CN111616787B - 一种预应力防退骨螺钉组件 - Google Patents

Abstract

一种预应力防退骨螺钉组件，包括主体，主体包括螺母头和螺杆，螺母头和螺杆同轴，螺母头与螺杆一端固定连接，螺杆远离螺母头的一端带有锥头，还包括吸水组件，其包括套管、内管和粉末状生长因子，套管外径螺杆的螺纹内径相同，套管的管壁厚度不大于0.2mm，内管位于套管内，且与套管同轴，内管外径与套管之间的差值在2‑3mm范围内；内管底端外边沿固定底环，底环外径与套管外径相同，内径与内管内径相同且与内管同轴，内管内插装吸水材料，如医用海绵等，用于吸收芯孔内的残余水分，吸水材料低端与内容低端平齐。该组件能够在螺钉拧入骨骼内芯孔后使螺钉收到轴向的舒张压力，避免螺钉轴向退位且能让骨骼芯孔全面与营养成分接触，加快骨骼生长。

Description

一种预应力防退骨螺钉组件

技术领域

本发明涉及一种脊柱外科手术使用的骨螺钉，具体涉及一种能够对骨骼释放营养液的骨螺钉。

背景技术

在脊柱外科手术中对于骨螺钉的使用，要求越来越多，一方面，要求骨螺钉能够有效固定骨骼，另一方面，越来越多的追求骨螺钉能够有更多的功能，例如能够向骨骼释放营养液，加快骨骼的生长，缩短病痛持续时间。

对于有效固定，常常是要求螺钉具防止轴向退位的功能。骨螺钉用来连接断骨或修正各种骨骼病变和畸形。使用骨螺钉连接的断骨或是多节椎骨之间通过刚性连接件连接，使得骨骼运动或受力会将应力传递给骨螺钉，且应力会集中在骨螺钉与骨骼之间的接触面上。

应力的方向可分解为轴向和径向，径向力考验的是骨螺钉的抗弯强度，要求骨螺钉不能再径向力下出现变形或是断裂。而轴向力考验的是骨螺钉的把持力，即骨螺钉不能做轴向位移。如果有轴向位置，会导致定位不稳定，直接导致手术失败。

实际工作中，轴向位移是常见的问题，现有技术中，为了避免骨螺钉轴向位移，脱离固定位置，现有技术中，有将螺钉主体设置成锥形，螺纹外径保持一致。这样，尖端的螺纹宽度更大而尾端的螺纹宽度小。其目的是为了放置骨螺钉轴向位移，但是实际实验和使用时发现，由于尖端的螺纹更宽，且尖端要从芯孔的开口一直旋转进入芯孔的盲端，这样会在芯孔内壁上旋转出由最宽的螺纹划出的螺纹缝，这样远离尖端的螺纹无法完全填充螺纹缝，使得螺纹与芯孔内壁结合不紧密，容易导致螺钉转动，进而导致轴向位移，脱离固定位置。

现有技术中，中国专利（CN103845110B 一种用于骨质条件不佳的多功能骨螺钉）公开了如下技术方案：由外螺钉及自锁式撑开棒组成，其中，外螺钉由钉体和底座构成整体，钉体内为圆柱状中空部，在钉体的尖端部有沿钉体纵轴切开的裂隙，在裂隙上沿外螺纹螺距间隔对称设有圆形的渐变型界面强化孔，该界面强化孔与圆柱状中空部相通，且渐变型界面强化孔的孔径由钉体尖端部向后依次减小；自锁式撑开棒是圆柱体，直径比钉体内部圆柱状中空部内径略小，自锁式撑开棒的前端是锥形，在锥形后部有一向内的V形凹槽，在自锁式撑开棒置入钉体的圆柱状中空部后与钉体内圆柱状中空部契合；在撑开钉体上的裂隙同时实现自锁，如图1所示，其将外螺钉底端用撑开棒撑开，虽然能够起到改变螺钉底端与骨骼内部之间接触角度，增加轴向运动的阻力，但是，这种骨螺钉，一方面，底端撑开容易对骨骼造成二次伤害，另一方面，撑开棒向下要运动要使外螺钉弯折的同时，还要将骨骼向两侧推，需要的力较大，如何施加合适的应力，来避免对已经损伤的骨骼造成二次伤害非常困难，手术的难度太高。

