CN111202573A - 可中立加压的动态型椎弓根钉及其限动工具 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有动态椎弓根钉棒固定系统在手术中因无法限制钉座与钉体之间的摆动，而使之无法在对所固定节段进行撑开或加压操作后，保持钉座与钉体仍处于同轴状态，从而无法实现动态椎弓根钉棒固定系统固定后仍允许所固定节段作一定范围内的屈伸活动这一器械设计初衷的现状，发明了钉座侧壁设置有纵剖面呈楔形的贯通侧壁的卡口的动态椎弓根钉，及可楔入所述卡口内，通过将钉体头部向下挤压而限制钉体与钉座间发生摆动的限位工具。本发明可以在术中临时将动态钉用限位工具固定成钉体与钉座呈刚性连接的静态钉，便于椎弓根钉在保持钉体与钉座间不成角摆动的中立位施力，使得完成固定撤去限位工具后，能最大限度实现动态椎弓根钉的动态固定作用。

Description

可中立加压的动态型椎弓根钉及其限动工具

技术领域

本发明属于一种人体脊柱内固定装置及其专用安装工具。

背景技术

目前，在骨外科及神经外科手术中，经常要用到椎弓根钉棒固定系统对脊柱损伤、退变、畸形、病变等伤病进行复位、矫形、固定等治疗。操作过程中，在完成所有椎弓根螺钉的植入并安装连接棒后，常常先用撑开器或夹紧器通过撑开或夹紧椎弓根螺钉的钉座，带动与钉座呈刚性连接的钉体(以下简称固定钉)来挑起椎弓根螺钉所固定着的椎体，使相邻椎体、椎间隙张开或合拢至所需位置后，才拧紧所有螺塞以维持住该位置并维护所固定节段的脊柱稳定性。椎弓根钉棒固定系统的这种固定方式是刚性固定，其所固定的脊柱节段间没有运动功能，被固定的相邻脊椎间呈静止状态，从而有利于骨折愈合和脊椎间的骨性融合。但这种静态固定方式并非最理想的固定方式，也不适合所有需行椎弓根钉棒系统固定的病人，因此，非刚性固定理论和相应的非刚性固定椎弓根钉棒固定系统逐渐涌现，其中，钉座与钉体呈可摆动的非刚性连接的动态椎弓根螺钉(以下简称动态钉)也开始应用于临床了；此类“动态钉”设计的初衷是：其植入人的椎体中的钉体，在连接棒被螺塞锁定后，依然可相对于钉座及连接棒，作正负若干角度(±∠)的摆动，以保持动态钉所固定节段的适度屈伸活动；但由于在手术的过程中，实施相邻椎体的撑开及夹紧时，受钉座与椎体之间的位置限制，无法使用工具直接作用于钉体上，而只能如传统的“固定钉”一样，所使用的工具只能作用于钉座上；这就导致一个被诟病的现象：由于动态型椎弓根钉的钉体与钉座彼此可作相对摆动，当工具只是作用于钉座时，受椎间盘及韧带等软组织阻力影响，钉体前端无法与钉座同步平行移动，而是暂时留在原位，使钉座与钉体两者之间的同轴关系遭到破坏，出现夹角；只有当工具所施加的撑开或夹紧力继续作用，使钉体与钉座轴线的摆动夹角到达设计极限值时，钉体下端方能挑动椎体前缘移动，产生撑开或夹紧的效果；如此，动态钉所设定的摆动角度将全部丢失，失去了屈伸功能中的屈曲或伸直运动方式，而使反方向的伸直或屈曲幅度加倍，即所固定节段只能作0～2倍设计角度(0～2*∠)的摆动。运动幅度过与不足这两种结果都违背了动态钉的设计初衷，对人体均有可能产生不利影响，也就无法体现“动态钉”的优势性能，严重影响了动态固定这一先进理念的实际应用。

