CN101347351B - 骨锚固装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种骨锚固装置，该骨锚固装置包括：锚固元件，该锚固元件具有待锚固在骨或椎骨中的锚杆(2)；用于连接至少两个锚固元件杆(9)，该杆由弹性材料制成；连接到锚杆(2)的接收部(3)，该接收部用于接收杆；用于所述杆并设置在接收部中的座(8)，该座具有杆接触表面；与接收部配合用于将杆固定在座中的锁定装置(10)，该锁定装置包括杆接触表面，其中座的杆接触表面和/或锁定装置的杆接触表面包括用于接合杆的接合结构(11，12)，该接合结构具有不对称的横截面。

Description

骨锚固装置
技术领域
本发明涉及一种用于动态稳定骨的骨锚固装置，尤其是用于动态稳定脊骨的骨锚固装置。该骨锚固装置包括可以连接到由弹性材料制成的挠性杆的骨锚固元件。为了固定所述杆，设置接合结构，该接合结构的形状使得处于固定状态的杆上的压力分布均衡。
背景技术
EP 1 759 646 A1公开了一种用于动态稳定脊骨的脊骨植入物，其使用由弹性体材料制成的挠性杆。该杆通过锁定装置固定在接收部中，该锁定装置利用间接的形状配合作用(form-fit contribution)通过摩擦力夹紧所述杆。
EP 1 795 134 A1公开了一种与弹性体材料制成的挠性杆一起使用的多轴螺钉。为了将杆固定或保持在适当的位置，在接收杆的接收部中以及在将杆锁定在接收部中的锁定装置上设置接合结构。该接合结构包括在各剖面中都具有对称横截面的肋或槽。该肋压在弹性体杆上，在保持杆的表面结构完整的同时在杆表面形成凹陷。
在一些情况下，尤其是如果高拉力负荷作用在杆上，则必需通过锁定装置在杆上施加高夹紧力以固定该杆。在这种情况下，可能存在以下风险：由于接合结构引起的杆表面磨损增加，局部压力峰值可能导致结构损坏。为了避免这种风险，可以减小接合结构的高度。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有骨锚固元件和由弹性材料制成的杆的骨锚固装置，该骨锚固装置可以在高负荷条件下使用，尤其是在作用在杆上的高拉力负荷条件下使用，并且仍然提供杆的安全固定。
所述目的通过本发明的骨锚固装置来解决。
本发明提供了一种骨锚固装置，包括：锚固元件，该锚固元件具有待锚固在骨中的锚杆；用于连接至少两个锚固元件的杆，该杆由弹性材料制成；连接到锚杆的接收部，该接收部用于接收所述杆；用于所述杆并设置在接收部中的座，该座具有杆接触表面；与接收部配合用于将所述杆固定在所述座中的锁定装置，该锁定装置包括杆接触表面；其中所述座的杆接触表面和/或所述锁定装置的杆接触表面包括用于接合所述杆的接合结构，该接合结构具有不对称的横截面；其中接合结构是肋状突起。
所述骨锚固装置具有以下优点：优化了由接合结构引起的在杆上的负荷分布，这样避免了作用在杆表面上某些区域内的压力峰值并使压力分布更均匀。因此，避免了可能引起固定松动的杆表面磨损或破坏的风险。使用根据本发明的骨锚固装置可以将高轴向力从杆传递到骨锚固装置而杆不会裂开，并且在重复地固定和松开时，例如在二次调整期间，产生尽可能小的磨损。
附图说明
通过参考以下结合附图的实施例的详细描述，本发明的进一步的特征和优点将变得显而易见并且将被最好地理解。
图1示出根据本发明第一实施例的骨锚固装置的分解透视图。
图2示出处于组装状态的图1的骨锚固装置。
图3示出根据图1的骨锚固装置的锁定装置的透视图。
图4示出在包含杆轴线的平面内的根据图2的骨锚固装置的剖视图。
图5示出图1的骨锚固元件的侧视图。
图6示出包含图5的骨锚固元件的接合结构的放大部分。
图7示出不带锁定元件的根据图4的骨锚固装置的局部剖视图。
图8示出作用在传统骨锚固装置中的杆上的力的示意图。
图9示出作用在根据第一实施例发明的骨锚固装置中的杆和接合结构上的力的示意图。
图10a示意性地示出根据本发明的第二实施例。
