CN1943522A - 骨锚固元件 - Google Patents

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Abstract

一种设置有一个杆的用来锚固在骨(20；325；340)中的骨锚固元件(1；101；201；301)。至少一个倒刺元件(12；112)连接在杆(2；202；302)上，倒刺元件(12；112)具有一个自由端(14；114)和一个将倒刺元件(12；112)与所述杆(2；202；302)连接在一起的座边(13)。倒刺元件具有一个邻接座边(13)的第一部分(15)和一个邻接自由端(14；114)的第二部分(16；116)。第二部分相对第一部分在远离所述杆(2；202；302)的方向上倾斜。

Description

骨锚固元件
技术领域
本发明涉及一种包括多个连接在其杆上的倒刺元件的骨锚固元件及生产该骨锚固元件的方法。
背景技术
EP0714643A1公开了一种具有微结构(micro-textured)接触表面来增强装置的安装或夹紧性能的诸如螺钉、销、卡钉、钢索或者锚钉的骨固定装置。该微结构接触表面包含的定向不对称或呈角度悬挂的特征(例如斜纹齿)咬合或挠曲以限制一个方向上的运动，然而其可挠曲或滑动来允许在另一个方向上相对容易地接触移动。
DE19801219A1公开了一种具有刚性倒刺状突起的骨钉，这些突起围绕骨钉布置成多个环向排。倒刺状突起具有锯齿状，这不仅便利骨钉的插入且防止骨钉的松动。然而，在不破坏骨头的情况下去除骨钉是不可能的。
CH682450A5公开了一种固定矫形骨科植入物的锚钉。所述锚钉包括一个头部和一个杆部，该杆部具有设置在其外壁上且沿螺旋线布置的保持元件。这些保持元件为楔形且设置有切削刃来从骨质材料中螺旋移出并去除锚钉。然而，被预先钻出的中心孔必须具有精确的直径来允许锚钉既能容易地插入骨中又能容易地去除锚钉。另外，保持元件的楔状外形本身不能实现容易的插入。
US5,562,704描述了一种由聚合物形成的外科植入物。该植入物包括止动元件来阻止植入物在与安装方向相反的方向上的运动。止动元件形成在与本体大体平行的方向上。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种比传统的骨钉能更快速、更简单和更省力地插入骨的骨锚固元件。并且期望提供一种多用途的和有效的以满足各种临床需求并容易制造的骨锚固元件。优选的是，这种骨锚固元件在插入时不在骨上施加破坏力并能够提供牢固的连接。本发明进一步的目的是提供一种制造这种骨锚固元件的方法。
本发明的上述目的由如权利要求1所述的骨锚固元件或权利要求15所述的方法解决。进一步的改进在从属权利要求中给出。
根据本发明的骨锚固元件通过将骨锚固元件压入设置于骨中的中心孔来利于快速和牢固的锚固。倒刺元件阻止骨锚固元件被拉出或变得松动。如果倒刺元件的弯曲线比底边更接近于自由端，插入力被减小且同时拉出力增大。
优选的是，倒刺元件布置在至少一条围绕骨锚固元件杆轴线的螺旋线上。倒刺元件提供了一种类似螺线的功能，其允许在其插入到中心孔中后能矫正骨锚固元件在中心孔中的位置，这是通过借助于螺旋向内或螺旋向外的运动而将骨锚固元件深入到骨中的任一位置的方式来实现的。如果需要，本发明的骨锚固元件能像螺钉一样通过在逆时针插入方向或者相反的方向将其旋转而被去除。
本发明的骨锚固元件易于制造。
如果倒刺元件用形状记忆合金制造，这种形状记忆功能能被使用，使得倒刺元件在骨锚固元件插入到骨中时没有突出来而在骨锚固元件被插入时由于身体的加热才突出升起来。倒刺元件还能用具有超弹性或类似弹簧性能的材料制造。例如由超弹性的钛合金或不锈钢进行制造。
更多本发明的特征和优点通过下面结合附图所进行的详细描述将变得清楚和易懂。
附图说明
图1示出依照第一实施例的骨锚固元件的透视分解图；
图2示出图1所示骨锚固元件放大的部分纵向剖面图；
图3示出图1所示骨锚固元件处于装配状态的透视图；
图4示出图3所示骨锚固元件沿I-I的剖面图；
