CN117297738B - 具有部分螺纹的镁基螺钉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有部分螺纹的镁基螺钉，所述具有部分螺纹的镁基螺钉包括第一螺纹段、连接段和第二螺纹段，所述第一螺纹段、所述连接段和所述第二螺纹段在第一方向上依次连接，所述连接段的外径大于所述第一螺纹段的螺纹小径，且所述连接段的外径小于所述第二螺纹段的螺纹大径。本发明的具有部分螺纹的镁基螺钉的连接段的外径大于第一螺纹段的螺纹小径，且小于第二螺纹段的螺纹大径，以避免镁基螺钉在剪切应力和/或弯曲应力的作用下出现应力集中的情况。

Description

具有部分螺纹的镁基螺钉
技术领域
本发明涉及骨科器械技术领域，具体涉及一种具有部分螺纹的镁基螺钉。
背景技术
骨螺钉是用于骨折部位固定的内固定器件。骨螺钉在置入人体后，两骨折块受力下在结合处具有相对运动，从而会对骨螺钉产生剪切应力，相关技术中，骨螺钉在剪切应力的作用下容易出现应力集中的情况，导致骨螺钉断裂受损。此外，在病人存在骨质疏松的情况时，部分松质骨把持力不强会导致相关技术中的骨螺钉在弯曲应力的作用下出现应力集中的情况，导致骨螺钉产生悬臂弯曲的现象甚至断裂受损。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种具有部分螺纹的镁基螺钉，该具有部分螺纹的镁基螺钉能够避免镁基螺钉在剪切应力和/或弯曲应力的作用下出现应力集中的情况。
本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉包括第一螺纹段、连接段和第二螺纹段，所述第一螺纹段、所述连接段和所述第二螺纹段在第一方向上依次连接，所述连接段的外径大于所述第一螺纹段的螺纹小径，且所述连接段的外径小于所述第二螺纹段的螺纹大径。
本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉的连接段的外径大于第一螺纹段的螺纹小径，且小于第二螺纹段的螺纹大径，以避免镁基螺钉在剪切应力和/或弯曲应力的作用下出现应力集中的情况，避免镁基螺钉产生悬臂弯曲及断裂受损。
在一些实施例中，所述第二螺纹段的螺纹大径沿远离所述第一螺纹段的方向逐渐增大，所述连接段的外径小于等于所述第二螺纹段的螺纹大径的最大值。
在一些实施例中，所述连接段为光杆；或者
所述连接段具有在所述第一方向上依次排布的第一子段、第二子段和第三子段，所述第一子段的外周面、所述第二子段的外周面和所述第三子段的外周面中的至少一个设有多个环形凸出部，所述环形凸出部绕所述连接段的轴线设置，多个所述环形凸出部沿所述第一方向间隔排布。
环形凸出部起到增加镁基螺钉把持力的作用，同时不会影响镁基螺钉的加压功能。
在一些实施例中，所述第一螺纹段的螺纹和/或所述第二螺纹段的螺纹为非对称螺纹。
在一些实施例中，所述第二螺纹段的螺纹牙具有第一牙侧和第二牙侧，所述第一牙侧位于所述第二牙侧朝向所述第一螺纹段的一侧，所述第一牙侧和所述第二牙侧均沿所述第二螺纹段的径向延伸并沿远离所述第一螺纹段的方向倾斜设置，所述第一牙侧的牙侧角大于所述第二牙侧的牙侧角。
在一些实施例中，所述第一牙侧的牙侧角为30°至60°，所述第二牙侧的牙侧角为1°至10°。
在一些实施例中，所述第一螺纹段的螺纹的牙底圆弧的弧度为0.2至1.0。
在一些实施例中，所述第二螺纹段的螺纹的牙底圆弧的弧度为0.2至1.0。
在一些实施例中，所述具有部分螺纹的镁基螺钉采用可降解镁金属，所述可降解镁金属中的单一杂质元素浓度≤80ppm，所述可降解镁金属的总杂质含量≤0.01wt％。
附图说明
图1是本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉的结构示意图一；
图2是本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉的结构示意图二；
图3是本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉的结构示意图三；
图4是本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉的结构示意图四；
图5是本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉的结构示意图五；