影响“动态钉”的手术效果和“动态钉”推广应用的原因可能是：研发者忽视了传统椎弓根钉棒固定系统多是采用将连接棒插入钉座顶端的U形开口通槽中并被螺塞锁定固定这一结构形式，导致处于较下方的构件被较上方的构件遮挡而无法直接操作，即连接棒置入后，将阻碍上钉器等工具对连接棒下面的钉体作出调整与控制，从而无法在撑开或加压时使柔性相连的钉体与钉座临时变成刚性相连。

如何使连接棒中置型的动态椎弓根钉能同“固定钉”一样，在手术中顺利进行相邻椎体的撑开与夹紧，且不丢失其所设定的摆动角度(±∠)，使得在手术后，所植入的动态椎弓根钉，依然能够作正负若干设定角度的摆动，从而充分实现动态椎弓根钉的医疗效果，这是临床上迫切需要解决的难题。

发明内容

针对既要沿用已被业界所熟悉的“连接棒中置型”的动态椎弓根钉，又要在手术中能够对这样的动态椎弓根钉如使用固定钉一样自如地撑开及夹紧，且在手术后，又具有动态钉的可作正负若干角度(±∠)的正常摆动这些手术操作者在临床上所迫切需要解决的难题，本发明公布了以下解决方案。

首先，需要解决的是，如何绕过或避开位于所述钉体正上方的置于钉座的U形开口通槽中的连接棒及已置入所述钉座的螺塞的阻挡，实施对钉体的操作与控制；本发明的技术方案是，将椎弓根钉设计成由钉座和钉体呈非刚性连接的椎弓根钉，再附加上通常的螺塞和连接棒，组成动态椎弓根钉固定系统:所述钉座上开口设有与螺塞相匹配的内螺纹，所述钉座上部还对称开设有用于承接所述连接棒的U形开口通槽；所述钉座U形开口通槽以下部分为球窝状内腔，内腔下端设有垂直向下内径小外径大呈喇叭状的通孔，所述钉体贯穿所述钉座下端的喇叭状通孔，所述钉体上端呈与所述钉座下部球窝状内腔相匹配的半球头状，所述钉座球头部的直径大于钉座下端通孔的内口直径，所述钉体颈部卡在钉座下端喇叭状通孔处，安装连接棒并拧紧螺塞后，所述钉体球头部并不会被卡死在所述钉座下部的球窝状内腔里，所述钉体仍可以在所述钉座的喇叭状通孔处旋转和摆动；手术时须以限动工具将非刚性连接的钉座与钉体临时固定为刚性连接；所述限动工具指能限制动态型椎弓根钉钉座与钉体间的旋转与摆动的专用工具；为了实现发明目的，所述钉座下部至少要设有一个纵剖面为楔形的贯穿钉座侧壁且外大内小的通孔构成的卡口；所述限动工具则须具有与钉座卡口形态相匹配的楔入端，使所述楔入端能楔入钉座内腔将钉体头部向下挤压，并与钉座下部球窝状内腔共同将钉体的球头抱死，从而使钉体不能在钉座下端通孔处发生旋转与摆动。

优选的，在钉座下部的侧壁，加工出一个或一对纵剖面为楔形的外大内小的通孔，进一步的，此对楔形通孔为对称分布在与钉座上的U形开口通槽相垂直的钉座的两侧，成为卡口；使用专用工具的楔入端卡入钉座侧壁的楔形通孔即卡口内，利用其楔形面，将预装在钉座底端内的钉体的头部下压，即可以使得所述钉体与钉座锁固成彼此无相对活动的呈刚性连接状态的一个整体，从而使整个动态根弓根钉临时变成固定钉。此时只要使用传统的撑开或加压工具，就可以十分方便地撑开或压缩椎体和椎间隙。

也就是说，将所述限动工具楔入钉座侧壁的卡口并向下挤紧钉体的球头部时，钉座与钉体便可形成一个与固定钉一样的相对固定的刚体，从而可以像固定钉一样通过对钉座的撑开或夹紧来实现对脊柱的撑开或夹紧了；完成全部固定后，只需取出限动工具，便可恢复动态钉的动态固定功能。

进一步地，这个或这对楔形卡口的水平高度应与装配后的所述钉体球头的水平位置相适应，从而有助于操作者利用所述专用工具将工具上的限动工具的楔入端置入楔形卡口内，去实施对所述钉体球头的压迫及控制。

