TWI413507B - 骨骼固定裝置 - Google Patents

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TWI413507B
TWI413507B TW097126861A TW97126861A TWI413507B TW I413507 B TWI413507 B TW I413507B TW 097126861 A TW097126861 A TW 097126861A TW 97126861 A TW97126861 A TW 97126861A TW I413507 B TWI413507 B TW I413507B
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Lutz Biedermann
Wilfried Matthis
Stefan Freudiger
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Biedermann Technologies Gmbh
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Description

骨骼固定裝置
本發明係關於骨骼動態穩定用(尤指脊椎動態穩定用)之骨骼固定裝置。包括骨骼固定元件，可連接於彈性材料製之撓性桿。為使桿固定，設有結合機構，其形狀使對固設狀態的桿之壓力分佈均勻化。
EP 1 759 646 A1揭示一種脊椎動態穩定用之脊椎植入體，使用彈料性材料製之撓性桿。桿利用鎖定設施，藉間接型式套合分佈之摩擦力，把桿夾持，而固定於容納件內。
EP 1 795 134 A1揭示一種多軸式螺釘，用於彈料性材料製撓性桿。為把桿固定或保持定位，在容納桿的容納件，和把桿鎖定於容納件的鎖定設施上，設有結合結構。結合機構包括肋條或凹溝，在各斷面具有對稱截面。肋條施壓於彈料桿上，造成桿表面凹陷，同時保留桿的表面結構完整無損。
在某些情況下，尤其是若對桿呈高度拉力負荷，必須經由鎖定設施，對桿施以高度夾持力，把桿固定。在如此情況下，引起結合結構造成桿表面磨耗增加，而有局部壓力高峰致使結構損壞之虞。為避免此事，結合結構高度要縮減。
本發明之目的，在提供一種骨骼固定設施，具有骨骼固定元件和桿(桿係彈性材料製)，可在作用於桿的高負荷狀態，尤指高拉力負荷狀態下使用，同時提供桿之安全固設。
本發明係由申請專利範圍第1或17項之骨骼固定設施解決。進一步發展列於申請專利範圍附屬項。
此骨骼固定設施之優點為，結合結構造成在桿上之負荷分佈最適化，得以避免在某些面積出現作用於桿表面之壓力高峰，使壓力分佈更為均勻。所以，可避免桿表面的磨耗或震動造成固定鬆動之虞。使用本發明骨骼固定設施，可把高 度軸向力從桿轉移至骨骼固定器，在重複固定和鬆動時，例如在次級調節中，不會使桿破裂，並發生磨耗盡量輕微。
本發明其他特點和優點，由如下參照附圖之詳細說明，即可更為明白。
如第1至5圖所示，第一具體例之骨骼固定裝置包括骨骼固定元件1，具有幹部2，設骨骼螺紋，一端為尖端，相反端為容納件3。容納件3實質上呈圓筒形，包括實質上U形凹部4，形成二自由股部5,6。股部設陰螺紋7。U形凹部底形成底形成底座8，以容納桿9。桿9用來連接若干骨骼固定元件。為把桿9保固於凹部4內，設有鎖定元件，呈內螺釘10形式，可旋入於股部5,6之間。
桿9是由生物相容性彈性材料製成，以塑膠為佳。材料尤指自由流動式材料。例如，桿9是用聚碳酸酯/聚胺酯或聚碳酸酯/胺酯(PCU)為基礎之彈料材料製成。
詳見第1、4、5圖，在底座8表面設有肋條狀凸部11。肋條狀凸部11在凹部4縱軸線L的垂直方向延伸。亦即垂直於桿9的縱軸線LR 延伸。凸部11的長度使其形成相當於底座8的曲率。到距陰螺紋7有一段距離為止。肋條凸部11可在底座8表面凹陷(圖上未示)的凹溝形凹部之一或任一側進出。另外，可在鄰接凸部的底座表面凹陷，容許材料流入此等凹陷。
