CN114129243A - 一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，包括支撑钢板、以及若干锁定螺钉，所述支撑钢板由依次连接并一体成型的近端头部、中间连接部和远端尾部组成，所述近端头部与远端尾部上分别设有锁定螺孔，所述中间连接部上还设有锁定/加压组合孔，所述锁定螺钉分别匹配置入所述锁定螺孔、锁定/加压组合孔中，所述近端头部上的锁定螺孔包括呈水平排列的第一螺孔、第二螺孔和第三螺孔，以及位于近端头部下部边角位置的附加螺孔，所述附加螺孔的安装角度满足：置入附加螺孔的锁定螺钉的方向与胫骨髁间隆起处的截骨面垂直。本发明可以为胫骨近端联合截骨术治疗内翻型膝骨性关节炎提供更为稳定的膝关节生物力学环境，较现有的钢板内固定更加牢固、可靠。

Description

一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置。
背景技术
膝骨性关节炎是膝关节外科常见的慢性关节疾病，患病率高、病变范围广、晚期功能障碍程度重。膝骨性关节炎中最常见的是膝内翻畸形，又称“O型腿”，是指当两下肢自然伸直或站立时，两足内踝能相碰而两膝不能靠拢的畸形疾病，是由关节外和关节内两种病理因素共同作用而形成的。胫骨近端开放性截骨术(OWHTO)是治疗内翻型膝关节骨性关节炎的常用方法，以矫正关节外畸形为主，矫正力线能力强，但术后仍有关节内畸形残留。胫骨髁间截骨术(TCVO)以矫正关节内畸形为主，但纠正力线能力弱，临床医用较少，其稳定性缺乏生物力学基础研究。因此，最新提出了胫骨近端联合截骨术(CPTO)，以传统胫骨高位截骨术(OWHTO)为基础，在胫骨近端髁间采用类似于TCVO的手术方式，同时行关节内截骨，可以同时矫正内翻型膝关节炎的关节内和关节外畸形。
目前在CPTO手术中使用Tomofix内固定系统和附加螺钉来进行固定，但难以确定附加螺钉植入的确切位置和方向，存在结构稳定性不足和手术操作不方便的问题，因此亟待需求一种专门运用于CPTO手术的内固定矫形钢板系统。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，较现有的钢板内固定更加牢固、可靠。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，包括支撑钢板、以及若干锁定螺钉，所述支撑钢板由依次连接并一体成型的近端头部、中间连接部和远端尾部组成，所述近端头部贴合于胫骨近端平台前内侧面，所述远端尾部贴合于胫骨骨干前内侧面，所述近端头部与远端尾部上分别设有锁定螺孔，所述中间连接部上还设有锁定/加压组合孔，所述锁定螺钉分别匹配置入所述锁定螺孔、锁定/加压组合孔中，其中，所述近端头部上的锁定螺孔包括呈水平排列的第一螺孔、第二螺孔和第三螺孔，以及位于近端头部下部边角位置的附加螺孔，所述附加螺孔的安装角度满足：置入附加螺孔的锁定螺钉的方向与胫骨髁间隆起处的截骨面垂直。
进一步的，所述锁定螺钉对应第一螺孔、第二螺孔和第三螺孔分别为第一螺钉、第二螺钉和第三螺钉，且第二螺钉置入第二螺孔的方向与近端头部经过第二螺孔中心的法线在同一平面且与该法线的夹角为14-16°，第一螺钉和第三螺钉的置入方向均与第二螺钉在同一平面内。
更进一步的，所述第一螺钉、第三螺钉与第二螺钉的连线的夹角分别为80-85°。
进一步的，所述近端头部的表面曲率与胫骨近端前内侧面的表面曲率一致。
进一步的，所述近端头部的外侧表面的边缘呈光滑弧形。
进一步的，所述锁定/加压组合孔对应置入的锁定螺钉的方向均与胫骨干轴向垂直。
进一步的，所述锁定/加压组合孔设有三个，其中一个位于胫骨横向截骨面靠近近端头部的一侧，另外两个则位于胫骨横向截骨面靠近远端尾部一侧。
