TWI403306B - The attachment mechanism of the spinal fixation system - Google Patents

Description

脊椎固定系統之連結機構

本發明係有關一種脊椎固定系統之連結機構，尤指一種可調整角度之脊椎固定系統之連結機構。

脊椎固定手術中，常用固定桿作為輔助固定裝置，但因脊椎並不是成一直線，各脊椎骨節通常也不平行，例如腰椎為脊柱腹凸(lordosis)。因此若將原本成一直線的固定桿，直接和植入待固定脊椎骨節的複數支骨釘結合固定成一體，將迫使不在一直線上的待固定脊椎骨節變成在一直線上，並使原本不該平行的各個待固定脊椎骨節變成平行。

為了避免上述缺失，因此醫療界提出各種改良結構，諸如：

1.　以有角度的螺釘(angled screw)解決問題，諸如US-5,176,679、US-5,196,014、US-5,257,994、US-5,466,238等；例如US-5,176,679利用有角度的骨釘(locking pins designed to have specific angles，)，來解決上述脊椎骨節通常並不平行問題。但該等方法只適用於一支固定桿和兩支骨釘之間的脊椎骨節固定(因為兩點成一直線)，但不適用於一支固定桿和三支(含)骨釘以上的脊椎骨節固定，因為三點通常不在一直線上，此外，該等方法在手術後，患部不具有動態功能，如後彎(extension)、前屈(flexion)、側彎(lateral bending)、扭轉(axial torsion)等及緩衝(cushion)功能。

2.　以有角度的固定塊(angled connector)解決問題，諸如US-5,257,994、US-5,330,474等；例如US-5,257,994利用有角度的固定塊(locking block designed to have specific angles)，來解決上述脊椎骨節通常並不平行問題。但該等方法只適用於一支固定桿和兩支骨釘之間的脊椎骨節固定(因為兩點成一直線)，但不適用於一支固定桿和三支(含)骨釘以上的脊椎骨節固定，因為三點通常不在一直線上，此外，該等方法在手術後，患部不具有動態功能，如後彎(extension)、前屈(flexion)、側彎(lateral bending)、扭轉(axial torsion)等及緩衝(cushion)功能。

3.　以萬向結合裝置(universal connecting device)解決問題，諸如US-5,474,551、US-5,507,746、US-5,575,791等；例如US-5,474,551係利用萬向墊片固定裝置(a universal pad fixation device)，來解決上述脊椎骨節通常並不平行問題。但該等方法只適用於一支固定桿和兩支骨釘之間的脊椎骨節固定(因為兩點成一直線)，但不適用於一支固定桿和三支(含)骨釘以上的脊椎骨節固定，因為三點通常不在一直線上，此外，該等方法在手術後，患部不具有動態功能，如後彎(extension)、前屈(flexion)、側彎(lateral bending)、扭轉(axial torsion)等及緩衝(cushion)功能。

4.　以多軸螺釘(polyaxial screw)解決問題，諸如美國核准專利US-5,520,690、US-5,531,746、......US-7,186,2552、US-7,207,992等數十筆，及美國相關的公開專利申請案US-20010012937、US-20020111626、......、US-20070161995、US-20070162006等數十筆。這是目前的主流技術。該等技術基本上都是利用多軸螺釘(細節參見該案說明書)，來解決上述脊椎骨節通常並不平行問題。

但上述該等方法只適用於一支固定桿和兩支骨釘之間的脊椎骨節固定(因為兩點成一直線)，但不適用於一支固定桿和三支(含)骨釘以上的脊椎骨節固定，因為三點通常不在一直線上，此外，該等方法在手術後，患部不具有動態功能，如後彎(extension)、前屈(flexion)、側彎(lateral bending)、扭轉(axial torsion)等及緩衝(cushion)功能。