现有技术中，中国专利（CN201210537131.4 椎弓根螺钉及胸腰椎前路内固定系统），公开了如下技术方案：所述椎弓根螺钉还包括垫片，所述螺杆在接壤所述头部的一端设有周向凹槽，垫片卡扣在所述周向凹槽中，所述垫片可绕螺杆的纵向轴线相对于螺杆旋转，且垫片的上表面抵靠于头部的底表面。其垫片底端包含了固定的针脚，用于压入椎体中。由于芯孔的孔径较小，垫片的直径也不可能设置的过大，这种压入椎体的针脚，距离芯孔仅有几毫米，容易在针脚的压入孔和芯孔之间形成裂缝，造成二次伤害。此外，垫片垫片可绕螺杆的纵向轴线相对于螺杆旋转，并不意味着垫片不承受螺钉旋转施加的应力。螺钉旋转中与垫片摩擦，将围绕轴线的周向的应力通过针脚施加于椎体上，进一步增大了针脚的压入孔和芯孔之间形成裂缝的几率。

对于营养成分的释放，现有技术中如中国专利（CN201310018015.6 一种具有缓释生物因子的可吸收骨螺钉及其制备方法），其技术方案的关键在于，在螺纹牙底上和/或所述螺纹牙上距离螺纹牙根部三分之一以下部位设有1um~50um孔状结构，所述孔状结构中载有缓释生物因子rhBMP-2。其虽然能够达到释放营养成分，但是这种螺钉的生产成本过高，且对运输、储存的要求都非常高，高温或是震动都有可能导致缓释因子脱落。因此，其应用较为困难。

此外，普通的骨螺钉，与其插入的骨骼之间单纯的依靠螺纹切入骨骼来提供阻力，避免螺钉从芯孔中轴向退位。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够防止螺钉轴向移动脱离固定位置的防退，能够形成骨骼对螺钉施加轴向压力的预应力防退骨螺钉组件。

为了实现上述目的，本发明一种预应力防退骨螺钉组件，包括主体，主体包括螺母头和螺杆，螺母头和螺杆同轴，螺母头与螺杆一端固定连接，螺杆远离螺母头的一端带有锥头，其特征在于：

还包括吸水组件，其包括套管、内管和粉末状生长因子，生长因子的粒径在0.15-0.75mm范围内，套管的外径与螺杆的螺纹内径相同，套管的管壁厚度不大于0.2mm，内管位于套管内，且与套管同轴，内管外径与套管内径之间的差值在2-3mm范围内；内管底端外边沿固定底环，底环外径与套管外径相同，底环内径与内管内径相同且与内管同轴，内管内插装吸水材料，用于吸收芯孔内的残余水分，吸水材料底端与内容底端平齐；

所述螺母头开有一个同轴的内孔，内孔远离螺杆的一端开口，且所述螺杆内开有与内孔同轴的盲孔，盲孔临近螺母头的一端开口，且与内孔连通；

所述盲孔内插装一根内杆，内杆上固定多根固定针，固定针轴线所在平面能够与内杆轴线重合，固定针与内杆长度方向之间的夹角在36-57度之间，固定针由金属制成，其最大直径不超过1mm；

螺杆上开有通孔，其包括上通孔和下通孔，下通孔位于螺杆的下部，数量在4-8个，所述下通孔位于螺杆外壁上的开口位于螺纹之间，倾斜向上；

上通孔从螺杆的顶部至下通孔的上部连续布置，所述内杆上固定螺旋导流片，螺旋导流片的外径小于盲孔最大内径，差值在0.1-0.5mm范围内，所述上通孔位于螺杆外壁上的开口倾斜向下；

