CN2520829Y

CN2520829Y - 医疗用骨钉改进结构

Info

Publication number: CN2520829Y
Application number: CN 02206086
Authority: CN
Inventors: 林志雄
Original assignee: 林志雄
Current assignee: Hong Yaoshun
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2002-11-20
Anticipated expiration: 2012-02-22

Abstract

本实用新型涉及一种医疗用骨钉改进结构，其主要是一柱状螺丝头及一柱状螺栓部以共中心轴接合的方式所构成，该螺栓部外表面具有适当的螺纹，且沿着该螺丝头及该螺栓部的中心轴延伸适当深度，将该骨钉镂空成一柱状多面体的内角面，该内角面沿着轴向的深度是超过该螺丝头与该螺栓部的固接面，且该内角面可以是等截面柱状多面体结构或逐渐缩小截面的锥状多面体结构。因此，可大量降低骨钉结构中所受到的合力矩大小，并产生较小的剪应力极值，而适用于机械性质较差的材料或脆性材料。

Description

医疗用骨钉改进结构

技术领域

本实用新型涉及一种医疗用骨钉改进结构，其可通过适当工具将力矩作用于骨钉结构内部而使得骨钉结构锁入内螺纹时，可大量降低骨钉结构中所受到的合力矩大小，并产生较小的剪应力极值，因此可适用于机械性质较差的材料或脆性材料，而扩充了医疗用骨钉结构可使用的材料。

背景技术

一般的医疗用骨钉结构是作为骨折伤患的骨骼接合结构使用。参考图1(a)为显示一种常用医疗用骨钉结构，其主要是一柱状螺丝头A及一柱状螺栓部B以共中心轴接合的方式所构成，该螺栓部B外表面具有适当的螺纹，且该螺丝头A顶面具有沿表面下凹的一字状或十字状沟槽C。图1(b)为显示另一种常用医疗用骨钉结构，其主要是将前述的常用医疗用骨钉结构中螺丝头A顶面的沟槽C取代为一内角面C’，该内角面C’是沿着该螺丝头A的中心轴延伸适当深度，将该骨钉镂空成一等断面的柱状多面体的内角面C’，但该内角面C’延伸适当深度不超过该螺丝头A与该螺栓部B的固接面。

再者，通常骨钉结构锁入一配合的内螺纹结构时，其是通过一适当工具施力旋转该螺丝头A中的一字状或十字状沟槽C或该内角面C’而带动该螺栓部B旋转，使得该螺栓部B外表面上的外螺纹及该内螺纹结构产生斜面运动而将该螺栓部B锁入该内螺纹结构中。虽然，斜面运动具有省力效果，但由于其会因接触而产生摩擦力，使得对该螺栓部B产生一力矩，而前述的工具施力旋转该螺丝头A中的沟槽C或该内角面C’必须克服此力矩，才能使该骨钉结构锁入该内螺纹结构中。

由于骨钉结构固锁时发生破坏的主要因素是其产生剪应力超过材料强度，因此，为分析骨钉结构固锁入内螺纹结构时是否会发生破坏，则必须考虑骨钉结构在受到外力下，其结构中所导致的合力矩分布及该合力矩分布所引起的最大剪应力。

参考图2(a)所显示为第一种模拟骨钉的自由体图，其是简化前述的螺丝头A顶面具有沿表面下凹的一字状或十字状沟槽C的常用骨钉结构及其使用时的受力状态，该第一种模拟骨钉中该螺丝头A及该螺栓部B皆是表面光滑的柱状体，假设该螺栓部B受到因摩擦力所引起的均匀分部力矩为q(每单位长度所受的力矩大小)，该螺丝头A直径为d₁且轴向长度为h，该螺栓部B直径为d₂且轴向长度为ρ，因此假设该螺丝头A顶面具有一反作用力矩，其该反作用力矩与该力矩q方向相反但大小为qρ，使得该第一种模拟骨钉达到力平衡。

前述的第一种模拟骨钉及其受力状态，通过蒂姆申科(Timoshenko)的材料力学理论及算其结构中的合力矩分布M及最大剪应力分布(τmax)，并考虑等向性材料(isotropic material)而分别代入尺寸参数为d₁＝8、d₂＝4.5、h＝8、ρ＝32，结果分别如图2(b)及图2(c)所显示。参考图2(b)所示，该螺丝头A(0≤x＜h)中形成大小为23q(图中显示的正负号只是表示方向，不会影响最大剪应力值)的等力矩分布，该螺栓部B(h≤x≤h+ρ)中则形成力矩大小由32q递减至0的线性力矩分布。然而，剪应力的大小是与其发生处的断面几何形状及尺寸有关，因此，参考图2(c)所显示的最大剪应力值(不需考虑方向)，该螺丝头A(0≤x＜h)中形成大小为62.5单位(16q/π×10^-3)之等最大剪应力分布，该螺栓部B(h≤x≤h+ρ)中则形成最大剪应力大小由351.2递减至0的线性力矩分布，其中，该螺丝头A及该螺栓部B(x＝h)处是因为断面的不连续而导致的最大剪应力不连续现象。

