CN201564593U - 一种用于骨折固定增强的动力髋螺钉和装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于骨折固定增强的动力髋螺钉和相关装置，所述动力髋螺钉上开有贯通的中心孔，动力髋螺钉上分为螺纹区和光滑区，所述中心孔的孔壁上至少开设有一个开孔，所述开孔贯通中心孔孔壁。本实用新型优点在于：股骨粗隆间骨折及部分股骨颈骨折行DHS内固定手术中应用固定该骨折的装置后可以使得生物型骨水泥或其他促进骨折愈合的材料如生长因子等到达骨折周围的骨组织中，促进骨生长，增加内固定的稳定性，以及促进内固定周围骨长入骨整合等。动力髋螺钉设有开孔的直径为3毫米是根据生物骨水泥的凝固时间、粘稠度证实该直径能确保足够时间内进行20ml的骨水泥注射。

Description

一种用于骨折固定增强的动力髋螺钉和装置

【技术领域】

本实用新型涉及医疗器械技术领域，具体地说，是关于治疗股骨近端骨折的医疗器械。

【背景技术】

据中国政府2005年7月26日公布的《中国人口现状》显示：自2000年起我国进入老龄社会；到2020年，我国老年人口将达1.64亿，占总人口的16.1％。这导致骨质疏松症及骨折并发症的日趋增加；因此骨质疏松骨折成为严重的医疗和社会问题。骨质疏松骨折常见于脊柱、髋部、腕部、胫骨和肱骨近段，其中股骨近段骨折更是呈逐年增加趋势。骨质疏松骨折是由轻微外力所致的病理性骨折，和一般暴力性骨折的力学、生物学特点有着本质区别。而临床上对此类型骨折的治疗采用一般骨折的内固定方法，缺乏针对性处理措施。但由于骨质疏松骨骼脆弱，不能提供牢固的螺钉锚着力或骨支持，加上骨折愈合进程的延缓，常出现内固定植入界面破坏使治疗失败；且此类患者基础疾病较多，不能耐受活动受限，往往致死率很高。

当前，骨质疏松骨折内固定的改进集中在内固定的优化设计、内固定材料的改进以及手术技术完善等方面。但这些措施最终依赖于被固定骨的自身强度，所以理想的措施是直接增强固定部位“骨的质和量”。本发明人经过体内，发现在螺钉周围进行生物骨水泥的填充能有效地提高螺钉固定的瞬时稳定性，并且由于该生物型骨水泥具有骨传导性诱导性，且在体内降解，并能促进其周围新骨生成，因此能提高螺钉固定的长期稳定性。并通过有限元分析，发现该骨水泥增强髋螺钉能显著增加骨质疏松股骨粗隆间骨折DHS内固定的稳定性。

同时，由于骨质疏松骨折好发于富含松质骨的部位，因此骨折发生后常出现骨缺损；这种缺损除导致固定后稳定性下降外也可导致骨折不愈合。自体骨移植是骨缺损治疗的“金标准”；但供骨质量较差，不能满足临床需求。异体骨进行移植，同样存在来源不足、疾病传播等缺陷。本分明人通过骨缺损的体内研究，发现使用生物骨水泥可促进骨缺损的愈合；因此可以推断骨折间填充该生物骨水泥可以促进骨折愈合。

对于骨质疏松股骨近端骨折国内使用DHS内固定的外科手术来治疗上述疾病。但是由于骨质疏松患者，股骨头、颈和股骨粗隆间松质骨骨丢失较多，内固定极其不稳定性，因此容易出现内固定失败的情况。国外对股骨近端骨折使用DHS内固定同时向髋螺钉周围注入生物型骨水泥提高固定的稳定性，但该设计的装置使生物型骨水泥只能到达髋螺钉前端骨组织，而不能到达骨折周围的骨组织，因此不能促进骨折愈合；同时，其开孔方式也存在缺陷，给骨折愈合后内固定取出造成一定的困难。本发明人在结合上述研究的理论基础上，对DHS固定系统的髋螺钉进行了重新发明。

【发明内容】

本实用新型的目的是，提供一种动力髋螺钉。

本实用新型的再一的目的是，提供一种固定髋部骨折的装置。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种动力髋螺钉，所述动力髋螺钉上开有贯通的中心孔，动力髋螺钉上分为螺纹区和光滑区，所述中心孔的孔壁上至少开设有一个开孔，所述开孔贯通中心孔孔壁。

动力髋螺钉可选的技术方案是：

所述开孔的直径为2-4毫米。

所述开孔的中心线在动力髋横截面上与其圆表面切线成60-85°角。

所述的螺纹区和光滑区分别至少设有一个开孔，且光滑区开孔处为非套筒处，即开口处紧靠螺纹区侧。

所述开孔数量为八个，其直径为3毫米。

所述开孔的中心线在动力髋横截面上与其圆表面切线成75°角。

为实现上述第二个目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种固定髋部骨折的装置，所述的装置包括动力髋螺钉，注射器和医用塑胶皮管。