在圖示具體例中，沿桿軸線LR 方向，離底座8中心一段距離處，設有二肋條狀凸部11。底座8外端至肋條狀凸部11之距離，最好比肋條狀凸部11和底座8中心間之距離為小。意即在底座之外區，設有肋條狀凸部。為達成安全夾持，底座上有二凸部即夠。
旋入股部5,6間之內螺釘10，在面向桿9之下側10a包括環狀凸部12，呈環形肋條形式，有中央腔部。如第4圖所 示，當環狀凸部12與桿9接觸時，具有二接觸面積12a,12b，環狀凸部在此壓住桿。環狀凸部12之直徑，使接觸面積12a,12b位於同樣位置，但在桿9表面之相反側，是底座8肋條狀凸部之接觸面積11a,11b所在。
詳見第4和6圖，肋條狀凸部11和環狀凸部12，在含桿縱軸線LR 的平面或其平行平面，具有不對稱截面。如第6圖所示，截面呈實質上三角形，造成不同斜度的第一腹部41a和相對立第二腹部14b。在圖示具體例中，第一腹部14a與底座8表面的法線N之角度大約10°，而第二腹部14b與底座8表面的法線N之角度大約35°。其他角度亦可，只要一腹度較另一腹部陡，即α<β，例如α<45°而α<β，角度宜大於0°至於小於大約15°。角度β宜大約30。至大約45°。如第6圖所示，肋條邊緣14c圓滑。第1圖所示底座8上之第二凸部具有類似結構，惟第一和第二腹部的定向互成鏡像。意即較陡腹部朝底座的中心C定向，如第4圖所示。
如第3和4圖所示，鎖定設施的環狀凸部12亦呈不對稱截面，有第一腹部15a和第二腹部15b，二者斜度不同。陡腹部15a面向環中心，而腹部15b朝外。角度α和β與肋條狀凸部11者相同為佳。
由第4圖可見，肋條狀凸部11和環狀凸部12二者之腹部定向不同，使陡腹部分別朝向底座和內螺釘的中心。因此，斜度較小的外腹部分別朝向固定元件或鎖定元件之外面積。
骨骼固定元件1和內螺釘10係由生理相容性硬質材料製成，以金屬為佳，諸如鈦或鈦合金。
使用時，把至少二骨骼固定元件旋入相鄰椎骨內，例如椎骨之莖部。然後，把桿9插入容納件3內，直至置於底座8內。再旋入內螺釘10，把桿鎖定其位。內螺釘10尚未旋緊時，桿位置仍可以無段方式調節，因為桿有滑順表面。俟調 節位置後，把內螺釘10旋緊，直至環狀凸部12與桿表面接觸。由第4圖可見，環狀凸部的對立部12a和12b壓入桿的表面。同理，肋條狀凸部11從下面壓住桿表面。凸部不礙桿表面的完整。桿開始在施壓下流動。此材料流動造成間接的型或套合連接。直接摩擦力和間接型式套合力合併，把桿保持在定位。
第7圖表示容納件3一部份之斷面圖，有底座8和凸部11呈斷面，以及桿9。圖示凹部16是肋條狀凸部11壓住桿9的壓力所造成。當桿9固定，沿桿9縱向施力下，陡腹部14a對抗桿9的移動。陡腹部14a提供的對抗力，比在同樣局部壓力下和腹部14b有同樣斜度的腹部提供之對抗力為大。
由第8和9圖可見，沿桿縱向作用的力F的法線力Fnormal，在具有對稱形狀的肋條之習知設計中(第8圖)，比不對稱結合結構的法線力Fnormal(第9圖)為大。因此，要把第8圖所示具有對稱肋條的桿固定，由鎖定設施賦予之夾持力，必然要比第9圖所示不對稱肋條的情況為大。所以，經由結合結構對桿施加局部壓力，可藉結合結構的不對稱設計減低。
如第4圖所示，底座宜只設二肋條，其距離相當於在鎖定設施的下表面之環狀凸部直徑。腹部係鏡像對稱，故於桿的一縱向或相反縱向作用之拉力負荷，可得上述效果。
第10a圖表示第二具體例骨骼固定裝置的容納件3在桿軸線方向之示意圖。在此具體例中之肋條狀凸部11'，與桿軸線LR 不同心。與桿軸線之距離，於R1 和R2 之間不等，其中R2 大於R1 。在底座8底部，肋條狀凸部11'的高度最小，而凸部11'高度沿離開底座中心方向遞增，然後進入到股部5,6方向又遞減。
由第10b圖可見，如此造成作用於桿9的壓力分佈更為均勻。壓力分佈均勻意味無局部壓力高峰。在此具體例中， 肋條狀凸部11'的截面在含桿縱軸線的平面可對稱或不對稱。