内杆上的固定针位于下通孔内，当内杆底端接触盲孔底面时，固定针空余端位于通孔内，当内杆向螺母头方向移动时固定针的空余端能够伸出通孔，插入骨骼内；

所述内孔包括同轴的柱形孔和倒锥形孔，柱形孔位于倒锥形孔上侧，柱形孔内径与倒锥形孔顶边直径相同，内孔中固定拉拔组件，其包括一个密封环、球面金属片、档环、刺针以及液囊和密封塞，球面金属片在螺钉未使用状态下向下凸出，倒锥形孔内壁上固定档环，所述球面金属片顶边抵触档环，实现球面金属片的定位，所述刺针固定于球面金属片的上表面，刺针的轴线与球面金属片的表面垂直，所述液囊为环形液囊，其内填充生理盐水，所述密封环外环面与柱形孔顶部密封固定连接，所述液囊顶面抵触密封环，其底部为倒锥环形，液囊底部的底面抵触球面金属片的上表面底边抵触刺针的根部，密封塞用于密封密封环的内环孔；

拉拔组件还包括球面金属片的牵动部件，用于将球面金属片凸出方向变成向上凸出。

进一步的，所述球面金属片为感温片，其在30-36摄氏度的温度范围内，向上凸出，在低于30摄氏度下向下凸出；

牵动部件包括冷却液囊、液流管组，冷却液囊紧贴感温片，冷却液囊与液流管组连通，液流管组穿过密封环伸出螺母头外，液流管组包括进液管和排液管。

进一步的，所述感温片是记忆金属。

进一步的，所述感温片为双金属片，位于上面的金属片膨胀系数小比位于下面的金属片膨胀系数。

进一步的，所述盲孔延伸到锥头内，但是盲孔在锥头内的部分内径比内杆外径稍大，范围在0.2-0.5mm。

本发明的有益效果在于，利用生长因子固体颗粒，吸收骨骼内打的芯孔内壁上的液体，绝大部分位于松质骨内，液体从松质骨中吸出，芯孔会形成轴向和轴向的收缩，收缩量在2-5%之间。将螺钉拧如收缩后的芯孔中，然后让生理盐水通过上通孔流出，让芯孔内壁吸收液体和营养成分，一方面，芯孔内壁吸水回复之前的体积，对螺杆形成轴向压力，能够有效的防止螺钉轴向退位，另一方面，芯孔内壁会快速吸收营养液，骨骼生长恢复。

能够有效的提高螺钉的把持力，防止螺钉推出固定位置，同时，能够有效的向骨骼内释放营养液，加快愈合。且操作非常简单。

附图说明

图1是主体结构示意图。

图2是图1剖视图。

图3 是图2中螺母头处局部放大示意图及拉拔组件第一实施例示意图。

图4 是第二种拉拔组件结构示意图。

图5 是图1中螺杆处局部放大示意图。

图6 是固定针伸出通孔时的状态示意图。

图7 是第二种拉拔组件结构的变形结构示意图。

图8 是拉拔组件第一实施例的变形。

图9 是液囊与球面金属片配合结构示意图。

图10 是吸水组件结构示意图。

图11 是螺钉拧如骨骼内后受力示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明做详细描述。

如图1至9所示，一种预应力防退骨螺钉组件，包括主体10，主体10包括螺母头19和螺杆11，螺母头19和螺杆11同轴，螺母头19与螺杆11一端固定连接，螺杆11远离螺母头19的一端带有锥头14，其特征在于：

还包括吸水组件50，其包括套管51、内管53和粉末状生长因子52，粒径范围在0.15-0.75mm范围内，套管51的外径与螺杆11的螺纹内径相同，套管51的管壁厚度不大于0.2mm，内管53位于套管51内，且与套管51同轴，内管53外径与套管51之间的差值在2-3mm范围内；内管53底端外边沿固定底环54，底环54外径与套管外径相同，内径与内管53内径相同且与内管53同轴，内管53内插装吸水材料，如医用海绵等，用于吸收芯孔内的残余水分，吸水材料底端与内容53底端平齐。