本实用新型优点在于：

1、骨折DHS内固定手术中应用固定股骨近端骨折的装置后可以使得生物型骨水泥到达骨折周围及股骨头颈部的骨组织中，促进骨折愈合，内固定周围骨生长。并能提供内固定的瞬时稳定及长期稳定。

2、动力髋螺钉设有开孔的直径为3毫米是根据生物骨水泥的凝固时间、粘稠度证实该直径能确保足够时间内进行20ml的骨水泥注射。

3、开孔的中心线与动力髋螺钉中心线成75°角，这样，在动力髋螺钉拧入时减少周围的松质骨卷入该孔内导致的阻碍骨水泥挤出。同时，在骨折愈合后或其他因素下，需内固定取出时，拧出螺钉时，该孔缘可以切割长入其内的新骨，从而方便取出内固定。

4、开孔与开孔的中心线不在同一直线上，其目的是在动力髋螺钉上开设孔洞的情况下，保证动力髋螺钉的抗扭、抗剪强度。

【附图说明】

附图1是一种动力髋螺钉的结构图。

附图2是动力髋螺钉的剖视图。

附图3是图2中开孔20的局部放大图。

附图4是一种固定髋部骨折装置的结构示意图。

附图5是固定髋部骨折装置临床使用示意图。

附图6所示为髋螺钉的横截面示意图。

附图7所示为将通道孔作成与髋螺钉横截面逆时针偏离15度示意图。

附图8A所示为未改进前钛合金管件截面。

附图8B所示为改进后管件截面。

【具体实施方式】

下面结合实施例并参照附图对本实用新型作进一步描述。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

1.动力髋螺钉    2.钢板

3.螺钉          4.注射器

5.医用塑胶皮管  10.贯通的中心孔

11.螺纹区       12.光滑区

20.开孔         111.外螺纹

实施例1

动力髋螺钉

请参看图1和图2，图1是一种动力髋螺钉的结构图片。图2是动力髋螺钉的剖视图。所述动力髋螺钉上开有贯通的中心孔10，为描述方便起见，本文中将动力髋螺钉分为两个部分，螺纹区11和光滑区12，所述螺纹区11处设有外螺纹111。所述的螺纹区11处设有直径为3毫米的开孔20，所述的光滑区12处设有直径为3毫米的开孔20。开孔贯通中心孔孔壁。请参看图3，图3是图2中开孔20的局部放大图。所述开孔的中心线在动力髋横截面上与其圆表面切线成75°角。请再参看图1，在动力髋螺钉上沿中心轴线螺旋上升设有8个直径为3毫米的开孔。此处孔采用螺旋上升设置，其目的是在动力髋螺钉上开设孔洞的情况下，保证动力髋螺钉的抗扭、抗剪强度。显然，此动力髋螺钉上孔洞不可采取对称设置或沿直线分布的方式。由此，本领域技术人员可知，在保证该动力髋螺钉强度的前提下，该孔的分布方式还可以采用其他方式，如无规律设置等其他交错设置方式。

孔的直径为3毫米是根据生物骨水泥的凝固时间、粘稠度证实该直径能确保足够时间内进行20ml的骨水泥注射。开孔的中心线与所述动力髋螺钉中心线成75°角，这样，在动力髋螺钉拧入时减少周围的松质骨卷入该孔内导致的阻碍骨水泥挤出。同时，在骨折愈合后或其他因素下，需内固定取出时，拧出螺钉时，该孔缘可以切割长入其内的新骨，从而方便取出内固定。

需要说明的是：本实用新型可选的技术方案是：动力髋螺钉的螺纹区处至少要设有一个孔，所述的光滑区处至少要设有一个孔；所述孔的直径范围可以是为2-4毫米；开孔的中心线与所述动力髋螺钉中心线成60-85°角。

实施例2

固定髋部骨折的装置

请参看图4，图4是一种固定髋部骨折装置的结构示意图。所述的装置包括动力髋螺钉1，钢板2，螺钉3，注射器4，医用塑胶皮管5和尾钉(未标出)。动力髋螺钉1是实施例1的动力髋螺钉，注射器4选用注射容量为20-50ml的医用注射器。

临床使用：

请参看图5：患者股骨粗隆间骨折(见箭头所示处)，在骨折处进行骨折复位，在股骨颈部位打入本实用新型动力髋螺钉，将钢板套入动力髋螺钉中，用螺钉固定，使钢板装好。将注射器的针头部连接医用塑胶皮管一端，医用塑胶皮管另一端插入动力髋螺钉中，使用注射器将生物型骨水泥通过医用塑胶皮管进入动力髋螺钉中，然后生物型骨水泥再通过设置在动力髋螺钉上的孔到达骨折周围的骨组织。注射生物型骨水泥后，移去医用塑胶皮管和注射器。将尾钉插入动力髋螺钉的中心孔中拧好，骨折皮肤处缝针，手术结束。

