CN114081683A - 一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法，在该方法中，人工植入物上设有与锁定骨整合螺钉螺纹配合的锁定孔，在人工植入物与宿主骨对准后，锁定骨整合螺钉通过锁定孔将人工植入物与宿主骨固定，且锁定骨整合螺钉通过自身的骨整合结构与宿主骨实现骨整合连接，最终实现人工植入物与宿主骨之间的骨整合。本发明所提出的用于人工植入物的柱面联合骨整合方法在面与面骨整合的基础上，将具有骨整合性能且钉体强度良好的锁定骨整合螺钉与人工植入物的锁定孔固定为一体，成为此人工植入物的“柱”，然后将带螺纹的柱拧入宿主骨中，通过柱与宿主骨整合，增强了骨整合的整体效果，从而实现人工植入物的短期机械固定及长期骨整合效果。
Description
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，涉及一种能够实现骨科人工植入物的锁定以及长期骨整合固定的骨科内固定方法，具体是涉及一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法。
背景技术
骨科人工植入物依靠骨螺钉将植入物机械固定在骨骼上(如图1-图3所示)，实现初始稳定。初始稳定有利于人工植入物与骨骼长在一起，即骨整合。人工植入物只有与宿主骨实现骨整合，才能获得长期稳定性。
骨螺钉通常用于人体骨骼的稳定、固定、融合以及实现人体骨骼与骨科内植物之间的固定。在骨科关节置换手术中，尤其是半骨盆置换术中的骶骨及耻骨假体固定和髋关节初次及翻修置换中髋臼杯的固定，由于螺钉受力条件复杂且缺乏长期骨整合固定能力，会有部分患者在进行假体螺钉固定后因螺钉松动、退钉等现象造成假体固定失败，影响长期预后。而使用除金属外的其他生物相容性材料制造的螺钉材料，因其机械性能往往较金属材料差，虽让部分实现骨长入效果，但长期随访中可能出现钉体断裂、螺钉吸收等现象，不适合需要长期坚强固定的假体内植物。
与此同时，传统的骨科人工植入物的骨整合，都是用人工植入物自身的某一部分与骨骼接触，通过骨螺钉机械固定达到稳定，然后进行骨整合，即人工植入物的面与宿主骨的面之间的整合，比如髋臼锉出骨面与人工髋臼假体面的整合、人工股骨柄与髓腔内壁的整合等等。在这种面与面的骨整合中，骨螺钉仅仅用于机械固定。如果人工植入物的面不能与宿主骨的面骨整合在一起，长期的应力刺激会造成螺钉松动甚至折断，致使人工植入物失效。
发明内容
为克服现有技术中人工植入物固定时存在的骨螺钉与宿主骨之间长期骨整合效果不佳、骨螺钉易松动甚至折断的问题，本发明提供一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法。
为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法，在该方法中，人工植入物上设有与锁定骨整合螺钉螺纹配合的锁定孔，在所述人工植入物与宿主骨对准后，所述锁定骨整合螺钉通过所述锁定孔将所述人工植入物与所述宿主骨固定，且锁定骨整合螺钉通过自身的骨整合结构与所述宿主骨实现骨整合连接，最终实现所述人工植入物与所述宿主骨之间的骨整合。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所提出的用于人工植入物的柱面联合骨整合方法在面与面骨整合的基础上，将具有骨整合性能且钉体强度良好的锁定骨整合螺钉与人工植入物的锁定孔固定为一体，成为此人工植入物的“柱”，然后将带螺纹的柱拧入宿主骨中，通过柱与宿主骨整合，增强了骨整合的整体效果，从而实现人工植入物的短期机械固定及长期骨整合效果；