5.以人工關節固定裝置解決問題，例如TW-I275380(細節參見該案說明書)，來解決上述脊椎骨節通常並不平行問題。

該等方法在手術後，患部雖具有動態功能，如後彎(extension)、前屈(flexion)、側彎(lateral bending)、扭轉(axial torsion)，但該設計穩定性差且具有鬆脫的危險性同時也需佔用較大的空間，此外該設計亦無緩衝(cushion)功能。

本發明人等之台灣專利TW-200936097利用球弧裝置與彈性設計使脊椎固定桿同時具備上述的動態功能，如後彎(extension)、前屈(flexion)、側彎(lateral bending)、扭轉(axial torsion)及緩衝(cushion)功能，但該專利係利用一外加之連結裝置，讓第一杯體與第二杯體加以連結，如此該脊椎固定裝置將需要加大的空間，而使手術較為不便與耗時。

本發明除利用環狀彈性襯墊，配合第一連結桿及第二連結桿結合端之球弧機構，使兩相鄰連結桿可藉由環狀彈性襯墊，而達到調整兩相鄰連結桿之間的角度之目的並使該發明具備後彎(extension)、前屈(flexion)、側彎(lateral bending)、扭轉(axial torsion)之動態功能，且本發明亦利用環狀彈性襯墊的設計使該脊椎桿件連結機構同時具備緩衝(cushion)功能，此外本發明亦採用兩球弧狀連結杯體間自體連結的設計，將該球弧狀連結杯體放置於骨固定裝置之承座部中，使該球弧狀連結杯體可於固定前相對於承接部做轉動，以調整固定桿之置放角度，符合不同病患脊柱腹凸(lordosis)的角度；且該球弧狀連結杯體放置於骨固定裝置之承座部中的設計不佔用額外的空間，不僅解決本發明人等之台灣專利TW-200936097的缺點，且提升手術的方便性，也大大降低病患術後愈合所需的時間。

本發明可進一步藉由環狀彈性襯墊、連結桿及/或連結杯體的穿孔大小，加以限制兩相鄰連結桿可調整之角度，使兩相鄰連結桿之間的角度不致於過大而導致無法復位或破壞該連結桿之結構，進而影響該骨固定系統之功能。