参考图3(a)所显示为第二种模拟骨钉的自由体图，其是简化前述的螺丝头A顶面具有沿表面下凹内角面C’的常用骨钉结构极其使用时的受力状态，并于前述的第一种模拟骨钉的螺丝头A中增设一与该螺丝头A共轴的内角面C’。该内角面C’是假设为表面光滑的圆柱状结构，其直径为d₃且深度为k，并将第一种模拟骨钉中螺丝头A顶面的反作用力矩取代为一沿着轴向线性分布而大小为qρ/k(0≤x＜k处的每单位长度所受的力矩大小)的分布力矩，且该分布力矩与该力矩q方向相反但合力矩大小仍为qρ，使得该第二种模拟骨钉也达到力平衡。

相同于前述第一种模拟骨钉的分析方法，且再代入尺寸参数d₃＝3.5、k＝5进行第二种模拟骨钉及其受力状态分析，而结果分别如图3(b)和图3(c)所示。参考图3(b)所示，该螺丝头A中0≤x＜k的部份形成大小为由0递增至32q的线性力矩分布，该螺丝头A中k≤x＜h的部份形成大小为32q的等力矩分布，该螺栓部B(h≤x≤h+ρ)中则形成力矩大小由32q递减至0的线性力矩分布。接着，参考图3(c)所示的最大剪应力值，该螺丝头A中0≤x＜k的部份形成最大剪应力大小为由0递增至64.9单位的线性分布，该螺丝头A中k≤x＜h的部份形成大小为62.5单位(16q/π×10^-3)之等最大剪应力分布，该螺栓部B(h≤x≤h+ρ)中则形成最大剪应力大小由351.2递减至0的线性力矩分布，其中，该螺丝头A中x＝k处，及该螺丝头A与螺栓部B(x＝h)处是因为断面的不连续而导致的最大剪应力不连续现象。

由前述的分析结果可推得常用的骨钉结构固锁时，会产生很大的剪应力，特别是断面不连续处不但会常发生剪应力的极大值，且可能又因为几何形状态造成的应力集中现象而导致更大的剪应力极值，以致于这类的骨钉结构往往只能采用高机械强度(包括降伏强度)的材料(通常为金属材料或合金材料)。事实上，临床医疗上往往因为骨头摩擦产生的剪应力过大而造成金属骨钉断裂的情况亦屡见不鲜。

由于医疗品质的需求提高，现今骨钉结构有逐渐采用可被人体吸收降解(degradable)的生物材料的趋势，藉以免除骨科病患进行骨钉结构固定手术后需再进行二次手述以拆除骨钉，进一步增进述后复原速度，且减少并发症的发生。但这类的可吸性材料通常是属脆性材料，而无法达到金属或合金材料的高降伏强度，因此，本实用新型基于前述的常用骨钉结构所具有的缺点进行改进。

发明内容

本实用新型为达到前述的使用目的而进行创作提供一种骨钉改进结构，其主要是一柱状螺丝头及一柱状螺栓部以共中心轴接合的方式所构成，该螺栓部外表面具有适当的螺纹，且沿着该螺丝头及该螺栓部的中心轴延伸适当深度，将该骨钉镂空成一柱状多面体的内角面，该内角面沿着轴向的深度是超过该螺丝头与该螺栓部的固接面，且该内角面可以是等截面柱状多面体结构或逐渐缩小截面的锥状多面体结构。

为验证本实用新型的骨钉改进结构具有较佳的结构力学性质，以下采用相同于前述第一与第二种模拟骨钉中螺丝头A及螺栓部B的尺寸，且以同样的分析方法进行骨钉改进结构的力学分析。

参考图4(a)所示为第三种模拟骨钉的自由体图，其是简化本实用新型具有等截面柱状多面体的内角面的骨钉改进结构，于前述的第一种模拟骨钉的螺丝头A中增设一与该螺丝头A共轴的内角面C”。该内角面C”是假设为表面光滑的等截面圆柱状结构，其直径为d₃且深度为k’，并将第一种模拟骨钉中螺丝头A顶面的反作用力矩取代为一沿着轴向线性分布而大小为qρ/k’(0≤x＜k’处的每单位长度所受的力矩大小)的分布力矩，且该分布力矩与该力矩q方向相反但合力矩大小仍为qρ，使得该第三种模拟骨钉也达到力平衡。