(2)同时，在假体下方存在大量骨质缺损或者假体与宿主骨表面形态匹配不良时，锁定骨整合螺钉可以通过自身与宿主骨的骨整合功能以及与假体的锁定功能实现假体与宿主骨的固定。此时锁定骨整合螺钉单独发挥“柱”的功能，从而充当假体与宿主骨之间的“内支架”，实现假体的稳定固定。
附图说明
图1为现有技术中利用骨螺钉对髋臼侧臼杯假体进行固定的CT图；
图2为现有技术中利用骨螺钉对髋臼侧臼杯假体进行固定的CT图；
图3为现有技术中利用骨螺钉对髂骨与耻骨部分的假体进行固定的CT图；
图4为本发明中锁定骨整合螺钉的剖视图。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
本发明公开了一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法，在该方法中，人工植入物上设有与锁定骨整合螺钉螺纹配合的锁定孔，在人工植入物与宿主骨对准后，锁定骨整合螺钉通过锁定孔将人工植入物与宿主骨固定，并且锁定骨整合螺钉还通过自身设计的骨整合结构与宿主骨实现骨整合连接，最终实现人工植入物与宿主骨之间的骨整合。
本发明所提出的用于人工植入物的柱面联合骨整合方法既适用于假体与宿主骨表面形态匹配的情况，也适用于在假体下方存在大量骨质缺损或者假体与宿主骨表面形态匹配不良的情况，当假体与宿主骨表面形态匹配时，即人工植入物上的假体面与宿主骨的骨面相匹配时，假体面与骨面通过压配紧密贴合，实现面与面的骨整合，然后在面与面骨整合的基础上，将具有骨整合性能且钉体强度良好的锁定骨整合螺钉与人工植入物的锁定孔固定为一体，成为此人工植入物的“柱”，然后将带螺纹的柱拧入宿主骨中，通过柱与宿主骨整合，增强了骨整合的整体效果，从而实现人工植入物的短期机械固定及长期骨整合效果。当假体下方存在大量骨质缺损或者假体与宿主骨表面形态匹配不良时，锁定骨整合螺钉可以通过自身与宿主骨的骨整合功能以及与假体的锁定功能实现假体与宿主骨的固定。此时锁定骨整合螺钉单独发挥“柱”的功能，从而充当假体与宿主骨之间的“内支架”，实现假体的稳定固定。
本发明进一步地提出了一种能够通过锁定钉帽、骨整合结构设计以及表面微孔结构实现骨科金属假体(即人工植入物)的锁定以及长期骨整合固定的骨科内固定螺钉——锁定骨整合螺钉的结构设计，如图4所示，锁定骨整合螺钉包括依次连接的螺钉头部1、螺钉颈部2、螺纹杆主体3和螺钉尖部4，其中螺钉头部1和螺钉颈部2的形状均为圆柱，并且螺纹杆主体3的全部螺纹表面覆盖有微孔结构，以利于骨质的骨长入，改善长期固定效果。
具体地，螺钉头部1的侧面设有与锁定孔螺纹配合的锁定螺纹1-1，并且螺钉头部1的顶面中心设置有凹槽1-2，例如内六角凹槽等，用于与螺钉固定扳手例如内六角扳手等配合使用，方便螺钉拧入宿主骨。
螺纹杆主体3分为三个部分，分别为第一圆柱螺纹体3-1、第二锥形螺纹体3-2和第三圆柱螺纹体3-3，并且第一圆柱螺纹体3-1、第二锥形螺纹体3-2和第三圆柱螺纹体3-3沿螺钉头部1至螺钉尖部4方向一体化成型，并且第一圆柱螺纹体3-1、第二锥形螺纹体3-2和第三圆柱螺纹体3-3这三部分的螺纹深度逐渐减小，螺距逐渐增大，螺纹宽度逐渐增大。仍参见图4，第一圆柱螺纹体3-1和第三圆柱螺纹体3-3各自的螺纹深度、螺距以及螺纹宽度保持不变，第二锥形螺纹体3-2具有变螺距螺纹。第二锥形螺纹体3-2的最大直径与第一圆柱螺纹体3-1的直径相同，第一圆柱螺纹体3-1的直径则与螺钉颈部2的直径相同；第二锥形螺纹体3-2的最小直径与第三圆柱螺纹体3-3的直径相同；第一圆柱螺纹体3-1的螺纹深度大于第三圆柱螺纹体3-3的螺纹深度，第一圆柱螺纹体3-1的螺距小于第三圆柱螺纹体3-3的螺距，第二锥形螺纹体3-2的螺纹深度和螺距从第一圆柱螺纹体3-1的螺纹深度和螺距渐变至第三圆柱螺纹体3-3的螺纹深度和螺距。螺纹杆主体3的螺纹整体深度变化应保证钉体内直径不变，以减少应力集中，改善机械强度。
