mm范围内的第二螺距P2和在约0.2mm和约0.6mm范围内的第二螺纹高度H2。第一螺纹122和第二螺纹132之间的节距比率可在约1.1:1和约1.8:1的范围内。因此，空心骨螺钉102可被构造成使得一旦第二螺纹134接合骨材料，第一螺纹122和第二螺纹132将压缩头部114和螺纹轴区域120之间的材料。
现在参见图24，螺旋路径124可以螺旋角ψ取向，该螺旋角在从纵向轴线X到轴螺纹122的嵴138测量的约65度和约85度范围内。螺旋角ψ可任选地沿着螺纹轴区域120的整个长度为均匀的，包括沿着骨螺钉102的远侧端部8处的齿28。
另外，切削沟槽126和切削齿128可被构造成响应于驱动力的轴向分量FA和旋转分量FR而允许齿128快速地咬合到皮质骨材料中。例如，切削沟槽126中的每个可以与骨螺钉102的纵向轴线X偏移的沟槽偏移角α取向，如上所述。例如，沟槽偏移角α相对于纵向轴线X可在约5度和约25度或至多60度或更大的范围内。另外，切削沟槽126中的每个可从螺钉主体104的外表面110径向向内延伸至沟槽143。沟槽143可在第一或最远侧的槽位141处与中空部112相交，并且可在第二或最近侧槽位144与螺钉主体104的外表面110相交。如上所述，沟槽偏移角α可由沟槽143沿着其在最远侧槽位141和最近侧的槽位145之间延伸的路径限定。
参考图24至图26，切削沟槽126和切削齿128可包括分别在第一沟槽126a、第二沟槽126b以及第三沟槽126c之间周向间隔开的第一齿128a、第二齿128b和第三齿128c。每个齿128可相对于螺钉102的插入的旋转方向Z限定旋转引导侧146和与引导侧146相对的旋转尾侧148。每个沟槽143可分离一个齿128的旋转尾侧148和下个齿的旋转引导侧146。另外，沟槽143在其上与主体104的外表面110相交的位置144可限定一个齿128的旋转尾侧148的近侧端部以及下一个齿的旋转引导侧146的近侧端部。另外，每个齿128可从中空部112径向向外延伸至螺钉主体104的外表面110。每个齿128可限定从旋转引导侧146延伸至齿128的旋转尾侧148的浮雕表面160。
每个切削齿128也可限定旋转引导侧146上的切削面150。切削面150可任选地为基本上平面的。每个齿128的旋转引导侧146也可限定定位在切削面150和旋转引导沟槽126的槽143之间的次表面151。次表面151可具有将沟槽143与切削面150接合的凹形弯曲轮廓。切削面150可被称为相关齿128的主切削面，并且次表面151可被称为齿128的次切削面。
每个齿128可包括在齿128的远侧末端处的切削顶端152。切削顶端152可为单个点，如图所示，但其它几何形状(诸如远侧边缘)也在本公开的范围内。切削顶端152可限定相关切削面150的最远点。在本实施方案中，每个齿128的切削顶端152可相对于图1至图18的实施方案的切削顶端52径向向外定位，如下文更详细所述。
图27示出骨螺钉102的远侧端部108，其中第一齿128a通常在图的顶部取向。如相对于第一齿128a所示，每个齿128可限定位于切削面150和主体104的内部表面113之间的交接部的第一切削刃154。第一切削刃154可限定与次表面151交接的位置处的边缘近侧端部155和与边缘近侧端部155朝远侧间隔开的边缘远侧端部157。与上文参考图1至图18提出的实施方案的第一切削刃54基本相似，第一切削刃154可被取向或以其它方式被构造成切断或以其它方式切削骨材料。
每个齿128还可限定从第一切削刃154的远侧端部155径向向外和朝远侧延伸至切削顶端152的第二切削刃156。第一齿、第二齿和第三齿128a-c的切削顶端152可共同限定与骨螺钉102的纵向轴线X正交的第二平面P4(图24)。换句话讲，齿128中的每个的切削顶端152可沿着纵向方向L，以基本上相同的距离与骨螺钉102的近侧端部106间隔开，并且因此可各自限定骨螺钉102的远侧端部108。因此，通过将切削顶端152中的每个抵靠表面(诸如目标骨的外表面)放置，医师可获得当螺钉102被取向成基本上正交于表面时的触觉指示。由于本实施方案的切削顶端152相对于图1至图18的实施方案的切削顶端径向向外定位，因此当螺钉102被取向成基本上正交于骨表面时本实施方案可提供甚至更大的触觉指示。