进一步的，所述锁定/加压组合孔由一个锁定螺纹孔与一个内表面光滑的加压圆孔相接而成，并呈“葫芦状”。
进一步的，所述锁定螺钉由一体成型的呈倒圆锥形的螺钉头部、以及螺钉杆部组成，其中，所述螺钉头部的外壁面设有与锁定螺孔匹配的第一螺纹，所述螺钉杆部的外壁面还设有第二螺纹。
更进一步的，第二螺纹的螺距大于第一螺纹的螺距。
更进一步的，所述螺钉杆部的末端呈锥状。
进一步的，所述远端尾部的末端呈梭型。
与现有技术相比，本发明提供的胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，通过在钢板主体板角处设置了一个固定角度的锁定螺孔增加对胫骨平台内侧楔形的连接固定，胫骨近端平台的内侧和外侧部分在近端锁定螺钉和附加锁定螺钉的组合支撑作用下，重新整合成为一个完整的平台，为膝关节提供更为稳定的生物力学环境，较现有的钢板内固定更加牢固、可靠。
附图说明
图1为本发明的专用内固定装置与胫骨结合的前内侧面视角的示意图；
图2为本发明的专用内固定装置与胫骨结合的前面视角的示意图；
图3为本发明的专用内固定装置的侧面视角的示意图；
图4为本发明的支撑钢板的主视结构示意图；
图5为本发明的支撑钢板的俯视视角的结构示意图；
图6为本发明的锁定螺钉的结构示意图；
图7为有限元分析获得的仿真云图；
图中标记说明：
1-支撑钢板，101-近端头部，102-中间连接部，103-远端尾部；
2-锁定螺孔，201-第一螺孔，202-第二螺孔，203-第三螺孔，204-附加螺孔，205-第四螺孔；
3-锁定/加压组合孔；
4-锁定螺钉，401-第一螺钉，402-第二螺钉，403-第三螺钉，404-附加螺钉，411-螺钉头部，412-螺钉杆部，413-螺钉末端，421-第一螺纹，422-第二螺纹。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或常规结构。
为配合胫骨近端联合截骨术使用，提高其内固定的牢固、可靠与操作便利性等，本发明提供了一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，其结构参见图1至图3所示，包括支撑钢板1、以及若干锁定螺钉4，所述支撑钢板1由依次连接并一体成型的近端头部101、中间连接部102和远端尾部103组成，所述近端头部101贴合于胫骨近端平台前内侧面，所述远端尾部103贴合于胫骨骨干前内侧面，所述近端头部101与远端尾部103上分别设有锁定螺孔2，所述中间连接部102上还设有锁定/加压组合孔3，所述锁定螺钉4分别匹配置入所述锁定螺孔2、锁定/加压组合孔3中，其中，所述近端头部101上的锁定螺孔2包括呈水平排列的第一螺孔201、第二螺孔202和第三螺孔203，以及位于近端头部101下部边角位置的附加螺孔204，所述附加螺孔204的安装角度满足：置入附加螺孔204的锁定螺钉4的方向与胫骨髁间隆起处的截骨面垂直。同时，置入附加螺孔204的附加螺钉404的长度满足其穿过骨截断面，将胫骨近端纵向截开的内外楔形骨块连接起来，实现对胫骨内侧楔形的连接固定支撑。
在一些具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述锁定螺钉4对应第一螺孔201、第二螺孔202和第三螺孔203分别为第一螺钉401、第二螺钉402和第三螺钉403，且第二螺钉402置入第二螺孔202的方向与近端头部101经过第二螺孔202中心的法线在同一平面且与该法线的夹角为14-16°，第一螺钉401和第三螺钉403的置入方向均与第二螺钉402在同一平面内。
更具体的实施方式中，所述第一螺钉401、第三螺钉403与第二螺钉402的连线的夹角分别为80-85°，可基于患者情况进行个性化调整，增强了对胫骨平台的支撑作用。