图10b示出作用在根据第二实施例的杆上的压力分布示意图。
图11示出处于组装状态下的根据第三实施例的骨锚固装置的透视图。
图12示出根据图11的骨锚固装置的分解图。
图13示出根据图12的骨锚固装置的压力元件的透视图。
图14示出图13的压力元件的仰视图。
图15示出图13的压力元件的俯视图。
图16示出处于组装状态下的根据第四实施例的骨锚固装置的透视图。
图17示出图16的骨锚固装置的分解图。
图18示出从根据图17的骨锚固装置的填充件的下侧看去的透视图。
图19示出图18的填充件的剖视图。
图20示出图18的填充件的侧视图。
图21示出根据图18的填充件的底视图，以及
图22示出根据图18的填充件的顶视图。
具体实施方式
如图1至5中所示，根据第一实施例的骨锚固装置包括骨锚固元件1，该骨锚固元件具有带有骨螺纹的锚杆2、在一端的尖端以及在相对端的接收部3。接收部3基本为圆柱形并且包括形成两个自由腿部5、6的基本为U形的凹槽4。所述腿部上设置有内螺纹7。U形凹槽的底部形成用于接收杆9的座8。杆9用于连接多个骨锚固元件。为了将杆9固定在凹槽4中，设置可以拧入腿部5、6之间的内螺钉10形式的锁定元件。
杆9由生物相容的弹性材料制成，优选由塑料制成。尤其，该材料是自由变形(free-flowing)材料。例如，杆9由基于聚碳酸酯-聚氨酯或聚碳酸酯氨基甲酸乙酯(PCU)的弹性体材料制成。
如尤其可以在图1、4和5中看出的，在座8的表面上设置有肋状突起11。肋状突起11在与凹槽4的纵向轴线L垂直的方向上延伸。因此，肋状突起与杆9的纵向轴线LR垂直地延伸。突起11的长度使得突起形成与座8相应的曲率。肋状突起在与内螺纹7相隔一定距离的位置处终止。肋状突起11可以在座8表面提供凹陷的槽状凹槽(未图示)的一侧或两侧延伸。可供选择地，可以设置与突起邻接的座表面凹陷以允许材料变形进入这些凹陷。
在所示实施例中，两个肋状突起11沿杆轴线Lr的方向与座8的中心相隔一定距离地设置。优选地，从座8的外端至肋状突起11的距离比肋状突起11与座8的中心之间的距离小。这意味着肋状突起设置在座的外部区域中。座上的两个突起足以实现夹紧固定。
待拧入腿部5、6之间的内螺钉10在其面向杆9的下侧10a包括具有中心腔的环形肋形式的环形突起12。如图4中所示，当环形突起12与杆9接触时，在环形突起压在杆上的位置形成两个接触区域12a、12b。环形突起12的直径使得接触区域12a、12b位于相同的位置，但是是在座8的肋状突起的接触区域11a和11b所处的杆9表面的相对侧。
尤其如图4和6中所示，肋状突起11和环形突起12在包含杆的纵向轴线LR的平面内或者在与纵向轴线LR平行的平面内具有不对称的横截面。如图6中所示，该横截面基本为三角形，形成具有不同倾角的第一侧面14a和相对的第二侧面14b。在所示实施例中，第一侧面14a与座8表面的法线N成大约为10°的角α，而第二侧面14b与座8表面的法线N成大约为35°的角β。也可以是其它角度，只要一个侧面比另一个侧面陡α＜β，例如α＜45°并且α＜β。角α优选在大于0°至小于约15°之间。角β优选在约30°至约45°之间。如图6中所示，肋的边缘14c是倒圆的。图1中所示的座8上的第二突起具有相似的结构，除了第一侧面和第二侧面的方向是镜面对称的之外。这意味着陡侧面14a朝向座的中心C定向，如图4中所示。
如图3和4中所示，锁定装置的环形突起12也具有不对称的横截面，该横截面具有不同倾角的第一侧面15a和第二侧面15b。陡侧面15a朝向环的中心，而侧面15b向外定向。角α和角β优选与肋状突起11的相同。
如可以在图4中看到的，肋状突起11和环形突起12的侧面的定向使得陡侧面分别指向座和内螺钉的中心。因此，倾角较小的外侧面分别指向锚固元件或锁定元件的外部区域。
骨锚固元件1和内螺钉10由生物相容的刚性材料制成，优选由金属，例如钛或钛合金制成。