图5示出依照第一实施例的骨锚固元件的倒刺元件的俯视示意图；
图6示出依照图1-4的骨锚固元件插入的第一步的示意图；
图7示出依照图6的骨锚固元件处于插入状态的示意图；
图8a-8c示出图5的倒刺元件在骨锚固元件插入中心孔过程中的示意图；
图9示出依照第二实施例的骨锚固元件的侧视图；
图10示出图9骨锚固元件的纵向剖视图；
图11示出依照第三实施例的骨锚固元件的透视图；
图12a-12c示出依照第四实施例的骨锚固元件；和
图13a和13b示出骨锚固元件的垂直于其主轴线的优选可能的截面图。
具体实施方式
参照图1至图5说明根据本发明第一实施例的骨锚固元件。骨锚固元件1包括具有位于一端的尖端3和位于另一端的头部4的杆2。该头部4为截球形状且在其自由端具有一与螺旋工具接合的凹槽5。一第一圆柱形部分6与头部4邻接。第一圆柱形部分6的外径稍小于头部4的直径。与第一圆柱形部分邻接并在与头部4相对的一侧，设置一第二圆柱形部分7。第二圆柱形部分7的直径小于第一圆柱形部分6的直径，从而形成一台阶。与第二圆柱形部分7邻接设置圆柱形杆件8。圆柱形杆件8的直径小于第二圆柱形部分7的直径。
在第一圆柱形部分6的边缘，面向杆件8，沿圆周方向等距设置多个开口朝向圆柱形杆件8的U形凹槽9。
杆2进一步包括内径稍大于第二圆柱形部分7的直径的管状本体10，从而管状本体10能放置在圆柱形杆件8和第二圆柱形部分7上。管状本体10的外径与第一圆柱形部分6的外径一致，从而，当管状本体10放置在杆件8上时，管状本体10的外表面齐平于第一圆柱形部分6的外表面。管状本体10在其面向头部4的一端具有形状和布置均与设置在第一圆柱形部分6边缘上的U形凹槽9相对应的突起11，其用于当管状本体10完全放置在圆柱形杆件8上时进行接合。如图3所示，在装配状态下管状本体10的端部邻接于第一圆柱件6的自由端。
在装配状态，管状本体10与杆件8以距离d隔开，该距离d等于第二圆柱形部分7和杆件8之间半径的差值，如图2所示。
管状本体10包括多个倒刺元件12。倒刺元件12通过在管状本体10的壁上制成的大致上为四边形的切口10a来形成。四边形切口10a的基部13不从管状本体上切除而作为倒刺元件12与管状本体10之间的连接件。倒刺元件12优选布置成使得当管状本体10放置在圆柱形杆件8上时，倒刺元件12的座边13面向尖端3而自由端14面向头部4。特别如图3所示，倒刺元件12绕杆的轴线M沿一螺旋线S布置。倒刺元件的自由端14相对于圆周线U倾斜一角度α，角α相应于螺旋线S的螺旋角。因此，倒刺元件12的自由端14形成一个类似于螺纹牙顶的切割边缘。
特别从图2可看出，倒刺元件12具有与它们的座边13相邻并与杆的主轴线M平行的基部15。倒刺元件12的自由端部16从杆2向外弯出成角度β，从而倒刺元件相对于基部15倾斜角度β。角β根据倒刺元件12使用的材料和实际尺寸在制造过程中进行选择，从而得到预期的倒刺元件的刚性。基部15和自由端部16大致为扁平。由于它们的构造且附属在管状本体的壁上，倒刺元件12相对于管状本体10可弹性变形。在基部15和杆件8之间在杆内限定一中空空间22以允许基部15能弹性变形且朝轴线M枢转。当倒刺元件12被压倒或压入切口时，它们被预张紧。
图5示出一个倒刺元件12的俯视示意图。倒刺元件的自由端14相对于圆周线U倾斜角度α以形成一个类似于螺纹牙顶的切割边缘。倒刺元件12的自由端部16从杆2弯出位置的弯曲线B离自由端14比离座边13更近，也就是弯曲线B到自由端14的平均距离dF小于弯曲线B到座边13的平均距离dB。优选的是，平均距离dF大约为平均距离dB的一半。
管状本体10的杆向长度是这样，在装配状态下圆柱形杆件8的自由端与管状本体10的自由端齐平。圆柱形杆件8具有一个位于其自由端的、具有阴螺纹的圆柱孔(未示出)以容纳尖端3处设置的具有阳螺纹的对应形状的圆柱突起17。尖端3的座边18的外径Dt与管状本体10的外径一致，这样在图3所示的装配状态下，尖端3的座边18平齐于管状本体10的外壁。