在一些具体的实施方式中，请再参见图5等所示，所述近端头部101的表面曲率与胫骨近端前内侧面的表面曲率一致，保证了钢板头部与胫骨之间贴合紧密。同时，所述近端头部101的外侧表面的边缘呈光滑弧形，可避免划伤人体组织，减少软组织刺激。
在一些具体的实施方式中，请再参见图3等所示，所述锁定/加压组合孔3对应置入的锁定螺钉4的方向均与胫骨干轴向垂直，提高对胫骨干部的固定效果。
在一些具体的实施方式中，请再参见图1等所示，所述锁定/加压组合孔3设有三个，其中一个位于胫骨横向截骨面靠近近端头部101的一侧，另外两个则位于胫骨横向截骨面靠近远端尾部103一侧。
在一些具体的实施方式中，请再参见图4等所示，所述锁定/加压组合孔3由一个锁定螺纹孔与一个内表面光滑的加压圆孔相接而成，并呈“葫芦状”，锁定螺纹孔和光滑加压圆孔分别对应锁定螺钉和普通拉力螺钉，锁定螺钉用于增加连接稳定性，普通拉力螺钉用于加压，根据手术需要选择锁定螺钉或普通拉力螺钉。
在一些具体的实施方式中，请再参见图6等所示，所述锁定螺钉4由一体成型的呈倒圆锥形的螺钉头部411、以及螺钉杆部412组成，其中，所述螺钉头部411的外壁面设有与锁定螺孔2匹配的第一螺纹421，所述螺钉杆部412的外壁面还设有第二螺纹422。此外，螺钉头部411的锥度可为1:2～1:1.5，通过第一螺纹421可以使得螺钉头部411与锁定螺孔2的内壁配合连接，形成一个固定角度的结构，提供角度稳定性，同时，螺钉头部411还内嵌入锁定螺孔2中，可以减少外漏面积。钉杆部有较强的抗弯曲和剪切强度，并将载荷传递到骨骼中。
更具体的实施方式中，第二螺纹422的螺距大于第一螺纹421的螺距，胫骨近端螺钉靠近胫骨平台，第一螺纹螺距较小可以防止螺钉打入过多进入关节，保证了内固定装置使用的安全性。
更具体的实施方式中，所述螺钉杆部412的末端呈锥状。
在一些具体的实施方式中，所述远端尾部103的末端呈梭型，便于器械植入。
在一些具体的实施方式中，支撑钢板1和锁定螺钉4的材料均为钛合金，强度高且具有良好的人体生物相容性。同时，支撑钢板1的长度可为100～130mm，近端头部101的宽度可为30～39mm，厚度为2.4～3.1mm，可以接受直径约为4.5～5.0mm的锁定螺钉4，而锁定螺钉4的长度为24～75mm，根据病人的体型不同而分型号选择，并满足其对应功能。
以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。
下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。
实施例1：
为配合胫骨近端联合截骨术使用，提高其内固定的牢固、可靠与操作便利性等，本实施例提供了一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，其结构参见图1至图3所示，包括支撑钢板1、以及若干锁定螺钉4，支撑钢板1由依次连接并一体成型的近端头部101、中间连接部102和远端尾部103组成，近端头部101贴合于胫骨近端平台前内侧面，远端尾部103贴合于胫骨骨干前内侧面，近端头部101与远端尾部103上分别设有锁定螺孔2，中间连接部102上还设有锁定/加压组合孔3，锁定螺钉4分别匹配置入锁定螺孔2、锁定/加压组合孔3中，其中，近端头部101上的锁定螺孔2包括呈水平排列的第一螺孔201、第二螺孔202和第三螺孔203，以及位于近端头部101下部边角位置的附加螺孔204，附加螺孔204的安装角度满足：置入附加螺孔204的锁定螺钉4的方向与胫骨髁间隆起处的截骨面垂直。同时，置入附加螺孔204的附加螺钉404的长度满足其穿过骨截断面，将胫骨近端纵向截开的内外楔形骨块连接起来，实现对胫骨内侧楔形的连接固定支撑。同时，远端尾部103处也设置了两个第四螺孔205，并置入与其匹配的锁定螺钉。