需要说明的是：通过使用改进型髋螺钉医疗器械向骨折部位注入骨增强材料，即可产生以下三个作用：

1、加快骨折处的愈合效果；

2、注射髋螺钉周围增加髋螺钉在骨骼中的把持力以提高最初的生物力学稳定性；

3、注射的骨增强材料降解时，可以促进骨生长及骨-内固定整合能力提高长期的生物力学稳定性。

改进型髋螺钉是在现有的髋螺钉的基础上重新设计，即在髋螺钉的螺纹区及靠近螺纹的光滑区，沿中心轴线螺旋上升钻孔φ3-8个，作为注入骨增强材料辅料通道孔。通道孔垂直于髋螺钉轴线与原有孔连通，如图6所示为髋螺钉的横截面。这样制作工艺虽然简单，却在模拟试验中出现问题，当需要取出螺钉时(为逆时针拧出髋螺钉)，由于生物骨水泥往往被替换成新骨(见图6中100)，该新骨阻碍了螺钉拧出，因此容易造成髋螺钉取不出的可能。

为解决上述问题，我们对通道孔的开孔方向进行了改进：将通道孔作成与髋螺钉横截面逆时针偏离15度，如图7所示，使通道孔口一侧与螺钉外表面切线呈75度锐角。由此当髋螺钉作旋转运动时能够产生切割原理：当拆除骨骼锁紧螺栓时，螺栓作逆时针旋转，此时辅料孔一侧能很方便的切断新骨，并随着旋转角度加大直至完全切断。该设计另一个优势在于，最初进行内固定时拧入螺钉(其为顺时针拧入)，可以避免螺钉周围残留的骨卷入辅料孔内而导致其填塞，致使骨水泥不能顺利挤出。

改进型髋螺钉改动前后强度变化的比较：见图8A和图8B。未改进前钛合金管件截面(见图8A)，改进后管件截面(见图8B)。

I.对其做扭转强度分析：

(1)改进前零件

设内圆直径a＝3mm，大圆直径b＝9mm

则抗扭截面系数 $W_t=\frac{\mathrm{\π}\×b^3}{16}[1-{\left(\frac{a}{b}\right)}^4]=45\mathrm{\π}\×{10}^{-9}{m}^3$

所以轴的最大扭矩T＝W_t×τ＝45π×τ×10^-9N·m

(2)改进后的零件

由公式算得其轴惯性矩为I_p′＝553.32，

则其抗扭截面系数 ${W^{\′}}_t=\frac{{I_p}^{\′}}{b/2}=122.96$

所以轴的最大扭矩T′＝W′_t×τ＝122.96×τ×10^-9N·m

由上可以看出零件改变后最大扭矩为改变前的 $A=\frac{T^{\′}}{T}=87\%$

II.对其做抗弯强度分析，查表得知钛合金抗拉强度σ_b＝539MPa

(1)改进前零件

根据截面的尺寸求出 $I_z=\frac{\mathrm{\π}}{64}(b^4-a^4),$

则其抗弯截面系数 $W=\frac{I_z}{b/2}$

M_max＝σ_b×W＝38.1kN.m

(2)改进后的零件

根据截面的尺寸求出I_z′＝209.78

则其抗弯截面系数 $W^{\′}=\frac{{I_z}^{\′}}{b/2}$

M_max′＝σ_b×W′＝25.13kN.m

由上可知零件改变后抗弯强度为改变前的 $B=\frac{{M_{\max }}^{\′}}{M_{\max }}=66\%.$

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种动力髋螺钉，所述动力髋螺钉上开有贯通的中心孔，动力髋螺钉上分为螺纹区和光滑区，其特征在于，所述中心孔的孔壁上至少开设有一个开孔，所述开孔贯通中心孔孔壁。

2.根据权利要求1所述的动力髋螺钉，其特征在于，所述开孔的直径为2-4毫米。

3.根据权利要求1所述的动力髋螺钉，其特征在于，所述开孔的中心线在动力髋横截面上与其圆表面切线成60-85°角。

4.根据权利要求3所述的动力髋螺钉，其特征在于，所述的螺纹区和光滑区分别至少设有一个开孔。

5.根据权利要求3所述的动力髋螺钉，其特征在于，所述开孔数量为八个，其直径为3毫米。

6.根据权利要求1-3任一所述的动力髋螺钉，其特征在于，所述开孔的中心线在动力髋横截面上与其圆表面切线成75°角。

7.一种固定髋部骨折的装置，其特征在于，所述的装置包括权利要求1-3任一所述的动力髋螺钉，注射器和医用塑胶皮管。

Images