图6是本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉的结构示意图六；
图7是图1中第二螺纹段的螺纹结构示意图；
图8是本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉的对比例的剪切应力力学分析模型图一；
图9是本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉的剪切应力力学分析模型图；
图10是本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉的对比例的剪切应力力学分析模型图二；
图11是本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉的对比例的弯曲应力力学分析模型图；
图12是本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉的弯曲应力力学分析模型图。
附图标记：
1.第一螺纹段；2.连接段；21.第一子段；22.第二子段；23.第三子段；3.第二螺纹段；5.环形凸出部。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图12描述根据发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉。
如图1-图12所示，本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉包括第一螺纹段1、连接段2和第二螺纹段3，第一螺纹段1、连接段2和第二螺纹段3在第一方向(如图1所示的左右方向)上依次连接，连接段2的外径大于第一螺纹段1的螺纹小径，且连接段2的外径小于第二螺纹段3的螺纹大径。
具体的，如图1所述，第一螺纹段1、连接段2和第二螺纹段3沿由右至左的方向依次设置，第一螺纹段1为镁基螺钉的头部，第二螺纹段3为镁基螺钉的尾部，第一螺纹段1和第二螺纹段3具有螺纹，连接段2不具有螺纹，优选的，连接段2为光杆。连接段2的外径大于第一螺纹段1的螺纹小径，且连接段2的外径小于第二螺纹段3的螺纹大径。
在镁基螺钉置入人体后，骨折线位于连接段2，因此连接段2承受剪切应力。如图8所示的对比例为连接段2的外径小于等于第一螺纹段1的螺纹小径时镁基螺钉的剪切应力力学分析模型，该模型中连接段2处剪切应力的最大值为1.239e+02MPa。如图9所示为本发明实施例的剪切应力力学分析模型，当连接段2的外径大于第一螺纹段1的螺纹小径，且连接段2的外径小于第二螺纹段3的螺纹大径时，连接段2的抗剪切强度增加，如图9所示连接段2处剪切应力的最大值降低至1.071e+02MPa，连接段2处由于剪切应力出现应力集中的情况有效降低。如图10所示的对比例为连接段2的外径增大至大于等于第二螺纹段3的螺纹大径时镁基螺钉的剪切应力力学分析模型，连接段2与第一螺纹段1的连接位置和第一螺纹段1会出现应力集中的情况。因此，当连接段2的外径大于第一螺纹段1的螺纹小径，且连接段2的外径小于第二螺纹段3的螺纹大径时，镁基螺钉的抗剪切强度较强，能够避免镁基螺钉由于剪切应力出现应力集中而导致断裂受损的情况。
同时，对于骨质不好人群，例如存在骨质疏松的情况病人，两骨折块主要依靠镁基螺钉两端的第一螺纹段1和第二螺纹段3把持，主要是连接段2和第二螺纹段3的连接处承受弯曲应力。如图11所示的对比例为连接段2的外径小于等于第一螺纹段1的螺纹小径时镁基螺钉的弯曲应力力学分析模型，连接段2和第二螺纹段3的连接位置处承受最大的弯曲应力，弯曲应力的最大值为1.405e+02MPa。如图12所示为本发明实施例的弯曲应力力学分析模型，当连接段2的外径大于第一螺纹段1的螺纹小径，且连接段2的外径小于第二螺纹段3的螺纹大径时，弯曲应力的最大值降低至1.285e+02MPa，连接段2和第二螺纹段3由于弯曲应力出现应力集中的情况有效降低，此时，镁基螺钉的抗弯曲强度最强，能够避免镁基螺钉由于弯曲应力出现应力集中而导致悬臂弯曲甚至断裂受损的情况。
本发明实施例的具有部分螺纹的镁基螺钉的连接段的外径大于第一螺纹段的螺纹小径，且小于第二螺纹段的螺纹大径，以避免镁基螺钉在剪切应力和/或弯曲应力的作用下出现应力集中的情况，避免镁基螺钉产生悬臂弯曲及断裂受损。
在一些实施例中，第二螺纹段3的螺纹大径沿远离第一螺纹段1的方向逐渐增大，连接段2的外径小于等于第二螺纹段3的螺纹大径的最大值。