第11至15圖表示本發明第三具體例，呈多軸式骨骼固定裝置形式。骨骼固定裝置1'包括骨骼固定元件20，呈多軸式骨骼螺釘的形式，其螺釘元件具有幹部21，有骨骼螺紋，一端為尖端，另一端為球形頭部22。頭部22在幹部相反側設有凹部23，供旋入工具結合。
骨骼固定元件20又包括容納件25，有第一端26以及與第一端對立之第二端27，以及與第一端和第二端的平面交接之中心軸線C。設有腔孔29，與中心軸線C共軸，從第一端延伸至離第二端有一段距離。在第二端27設有開口30(虛線表示)，其直徑比腔孔29直徑為小。頭部22樞動保持在容納件25內，其幹部延伸貫穿開口30。
容納件25又有實質上U形凹部31，在第一端26開始，依第二端27的方向延伸，利用U形凹部形成二股部32,33，具有陰螺紋34。
設備壓力元件35，呈實質上圓筒形構造，其外徑只比腔孔29的內徑稍小，使壓力元件35可引進入容納件之腔孔29內，並在軸向運動。在面向第二端27的下側，壓力元件35包括球形凹部36，其半徑相當於螺釘元件的球形頭部22半徑。在相反側，壓力元件35包括U形凹部37，橫向延伸至中心軸線C。選擇此側向直徑，使要納入容納件25內之桿9，可插入凹部37，並在其內徑向導引。U形凹部37的深度是，在組裝狀態時，當桿置入U形凹部內，壓力元件不會突出超過桿的上表面。
壓力元件35的U形凹部底，形成桿9用之底座38。類似第一具體例，在底座38表面設有二肋條狀凸部39。肋條狀凸部39按橫越U形凹部37之縱軸線，即橫越桿9之縱軸線LR 方向延伸。由第15圖可見，肋條狀凸部39呈不對稱形狀，陡腹部朝向壓力元件中心。壓力元件又包括共軸腔孔 40，得以藉旋入工具進出頭部22之凹部23。
鎖定元件係內螺釘10，一如第一具體例，在面向桿9之側面10a有環狀凸部12。環狀凸部12的維度，使凸部分別在肋條狀凸部39兩側接觸到桿的表面。
使用上，骨骼固定元件可預組合，即令骨骼螺釘樞動保持在容納件內，把壓力元件插入，稍微保持在U形凹部與容納件的U形凹部對準的位置。把骨骼固定元件旋入骨骼內，調節容納件與骨骼螺釘之相對角度位置。夾持功能和第一具體例相同。內螺釘旋緊時，施壓於桿的上表面，因而把壓力元件向下壓到頭部22，把頭部在容納件內之角度位置鎖定。
把凸部39,12壓入桿的表面，達成桿的鎖定時，無損桿的整體結構，解鎖和次要調節均可。
第16至22圖表示骨骼固定裝置之第四具體例。多軸式骨骼固定裝置1"為第三具體例。與第三具體例一致之組件，以同樣參照數字標示，不再贅述。第四具體例與第三具體例不同在於鎖定設施。鎖定設施100是二件式鎖定設施，包括充填件101和內螺釘102。充填件詳見第18至22圖。充填件101的上端105呈實質上方形，有圓形開口106和圓筒形凹部107，其半徑與桿9的半徑相當。在圓筒形凹部107的表面，設二肋條狀凸部108，沿橫越圓筒軸線的方向延伸。肋條狀凸部108各呈不對稱形狀，第一陡腹部面向充填件中心，而第二腹部朝充填件外面。肋條狀凸部間之距離，相當於壓力元件35的肋條狀凸部39距離。在組合狀態，壓力元件之肋條狀凸部和充填件，分別位於桿表面之兩側。
充填件又包括二凸部109，套合入陰螺紋34包圍之空間內，充填件插入時，沿陰螺紋滑動。
充填件101和壓力元件35之維度，使得充填件101壓到桿上時，凸部109會觸及壓力元件之上端。
螺釘102包括圓筒形凸部(圖上未示)，套入充填件之開 口106內，使其仍可在裡面轉動。
使用上，骨骼固定元件、容納件和壓力元件，可以預組合，把骨骼固定元件旋入骨骼內。再將桿9插入，並插入包括充填件101和內螺釘102之鎖定設施。旋緊內螺釘，因而把充填件101壓到桿表面。因此，桿夾持在壓力元件和充填件之間，呈肋條39和肋條108形式之結合結構，結合桿的表面，一如前述具體例。壓下充填件，壓力元件亦壓下，把頭部22鎖定在其轉動位置。