骨锚固元件2能由任一人体相容的材料制成。优选的是，一种人体相容的金属，诸如钛、不锈钢和它们的合金，或者一种人体相容的塑性材料也能被使用。具有倒刺元件12的管状本体10能用和杆件8、头部4和尖端3相同的材料制造，或者，如果期望不同的材料来确保此元件12具有必要的弹性属性则用不同的材料制造。
优选的是，具有倒刺元件12的管状本体10由具有形状记忆和/域超弹性属性的形状记忆合金制造，或者由具有类似弹簧属性的像不锈钢或钛合金的材料制造。举例来说，如镍钛诺的镍钛合金适合使用在管状本体10上。
在操作中，通过将管状本体10放置到杆件8上，从而突起11与凹槽9接合来初始预安装骨锚固元件1。因此，管状本体10在圆柱形杆件8上的旋转被阻止。之后，尖端3被拧入位于杆件上与头部4相对的自由端的孔内。
使用中，如图6和图7示意性地示出的，首先在骨20内预制中心孔19。中心孔的直径基本与管状本体10的外径一致或其可以稍大或稍小，这取决于预期的结果或环境。中心孔19的直径dc可以根据管状本体的直径和倒刺元件12的柔韧性进行选择，从而通过倒刺元件12获得预期的阻抗力。直径dc的选择还依赖于骨的质量，举例来说，可以在健壮坚硬的骨上选择较大的直径和在骨质疏松的脆弱的骨上选择较小的直径。
随后，如图6所示，骨锚固元件1插入到中心孔19中。当骨锚固元件被插入到骨20的中心孔19中，倒刺元件12处于倒塌状态且由于其弹性被压靠或压入到切口中。滑动使得骨锚固元件被快速且沿着光滑的路径插入，这与传统的使用螺旋进入过程的骨钉形成对照。在插入时，预张紧的倒刺元件12展开和升起且它们的切割边缘14向外压靠在中心孔19的壁上，如图7中可以看到的。倒刺元件12阻止骨锚固元件1从中心孔19中被拉出或掉落。
为了进一步的和/或最终的骨锚固元件1在中心孔19的定位或为了头部4的定位，骨锚固元件1被进一步旋入中心孔19或从其中旋出来，如同螺纹般，这借助于与头部4上的凹槽5接合的螺旋工具的旋转运动来完成。在这个过程中，倒刺元件的切割边缘14被定位于螺旋线S上，象螺纹牙顶一样起作用。骨锚固元件通过在逆时针方向的旋转就象骨钉般去除。
图8a至8c显示依照第一实施例中骨锚固元件的一个倒刺元件在骨锚固元件插入中心孔过程中的不同状态。在图8a中仅有倒刺元件12的基部15插入中心孔19中，倒刺元件的自由端部16还处于中心孔19的外面。由于倒刺元件12的基部15没有从管状本体10的切口10a中突起，这样在这个插入阶段中没有力作用在倒刺元件12上。当中心孔19的边缘21与倒刺元件12的自由端部16接触时，也就是当倒刺元件12的弯曲线B进入中心孔19时，倒刺元件弹性变形且朝杆件8枢转。基部15作为长度为1b的杠杆臂起作用。由于杠杆臂1b，将倒刺元件压入切口10a的力FI相比于当弯曲线位于座边13时的情况要小。因此，如果基部15与杆2的主轴线M平行定向，将骨锚固元件1插入到中心孔19中所需的力FI将减少。在被进一步插入后，倒刺元件的基部15抵靠在杆件8上，如图8b所示。于是，杠杆臂1e确定了倒刺元件12进一步变形所需的力FD，因此，它还确定了将骨锚固元件1插入中心孔19中所需的力FI。
通过设置具有平行于轴线M的基部15和从杆2向外弯出的自由端部16的倒刺元件12，在不降低将骨锚固元件插入后从中心孔中拉出的力的情况下可以降低插入所需的力FI。
制造骨锚固元件2的方法包括提供一个与管状本体10直径相应的圆柱体，圆柱体由想要用于管状本体10的材料制成，优选的是形状记忆合金或另一种金属材料或一种具有柔性属性的合金。在下一步骤中，在圆柱体上设置一个同杆孔从而预制成管状本体10。之后，倒刺元件12通过切割，例如激光切割在管状本体10的壁上切出四边形切口而形成，其中一边应作为倒刺元件的座边而不被切除。然后，弯曲倒刺元件12使得它们向外突起，其中弯曲线B离倒刺元件12的自由端14比离它的座边13更近。
在图9和10所示的第二实施例中，那些与第一实施例的部件相应的部件采用相应的附图标记。图9是依照第二实施例的骨锚固元件101的侧视图且图10为依照图7的骨锚固元件101的剖视图。第二实施例的骨锚固元件与第一实施例的骨锚固元件101的不同在于：倒刺元件112不提供类似螺纹的功能。因此，倒刺元件112不沿着至少一个螺旋线S布置而沿着管状本体110的至少一条圆周线U布置。倒刺元件112的自由端部116的自由端114与骨锚固元件101的主轴线M垂直。