为增强限动工具对钉体头部的抱死作用，优选的，所述钉座内设有一个下端面为球窝状的压环，同时相应地，将所述钉体的头部设置成球体，所述压环设于连接棒与钉体的球头之间，两者作球形配合副。此时，再用限动工具楔入端下压压环，便可使所述压环与钉座下部球窝状内腔共同将所述球头抱死。

进一步的，可以在所述钉座下部球窝状内腔设置一个压缩弹簧或弹性垫片，以增加所述钉座与所述钉体间的阻尼，便于操作；所述压缩弹簧或弹性垫片位于所述压环下方，所述限动工具楔入端通过下压压环，并压缩压缩弹簧或弹性垫片，也可使所述压环与钉座下部球窝状内腔共同将所述球头抱死。

优选的，所述压环和所述压缩弹簧或弹性垫片截面的圆孔须能穿过扭转所述钉体的旋具。

优选的，所述压环和所述压缩弹簧或弹性垫片预装在所述钉座下部的球窝状内腔，并在所述压环上缘加上止退装置，可以避免术中临时安装。

再进一步地，本发明所公开的动态椎弓根钉的构件，如螺塞、连接棒、钉体、压环、弹簧或弹性垫片，基本上可沿用传统的动态钉的构件，或在原基础上只需作较小的改动，如此，可以节省研发费用，亦可为生产过程中的库存减轻压力。

所述限动工具由楔入端与基座组成，其中楔入端的的外形特征，应与所述钉座楔形卡口相匹配；所述限动工具的楔入端，除以楔形为首先选择之外，亦可以是锥形，或是“柱形身+锥形头”。

优选的，所述限动工具的楔入端通过位于其后端侧方的转轴铰接固定于基座上，所述基座呈挂钩状，可钩挂于连接棒上；当楔入端楔入所述钉座卡口内，将挂钩钩挂于连接棒并卡紧时，楔入端亦可同时获得最大楔紧力，从而使所述钉座与所述钉体变成刚性连接的静态钉状态；当将挂钩自连接棒取下时，楔入端亦可轻松退出钉座卡口，从而使所述钉座与钉体恢复到可相向摆动的动态钉状态。

所述限动工具亦可设置成可锁死的钳夹状工具，即将所述钉座卡口呈对称状设置于钉座下部的两侧壁，将所述楔入端铰接成手柄可锁死的钳夹状，分别从两侧楔入钉座卡口，共同向下挤压钉体的球头或通过压环来向下挤压钉体的球头，锁死手柄后，便可以产生并维持足以将动态钉限位成静态钉的挤压力。

有益效果

本发明以绕过连接棒，直接控制钉体这种创新思维，成功解决了动态钉无法在中置状态下撑开和夹紧的医学难题，可有效避免目前临床上出现的动态摆动角度不可控，或因过大而固定失效，或因过小而变为静态固定的缺陷，从而保证手术质量，显著提升疗效，降低手术并发症的发生率和发生程度。