使用时，首先将至少两个骨锚固元件拧入相邻的椎骨，例如椎骨的椎弓根中。此后，将杆9插入接收部3中直到杆9置于座8中。然后通过拧入内螺钉10将杆锁定在其位置上。当还没有拧紧内螺钉10时，仍然可以以无级的方式调整杆的位置，这是因为杆具有光滑的表面。调整完杆的位置之后，拧紧内螺钉10直到环形突起12与杆的表面接触。如可以在图4中看到的，环形突起的相对部分12a和12b向下压入杆的表面中。同样地，肋状突起11从下方压在杆的表面上。突起不损害杆表面的完整性。杆开始在所施压力下变形。这种材料的变形形成间接的形状配合连接。直接的摩擦力和间接的形状配合力的组合将杆保持在适当的位置。
图7示出接收部3的带有座8和突起11的部分和杆9的局部剖视图。示出由压在杆9上的肋状突起11的压力产生的凹陷16。当杆9被固定并且力F作用在杆9的纵向上时，陡侧面14a提供阻止杆9的平移运动的反作用力。陡侧面14a提供的反作用力比处于相同局部压力下的具有与侧面14b相同的倾角的侧面提供的反作用力大。
如可以在图8和9中看到的，相比不对称的接合结构(图9)中的法向力F法向，具有对称形状(图8)的杆的传统设计中的作用在杆纵向上的力F的法向力F法向更大。因此，相比如图9中所示的不对称肋的情况，为了固定如图8中所示的具有对称肋的杆，需要由锁定装置施加更大的夹紧力。因此，通过接合结构施加在杆上的局部压力可以采用不对称设计的接合结构来减小。
优选地，如图4中所示，在座中仅设置有两个肋，肋之间的距离相应于锁定装置下表面上的环形突起的直径。所述侧面的定向是镜面对称的，因此对于作用在杆的一个纵向或相对纵向上的拉力负荷可以实现上述效果。
图10a示出沿杆的轴线方向看去的根据第二实施例的骨锚固装置的接收部3的示意图。该实施例中的肋状突起11′关于杆轴线LR是不同心的。与杆轴线的距离在半径R1和R2之间变化，其中R2大于R1。肋状突起11′的高度在座8的底部最小，同时突起11′的高度沿从座的中心变化的方向逐渐增大，而后在朝向腿部5、6的方向延伸时又减小。
如可以在图10b中看到的，这导致作用在杆9上的更均匀的压力分布。均匀的压力分布意味着没有局部压力峰值。在该实施例中，肋状突起11′的横截面在包含杆的纵向轴线的平面内可以是对称或不对称的。
图11至15示出多轴骨锚固装置形式的本发明的第三实施例。骨锚固装置1′包括多轴骨螺钉形式的骨锚固元件20，骨锚固元件20具有螺钉元件，该螺钉元件具有带骨螺纹的锚杆21、在一端的尖端和在相对端的球形头部22。用于与拧入工具接合的凹槽23设置在头部22上与锚杆相对的一侧。
骨锚固元件20进一步包括接收部25和中心轴线C，接收部25具有第一端26和与第一端相对的第二端27，并且中心轴线C与第一端和第二端的平面相交。孔29与中心轴线C同轴地设置，从第一端延伸至与第二端间隔一定距离的位置。在第二端27处设置有开口30(用虚线示出)，开口30的直径比孔29的直径小。头部22枢转地保持在接收部25中，并且锚杆延伸穿过开口30。
接收部25进一步具有基本为U形的凹槽31，凹槽31起始于第一端26并且在第二端27的方向上延伸。通过该U形凹槽形成具有内螺纹34的自由腿部32、33。
设置具有基本为圆柱形的构造的压力元件35，该压力元件35的外径仅比孔29的内直径略小，以允许压力元件35引入接收部的孔29中并且在轴线方向上运动。压力元件35在其朝向第二端27的下侧上包括球形凹槽36，球形凹槽36的半径相应于螺钉元件的球形头部22的半径。压力元件35在相对侧包括横向于中心轴线C延伸的U形凹槽37。该凹槽的横向直径选择成使得待接收在接收部25中的杆9可以插入凹槽37中并且可以在其中被横向导向。U形凹槽37的深度使得在杆放置在U形凹槽中的组装状态下，压力元件不会伸出到杆的上表面上方。
压力元件35的U形凹槽的底部形成用于杆9的座38。与第一实施例相似，座38的表面上设置有两个肋状突起39。肋状突起39在横向于U形凹槽37的纵向轴线的方向上延伸，并且因此在横向于杆9的纵向轴线Lr的方向上延伸。如可以在图15中看到的，肋状突起39具有不对称的形状，其中的陡侧面指向压力元件的中心。压力元件进一步包括同轴孔40，以允许用拧入工具接近头部22的凹槽23。