如图1所示，第二螺纹段3的螺纹大径沿由右至左的方向逐渐增大，位于第二螺纹段3最左端的螺纹的螺纹大径最大，连接段2的外径小于等于第二螺纹段3的螺纹大径的最大值，换言之，连接段2的外径小于等于第二螺纹段3最左端的螺纹的螺纹大径。此时连接段2的抗剪切强度增加，连接段2处由于剪切应力出现应力集中的情况有效降低，以使镁基螺钉的抗剪切强度达到最强，能够避免镁基螺钉由于剪切应力出现应力集中而导致断裂受损的情况。
在一些实施例中，连接段2为光杆；或者连接段2具有在第一方向上依次排布的第一子段21、第二子段22和第三子段23，第一子段21的外周面、第二子段22的外周面和第三子段23的外周面中的至少一个设有多个环形凸出部5，环形凸出部5绕连接段2的轴线设置，多个环形凸出部5沿第一方向间隔排布。
在如图1所示的实施例中，连接段2为光杆，沿左右方向，连接段2的外径恒定。
在如图2-图6所示的实施例中，连接段2具有第一子段21、第二子段22和第三子段23，第一子段21、第二子段22和第三子段23沿由右向左的方向依次连接，第一子段21的右端连接第一螺纹段1，第三子段23的左端连接第二螺纹段3。
在如图2所示的实施例中，第一子段21、第二子段22和第三子段23的外周面均设有多个环形凸出部5，换言之，连接段2的外周面设有多个环形凸出部5，环形凸出部5环绕连接段2的轴线设置，多个环形凸出部5沿左右方向间隔排布，优选为等间距排布。
在如图3所示的实施例中，第三子段23的外周面设有多个环形凸出部5。
在如图4所示的实施例中，第三子段23和第一子段21的外周面设有多个环形凸出部5，第二子段22为光杆。
在如图5所示的实施例中，第一子段21和第二子段22的外周面设有多个环形凸出部5，第三子段23为光杆。
在如图6所示的实施例中，第二子段22和第三子段23的外周面设有多个环形凸出部5，第一子段21为光杆。
环形凸出部起到增加镁基螺钉把持力的作用，同时不会影响镁基螺钉的加压功能。
在一些实施例中，第一螺纹段1的螺纹和/或第二螺纹段3的螺纹为非对称螺纹。
具体的，非对称螺纹的两个牙侧角的角度不同，优选为锯齿形螺纹。第一螺纹段1的螺纹和第二螺纹段3的螺纹可以同时为锯齿形螺纹，也可以一者为锯齿形螺纹，另一者为对称螺纹，对称螺纹的两个牙侧角的角度相同，优选为梯形螺纹。
在一些实施例中，第二螺纹段3的螺纹牙具有第一牙侧31和第二牙侧32，第一牙侧31位于第二牙侧32朝向第一螺纹段1的一侧，第一牙侧31和第二牙侧32均沿第二螺纹段3的径向延伸并沿远离第一螺纹段1的方向倾斜设置，第一牙侧31的牙侧角大于第二牙侧32的牙侧角。
在如图7所述的实施例中，第二螺纹段3的螺纹牙具有第一牙侧31和第二牙侧32，第一牙侧31位于螺纹牙的右端，第二牙侧32位于螺纹牙的左端，第一牙侧31和第二牙侧32均沿镁基螺钉的径向延伸并向左倾斜设置，第一牙侧31的牙侧角α大于第二牙侧32的牙侧角β。优选的，第一牙侧31的牙侧角α为30°至60°，例如30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°，第二牙侧32的牙侧角β为1°至10°，例如1°、3°、5°、10°。
在镁基螺钉置入人体后，第二螺纹段3与骨头抵接的抗拔受力面为第二牙侧32，其能够产生朝向镁基螺钉中心线的分力，从而对第二螺纹段产生环抱力，使镁基螺钉具有较好的锁紧和防松效果，第二螺纹段3与骨头抵接的非受力面为第一牙侧31，其有利于置入过程中的顺利拧入，减小置入的阻力。
可以理解的是，第一牙侧和第二牙侧不限于均沿镁基螺钉的径向延伸并向左倾斜设置，在另一些实施例中，第一牙侧沿镁基螺钉的径向延伸并向左倾斜设置，第二牙侧沿镁基螺钉的径向延伸并向右倾斜设置。
可以理解的是，第二螺纹段的螺纹不限于为锯齿形螺纹，在另一些实施例中，第二螺纹段的螺纹为梯形螺纹。
在一些实施例中，第一螺纹段1的螺纹的牙底圆弧的弧度为0.2至1.0。
如图7所述，第一螺纹段1的螺纹小径的周向端面与牙侧通过牙底圆弧相连，第一螺纹段1的螺纹的牙底圆弧的弧度为0.2至1.0，例如0.2、0.5、0.8、1.0。
当第一螺纹段的螺纹的牙底圆弧的弧度为0.2至1.0时，能够有效降低第一螺纹段出现应力集中的情况，并使第一螺纹段具有较高的抗拔出性能。
在一些实施例中，第二螺纹段3的螺纹的牙底圆弧的弧度为0.2至1.0。
如图7所述，第二螺纹段3的螺纹小径的周向端面与牙侧通过牙底圆弧相连，第二螺纹段3的螺纹的牙底圆弧的弧度为0.2至1.0，例如0.2、0.5、0.8、1.0。