第二切削刃156可被取向为相对于第二平面P4限定相关齿128的向内切削刃角度θ。切削刃角度θ可任选地从齿128的旋转引导侧146到旋转尾侧148是一致的；然而，其它几何形状也在本公开的范围内。与上文参考图1至图18提出的实施方案的第二切削刃56基本相似，第二切削刃156可被取向或以其它方式被构造成切断或以其它方式切削骨材料。插入期间当螺钉102同时旋转并朝远侧推进时，第一切削刃154和第二切削刃156中的每个均可沿螺旋路径切断或以其它方式切削骨材料。在切削面150处，第二切削刃156可限定浮雕表面160的旋转前缘。本实施方案的齿128的浮雕表面160可为基本上平面的，并且因此可被称为“直的”浮雕表面。作为非限制性示例，本实施方案的直浮雕表面160可通过铣削或以其他方式使图1至图18的实施方案的螺旋浮雕表面60平整化而形成。直浮雕表面160可提供具有更多角度轮廓的本实施方案的切削齿128，并且在每个齿128切入骨材料时减小每个齿的横截面。齿128的其它表面也可被铣削或以其它方式平整化以进一步减小每个齿128的横截面。
再次参见图24，其示出了骨螺钉102的远侧端部108的正交侧视图的非限制性示例，其中第一齿128a的切削顶端152直接覆盖在纵向轴线X上。因此，螺钉102的纵向轴线X和第一齿128a的切削顶端152可共同限定第一齿128a的纵向平面P3。在图24中，纵向平面P3沿径向方向R直接延伸进/延伸出页面。在该取向下，第一齿128a的切削面150也可沿径向方向R直接延伸进/延伸出页面。第一齿128a的切削面150可相对于第一齿128a的纵向平面P3以第一倾角β1取向。第二齿128b和第三齿128c的切削面150的第一倾角β1可按类似的方式限定。例如，第二齿128b的切削面150可相对于由第二齿128b的纵向轴线X和切削顶端152限定的纵向平面以第一倾角β1取向。相似地，第三齿128c的切削面150可相对于由第一齿128c的纵向轴线X和切削顶端152限定的纵向平面以第一倾角β取向。
应当理解，第一倾角β1和沟槽偏移角α可以是基本上相等的。因此，每个切削面150可具有相对于纵向轴线X在约5度和约25度范围内的第一倾角β1。在另外的实施方案中，第一倾角β1可在约10度和约20度的范围内。在一些实施方案中，第一倾角β1可在约14度和约18度的范围内。在一个实施方案中，第一倾角β1可为约16度。在另一个实施方案中，第一倾角β1可在约25度和约60度或大于60度的范围内。应当理解，如上所述，第一倾角β1可不同于(即大于或小于)沟槽偏移角α。
另外，类似地如上文结合图6B所述，本实施方案的每个齿128a-c的切削面150还可相对于与纵向轴线X和在正交于纵向轴线X的基准平面中的切削面150的径向最外边缘相交的基准线限定正第二倾角β2。
图28至图30示出了在骨螺钉102的远侧端部108处的切削齿128的另外的透视图。在图28中，第一齿128a在视图的顶部取向。在图29中，第二齿128b在视图的顶部取向。在图30中，第三齿128c在视图的顶部取向。如在图25至图30中可见，第一、第二和第三齿128a-c中的每个可限定轴螺纹122的至少一部分。如上所述，螺旋角ψ可沿着螺纹轴区域120的整个长度(包括沿着齿128)为均匀的。
现在参见图31至图36，将进一步讨论齿128的构型和操作。图31和图32示出了第一齿128a，其从视图(图31)的顶部旋转到切削面150垂直延伸到页面中的点(图32)。图33和图34示出了第二齿128b，其从视图(图33)的顶部旋转到切削面150垂直延伸到页面中的点(图34)。图35和图36示出了第三齿128c，其从视图(图35)的顶部旋转到切削面150垂直延伸到页面中的点(图36)。
如图31和图32中所示，第一齿128a可限定轴螺纹122的一部分。具体地讲，第一齿128a的切削面150的第三切削刃163可限定底切140和前斜面142螺纹部分。第三切削刃163也可限定另一底切140和邻近齿128a的远侧末端152的前斜面142螺纹部分。第三切削刃163可向第一齿128a提供自攻功能。
如图33和图34中所示，第二齿128b还可限定轴螺纹122的一部分。具体地讲，第二齿128b的切削面150的第三切削刃163可限定底切140和邻接齿128b的远侧末端152的前斜面142螺纹部分。第三切削刃163可向第二齿128b提供自攻功能。
如图35和图36中所示，第三齿128c还可限定轴螺纹122的一部分。具体地讲，第三齿128c的切削面150的第三切削刃163可限定底切140和第三齿128c的近侧端部和远侧端部之间的前斜面142螺纹部分。第三切削刃163可向第三齿128c提供自攻功能。