使用时，先在骨骼预定位置打芯孔，然后将吸水组件50插入芯孔中，让底环54接触芯孔底面，先用吸水材料吸收芯孔内的水和血，由于吸水材料是插装在内容53中的，因此，吸水材料可以替换使用，当芯孔内没有明显残余水和/或血时，将套筒51抽出，让生长因子52接触芯孔内壁，停止3-5分钟作用，将内管53拔出，芯孔内壁上仍然粘附大量生长因子。此时，将螺钉拧入芯孔，待体液重新充填芯孔时骨骼舒张，对螺钉形成轴向的舒张压力，能够有效的提高螺钉在骨骼内的把持里，防止螺钉轴向退位。

当然，为了更好的实现舒张压力压紧螺钉，同时提高螺钉整体的把持力，在所述螺母头19开有一个同轴的内孔15，内孔15远离螺杆11的一端开口，所述螺杆11内开有同轴的盲孔18，盲孔18临近螺母头19的一端开口，且与内孔15连通；

所述盲孔18内插装一根内杆30，内杆30上固定多根固定针31，固定针31轴线所在平面能够与内杆30轴线平行，固定针31在无外力作用下与内杆长度方向上的夹角在36-57度之间，固定针31由金属制成，其最大直径不超过1mm，最好是可弯曲，具有较好的弹性，两个端点与弯折最高点之间的连线的夹角α在116-147度之间；

螺杆11上开有通孔12，其包括上通孔122和下通孔121，下通孔121位于螺杆11的下部，数量在4-8个，所述下通孔121位于螺杆11外壁上的开口位于螺纹之间，倾斜向上；

上通孔122从螺杆11的顶部至下通孔121的上部连续布置，所述内杆30上固定螺旋导流片32，螺旋导流片32的外径小于盲孔最大内径，差值再0.1-0.5mm范围内，所述上通孔122位于螺杆11外壁上的开口倾斜向下；

内杆30上的固定针31位于下通孔121内，当内杆30底端接触盲孔18底面时，固定针31完全位于通孔12内，当内杆30向螺母头19方向移动时固定针31的空余端能够伸出通孔12，插入骨骼内；

所述内孔15包括同轴的柱形孔和倒锥形孔，柱形孔位于倒锥形孔上侧，柱形孔内径与倒锥形孔顶边直径相同，内孔中固定拉拔组件20，其包括一个密封环21、球面金属片23、档环22、刺针28以及液囊27和密封塞，球面金属片23在螺钉未使用状态下向下凸出，倒锥形孔内壁上固定档环22，所述球面金属片23顶边抵触档环22，实现球面金属23的定位，所述刺针28固定于球面金属片23的上表面，刺针28的轴线与球面金属片23的表面垂直，所述液囊27为环形液囊，其内填充生理盐水，所述密封环21外环面与柱形孔15顶部密封固定连接，所述液囊27顶面抵触密封环，其底部为倒锥环形，液囊27底部的底面抵触球面金属片23的上表面底边抵触刺针28的根部，避免被刺破，密封塞用于密封密封环21的内环孔；

拉拔组件20还包括球面金属片23的牵动部件，用于将球面金属片23凸出方向变成向上凸出。

上通孔的孔径不能过小，否则由于液体在孔中的表面张力，会使液体无法流出，因此上通孔的孔径在0.3-1mm范围内，优选0.5-0.6mm的孔径，由于上通孔一直布置到螺杆11的顶部，液体终究要向下流动，顶部的上通孔实际上起到平衡螺钉内外部压力的作用，确保液体能够顺畅的流出。

所述牵动部件的形式可以多种：

如图3所示，牵动部件包括球面金属片23、冷却液囊25、液流管组24；所述球面金属片23为感温片，其在30-36摄氏度的温度范围内，向上凸出，在低于30摄氏度下向下凸出；