请再参见图1等所示，锁定螺钉4对应第一螺孔201、第二螺孔202和第三螺孔203分别为第一螺钉401、第二螺钉402和第三螺钉403，且第二螺钉402置入第二螺孔202的方向与近端头部101经过第二螺孔402中心的法线在同一平面且与该法线的夹角为14-16°，第一螺钉401和第三螺钉403的置入方向均与第二螺钉402在同一平面内。第一螺钉401、第三螺钉403与第二螺钉402的连线的夹角分别为80-85°，可基于患者情况进行个性化调整，增强了对胫骨平台的支撑作用。
请再参见图5等所示，近端头部101的表面曲率与胫骨近端前内侧面的表面曲率一致，保证了钢板头部与胫骨之间贴合紧密。同时，近端头部101的外侧表面的边缘呈光滑弧形，可避免划伤人体组织，减少软组织刺激。
请再参见图3等所示，锁定/加压组合孔3对应置入的锁定螺钉4的方向均与胫骨干轴向垂直，提高对胫骨干部的固定效果。
请再参见图1等所示，锁定/加压组合孔3设有三个，其中一个位于胫骨横向截骨面靠近近端头部101的一侧，另外两个则位于胫骨横向截骨面靠近远端尾部103一侧。
请再参见图4等所示，锁定/加压组合孔3由一个锁定螺纹孔与一个内表面光滑的加压圆孔相接而成，并呈“葫芦状”，锁定螺纹孔和光滑加压圆孔分别对应锁定螺钉和普通拉力螺钉，锁定螺钉用于增加连接稳定性，普通拉力螺钉用于加压，根据手术需要选择锁定螺钉或普通拉力螺钉。
请再参见图6等所示，锁定螺钉4由一体成型的呈倒圆锥形的螺钉头部411、以及螺钉杆部412组成，其中，螺钉头部411的外壁面设有与锁定螺孔2匹配的第一螺纹421，螺钉杆部412的外壁面还设有第二螺纹422。此外，螺钉头部411的锥度可为1:2～1:1.5，通过第一螺纹421可以使得螺钉头部411与锁定螺孔2的内壁配合连接，形成一个固定角度的结构，提供角度稳定性，同时，螺钉头部411还内嵌入锁定螺孔2中，可以减少外漏面积。钉杆部有较强的抗弯曲和剪切强度，并将载荷传递到骨骼中。第二螺纹422的螺距大于第一螺纹421的螺距，胫骨近端螺钉靠近胫骨平台，第一螺纹螺距较小可以防止螺钉打入过多进入关节，保证了内固定装置使用的安全性。
螺钉杆部412的末端(即螺钉末端413)呈锥状。远端尾部103的末端呈梭型，便于器械植入。
本实施例中，支撑钢板1和锁定螺钉4的材料均为钛合金，强度高且具有良好的人体生物相容性。同时，支撑钢板1的长度可为100～130mm，近端头部101的宽度可为30～39mm，厚度为2.4～3.1mm，可以接受直径约为4.5～5.0mm的锁定螺钉4，而锁定螺钉4的长度为24～75mm，根据病人的体型不同而分型号选择，并满足其对应功能。
具体的，对本实施例提供的胫骨近端联合截骨术专用内固定装置进行了有限元仿真分析，包括以下步骤：S1.利用三维软件建立胫骨近端联合截骨术术后模型；S2.将步骤S1中获得的三维模型导入有限元仿真软件中，进行网格划分和材料属性设置；S3.施加胫骨近端联合截骨术模型的边界条件和载荷进行仿真计算；S4.计算获得仿真云图，观察应力分布情况和结构微动情况，通过对胫骨近端联合截骨术术后模型进行快速建模并进行仿真分析，获取其应力集中部位，分析胫骨近端联合截骨术专用内固定装置的稳定性，进而对胫骨近端联合截骨术专用内固定装置进行优化设计。所得仿真云图如图7所示，从图7中可以看出，胫骨近端联合截骨术专用内固定装置中胫骨、钢板和螺钉的应力分布特征与传统钢板系统相似，应力集中在钢板的后部、楔形周围的孔和螺钉的中间区域，说明该装置设计是可靠的。同时附加螺钉承担了近端螺钉的部分承载，降低了近端螺钉断裂的风险，提高了CPTO的稳定性和成功率。