因此，轴螺纹122可从第一齿128a的近侧端部到至少邻近第三齿128c的切削顶端152的位置基本上沿着螺旋路径124朝远侧延伸。轴螺纹122可与齿128的切削面150中的每个的至少一部分相交，使得外螺纹122限定每个切削面150的至少一部分。当施加驱动力的轴向分量FA和旋转分量FR并且骨螺钉102被驱动到骨中时，第一齿128a的第三切削刃163可在骨材料内形成第一螺旋通道，轴螺纹122的至少一部分可穿过该螺旋通道延伸。另外，第二齿128b的第三切削刃163可在骨材料内形成第二螺旋通道，轴螺纹122的至少一部分可穿过该螺旋通道延伸。另外，第三齿128c的第三切削刃163可在骨材料内形成第三螺旋通道，轴螺纹122的至少一部分可穿过该螺旋通道延伸。当骨螺钉102在朝远侧推进到骨材料中的同时旋转一整圈(即围绕纵向轴线X旋转360度)时，第一通道、第二通道和第三通道可合并到基本上单个的螺旋通道中，当螺钉102继续推进时，轴螺纹122可穿过该螺旋通道延伸。
应当理解，每个齿128的切削面150的切削顶端152和倾角β1,β2可允许每个齿128响应于驱动力而快速地咬入(即穿透)并推进穿过皮质骨材料而不会使螺钉102对骨造成过度刮擦或扭曲。另外，第一切削刃154、第二切削刃156和第三切削刃163可通过基本上不包括刮擦或剪切分离机构的切断分离机构来有效地分离骨材料。
现在参见图37，发明人在50pcf泡沫块内测试了本文所公开的空心骨螺钉2、102，该泡沫块可类似于骨材料。还在泡沫块中测试了具有直切削沟槽(即平行于纵向轴线X的切削沟槽)和直浮雕表面的第三空心骨螺钉202。虽然发明人确定本文所公开的骨螺钉2、102可不需要显著小于直沟槽螺钉202的插入扭矩，但是发明人确实发现，本文所公开的骨螺钉2,102和直沟槽螺钉202相比需要显著更少的旋转即可在泡沫块内达到特定深度，如图37所示。
另外，如图38所示，类似于图37的螺钉202的现有技术螺钉(具有直切削沟槽)被驱动到接近骨材料的泡沫块302中。具体地讲，泡沫块302包括3mm厚的50pcf泡沫顶层，该层模拟皮质骨材料。顶层下面是一层20pcf泡沫，其模拟松质骨材料。将约1mm厚的粘合剂层设置在顶部和下面的泡沫层之间。如可见的那样，现有技术空心骨螺钉产生在泡沫块302的接合表面上累积的切削颗粒303，而没有任何限定的切屑结构。图39示出了被驱动到泡沫块302中的具有成角度的切削沟槽的空心骨螺钉，类似于本文所公开的骨螺钉2、102。虽然具有成角度沟槽的螺钉也产生一些切削颗粒，但其也产生从接合的泡沫材料传送出来的单个螺旋切屑串或长丝310。
此外，已观察到本文所公开的空心骨螺钉2、102为使用者提供有利的触觉反馈，如上所述。例如，已观察到骨螺钉2、102基本上立即响应于旋转驱动力FR而咬合到皮质骨材料中。另外，由螺钉2、102提供的触觉反馈可允许医师改变驱动力的轴向分量FA和旋转分量FR，使得轴的螺纹部分20可插入骨内而基本上不产生任何切削颗粒。例如，图40示出了得自测试的图像，其中骨螺钉2、102的几乎整个轴螺纹22、122能够在基本上不产生任何切削物的情况下而被插入泡沫块304内。
应当理解，本文所公开的空心骨螺钉2、102的前述尺寸代表骨螺钉2,102及其部件的尺寸、形状和取向的非限制性示例。此外，在不脱离本公开的实施方案的范围的情况下，骨螺钉2、102可被缩放至大于或小于本文所公开的那些的尺寸。
虽然轴螺纹22、122的切削沟槽26,126(以及由此限定的相应切削面50、51、150、151)和轴螺纹32、132的切削沟槽37、137被描绘成各自沿线性路径延伸，但应当理解，切削沟槽26、126、37、137可任选地沿螺旋路径延伸。在此类实施方案中，沟槽角α、α2和第一倾角β1可被表征为螺旋角。此外，尽管齿28、128的主切削面50、150被示出为在正交于纵向轴线X的基准平面中具有线性轮廓，但主切削面50、150可任选地在正交于纵向轴线X的基准平面中具有凹形轮廓。
尽管已详细描述了本公开，然而应当理解，在不背离如随附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的条件下，可对本文作出各种改变、替代和更改。此外，本公开的范围并非旨在仅限于本说明书中所述的具体实施方案。本领域的普通技术人员将容易理解可根据本公开采用与本文所述的相应实施方案执行基本上相同的功能或实现基本上相同结果的现有或以后将开发出的工艺、机器、制造、物质的组成、装置、方法或步骤。

Claims (22)

1.一种骨螺钉，包括：
近侧端部和远侧端部，所述远侧端部在远侧方向上沿着所述骨螺钉的纵向轴线与所述近侧端部间隔开；
中空部，所述中空部从所述近侧端部延伸到所述远侧端部；