为了配合感温片的工作，还包括一个冷却液囊25，冷却液囊25紧贴感温片，冷却液囊25与液流管组24连通，液流管组24穿过密封环21伸出螺母头19外，液流管组24包括进液管和排液管，冷却液囊的作用是进冷液体，让感温片向螺杆方向突出，保持固定针完全位于通孔12内，当螺钉完全拧入预计位置，将冷却液囊抽出，人体温度会使感温片23变形，向远离螺杆11的方向突出，带动内杆30移动，将固定针31拉出通孔12插入骨骼，并带动刺针28刺破液囊27，释放生理盐水从上通孔122中流出。为了提高生理盐水的量，也可以在抽出冷却液囊25后，通过密封环21注入生理盐水，然后快速用密封塞堵住密封环21的内环孔，当感温片带动刺针28刺破液囊27，则主要是为了提高螺钉内部的压力，使营养液能够与骨骼的创面或是一些微小的裂隙充分的接触，提高施药效果。

感温片的材料有两种选择，一种是使用记忆金属，在30-36度之间形变；另一种是使用双金属片，双金属片由于膨胀系数的不同，两个球面金属片在30-36度范围内，温度上升时，位于上面的金属片膨胀系数小，位于下面的金属片膨胀系数大，从而产生向远离螺杆11突出的趋势，进而使感温片上远离螺杆11的方向突出，拉动内杆30。

如图5所示，牵动部件的另一种实现方式，包括一个螺杆组24，螺杆组24与密封环环孔螺纹连接，螺杆组24包括上螺杆241和下螺杆242，上螺杆241与下螺杆242之间通过限位结构能够同步转动，且能够轴向分离。限位结构可以是配合使用的销轴和销孔，或是凸块和对应形状的槽配合，这样，转动上螺杆241的时候下螺杆242也会同步转动；下螺杆242的底端通过连杆25与球面金属片23的中心处固定连接。这样转动上螺杆241让螺杆组24向远离螺杆11的方向移动，拉动连杆25并带着内杆30移动，使固定针31伸出通孔12插入骨骼，最后可将上螺杆241取出，在密封环21的内环里拧入密封塞，所述下螺杆242上可以开设连通下螺杆242上下表面的注液孔，用于向盲孔内注入生理盐水。

当然，为了减小螺母头的体积，拉拔组件可以延伸倒螺杆内，即螺杆组24伸入螺杆11内，螺杆11顶端开设对应的内螺纹，这样螺杆组24伸入螺杆内，能够有效的减小螺母头的尺寸大小，如图7所示。

此外，第一种拉拔组件也可以缩小其螺母头的大小，内孔15的最大孔径设置成与盲孔孔径相同，或稍大与盲孔孔径，感温片以及金属片都伸入到盲孔里，如图8所示。这种设置，螺杆的直径就要比普通的螺杆稍大，因为感温片变形量大小和其直径大小直接相关，如果变形量太小，固定针伸出通孔的长度不够，则固定防退的效果就要差一些。

如图4和6所示，通孔12的结构对固定针伸出时的形状有直接的影响，通孔12如果是柱状或锥形孔，其轴线设置成与固定针的轴线平行，这样，固定针31随着内杆向上移动，固定针31在其与内杆30固定处发生变形，固定针31与内杆之间的夹角变化不大，这种结构，固定神31的防退效果非常好。

但是如果通孔12的顶壁设置成两段，临近螺杆外壁的一断与螺杆轴线之间的夹角中的锐角与临近螺杆内壁的一段与螺杆轴线之间夹角的锐角在通孔12顶壁的同一侧，且临近螺杆外壁的一段与螺杆轴线之间的夹角中的锐角比临近螺杆内壁的一段与螺杆轴线之间夹角的锐角大，临近螺杆外壁的一段与螺杆轴线之间的夹角中的锐角在70-90度之间，临近螺杆内壁的一段与螺杆轴线之间夹角的锐角在45-70度之间。这样设置，固定针31在中部也会发生弯折，使固定针空余端与骨骼中的螺纹孔内壁之间的夹角中的锐角的角度变大，这样能够有利于防止螺杆的转动，起到更好的防退效果。