本发明中的锁定骨整合螺钉具有以下优点：
(1)锁定骨整合螺钉的螺纹杆主体采用圆柱螺纹体-锥形螺纹体-圆柱螺纹体的阶梯锥形变螺距设计，通过在螺钉尖部附近的小直径系数、浅螺纹设计，使锁定骨整合螺钉在拧入过程及固定过程中减少螺纹与骨质之间的应力集中，从而减少对骨质的破坏以及骨溶解的发生，实现螺钉表面与骨质之间的紧密结合，达到骨整合效果，改善螺钉的长期固定稳定性；
(2)通过在螺纹杆主体中后部较致密的深螺纹设计，可以提高螺钉与骨质之间的固定强度，实现螺钉的早期坚强固定，从而实现长期的骨整合，提高假体的长期固定效果；
(3)螺钉头部侧面的锁定螺纹与人工植入物假体锁定孔中的螺纹匹配，实现假体与螺钉的锁定，并通过螺钉与骨质的骨整合，最终实现假体与骨的骨整合效果；
(4)螺钉颈部为无螺纹圆柱体结构，与螺钉头部相配合，可以在假体与骨结构无法实现完全匹配的情况下，在螺钉颈部安装垫块或植骨以改善假体与宿主骨的匹配度；利用该锁定骨整合螺钉可同时进行假体与骨质两端固定的能力，实现假体的“内支架”效果，为复杂的骨科关节置换手术实施提供便利。
进一步地，螺纹杆主体3的螺纹横截面设计为平滑沟槽。
进一步地，螺纹杆主体3的螺纹深度范围为0.5～2mm，螺纹宽度范围为0.5～2mm，螺纹宽度与螺纹螺距之比的范围为1:2～1:5。
进一步地，螺纹杆主体3的最大直径范围为3～10mm，最小直径范围为1.5～5mm。
进一步地，锁定骨整合螺钉的整体长度为20mm～100mm，螺钉颈部2的长度为5mm～20mm。
进一步地，螺纹杆主体3的螺纹横截面为平滑沟槽。
进一步地，本发明中的锁定骨整合螺钉的材质可以选用钛合金材质，并且可采用多种工艺进行制造，使其力学强度可以满足临床治疗要求，不易出现折断现象。
在临床中，例如，在髋关节置换手术中，髋臼侧臼杯的固定，需要先对术侧髋臼表面进行磨锉，去除表面软骨，显露软骨下骨，再使用对应型号的臼杯通过垂直打压实现压配，使软骨下骨与臼杯表面涂层充分接触固定，并通过后期骨长入实现臼杯假体的长期稳定。如髋臼杯初始稳定度不理想，则需要再臼杯底部选择安全区域拧入螺钉，通过螺钉对臼杯施加下压力。此时的臼杯的初始稳定度得到改善，但是长期稳定依然依赖臼杯表面与髋臼骨质之间的骨长入。臼杯假体与髋臼骨质之间依然是通过面-面的模式进行固定。而在“柱-面联合骨整合”概念的指导下，使用本发明的柱面联合骨整合方法，可以从三个方面实现臼杯与髋臼骨质的固定：第一，传统螺钉提供的下压力，增大臼杯与软骨下骨的接触压力，提高臼杯假体初始稳定性；第二，螺纹杆主体部分的骨整合螺纹设计以及螺纹表面覆盖的微孔结构，实现骨整合和骨长入效果，提升螺钉与骨盆骨质的长期固定稳定性；第三，通过螺钉头部处的锁定结构，使钉体与髋臼假体实现机械锁定。此时，锁定骨整合螺钉既通过发挥传统螺钉的功能实现了面-面的固定，又通过其骨整合和锁定结构设计，在臼杯假体和髋臼骨质之间充当了“连接柱”，从而实现了“柱-面联合骨整合”的理念。同时，在假体下方存在大量骨质缺损或者假体与宿主骨表面形态匹配不良时，锁定骨整合螺钉可以通过自身与宿主骨的骨整合功能以及与假体的锁定功能实现假体与宿主骨的固定。此时锁定骨整合螺钉单独发挥“柱”的功能，充当假体与宿主骨之间的“内支架”，从而实现假体与宿主骨之间的固定。