附图说明

在下文中，结合附图及具体实施方案，对本发明作出进一步的解释说明；

图1是本发明的二维图与效果图；

图2是未经改进的现有动态钉在撑开时所产生的技术问题；

图3是本发明的动态椎弓根钉的爆炸示意图；

图4是本发明的工作原理的局部放大图；

图5是本发明的动态椎弓根钉的实施例二；

图6是本发明的专用工具的工作原理二维图；

图7是本发明所公开的工作原理的三维效果示意图；

图8是本发明所示的专用工具的实施案例二的二维及效果图；

图9是本发明所示的楔形或锥形卡口与匹配的楔形或锥形卡具的数种实施方案；

图10是本发明的动态椎弓根钉的实施例三；

其中：螺塞1；螺塞中央的旋具插孔11；螺塞的外螺纹12；

连接棒2；弹簧4；

压环3；压环上端面31；压环内腔32；压环下端面33；压环向下球面34；钉座5；钉座内螺纹51；钉座U型开口通槽52；钉座内球面53；楔形卡口54；

钉座的向下通孔55；

钉体6；钉体上端面61；钉体端面上的下凹62；钉体尾端63；钉体上的半球面64；

限动工具7；楔入端71；斜面711；底面712；挂钩72；挂钩内侧721；张开弹簧73；转轴74；夹具臂75；

另外：传统工具G；撑开及夹紧时的作用力F；间隙X；椎间盘Z；

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解的是，在本发明的描述中，术语“左右”、“上下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1，是本发明的二维图及效果图；从所示图中可以看出，本发明所示的，基本就是两个部分：一是目前开始流行的根据“非刚性固定”理论而制定的被称为“动态钉”的椎弓根钉，且属于“连接棒中置型”，其特点是：连接棒2及螺塞1，均位于钉体6的正上方；所述钉体6连同所植入人的椎体，可相对于已连成一个整体的所述钉座5与连接棒2，作一定角度的摆动；另一部分是作为配套用的专用工具7。

手术过程中，有一个步骤，就是在已经植入椎弓根钉的相邻椎体之间，进行撑开及夹紧等调整，如图2右侧二维图所示，通常的操作是，用工具G,卡着连接棒，将钉座移动，理想状态如图2所示两组图的左边，当钉体与钉座在连接棒纵剖面方向上为同轴状态的刚性连接时，钉体可以挑起椎体实现撑开或夹紧的运动，并实现动态钉的设计初衷，作正负若干角度(±∠)的摆动，从而达到使用动态钉所希望产生的医疗效果；但由于现有动态钉的特点是钉体可与钉座作相对摆动，且无法在撑开或夹紧时获得临时的使两者产生刚性连接的足够大的外力，因此，当作用力F作用在钉座时，受椎间盘Z及韧带等软组织影响，大概率的操作结果将如效果图及二维图右侧所示，钉座受力带动钉体的球头部向左移动，而钉体下端暂时留在原位，即两者之间的同轴关系遭到破坏，当夹紧力继续作用，使钉体与钉座轴线的夹角到达极限时，钉体下端方能挑动椎体前缘(图中为下端)向左移动，产生夹紧的效果。如此，动态钉所设定的摆动角度将全部或部分丢失，这就造成“动态钉只能正向动，不能负向动”，甚至“动态钉不能动”的与使用动态钉的初衷不符的被诟病的理由。

针对钉体被遮挡的难题，本发明作出了新的尝试，从钉座的两侧绕过所述螺塞及连接棒，从钉座的较下方新设置的卡口中穿入，直接控制钉座腔内的钉体，或通过压环的上下移动，控制压环下方的钉体。

如图3所示，本发明所示的可用于矫形的动态型椎弓根钉，在手术前，压环3、弹簧4、与钉体6，已被装配于钉座5的内腔，且在钉座5的内腔，加工出可防止压环3在装配后无法再脱出的凸出障碍；(图中无标出)；手术进行时，先将钉体6，植入病者的椎体内，再将连接棒2，置于相邻的钉座5的U形开口通槽52上，然后再用旋具置入螺塞1中央的旋具插孔11内，利用其外螺纹12与钉座上的内螺纹51，将连接棒2初步固定于U形开口通槽52上，此时，动态椎弓根钉的各个构件，均处于可相对活动的状态中。

手术进行到此时，就需要对相邻的椎弓根钉进行位置调整，即所述的“撑开及夹紧”或“旋转矫形”的阶段，从图4再结合图3的爆炸图，就可以看出本发明对传统的椎弓根钉的改进点：首先是在钉座5的与其U型开口通槽52垂直的方向，加工出一对楔形卡口54，此楔形卡口54从钉座5的外表面通达其内腔，且水平位置设置于与装配在钉座5内腔的压环3相适应的位置，目的是可以确保限动工具7上的楔入端71进入楔形卡口54后，楔入端71的底面712能够位于压环3的上端面31之上；然后在楔入端71能够进入，并继续受限动工具7的水平驱动，同时亦受到斜面711与楔形或锥形卡口54的相互作用，楔入端71的底面712，就会压迫着压环上端面31，使压环3整体下移，直到压环下端面33压紧钉体上端面61，导致钉体6与钉座5同轴，即与连接棒2成垂直状态。