本發明之一目的在提供一種脊椎固定系統之連結機構。

本發明之另一目的在提供一種具有環狀襯墊之脊椎固定系統之連結機構。

本發明之又一目的在提供一種具有環狀彈性襯墊之脊椎固定系統之連結機構。

本發明之再一目的在提供一種連結杯體為自體連結之脊椎固定系統之連結機構。

本發明之另一目的在提供一種利用球弧結構，形成萬向結合之脊椎固定系統之連結機構。

本發明之再一目的在提供一種具有彈性功能之脊椎固定系統之連結機構。

本發明之還一目的在提供一種可調整角度之脊椎固定系統之連結機構。

本發明之另一目的在提供一種具有動態功能之脊椎固定系統之連結機構。

本發明之又一目的在提供一種具有緩衝功能之脊椎固定系統之連結機構。

本發明之再一目的在提供一種有限度控制調整角度之脊椎固定系統之連結機構。

本發明之還一目的在提供一種具有旋轉骨釘之脊椎固定系統之連結機構。

本發明之另一目的在提供一種具有球弧狀連結杯體之脊椎固定系統之連結機構。

本發明之還一目的在提供一種連結杯體可於骨固定裝置的承接部中轉動之脊椎固定系統之連結機構。

本發明之脊椎固定系統之連結機構，其包括：一骨固定裝置，其近端為連結端，其遠端用以固定待固定的脊椎骨節，其中該連結端具有一承接部；第一連結桿，其至少一端為結合端，該結合端近桿端處的外側實質上成球弧狀，其桿端具有一接觸面；第二連結桿，其至少一端為結合端，該結合端近桿端處的外側實質上成球弧狀，其桿端具有一接觸面；一環狀襯墊，其用以放置於該第一連結桿與該第二連結桿之間，該環狀襯墊分別與該第一連結桿的接觸面及該第二連結桿的接觸面配合；第一連結杯體，杯體之杯口端具有連結機構，該杯體底部內側至少部份實質上成球弧形，該球弧曲率略小於或實質上等於該第一連結桿的結合端近桿端處外側的球弧曲率，用以和該第一連結桿的結合端近桿端處外側的球弧成萬向結合，該杯體底部具有一穿孔，用以使該第一連結桿的桿端由該連結杯體內部穿出到外部；第二連結杯體，杯體之杯口端具有連結機構，該杯體底部內側至少部份實質上成球弧形，該球弧曲率略小於或實質上等於該第二連結桿的結合端近桿端處外側的球弧曲率，用以和該第二連結桿的結合端近桿端處外側的球弧成萬向結合，該杯體底部具有一穿孔，用以使該第二連結桿的桿端由該連結杯體內部穿出到外部，其中該第一連結杯體之杯口端連結機構和該第二連結杯體之杯口端連結機構形成自體連結；及一固定器，其用以將該等連結杯體固定於該骨固定裝置之承接部。

上述該連結杯體之自體連結，其係利用第一連結杯體之杯口端連結機構及第二連結杯體之杯口端連結機構相互連結形成一完整杯體，以減少本固定系統之連結機構的結構複雜度，並減低本固定系統之連結機構所佔用的空間大小，同時也進一步簡化了手術的複雜度。

上述該等連結杯體，其自體連結可為任意習知之連結方式，如扣合連結、螺合連結、鎖合連結、卡合連結或節點連結(請參照圖4c、4d)。

上述該等連結杯體，其外側可為球弧結構(請參照圖1a)，使該等連結杯體放置於骨固定裝置之承接部但未固定前，可於骨固定裝置之承接部中轉動，以調整角度。

上述該等連結杯體，其穿孔形狀並無限制，但以圓孔為較佳，其圓孔半徑略大於或等於該等連結桿的圓桿端半徑，以略大於該等連結桿的圓桿端半徑為較佳，用以使該等連結桿可在穿孔中萬向轉動，且可藉由該等穿孔的大小限制該等連結桿轉動的角度大小。

上述該等連結桿，其可為兩端皆為結合端或僅一端為結合端，其中該等連結桿結合端的接觸面可具有一球弧機構，該球弧機構可為球弧面對球弧面、球弧凸塊對球弧凸塊、球弧凹槽對球弧凸塊(請參照圖2b)，以球弧凹槽對球弧凸塊為較佳。其中該兩相鄰連結桿可藉由彼此的連結桿結合端接觸面之球弧機構，使兩相鄰連結桿之間可相對轉動，而達到調整兩相鄰連結桿之間角度之目的。其中該等連結桿結合端接觸面之球弧凹槽與球弧凸塊旁可具有一調整平面，該調整平面可為任意習知類型之調整平面，如傾斜調整平面、弧狀調整平面等，讓兩相鄰連結桿之間可藉由該傾斜調整平面來限制角度，使兩相鄰連結桿之間的角度不致於過大而導致無法復位或破壞該連結桿之結構，進而影響該脊椎固定系統之連結機構之功能。

上述該等連結桿，其與結合端可為一體成形，或以任意習知之結合方式(例如卡合、螺合、鎖合等)結合成一體。其中該等連結桿類同習知脊椎固定桿，以圓桿狀為較佳。

上述該等連結桿結合端近桿端處的外側和該連結杯體底部內側之球弧形成萬向結合，使該等連結桿於該等連結杯體內可藉由彼此之間的球弧面相對轉動，而達到調整兩相鄰連結桿之間的角度之目的(參見圖2b)。

上述該骨固定裝置，該骨固定裝置可為習知的骨釘(其可為單軸骨釘mono-axial screw或多軸骨釘poly-axial screw)、類似骨固定裝置(例如骨鉤-hook等)、輔助骨固定裝置(例如側塊-side block等)，或旋轉骨釘(參見本發明人等另一台灣專利TW-99100438)，以旋轉骨釘為較佳。該骨固定裝置與連結桿的結合方式可為習知固定桿和骨釘、骨鉤或側塊等的固定方式，例如直接螺合或卡合等。