又例，在半骨盆置换术中，髂骨与耻骨部分的假体需要通过螺钉固定于骶骨和对侧髂骨，在使用传统螺钉的情况下，假体的全部固定力量依赖于螺钉对假体施加的下压力进行假体与骨质的“面-面”固定。在假体植入后的复杂生物力学环境中，常出现拔钉现象，造成假体失效，导致长期随访效果不佳。使用本发明的柱面联合骨整合方法，可以通过锁定骨整合螺钉的骨整合设计以及表面微孔结构实现螺钉与骶骨及耻骨的骨整合，在此基础上，通过锁定结构实现假体与钉体的机械锁定。同时，通过锁定骨整合螺钉的压力固定，进一步在假体与骨质的接触区域促进骨长入，从而改善初始稳定性和长期稳定性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法，其特征在于，人工植入物上设有与锁定骨整合螺钉螺纹配合的锁定孔，在所述人工植入物与宿主骨对准后，所述锁定骨整合螺钉通过所述锁定孔将所述人工植入物与所述宿主骨固定，且锁定骨整合螺钉通过自身的骨整合结构与所述宿主骨实现骨整合连接，最终实现所述人工植入物与所述宿主骨之间的骨整合。
2.根据权利要求1所述的一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法，其特征在于，所述锁定骨整合螺钉包括依次连接的螺钉头部(1)、螺钉颈部(2)、螺纹杆主体(3)和螺钉尖部(4)，所述螺钉头部(1)和所述螺钉颈部(2)的形状均为圆柱，所述螺纹杆主体(3)的全部螺纹表面覆盖有微孔结构；
所述螺钉头部(1)的侧面设有与所述锁定孔螺纹配合的锁定螺纹(1-1)，且所述螺钉头部(1)的顶面中心设置有与螺钉固定扳手配合的凹槽(1-2)；
所述螺纹杆主体(3)包括沿所述螺钉头部(1)至所述螺钉尖部(4)方向一体化成型的第一圆柱螺纹体(3-1)、第二锥形螺纹体(3-2)和第三圆柱螺纹体(3-3)，且所述第二锥形螺纹体(3-2)的最大直径与所述第一圆柱螺纹体(3-1)的直径相同，所述第一圆柱螺纹体(3-1)的直径与所述螺钉颈部(2)的直径相同，所述第二锥形螺纹体(3-2)的最小直径与所述第三圆柱螺纹体(3-3)的直径相同，所述第一圆柱螺纹体(3-1)的螺纹深度大于所述第三圆柱螺纹体(3-3)的螺纹深度，所述第一圆柱螺纹体(3-1)的螺距小于所述第三圆柱螺纹体(3-3)的螺距，所述第二锥形螺纹体(3-2)的螺纹深度和螺距从所述第一圆柱螺纹体(3-1)的螺纹深度和螺距渐变至所述第三圆柱螺纹体(3-3)的螺纹深度和螺距。
3.根据权利要求2所述的一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法，其特征在于，所述螺纹杆主体(3)的螺纹深度范围为0.5～2mm，螺纹宽度范围为0.5～2mm，螺纹宽度与螺纹螺距之比的范围为1:2～1:5。
4.根据权利要求2所述的一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法，其特征在于，所述螺纹杆主体(3)的最大直径范围为3～10mm，最小直径范围为1.5～5mm。
5.根据权利要求2所述的一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法，其特征在于，所述锁定骨整合螺钉的整体长度为20mm～100mm，所述螺钉颈部(2)的长度为5mm～20mm。
6.根据权利要求2所述的一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法，其特征在于，所述螺纹杆主体(3)的螺纹横截面为平滑沟槽。
7.根据权利要求2所述的一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法，其特征在于，所述凹槽(1-2)的形状为内六角。
8.根据权利要求1所述的一种用于人工植入物的柱面联合骨整合方法，其特征在于，所述锁定骨整合螺钉的材质为钛合金。
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