就是通过这样的操作，使动态椎弓根钉切换成类似单轴钉一样，只需要将作用力作用在钉座5上，钉体6就可以沿连接棒2的轴向作移动，亦可以绕轴线作转动调整，而不会丢失其原始摆动角度。

由于依靠钉体的半球面64与钉座内球面53的配合，钉体5才能作摆动，而可以摆动的角度，则由钉座的向下通孔55的直径所约束，设置好这个直径，便可满足摆动角度限定为±2～3度，或±10～12度的设计要求了。

图5是本发明的动态椎弓根钉的另一个实施例，即实施例二，其要点是，压环3与钉体6的配合，呈球面形，从而可以取消其间的弹簧4；应该特别说明的是：从二维图可以看到，钉座U型开口通槽52支承着连接棒2，并与压环上端面31保持着间隙，以至压环向下球面34亦与钉体上端的半球面64保持着间隙，故此，钉体6可在钉座5的内腔作摆动；而一旦压环3受楔形或锥形楔入端71压迫而下移，将会约束半球面64，使钉体6无法摆动；根据实验，这样的间隙，仅为0.5mm即可达到目的。

图10是本发明为适应临床上强调的“低切迹”而采用的更为精简的实施例三，即取消所述的压环3与弹簧4，直接将限动工具7的楔入端71压在钉体上端的半球面64上，而在限动工具7撤离后，由于半球面64与被支承于钉座U型开口通槽52的连接棒2的圆柱面留有适量的间隙X，从而使得钉体上端的半球面64与钉座内球面53亦呈间隙配合，进而使得钉体6可以在钉座5内腔作一定角度的摆动；而这种摆动，除了受钉座的向下通孔55的直径所约束之外，还与间隙X有关，根据实验，这样的间隙X，仅为0.3mm即可，而整个实施例三的切迹，可压缩到极受临床欢迎的13.5mm以下。

本发明的限动工具的基本工作原理，在图6得到充分的解释：图6中的a图与b图，分别是限动工具7在作用前后的两个状态，而图c的中心线的两侧，则分别是a、b图的俯视图；再结合图7的效果图，就可以得悉：在限动工具7未作用时，压环下端面33与钉体上端面61存在在间隙X；当操作者将限动工具7的楔入端71楔入钉座5的楔形卡口54，并扳动挂钩72时，挂钩内侧721，必然会紧贴着连接棒2的表面滑动，同时会绕转轴74转动，进而带动楔形或锥形楔入端71实现其移动轨迹，就是先是水平移动，进入到钉座5的内腔，且置于压环3的上方；同时楔入端71上的斜面711，与钉座楔形或锥形卡口54产生向内腔作水平同时向下的移动，于是，底面712抵压着压环上端面31，进而压紧钉体6，这就完成了在手术过程中，本发明的“动态”与“单轴钉”的切换，解决了临床上所急需解决的“丢失初始角度”而导致动态椎弓根钉无法正常实现其在临床上的优势的技术难题。

图1及图6b的二维图的中心线的两侧，表示的是“动态”与“单轴钉”两种状态时，压环3所处的不同的水平高度：呈“动态”时，压环3受弹簧4的顶托而上移，压环下端面33与钉体上端面61存在间隙X；而当压环3受限动工具7楔入端71底面712下压时，压环3将下移，此时则处于“单轴钉”状态；经测试，这样的下移距离，比图5所示的实施例稍大，约为0.5～1mm。

当操作者确定了撑开或夹紧的准确位置后，再用旋具锁紧螺塞1；由于螺塞1位于钉座5的正上方，而限动工具的挂钩72位于钉座5的一侧，这就为旋具的操作腾出了位置；这亦解释了在图8所示的专用工具7的实施例二中，其夹具臂72的构造特点，操作者握紧夹具臂75的上端，限动卡具71呈钳口张开，从钉座5的两侧同时进入楔形卡口54内，操作者只需松开手，张开弹簧73即可使驱动夹具臂75绕转轴74，利用楔形或锥形卡具71的斜面711，完成下移压环3的动作，然后在无遮挡的状态下，用旋具锁紧螺塞，完成临床工作。