当第二螺纹段的螺纹的牙底圆弧的弧度为0.2至1.0时，能够有效降低第二螺纹段出现应力集中的情况，并使第一螺纹段具有较高的抗拔出性能。
在一些实施例中，具有部分螺纹的镁基螺钉采用可降解镁金属，可降解镁金属中的单一杂质元素浓度≤80ppm，可降解镁金属的总杂质含量≤0.01wt％。
具体地，可降解镁金属包括高纯金属镁和高纯镁基合金中的至少一种。
高纯金属镁中的镁元素含量≥99.99wt％。
高纯镁基合金包括采用商用牌号成分的镁合金、二元合金系镁合金和三元合金系镁合金中的至少一种。
商用牌号包括AZ31、AZ91、AM60、ZK60、WE43中的至少一种。
二元合金系镁合金包括Mg-Ca，Mg-Zn，Mg-Mn，Mg-Sr，Mg-Re中的至少一种，其中Zn、Mn、Ca、Sr、Re稀土元素的含量为0.05～6.5wt％。稀土元素的含量为0.05～6.5wt％能够控制二元合金系镁合金中生成第二相的含量，以有效提高镁合金的力学性能，同时控制镁合金的降解速度。实现镁合金的力学性能、降解速率与骨组织恢复的良好匹配。
三元合金系镁合金包括Mg-Zn-Ca，Mg-Zn-Zr，Mg-Zn-Mn，Mg-Re-Ca，Mg-Re-Mn中的至少一种，其中Zn、Ca、Mn元素含量为0.05～6.5wt％，Zr、Re稀土元素的含量为0.03～2.0wt％，以控制三元合金系镁合金中第二相和游离单质相的数量，在有效提高镁合金力学性能的同时控制镁合金的降解速度。实现镁合金的力学性能、降解速率与骨组织恢复的良好匹配。
可降解镁金属中的杂质含量不仅会对镁的腐蚀行为和降解速度造成较大影响，并且杂质原子形成的第二相可与镁基体之间形成腐蚀微电偶，也会加速基体腐蚀和降解速度。单一杂质元素浓度≤80ppm，且总杂质含量≤0.01wt％的可降解镁金属与普通纯度的镁金属相比，可降解镁金属的降解速率下降3倍-6倍，将镁基螺钉植入生物体中的副作用降到最低，保证了植入效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“左”、“右”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种具有部分螺纹的镁基螺钉，其特征在于，包括第一螺纹段(1)、连接段(2)和第二螺纹段(3)，所述第一螺纹段(1)、所述连接段(2)和所述第二螺纹段(3)在第一方向上依次连接，所述连接段(2)的外径大于所述第一螺纹段(1)的螺纹小径，且所述连接段(2)的外径小于所述第二螺纹段(3)的螺纹大径；
所述第二螺纹段(3)的螺纹牙具有第一牙侧(31)和第二牙侧(32)，所述第一牙侧(31)位于所述第二牙侧(32)朝向所述第一螺纹段(1)的一侧，所述第一牙侧(31)和第二牙侧(32)均沿所述第二螺纹段(3)的径向延伸并沿远离所述第一螺纹段(1)的方向倾斜设置，所述第一牙侧(31)的牙侧角大于所述第二牙侧(32)的牙侧角，所述第一牙侧(31)的牙侧角为30°至60°，所述第二牙侧(32)的牙侧角为1°至10°，所述第一螺纹段(1)的螺纹的牙底圆弧的弧度为0.2至1.0，所述第二螺纹段(3)的螺纹的牙底圆弧的弧度为0.2至1.0，所述具有部分螺纹的镁基螺钉采用可降解镁金属。
2.根据权利要求1所述的具有部分螺纹的镁基螺钉，其特征在于，所述第二螺纹段(3)的螺纹大径沿远离所述第一螺纹段(1)的方向逐渐增大，所述连接段(2)的外径小于等于所述第二螺纹段(3)的螺纹大径的最大值。
3.根据权利要求1所述的具有部分螺纹的镁基螺钉，其特征在于，所述连接段(2)为光杆；或者
所述连接段(2)具有在所述第一方向上依次排布的第一子段(21)、第二子段(22)和第三子段(23)，所述第一子段(21)的外周面、所述第二子段(22)的外周面和所述第三子段(23)的外周面中的至少一个设有多个环形凸出部(5)，所述环形凸出部(5)绕所述连接段(2)的轴线设置，多个所述环形凸出部(5)沿所述第一方向间隔排布。
4.根据权利要求1所述的具有部分螺纹的镁基螺钉，其特征在于，所述第一螺纹段(1)的螺纹和/或所述第二螺纹段(3)的螺纹为非对称螺纹。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的具有部分螺纹的镁基螺钉，其特征在于，所述可降解镁金属中的单一杂质元素浓度≤80ppm，所述可降解镁金属的总杂质含量≤0.01wt％。
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