在图11所示的第三实施例中，那些与第二实施例的部件相应的部件采用相同的附图标记。图11为依照第三实施例的骨锚固元件201的透视图。骨锚固元件201与第二实施例的骨锚固元件的区别在于：杆202具有垂直与它的主轴线M’的矩形截面。在杆202一端的尖端203形成一个扁平的四棱锥的形状。在杆的四侧面上，杆具有如同第二实施例倒刺元件的倒刺元件112。这些倒刺元件沿着平行于主轴线M’的线布置。倒刺元件定向成各个倒刺元件112的座边13面向尖端203。
在图12a至12c所示的第四实施例中，那些与第一实施例的部件相应的部件采用相同的附图标记。图12a示出用来稳固大腿骨325的骨锚固元件301。骨锚固元件301包括类似于如图1所示具有倒刺元件12的骨锚固元件的锚固杆形成的第一部件302和具有适合在其端部容纳骨钉330的头部304的圆圆柱形的第二部件306。为了容纳骨钉330，头部304具有垂直于销的主轴线M的孔。该销从大腿骨的远端331到它的近端332穿透大腿骨的骨髓腔。骨钉330帮助将骨的远端固定到销。倒刺元件12将销锚固在骨中。图12b显示销和大腿骨的近端部分的部分放大图。图12c示出依照第四实施例的骨锚固元件在肱骨340中的应用。如应用于大腿骨中一样，销在肱骨的骨髓腔内从远端341到近端342延伸。如果第一部件302为中空的，它就可以填充入骨接合剂或医疗药剂。
可以对这些实施例进行修改。头部4不必要是截球形形状而可以是其它的形状，尤其是它可以是任一已知螺钉头部的形状。凹槽9对应的突起11不必要为U形而可以为不同的形状。至少需要一个凹槽和一个对应的突起来提供阻止转动的固定。然而，还可以通过其它方法来阻旋转。例如，可以使用在管状本体和圆柱形杆件8的横向孔中插入销。
倒刺元件不必要为四边形形状，还可以为其它的形状，只要它们有一个自由端和一个将倒刺元件连接到杆上的座边即可。
如上所述，弯曲是成角度的。但是该弯曲也可以是成圆形的。
倒刺元件不必要设置在管状本体的整个长度上，而可以仅设置在管状本体的一段上。倒刺元件之间的距离也可以不同。对于特定的应用，仅仅一个单一的倒刺元件或一行倒刺元件也是足够的。
倒刺元件不必要均匀分布，也可以位于任何位置。
在另一个发明的变形中，如果包括倒刺元件的管状本体由形状记忆合金制造，管状本体在骨锚固元件装配前被处理，使得倒刺元件在体温或者在温度提高时倒刺元件突起而在较低温度下(例如室温)位于倒塌位置。在操作中具有倒塌的倒刺元件的骨锚固元件被压入中心孔19中。在骨锚固元件变暖且与体温相适后或通过外部装置加热后，倒刺元件向它们的最终位置展开。这样提供了一个好处，就是它进一步减低了需要将骨锚固元件压入中心孔19中所需的力的大小且只要倒刺元件处于倒塌状态且没有压靠中心孔的壁时就能通过骨锚固元件插入过程中的滑行动作来调整其到达预期的深度。如果管状本体除形状记忆属性外还具有超级弹性，倒刺元件的高弹性简化了操作且在将骨锚固元件锚入骨时提供额外的安全性。
可能的是管状本体可以包括两个或更多具有不同特性或布置的倒刺元件的各截面。
在上述实施例中，管状本体由一个单一的管制成。然而，具有不同特性的倒刺元件的截面的管状本体可以由两个单独的管制成。在这种情况下，需要阻止两个管之间的转动。这样可以例如通过在第一管的端部设置容纳第二管的突起的凹槽而实现。
所述的具有杆的实施例通过管状本体和圆柱形杆件形成。然而，还可以是杆只由管状本体组成。这样，杆是中空的。在这种情况下，尖端和头部将直接连接到管状本体。举例来说这能通过螺钉或者压力装配连接来制造。
还有可能的是倒刺元件形成为平板，这些设置有倒刺元件的平板例如通过容纳在形成于杆的基底的凹槽连接于杆件。
在第一和第二实施例中，所述的杆具有垂直于其主轴线的圆形横截面，所述第三实施例中的杆具有垂直于其主轴线的矩形横截面。然而，在这种情况下锚固元件不必要具有类似螺钉的特征，杆还可以具有任一如图13a所示正方形横截面400或者如图13b所示椭圆形横截面的其它横截面。需要中心孔具有对应的横截面。这种非圆形横截面的优点是对扭矩具有更高的阻抗。