锁定元件是与第一实施例一样的内螺钉10，内螺钉10在其面向杆9的侧面10a上具有环形突起12。环形突起12的尺寸使得突起分别接触肋状突起39的相对侧的杆表面。
使用时，可以预先组装骨锚固元件，即将骨螺钉枢转地保持在接收部中，然后插入压力元件并将压力元件略微保持在其U形凹槽与接收部的U形凹槽对准的位置。将骨锚固元件拧入骨中，并且调整接收部相对于骨螺钉的角位置。插入杆9，并拧紧内螺钉10直到它夹紧杆。夹紧的作用与第一实施例中的相同。当拧紧内螺钉时，内螺钉压在杆的上表面上并因此将压力元件向下压在头部22上，以锁定头部在接收部中的角位置。
由于杆的锁定是在不损害杆的整体结构的情况下通过将突起39、12压入杆表面中来实现的，因此可以反复锁定和二次调节。
图16至22示出骨锚固装置的第四实施例。骨锚固装置1″与第三实施例一样是多轴式的。与第三实施例相同的部件用相同的附图标记表示，并且不再对其进行重复描述。第四实施例与第三实施例的区别在于锁定装置。锁定装置100是两件式锁定装置，包括填充件101和内螺钉102。图18至22中详细地示出该填充件。填充件101具有基本为正方形的上端105和圆柱形凹槽107，其中上端105具有圆形开口106，凹槽107的半径相应于杆9的半径。在圆柱形凹槽107的表面设置有在横向于圆柱轴线的方向上延伸的两个肋状突起108。每个肋状突起108都分别不对称地成形，具有面向填充件中心的第一陡侧面和背向填充件的第二侧面。所述肋状突起之间的距离相应于压力元件35的肋状突起39的距离。在组装状态下，压力元件和填充件的肋状突起分别位于杆表面的相对侧。
填充件进一步包括两个突起109，当填充件被插入时，这两个突起装配到由内螺纹包围的空间内以沿内螺纹滑动。
填充件101和压力元件35的尺寸使得当填充件101压在杆上时突起109与压力元件的上端接触。
螺钉102包括圆柱形突起(未图示)，该圆柱形突起在填充件的开口106内装配成仍然可以在其中滑动。
使用时，可以预先组装骨锚固元件、接收部和压力元件。将骨锚固元件拧入骨中。然后，插入杆9，并插入包括填充件101和内螺钉102的锁定装置。拧紧内螺钉，由此将填充件101压在杆表面上。因此，杆就被夹紧在压力元件和填充件之间，并且肋39和肋108形式的接合结构与前面实施例一样接合杆表面。通过向下压填充件，压力元件也被向下压并且将头部22锁定在其转动位置。
可以对上述实施例进行修改。可以将一个实施例的特征与另一个实施例的特征组合。
肋状突起的数量可以变化。同样，可以设置突起与凹陷的组合。在这种情况下，有利的是凹陷也具有不对称的横截面。这允许突起压在杆表面上时被移动的材料变形离开凹陷而产生间接的形状配合连接。凹陷可以具有对称或不对称的横截面。如果凹陷也具有不对称的横截面，则可以在保持相同的轴向反作用负荷的同时进一步减小杆的夹紧力。
杆不是必须具有圆形横截面，它也可以具有椭圆形、矩形、正方形或三角形横截面。
突起和/或凹陷不是必须具有肋状或槽状结构，而是可以具有任何形状，只要至少突起具有不对称的横截面，即具有至少两个侧面，其中一个侧面比另一侧面陡。
可以以许多已知方式对接收部和压力元件进行修改。例如，接收部可以设计成使得骨锚固元件的头部22可以从底部引入。压力元件可以在插入杆时在杆表面上方延伸，并且锁定装置10可以是以已知方式包括定位内螺钉和外螺钉的两件式锁定装置。在这种情况下，定位内螺钉具有接合结构。锁定装置也可以是外螺母或者可以包括与接收部的腿部配合的外螺母。

Claims (19)

1.一种骨锚固装置，包括：
锚固元件，该锚固元件具有待锚固在骨中的锚杆(2；21)；
用于连接至少两个锚固元件的杆(9)，该杆由弹性材料制成；
连接到锚杆的接收部(3；25)，该接收部用于接收所述杆；
用于所述杆并设置在接收部中的座(8；38)，该座具有杆接触表面；