总的来说，本实施例的胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，通过在支撑钢板1的板角处设置了一个固定角度的附加螺孔204，以增加对胫骨平台内侧楔形的连接固定，胫骨近端平台的内侧和外侧部分在近端的三个锁定螺钉4(即第一螺钉401、第二螺钉402和第三螺钉403)和附加螺钉404的组合支撑作用下，重新整合成为一个完整的平台，为膝关节提供更为稳定的生物力学环境，较现有的钢板内固定更加牢固、可靠。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，其特征在于，包括支撑钢板、以及若干锁定螺钉，所述支撑钢板由依次连接并一体成型的近端头部、中间连接部和远端尾部组成，所述近端头部贴合于胫骨近端平台前内侧面，所述远端尾部贴合于胫骨骨干前内侧面，所述近端头部与远端尾部上分别设有锁定螺孔，所述中间连接部上还设有锁定/加压组合孔，所述锁定螺钉分别匹配置入所述锁定螺孔、锁定/加压组合孔中，其中，所述近端头部上的锁定螺孔包括呈水平排列的第一螺孔、第二螺孔和第三螺孔，以及位于近端头部下部边角位置的附加螺孔，所述附加螺孔的安装角度满足：置入附加螺孔的锁定螺钉的方向与胫骨髁间隆起处的截骨面垂直。
2.根据权利要求1所述的一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，其特征在于，所述锁定螺钉对应第一螺孔、第二螺孔和第三螺孔分别为第一螺钉、第二螺钉和第三螺钉，第二螺钉置入第二螺孔的方向与近端头部经过第二螺孔中心的法线在同一平面，且与该法线的夹角为14-16°，第一螺钉和第三螺钉的置入方向均与第二螺钉在同一平面内。
3.根据权利要求2所述的一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，其特征在于，所述第一螺钉、第三螺钉与第二螺钉的连线的夹角分别为80-85°。
4.根据权利要求1所述的一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，其特征在于，所述近端头部的表面曲率与胫骨近端前内侧面的表面曲率一致。
5.根据权利要求1所述的一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，其特征在于，所述锁定/加压组合孔对应置入的锁定螺钉的方向均与胫骨干轴向垂直。
6.根据权利要求1所述的一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，其特征在于，所述锁定/加压组合孔设有三个，其中一个位于胫骨横向截骨面靠近近端头部的一侧，另外两个则位于胫骨横向截骨面靠近远端尾部一侧。
7.根据权利要求1所述的一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，其特征在于，所述锁定/加压组合孔由一个锁定螺纹孔与一个内表面光滑的加压圆孔相接而成，并呈“葫芦状”。
8.根据权利要求1所述的一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，其特征在于，所述锁定螺钉由一体成型的呈倒圆锥形的螺钉头部、以及螺钉杆部组成，其中，所述螺钉头部的外壁面设有与锁定螺孔匹配的第一螺纹，所述螺钉杆部的外壁面还设有第二螺纹。
9.根据权利要求8所述的一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，其特征在于，第二螺纹的螺距大于第一螺纹的螺距。
10.根据权利要求8所述的一种胫骨近端联合截骨术专用内固定装置，其特征在于，所述螺钉杆部的末端呈锥状。
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