上述該環狀襯墊，可為具有彈性功能之環狀彈性襯墊，該環狀彈性襯墊用以裝置於兩相鄰連結桿之間，使兩相鄰連結桿之間具有緩衝的功能，讓患者於術後活動時，兩相鄰連結桿可藉由環狀彈性襯墊減緩兩相鄰連結桿所承受之衝力，而不是完全由健全之骨節承受所有壓力，這可能會加速鄰近骨節的老化。

上述該環狀彈性襯墊，其可為任意習知之環狀彈性襯墊，如類似甜甜圈狀之中空環狀彈性襯墊、多片式環狀彈性襯墊、凹槽式環狀彈性、環型波浪狀襯墊(請參照圖3e、3f)或彈簧，該彈簧以盤狀彈簧為較佳。上述該環型波浪狀襯墊可為單層環型波浪狀襯墊(請參照圖3e)或多層環型波浪狀襯墊(請參照圖3f)，該環型波浪狀襯墊可藉由其波浪形狀，具有彈性功能。

上述該等環狀彈性襯墊可進一步加一彈性材料加強其彈性功能，其中該彈性材料諸如塑膠、PE、UHMWPE、聚合物、橡膠或複合材料(意即由兩種或兩種以上材料製成)等(請參照圖3c)，其中該環狀彈性襯墊可為一具有調整平面之環狀彈性襯墊，以利於該環狀彈性襯墊與連結桿之間之角度調整。

上述該固定器，其可為任意習知之固定器，該固定器用以與骨固定裝置之承接部結合，其中該結合方式可為任意習知之固定方式，如鎖合、卡合、螺合等，以螺合為較佳。

上述該等連結杯體固定於該骨固定裝置之承接部之固定方式，其可為任意習知之固定方式，如螺合固定(傳統骨釘與桿件之螺合連結)、鎖固固定或卡合固定等。

上述該骨固定裝置、連結桿、連結杯體、環狀彈性襯墊或固定器，其材質可選用任何被認可且適用之骨科材料，如可植入人體之金屬材料，例如鐵基材料不鏽鋼316 LVM(stainless steel 316 LVM)、鈦基材料Ti-6Al-4V、及鈷鉻鉬合金等。

上述該連結桿，其亦可進一步配置一連結套筒以連結兩相鄰連結桿(請參照圖5)，並藉由連結套筒調整兩相鄰連結桿之間的距離以配合不同脊椎間的間距。

圖1a為本發明脊椎固定系統之連結機構一較佳具體例分解示意圖。第一連結桿310與第二連結桿320分別穿過第一連結杯體110與第二連結杯體120，並將環狀彈性襯墊200放置於第一連結桿310與第二連結桿320之間，因第一連結桿310與第二連結桿320之近桿端處外側312、322大於第一連結杯體110與第二連結杯體120之穿孔，因此第一連結桿310與第二連結桿320將不會滑脫出連結杯體，第一連結杯體110與第二連結杯體120藉由自體連結機構將第一連結桿310、第二連結桿320及環狀彈性襯墊200包覆於該等連結杯體之中，第一連結桿310的球弧凸塊311與第二連結桿320的球弧凹槽321(請參照圖2b)藉由彼此的球弧機構，使連結桿之間可相對轉動，以調整兩相鄰連結桿間之角度，且進一步利用環狀彈性襯墊200之彈性功能，讓兩相鄰連結桿之間具有緩衝的功能，使患者於術後活動時，兩相鄰連結桿可藉由具有彈性功能之環狀彈性襯墊200減緩兩相鄰連結桿所承受之衝力。其中骨固定裝置之承接部420開口大小及/或連結杯穿孔的大小及/或環狀彈性襯墊200的角度，用以限制兩相鄰連結桿可調整之角度，使兩相鄰連結桿之間的角度不致於過大而導致無法復位或破壞該連結桿之結構，進而影響該脊椎固定系統之連結機構之功能。固定器500將連結杯體固定於承接部420中。第一連結杯體110與第二連結杯體120的外側面為球弧結構150，使該連結杯體放置於承接部420後，可於承接部420中轉動，以調整角度。第一連結桿310的近桿端處外側312與第二連結桿320的近桿端處外側322為球弧，使連結桿於連結杯體底部內側的球弧機構可藉由彼此之間的球弧面相對轉動，而達到調整兩相鄰連結桿之間的角度之目的。