如图2所示，为了更好的对内杆进行定位，盲孔延伸到锥头14内，但是盲孔在锥头内的部分内径比内杆外径稍大，范围在0.2-0.5mm。这样，内杆30插入锥头14内的盲孔中，在螺钉拧入骨骼中时不会晃动，避免固定针31干扰操作。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种预应力防退骨螺钉组件，包括主体，主体包括螺母头和螺杆，螺母头和螺杆同轴，螺母头与螺杆一端固定连接，螺杆远离螺母头的一端带有锥头，其特征在于：

还包括吸水组件，其包括套管、内管和粉末状生长因子，生长因子的粒径在0.15-0.75mm范围内，套管的外径与螺杆的螺纹内径相同，套管的管壁厚度不大于0.2mm，内管位于套管内，且与套管同轴，内管外径与套管内径之间的差值在2-3mm范围内；内管底端外边沿固定底环，底环外径与套管外径相同，底环内径与内管内径相同且与内管同轴，内管内插装吸水材料，用于吸收芯孔内的残余水分，吸水材料底端与内容底端平齐；

所述螺母头开有一个同轴的内孔，内孔远离螺杆的一端开口，且所述螺杆内开有与内孔同轴的盲孔，盲孔临近螺母头的一端开口，且与内孔连通；

所述盲孔内插装一根内杆，内杆上固定多根固定针，固定针轴线所在平面能够与内杆轴线重合，固定针与内杆长度方向之间的夹角在36-57度之间，固定针由金属制成，其最大直径不超过1mm；

螺杆上开有通孔，其包括上通孔和下通孔，下通孔位于螺杆的下部，数量在4-8个，所述下通孔位于螺杆外壁上的开口位于螺纹之间，倾斜向上；

上通孔从螺杆的顶部至下通孔的上部连续布置，所述内杆上固定螺旋导流片，螺旋导流片的外径小于盲孔最大内径，差值在0.1-0.5mm范围内，所述上通孔位于螺杆外壁上的开口倾斜向下；

内杆上的固定针位于下通孔内，当内杆底端接触盲孔底面时，固定针空余端位于通孔内，当内杆向螺母头方向移动时固定针的空余端能够伸出通孔，插入骨骼内；

所述内孔包括同轴的柱形孔和倒锥形孔，柱形孔位于倒锥形孔上侧，柱形孔内径与倒锥形孔顶边直径相同，内孔中固定拉拔组件，其包括一个密封环、球面金属片、档环、刺针以及液囊和密封塞，球面金属片在螺钉未使用状态下向下凸出，倒锥形孔内壁上固定档环，所述球面金属片顶边抵触档环，实现球面金属片的定位，所述刺针固定于球面金属片的上表面，刺针的轴线与球面金属片的表面垂直，所述液囊为环形液囊，其内填充生理盐水，所述密封环外环面与柱形孔顶部密封固定连接，所述液囊顶面抵触密封环，其底部为倒锥环形，液囊底部的底面抵触球面金属片的上表面底边抵触刺针的根部，密封塞用于密封密封环的内环孔；

拉拔组件还包括球面金属片的牵动部件，用于将球面金属片凸出方向变成向上凸出。

2.根据权利要求1所述的预应力防退骨螺钉组件，其特征在于，所述球面金属片为感温片，其在30-36摄氏度的温度范围内，向上凸出，在低于30摄氏度下向下凸出；

牵动部件包括冷却液囊、液流管组，冷却液囊紧贴感温片，冷却液囊与液流管组连通，液流管组穿过密封环伸出螺母头外，液流管组包括进液管和排液管。

3.根据权利要求2所述的预应力防退骨螺钉组件，其特征在于，所述感温片是记忆金属。

4.根据权利要求2所述的预应力防退骨螺钉组件，其特征在于，所述感温片为双金属片，位于上面的金属片膨胀系数比位于下面的金属片膨胀系数小。

5.根据权利要求1-4任一项所述的预应力防退骨螺钉组件，其特征在于，所述盲孔延伸到锥头内，但是盲孔在锥头内的部分内径比内杆外径稍大，范围在0.2-0.5mm。

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