与接收部配合用于将所述杆固定在所述座中的锁定装置(10；100)，该锁定装置包括杆接触表面；
其中所述座的杆接触表面和/或所述锁定装置的杆接触表面包括用于接合所述杆的接合结构(11，12；39；108)，该接合结构具有不对称的横截面，该横截面位于与所述杆(9)的纵向轴线平行的平面内；其中接合结构(11，12；39；108)是肋状突起。
2.根据权利要求1所述的骨锚固装置，其中接合结构的不对称横截面是三角形的。
3.根据权利要求1或2所述的骨锚固装置，其中沿垂直于所述杆的纵向轴线的方向看时，接合结构具有第一侧面(14a)和与第一侧面相对的第二侧面(14b)，第一侧面和第二侧面具有不同的倾角。
4.根据权利要求1或2所述的骨锚固装置，其中接合结构包括与所述座的杆接触表面的中心间隔开的两个肋状突起。
5.根据权利要求1或2所述的骨锚固装置，其中所述杆通过锁定装置施加的摩擦力以及借助接合结构接合所述杆的间接的形状配合作用而保持在适当的位置。
6.根据权利要求1或2所述的骨锚固装置，其中接收部(3)固定地连接到锚杆(2)，以便提供单轴骨锚固装置。
7.根据权利要求6所述的骨锚固装置，其中接收部具有形成两个张开的腿部(5，6)的U形凹槽(4)，并且其中座(8)设置在凹槽(4)的底部。
8.根据权利要求1或2所述的骨锚固装置，其中接收部(25)枢转地连接到锚杆(21)，以便提供多轴骨锚固装置。
9.根据权利要求8所述的骨锚固装置，其中座(38)设置在压力元件中，该压力元件可在接收部(25)中运动，并且如果有压力施加在压力元件上，该压力元件则锁定骨锚固元件的角位置。
10.根据权利要求1或2所述的骨锚固装置，其中锁定装置(10)是一件式锁定装置，该一件式锁定装置在其面向所述杆的下侧具有接合结构(12)。
11.根据权利要求1或2所述的骨锚固装置，其中锁定装置(100)是两件式锁定装置，该两件式锁定装置包括定位螺钉(102)和位于定位螺钉和所述杆之间的填充件(101)，接合结构(108)设置在填充件的下侧。
12.根据权利要求1或2所述的骨锚固装置，其中所述杆(9)由自由变形的材料制成。
13.根据权利要求1或2所述的骨锚固装置，其中所述杆(9)由弹性体材料制成。
14.根据权利要求1或2所述的骨锚固装置，其中接合结构包括具有两个端部和位于所述两个端部之间的中心的突起(11′)，并且其中所述突起的高度在长度上变化，以便当突起压靠在所述杆上时获得均匀的压力分布。
15.根据权利要求14所述的骨锚固装置，其中突起(11′)包括位于所述两个端部之间的中心和包括该中心的部分，并且其中在所述部分中高度朝着中心减小。
16.根据权利要求1或2所述的骨锚固装置，其中所述骨是椎骨。
17.一种骨锚固装置，包括：
锚固元件，该锚固元件具有待锚固在骨中的锚杆(2；21)；
用于连接至少两个锚固元件的杆(9)，该杆由弹性可压缩材料制成；
连接到锚杆的接收部(3；25)，该接收部用于接收所述杆；
用于所述杆并设置在接收部中的座(8；38)，该座具有杆接触表面；
与接收部配合用于将所述杆固定在座中的锁定装置(10；100)，该锁定装置包括杆接触表面；
其中所述座的杆接触表面和/或所述锁定装置的杆接触表面包括用于接合所述杆的接合结构，该接合结构具有不对称的横截面；其中，该接合结构是肋状突起，接合结构的所述不对称的横截面位于与所述杆(9)的纵向轴线平行的平面内，该接合结构包括具有两个端部并且在所述两个端部之间在长度上延伸的突起(11′)，并且其中突起的高度在长度上变化，以便当突起压靠在所述杆(9)上时获得均匀的压力分布。
18.根据权利要求17所述的骨锚固装置，其中突起(11′)包括位于所述两个端部之间的中心和包括该中心的部分，并且其中在所述部分中高度朝着中心减小。
19.根据权利要求17或18所述的骨锚固装置，其中所述骨是椎骨。
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