圖1b為圖1a結合圖。

圖2a為本發明脊椎固定系統之連結機構一較佳具體例剖面示意圖。連結杯體100包覆第一連結桿310、環狀彈性襯墊200與第二連結桿320，並將上述連結杯體100放入骨釘之承接部420，第一連結桿310的球弧凸塊311與第二連結桿320的球弧凹槽321藉由彼此的球弧機構(請參照圖2b)可相對轉動，以調整連結桿間之角度。連結桿的傾斜調整平面313、323的傾斜角度大小與環狀彈性襯墊200的調整平面的傾斜角度大小，用以有限度的調整彼此之間的角度。

圖2b為圖2a連結桿轉動示意圖。

圖3a、3b、3c、3d、3e、3f分別為本發明脊椎固定系統之連結機構環狀彈性襯墊的較佳具體例示意圖。圖3a顯示：環狀彈性襯墊200為類似中空甜甜圈之形狀。圖3b顯示：環狀彈性襯墊200為凹槽式環狀彈性襯墊。圖3c顯示：環狀彈性襯墊200為多片式環狀彈性襯墊，彈性體210用以加強其彈性調整的功能。圖3d顯示：環狀彈性襯墊200為彈簧。圖3e顯示：環狀彈性襯墊200為單層環型波浪狀襯墊。圖3f顯示：環狀彈性襯墊200為多層環型波浪狀襯墊。

圖4a、4b、4c、4d為本發明脊椎固定系統之連結機構4種連結杯體的較佳具體例示意圖。圖4a顯示：第一連結杯體110與第二連結杯體120間以螺合方式連結。圖4b顯示：第一連結杯體110與第二連結杯體120間以卡合方式連結。圖4c顯示：連結杯體100藉由雙節點連結130，由側面包覆連結桿與環狀彈性襯墊200，並以卡合方式固定。圖4d顯示：連結杯體100藉由單節點連結140，由側面包覆連結桿與環狀彈性襯墊200，並以卡合方式固定。

圖5為本發明脊椎固定系統之連結機構之多段式連結桿的較佳具體例示意圖。第一連結桿310與套筒360之間以螺合方式連結，並藉以調整長度，其中第二桿件320與套筒350之連結類同第一連結桿310與套筒360。