上述具體例可以修飾。一具體例之特點可以和另一具體例合併。
肋條狀凸部數目可變化。亦可將凸部和凹部組合。在此情況下，優點是凹部亦有不對稱截面。當凸部壓到桿表面，流出凹部外，發生間接型式套合連接時，容許材料流動。凹部可有對稱或不對稱截面。若凹部亦有不對稱截面，桿的夾持力可進一步降低，仍維持同樣軸向反應負荷。
桿不需有圓形截面，亦可為橢圓形、長方形、四方形或三角形截面。
凸部和/或凹部不需有肋條或凹溝狀結構，可為任何形狀，只要至少凸部呈不對稱截面，有至少二腹，其中之一較另一為陡即可。
容納件和壓力元件可以許多已知方式修飾。例如，容納件可設計成，骨骼固定元件之頭部22，可從底部引進。在桿插入時，壓力元件延伸到桿的表面以上，而鎖定設施10可為二件式鎖定設施，包含內固定螺釘和外螺釘，為已知方式。在此情況下，內固定螺釘具有結合結構。鎖定設施亦可為外螺母，或含有外螺母，與容納件之股部合作。
1,20‧‧‧骨骼固定元件
1',1"‧‧‧多軸式骨骼固定裝置
2,21‧‧‧幹部
3,25‧‧‧容納件
4,31,37‧‧‧U形凹部
5,6,32,33‧‧‧股部
7,34‧‧‧陰螺紋
8,38‧‧‧底座
9‧‧‧桿
10,102‧‧‧內螺釘
10a‧‧‧桿之側面
11,11',39,108‧‧‧肋條狀凸部
11a,11b‧‧‧肋條狀凸部之接觸面積
12‧‧‧環狀凸部
12a,12b‧‧‧環狀凸部之接觸面積
14a,15a‧‧‧第一腹部
14b,15b‧‧‧第二腹部
14c‧‧‧肋條邊緣
16‧‧‧凹部
22‧‧‧球形頭部
23‧‧‧球形頭部凹部
26‧‧‧容納件第一端
27‧‧‧容納件第二端
29‧‧‧腔孔
30‧‧‧第二端開口
35‧‧‧壓力元件
36‧‧‧球形凹部
40‧‧‧共軸腔孔
100‧‧‧鎖定設施
101‧‧‧充填件
105‧‧‧充填件上端
106‧‧‧圓形開口
107‧‧‧圓筒形凹部
109‧‧‧充填件凸部
L‧‧‧縱軸線
C‧‧‧底座中心
N‧‧‧法線
LR ‧‧‧桿縱軸線
α,β‧‧‧角度
F‧‧‧桿縱向作用力
Fnormal‧‧‧法線力
R1 ,R2 ‧‧‧與桿軸線之距離
第1圖為本發明骨骼固定裝置第一具體例分解透視圖；第2圖為第1圖所示骨骼固定裝置之組裝狀態圖； 第3圖為第1圖所示骨骼固定裝置之鎖定設施透視圖；第4圖為第2圖所示骨骼固定裝置驗含桿軸線的平面之斷面圖；第5圖為第1圖所示骨骼固定裝置之側視圖；第6圖為第5圖所示骨骼固定裝置含結合結構之放大部份；第7圖為第4圖所示骨骼固定裝置不含鎖定元件之部份斷面圖；第8圖為習用骨骼固定裝置內對桿作用力之示意圖；第9圖為本發明骨骼固定裝置第一具體例中對桿和結合結構作用力之示意斷面圖；第10a圖為本發明第二具體例之示意圖；第10b圖為第二具體例中對桿作用的壓力分佈示意圖；第11圖為骨骼固定裝置第三具體例組裝狀態之透視圖；第12圖為第11圖骨骼固定裝置之分解圖；第13圖為第12圖骨骼固定裝置之壓力元件透視圖；第14圖為第13圖壓力元件之仰視圖；第15圖為第13圖壓力元件之俯視圖；第16圖為骨骼固定裝置第四具體例組裝狀態之透視圖；第17圖為第16圖骨骼固定裝置之分解圖；第18圖為第17圖骨骼固定裝置充填件下側之透視圖；第19圖為第18圖充填件之斷面圖；第20圖為第18圖充填件之側視圖；第21圖為第18圖充填件之仰視圖；第22圖為第18圖充填件之俯視圖。
2‧‧‧幹部
3‧‧‧容納件
9‧‧‧桿
10‧‧‧內螺釘
11a,11b‧‧‧肋條狀凸部之接觸面積
12a,12b‧‧‧環狀凸部之接觸面積
15a‧‧‧第一腹部
15b‧‧‧第二腹部
C‧‧‧底座中心
LR ‧‧‧桿縱軸線

Claims (17)