本发明的关键改进特征，是在钉座两侧设置楔形卡口54及使用限动工具7的楔入端71，而这样的卡口与楔入端的外形特征，并非局限于楔形，也可以是锥形，亦可以是锥形的楔入端+柱形的连接端，图9所示的，仅是其中的两种，因此，只要运用本发明说明书和附图内容所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可中立加压的动态型椎弓根钉及其限动工具，所述动态型椎弓根钉由钉座和钉体呈非刚性连接的椎弓根钉与其附属的螺塞和连接棒组成，所述钉座上开口设有与螺塞相匹配的内螺纹，所述钉座上部还对称开设有用于承接所述连接棒的U形开口通槽；所述钉座U形开口通槽以下部分为球窝状内腔，内腔下端设有垂直向下内径小外径大呈喇叭状的通孔，所述钉体贯穿所述钉座下端的喇叭状通孔，所述钉体上端呈与所述钉座下部球窝状内腔相匹配的半球头状，所述钉座球头部的直径大于钉座下端通孔的内口直径，所述钉体颈部卡在钉座下端喇叭状通孔处，安装连接棒并拧紧螺塞后，所述钉体球头部并不会被卡死在所述钉座下部的球窝状内腔里，所述钉体仍可以在所述钉座的喇叭状通孔处旋转和摆动；所述限动工具用于手术操作时临时限制动态型椎弓根钉钉座与钉体间的旋转与摆动；其特征在于：所述钉座下部设有一个或一对纵剖面为楔形的贯穿钉座侧壁且外大内小的通孔构成的卡口；所述限动工具具有楔入端，所述楔入端与钉座卡口形态相匹配，能楔入钉座内腔将钉体头部向下挤压，从而使钉体不能在钉座下端通孔处发生旋转与摆动。

2.根据权利要求1所述的一种可中立加压的动态型椎弓根钉及其限动工具，其特征在于，所述钉座卡口设置于所述U形开口通槽的垂直方向，所述限动工具楔入端位于所述钉体的球头上方，楔入端楔入后恰好与钉座下部球窝状内腔共同将球头抱死。

3.根据权利要求1所述的一种可中立加压的动态型椎弓根钉及其限动工具，其特征在于:所述钉座内设有一个下端面为球窝状的压环，所述压环设于连接棒与钉体的球头之间，所述限动工具楔入端通过下压压环，使所述压环与钉座下部球窝状内腔共同将所述球头抱死。

4.根据权利要求3所述的一种可中立加压的动态型椎弓根钉及其限动工具，其特征在于:所述钉座下部球窝状内腔设有一个压缩弹簧或弹性垫片，所述压缩弹簧或弹性垫片位于所述压环下方，所述限动工具楔入端通过下压压环，并压缩压缩弹簧或弹性垫片，使所述压环与钉座下部球窝状内腔共同将所述球头抱死。

5.根据权利要求1所述的一种可中立加压的动态型椎弓根钉及其限动工具，其特征在于:所述限动工具的楔入端通过位于其后端侧方的转轴铰接固定于基座上，所述基座呈挂钩状，可钩挂于连接棒上；当所述楔入端楔入所述钉座卡口内，将所述挂钩钩挂于所述连接棒并卡紧时，楔入端亦可同时获得最大楔紧力，从而使所述钉座与所述钉体变成刚性连接的静态钉状态；当将所述挂钩自所述连接棒取下时，所述楔入端亦可轻松退出所述钉座卡口，从而使所述钉座与钉体恢复到可相向摆动的动态钉状态。

6.根据权利要求1所述的一种可中立加压的动态型椎弓根钉及其限动工具，其特征在于:所述钉座卡口有2个，呈对称状分布于钉座下部的两侧壁，所述楔入端铰接成手柄可锁死的钳夹状，分别从两侧楔入钉座卡口，可以共同向下挤压钉体的球头或通过压环来向下挤压钉体的球头，再扣死手柄后，可以产生并维持足以将动态钉限位成静态钉的挤压力。

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