接着，代入尺寸参数d₃＝3.5、k’＝30进行第二种拟骨钉及其受力状态分析，而结果分别如图4(b)及图4(c)所示。参考图4(b)所示，该螺丝头A中0≤x＜h的部份形成大小为，该螺栓部B中h≤x＜k’的部份形成大小为由8.53q递增至10q的线性力矩分布，该螺栓部B中k’≤x≤h+ρ的部份则形成力矩大小由10q递减到0的线性力矩分布。接着，参考图4(c)所示的最大剪应力值，该螺丝头A中0≤x＜h的部份形成最大剪应力大小为由0递增至17.3单位(16q/π×10^-3)的线性分布，该螺栓部B中h≤x＜k’的部份形成最大剪应力大小为由147.7单位递增至173.1单位的线性分布，该螺栓部B中k’≤x≤h+ρ的部分则形成最大剪应力大小由109.7递减至0的线性力矩分布，其中，该螺丝头A与螺栓部B(x＝h)处，及该螺栓部B中x＝k’处是因为断面的不连续而导致的最大剪应力不连续现象。

参考图5(a)所示为图第四种模拟骨钉的自由体图，其是简化本实用新型具有锥状多面体结构的内角面的骨钉改进结构，于前述的第一种模拟骨钉的螺丝头A中增设一与该螺丝头A共轴的内角面C”。该内角面C”是假设为表面光滑的逐渐缩小截面的锥状多面体结构，其直径为d₃且深度为k’，并将第一种模拟骨钉中螺丝头A顶面的反作用力矩取代为一沿着轴向线性分布而大小为qρ/k’(0≤x＜k’处的每单位长度所受的力矩大小)的分布力矩，且该分布力矩与该力矩q方向相反但合力矩大小仍为qρ，使得该第四种模拟骨钉也达到力平衡。

接着，代入尺寸参数d₃＝3.5、k’＝30进行第二种模拟骨钉及其受力状态分析，而结果分别如图5(b)和图5(c)所示。参考图5(b)所示，该螺丝头A及该螺栓部B中的合力矩分布第三种模拟骨钉具有相同的结果。接着，参考图5(c)所示的最大剪应力值，该螺丝头A中0≤x＜h的部份形成最大剪应力大小为由0递增至16.8单位(16q/π×10^-3)的曲线分布，该螺栓部B中h≤x＜k’的部份形成最大剪应力大小为由104.7单位递增至109.7单位的曲线分布，该螺栓部B中k’≤x≤h+ρ的部份则形成最大剪应力大小由109.7递减至0的线性力矩分布，其中，该螺丝头A与螺栓部B(x＝h)处，及该螺栓部B中x＝k’处是因为断面的不连续而导致的最大剪应力不连续现象。

由前述的分析结果比较本实用新型的骨钉改进结构与常用骨钉结构，当通过适当工具将力矩作用于骨钉结构内部而使得骨钉结构锁入内螺纹时，可大量降低骨钉结构中所受到的合力矩大小，并产生较小的剪应力极值，特别是可能发生过大的剪应力而导致破坏的断面的不连续处，在本实用新型的简化模型的剪应力极值至少可降至常用技术的简化模型的三分之一以下。

因此，本实用新型骨钉改进结构，可达到以下的作用与效果：

一、当通过适当工具将力矩作用于骨钉结构内部而使得骨钉结构锁入内螺纹时，可大量降低骨钉结构中所受到的合力矩大小而产生较小的剪应力极值。因此，本实用新型的骨钉改进结构可适用于机械性质较差的材料或脆性材料，而扩充了骨钉结构可使用的材料。

二、本实用新型具有锥状多面体结构的内角面的风钉改进结构中，若各种不同外径尺寸的骨钉结构皆采用相同锥度的锥状多面体结构时，只需一种配合该锥度的工具即可使用于各个尺寸大小不同的骨钉结构中。

三、本实用新型具有等截面柱状多面体的内角面的骨钉改进结构中；若各种不同外径尺寸的骨钉结构皆采用相同截面大小的等截面柱状多面体时，只需一种配合该截面大小的工具即可使用于各个尺寸大小不同的骨钉结构中。