圖6為本發明脊椎固定系統之連結機構組裝於骨節的一較佳具體例示意圖。本發明裝置於脊椎骨節，環狀彈性襯墊200放置於兩相鄰連結桿之間，用以調整兩相鄰連結桿之角度。

圖7為圖6另一視角示意圖。

100．．．連結杯體

110．．．第一連結杯體

120．．．第二連結杯體

130．．．雙節點連結

140．．．單節點連結

150．．．球弧結構

200．．．環狀彈性襯墊

210．．．彈性體

310．．．第一連結桿

311．．．球弧凸塊

312．．．近桿端處外側

313．．．傾斜調整平面

320．．．第二連結桿

321．．．球弧凸塊

322．．．近桿端處外側

323．．．傾斜調整平面

330．．．第三連結桿

340．．．第四連結桿

350．．．套筒

360．．．套筒

410．．．螺釘部

420．．．承接部

500．．．固定器

610．．．骨節

620．．．骨節

630．．．骨節

圖1a為本發明脊椎固定系統之連結機構一較佳具體例分解示意圖。

圖1b為圖1a結合圖。

圖2a為本發明脊椎固定系統之連結機構一較佳具體例剖面示意圖。

圖2b為圖2a連結桿轉動示意圖。

圖3a、3b、3c、3d、3e、3f分別為本發明脊椎固定系統之連結機構環狀彈性襯墊的較佳具體例示意圖。

圖4a、4b、4c、4d為本發明脊椎固定系統之連結機構4種連結杯體結合方式的較佳具體例示意圖。

圖5為本發明脊椎固定系統之連結機構之多段式連結桿的較佳具體例示意圖。

圖6為本發明脊椎固定系統之連結機構組裝於骨節的一較佳具體例示意圖。

圖7為圖6另一視角示意圖。

100．．．連結杯體

110．．．第一連結杯體

120．．．第二連結杯體

150．．．球弧結構

200．．．環狀彈性襯墊

310．．．第一連結桿

312．．．近桿端處外側

320．．．第二連結桿

322．．．近桿端處外側

410．．．螺釘部

420．．．承接部

500．．．固定器

Claims (9)

1. 一種脊椎固定系統之連結機構，其包括：一骨固定裝置，其近端為連結端，其遠端用以固定待固定的脊椎骨節，其中該連結端具有一承接部；第一連結桿，其至少一端為結合端，該結合端近桿端處的外側實質上成球弧狀，其桿端具有一接觸面；第二連結桿，其至少一端為結合端，該結合端近桿端處的外側實質上成球弧狀，其桿端具有一接觸面；一環狀襯墊，其用以放置於該第一連結桿與該第二連結桿之間，該環狀襯墊分別與該第一連結桿的接觸面及該第二連結桿的接觸面配合；第一連結杯體，杯體之杯口端具有連結機構，該杯體底部內側至少部份實質上成球弧形，該球弧曲率略小於或實質上等於該第一連結桿的結合端近桿端處外側的球弧曲率，用以和該第一連結桿的結合端近桿端處外側的球弧成萬向結合，該杯體底部具有一穿孔，用以使第一該連結桿的桿端由該連結杯體內部穿出到外部；第二連結杯體，杯體之杯口端具有連結機構，該杯體底部內側至少部份實質上成球弧形，該球弧曲率略小於或實質上等於該第二連結桿的結合端近桿端處外側的球弧曲率，用以和該第二連結桿的結合端近桿端處外側的球弧成萬向結合，該杯體底部具有一穿孔，用以使該第二連結桿的桿端由該連結杯體內部穿出到外部，其中該第一連結杯體之杯口端連結機構和該第二連結杯體之杯口端連結機構形成自體連結；及一固定器，其用以將該等連結杯體固定於該骨固定裝置之承接部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之脊椎固定系統之連結機構，其中該第一連結杯體與第二連結杯體外側實質上為球弧狀。
3. 如申請專利範圍第1項所述之脊椎固定系統之連結機構，其中該等連結桿結合端的接觸面具有一球弧機構。
4. 如申請專利範圍第3項所述之脊椎固定系統之連結機構，其中該球弧機構為球弧面對球弧面、球弧凸塊對球弧凸塊或球弧凹槽對球弧凸塊。
5. 如申請專利範圍第3、4項所述之脊椎固定系統之連結機構，其中該等連結桿結合端的接觸面之球弧機構旁具有一調整平面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之脊椎固定系統之連結機構，其中該環狀襯墊為環狀彈性襯墊。
7. 如申請專利範圍第6項所述之脊椎固定系統之連結機構，其中該環狀彈性襯墊為類似甜甜圈狀之中空環狀彈性襯墊、多片式環狀彈性襯墊、凹槽式環狀彈性襯墊、環型波浪狀襯墊、彈簧或於環狀彈性襯墊內灌注彈性材料。
8. 如申請專利範圍第7項所述之脊椎固定系統之連結機構，其中該彈簧為盤狀彈簧。
9. 如申請專利範圍第8項所述之脊椎固定系統之連結機構，其中該骨固定裝置為骨釘或旋轉骨釘。