在上述所有的实施例中，管状本体的直径在管状本体的杆向长度上可以是变化的，例如它能在朝着尖端的方向逐渐减小，这样管状本体具有锥形外表面。
依照本发明的骨锚固元件既能与平板一起使用以形成一个骨固定装置也能与一个接收件一起连接到棒以形成一个脊柱固定系统。此外，用所述骨锚固元件来代替传统的骨钉或代替传统的以骨锚固方式使用的的普通销的所有其他应用均是可能的。

Claims (16)

1.一种具有一个杆(2；202；302)的用来锚固在骨(20；325；340)中的骨锚固元件，其中在杆(2；202；302)上设置至少一个倒刺元件(12；112)，该倒刺元件(12；112)具有一个自由端(14；114)和一个将倒刺元件(12；112)与所述杆(2；202；302)连接的座边(13)，其特征在于，
倒刺元件(12；112)具有一个邻接座边(13)的第一部分(15)和一个邻接自由端(14)的第二部分(16；116)，且第二部分(16；116)相对第一部分(15)在偏离所述杆(2；202；302)的方向上倾斜。
2.如权利要求1所述的骨锚固元件，其特征在于，第一部分(15)基本平行于杆(2；202；302)的主轴线(M；M’)。
3.如权利要求1或2所述的骨锚固元件，其特征在于，第二部分(16；116)相对于第一部分(15)在偏离所述杆(2；202；302)的方向上弯曲。
4.如权利要求1至3之一所述的骨锚固元件，其特征在于，倒刺元件(12；112)在离所述自由端(14；114)比离所述座边(13)更近的弯曲线(B)处弯曲。
5.如权利要求1至4之一所述的骨锚固元件，其特征在于，第一部分(15)相对于第二部分(16)的弯曲是一种成角度的弯曲。
6.如权利要求1至4之一所述的骨锚固元件，其特征在于，第一部分(15)相对于第二部分(16)的弯曲是一种成圆形的弯曲。
7.如权利要求1至6之一所述的骨锚固元件，其特征在于，倒刺元件(12)分别具有自由切割边缘(14)，自由切割边缘(14)与杆(2)的圆周线(U)成角度(α)。
8.如权利要求1至7之一所述的骨锚固元件，其特征在于，设置多个倒刺元件(12；112)。
9.如权利要求1至8之一所述的骨锚固元件，其特征在于，倒刺元件(12)沿着至少一条环绕杆(2；302)的螺旋线(S)布置。
10.如权利要求1至9之一所述的骨锚固元件，其特征在于，倒刺元件(12)可相对于杆(2；202；302)弹性变形。
11.如权利要求1至10之一所述的骨锚固元件，其特征在于，所述倒刺元件由形状记忆合金制成，优选由镍钛诺制成。
12.如权利要求1至11之一所述的骨锚固元件，其特征在于，
杆(2)包括一个管状本体(10；110)，且
所述倒刺元件(12；112)从管状本体(10；110)上切割出来，其为所述杆(2)的一部分。
13.如权利要求12所述的骨锚固元件，其特征在于，设置用于阻止所述管状本体(10；110)旋转的元件(9，11)。
14.如权利要求1至13之一所述的骨锚固元件，其特征在于，在杆(2；202；302)中形成的中空空间(22)与第一部分(15)邻接，以允许第一部分(15)弹性变形和朝轴线(M；M’)枢转。
15.一种制造任如权利要求1至14之一所述的骨锚固元件的方法，包括以下步骤：
提供一个管状本体(10；110)，
通过在所述管状本体(10；110)的壁上切割成形倒刺元件的形状来形成至少一个倒刺元件(12；112)，且
使倒刺元件(12；112)从所述管状本体(10；110)向外弯曲，其中弯曲线(B)位于倒刺元件(12；112)的自由端(14；114)和将倒刺元件与管状本体(10；110)的壁连接在一起的座边(13)之间。
16.如权利要求15所述的方法，其特征于，倒刺元件(12；112)通过激光切割来形成。
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