螺纹区域，所述螺纹区域沿着所述螺钉的长度的至少一部分延伸，所述长度从所述近侧端部延伸到所述远侧端部，所述螺纹区域限定沿螺旋路径围绕所述纵向轴线延伸的至少一个外螺纹，所述螺纹区域包括延伸到所述骨螺钉的所述远侧端部的至少一个沟槽，所述至少一个沟槽限定相关的至少一个切削齿，所述切削齿继而限定取向成限定相对于所述纵向轴线的角度的切削面，所述角度在5度至25度的范围内，
其中所述沟槽周向地中断所述外螺纹的至少一部分，且
其中，所述至少一个切削齿限定了切削刃，所述切削刃从与所述中空部的交接部径向向外且朝远侧延伸至在至少一个切削齿的远侧末端处的切削顶端。
2.根据权利要求1所述的骨螺钉，其中所述切削面的至少一部分与所述外螺纹相交，使得所述外螺纹限定所述切削面的至少一部分。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的骨螺钉，其中所述切削面设置在所述齿的旋转引导侧。
4.根据权利要求3所述的骨螺钉，其中所述螺纹从所述切削面延伸到与所述齿的所述引导侧周向相对的所述齿的旋转尾侧。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的骨螺钉，其中所述角度在10度至20度的范围内。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的骨螺钉，其中所述角度在14度至18度的范围内。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的骨螺钉，其中所述角度为16度。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的骨螺钉，还包括在所述骨螺钉的所述近侧端部的头部。
9.根据权利要求8所述的骨螺钉，其中所述头部限定第二螺纹区域，所述第二螺纹区域限定另一外螺纹。
10.根据权利要求9所述的骨螺钉，其中所述另一外螺纹包括限定第二中心沟槽轴线的至少一个第二沟槽，所述第二中心沟槽轴线与所述纵向轴线偏移在5度至25度的范围内的角度。
11.一种骨螺钉，包括：
近侧端部和远侧端部，所述远侧端部在远侧方向上沿着所述骨螺钉的纵向轴线与所述近侧端部间隔开；
中空部，所述中空部从所述近侧端部延伸到所述远侧端部；
螺纹区域，所述螺纹区域沿着所述螺钉的长度的至少一部分延伸，所述长度从所述近侧端部延伸到所述远侧端部，所述螺纹区域限定沿螺旋路径围绕所述纵向轴线延伸的至少一个外螺纹，所述螺纹区域包括相对于彼此周向间隔开的多个切削沟槽，所述多个切削沟槽中的每个延伸至所述骨螺钉的所述远侧端部，所述多个切削沟槽限定在所述切削沟槽之间周向间隔开的多个切削齿，所述多个切削齿中的每个限定切削面，所述切削面取向成限定相对于所述纵向轴线的角度，所述角度在5度至25度的范围内，
其中每个沟槽周向地中断所述外螺纹的至少一部分，且
其中，所述至少一个切削齿限定了切削刃，所述切削刃从与所述中空部的交接部径向向外且朝远侧延伸至在至少一个切削齿的远侧末端处的切削顶端。
12.根据权利要求11所述的骨螺钉，其中所述螺旋路径限定螺旋。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的骨螺钉，其中多个齿中的每个的所述切削面限定相关齿的切削顶端。
14.根据权利要求13所述的骨螺钉，其中所述切削顶端限定所述相关齿的远侧端部。
15.根据权利要求14所述的骨螺钉，其中所述齿中的每个的所述远侧端部位于垂直于所述纵向轴线取向的单个平面上。
16.根据权利要求11或权利要求12所述的骨螺钉，其中每个沟槽的至少一部分与所述中空部相交。
17.根据权利要求11或权利要求12所述的骨螺钉，其中所述齿中的每个限定在相应齿的旋转引导侧和相应齿的旋转尾侧之间周向延伸的浮雕表面。
18.根据权利要求17所述的骨螺钉，其中所述浮雕表面是基本上螺旋状的。
19.根据权利要求17所述的骨螺钉，其中浮雕表面的至少一部分为基本上平面的。
20.根据权利要求11或权利要求12所述的骨螺钉，其中所述齿中的每个的所述切削面是基本上平面的。
21.根据权利要求11或权利要求12所述的骨螺钉，其中所述切削面的至少一个切削刃限定所述外螺纹的至少一部分。
22.根据权利要求11或权利要求12所述的骨螺钉，其中所述多个切削沟槽包括三个切削沟槽，并且所述齿包括三个齿。
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