  1. 一種骨骼固定裝置，包括：一固定元件，有一幹部(2；21)可固定於骨骼或椎骨內；一桿(9)，供連接至少二固定元件，該桿係彈性材料製成；一容納件(3；25)，連接於該幹部，供容納該桿；該桿用的一底座(3；38)，設在該容納件內，該底座有一桿接觸表面；一鎖定設施(10；100)，與該容納件合作，把該桿固定於該底座內，該鎖定設施包括該桿接觸表面；其中該底座的該桿接觸表面和/或該鎖定設施的該桿接觸表面，包括一結合結構(11,12；39；108)，供結合該桿，該結合結構為一肋條狀凸部，其中該結合結構(11,12；39；108)從該桿縱軸線之垂直方向看，具有一第一腹部(14a)以及與該第一腹部對立之一第二腹部(14b)，該第一和第二腹部具有不同斜度，以形成具有一不對稱截面之結合結構者。
  2. 如申請專利範圍第1項之骨骼固定裝置，其中該結合結構之該不對稱截面，位在該桿縱軸線(LR )之一平行面者。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之骨骼固定裝置，其中該結合結構之該不對稱截面係三角形者。
  4. 如申請專利範圍第1至2項之一項骨骼固定裝置，其中該結合結構包括二肋條狀凸部，與該桿接觸表面中心隔開者。
  5. 如申請專利範圍第1至2項之一項骨骼固定裝置，其中該桿係以鎖定設施賦予之摩擦力，利用把該桿加以結合之該結合結構的間接型式套合分佈，保持於定位者。
  6. 如申請專利範圍第1至2項之一項骨骼固定裝置，其中該容納件(3)固定連接於該幹部(2)，以提供一單軸式骨骼 固定裝置者。
  7. 如申請專利範圍第6項之骨骼固定裝置，其中該容納件具有一U形凹部(4)，形成二開口股部(5,6)，又其中該底座(8)係設在該凹部(4)底者。
  8. 如申請專利範圍第1至2項之一項骨骼固定裝置，其中該容納件(25)樞動連接於該幹部(21)，以提供多軸式骨骼固定裝置者。
  9. 如申請專利範圍第8項之骨骼固定裝置，其中該底座(38)設在一壓力元件內，後者可在該容納元件(25)內運動，對該壓力元件施壓時，可鎖定該骨骼固定元件之角度位置者。
  10. 如申請專利範圍第1至2項之一項骨骼固定裝置，其中該鎖定設施(10)為一件式鎖定設施，在面向桿的下側具有該結合結構(12)者。
  11. 如申請專利範圍第1至2項之一項骨骼固定裝置，其中該鎖定設施(100)為二件式鎖定設施，包括一固定螺釘，以及在該固定螺釘和該桿中間的一充填件(101)，該結合結構係設在該充填件之下側者。
  12. 如申請專利範圍第1至2項之一項骨骼固定裝置，其中該桿(9)係自由流動性材料製成者。
  13. 如申請專利範圍第1至2項之一項骨骼固定裝置，其中該結合結構包括一凸部(11')，有二端和介於二端間之一中心，又其中該凸部高度在全長變化，當該凸部壓緊桿時，可得均勻壓力分佈者。
  14. 如申請專利範圍第13項之骨骼固定裝置，其中該凸部(11')包括該二端間之一中心，和包含該中心之一部份，又其中該高度是在該部份朝該中心遞減者。
  15. 如申請專利範圍第12項之骨骼固定裝置，其中該桿係彈料性材料製成者。
  16. 一種骨骼固定裝置，包括：一固定元件，有一幹部(2；21)，要固定於骨骼或椎骨內；一桿(9)，供連接至少二固定元件，該桿係可彈性壓縮之材料製成；一容納件(3；25)，連接於該幹部，供容納該桿；桿用之一底座(8；38)，設在該容納件內，該底座有一桿接觸表面；一鎖定設施(10；100)，與該容納件合作，把該桿固定於該底座內，該鎖定設施包括一桿接觸表面；其中該底座的該桿接觸表面和/或該鎖定設施的該桿接觸表面包括該結合結構，可把該桿結合，該結合結構包括一凸部(11')，有二端，在該二端間之全長延伸，又其中該凸部高度在全長變化，當該凸部對該桿(9)施壓時，可得均勻壓力分佈者。
  17. 如申請專利範圍第16項之骨骼固定裝置，其中該凸部(11')包括該二端間之一中心，和包含該中心之一部份，又其中該高度是在該部朝該中心遞減者。
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