本实用新型的目的及功能经配合下列附图作进一步说明后将更为明了。

附图说明

图1(a)为显示一种常用骨钉结构的侧面透视图；

图1(b)为显示另一种常用骨钉结构的侧面透视图；

图2(a)为显示第一种模拟骨钉的自由体图；

图2(b)为显示图2中模拟骨钉力矩分布曲线图；

图2(c)为显示图2中模拟骨钉剪力分布曲线图；

图3(a)图为显示第二种模拟骨钉的自由体图；

图3(b)为显示图3(a)中模拟骨钉力矩分布曲线图；

图3(c)为显示图3(a)中模拟骨钉剪力分布曲线图；

图4(a)为显示第三种模拟骨钉的自由体图；

图4(b)为显示图4(a)中模拟骨钉力矩分布曲线图；

图4(c)为显示图4(a)中模拟骨钉剪力分布曲线图；

图5(a)为显示第四种模拟骨钉的自由体图；

图5(b)为显示图5(a)模拟骨钉力矩分布曲线图；

图5(c)为显示图5(a)中模拟骨钉剪力分布曲线图；

图6(a)为显示本实用新型骨钉改进结构的第一种实施例的俯视图；

图6(b)为显示本实用新型改进结构的第一种实施例的侧面透视图；

图7为显示本实用新型骨钉改进结构的第一种实施例中内角面延伸出等截面柱状体结构的侧面透视图；

图8为显示本实用新型骨钉改进结构的第一种实施例中内角面延伸出等截面柱状体结构并穿透骨钉的侧面透视图。

图9(a)为显示本实用新型骨钉改进结构的第二种实施例的俯视图；

图9(b)为显示本实用新型骨钉改进结构的第二种实施例的侧面透视图。

图中：

A 螺丝头 1 螺丝头

B 螺栓部 2 螺栓部

C 沟槽 3 内角面

C’内角面 3’内角面

C”内角面

具体实施方式

参考图6(a)及图6(b)为显示本实用新型骨钉改进结构的第一种较佳实施例，其主要是一柱状螺丝头1及一柱状螺栓部2以共中心轴接合的方式所构成，该螺栓部2外表面具有适当的螺纹，且沿着该螺丝头1及该螺栓部2的中心轴延伸适当深度，将该骨钉镂空成一逐渐缩小截面的锥状多面体结构的内角面3。

参考图7所示，前述逐渐缩小截面的锥状多面体的内角面3，其轴向深度是超过该螺丝头1与该螺栓部2的固接面，且其在某一适当深度开始，以其该处的截面继续延伸为等断面的柱状多面体结构。

参考图8所示，前述的内角面3沿着轴向的深度是超过该螺丝头1与该螺栓部2的固接面，且该深度可以是穿透该螺丝头1与该螺栓部2。

前述的内角面3沿着轴向的深度是超过该螺丝头1与该螺栓部2的固接面，且其可以是四边形断面或六边形断面所构成。

参考图9(a)及图9(b)为显示本实用新型骨钉改进结构的第二种较佳实施例，其主要是一柱状螺丝头1及一柱状螺栓部2以共中心轴接合的方式所构成，该螺栓部2外表面具有适当的螺纹，且沿着该螺丝头1及该螺栓部2的中心轴延伸适当深度，将该骨钉镂空成一等断面的柱状多面体结构的内角面3’。

前述的内角面3’沿着轴向的深度是超过该螺丝头1与该螺栓部2的固接面，且其可以是四边形断面或六边形断面所构成的等截面柱状结构。

前述的内角面3’沿着轴向的深度超过该螺丝头1与该螺栓部2的固接面，且该深度可以穿透该螺丝头1与该螺栓部2。

当使用本实用新型的第一种或第二种实施例于骨骼接合结构时，是分别通过与其内角面3或3’配合的扳手结构(图中未示)一端分别置入该内角面3或3’中，即可转动该骨钉而锁入骨骼接合结构的预设的内螺纹中。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，所以，凡有在相同的创作精神下所作有关本实用新型的任何修饰或变更，皆属本实用新型意图保护的范围。

Claims

1.一种医疗用骨钉改进结构，其主要是一柱状螺丝头及一柱状螺栓部以共中心轴接合的方式所构成，该螺栓部外表面具有适当的螺纹，且沿着该螺丝头及该螺栓部的中心轴延伸适当深度，将该骨钉镂空成一逐渐缩小截面的锥状多面体结构的内角面，其特征在于：

该内角面沿着轴向的深度是超过该螺丝头与该螺栓部的固接面。

2.根据权利要求1所述的医疗用骨钉改进结构，其特征在于该内角面的轴向深度是超过该螺丝头与该螺栓部的固接面，且其在某一适当深度开始，以其该处的截面继续延伸为等断面的柱状多面体结构。

3.根据权利要求1或2所述的医疗用骨钉改进结构，其特征在于该内角面是四边形断面或六边形断面所构成。

4.根据权利要求1所述的医疗用骨钉改进结构，其特征在于该内角面是四边形断面或六边形断面所构成的等截面柱状结构。

5.根据权利要求1、2、或4所述的医疗用骨钉改进结构，其特征在于该内角面沿着轴向的深度是超过该螺丝头与该螺栓部的固接面，且该深度是穿透该螺丝头与该螺栓部。

6.根据权利要求3所述的医疗用骨钉改进结构，其特征在于该内角面沿着轴向的深度是超过该螺丝头与该螺栓部的固接面，且该深度是穿透该螺丝头与该螺栓部。