专利名称：接骨用椎弓螺丝组件的制作方法
技术领域：
本发明者涉及通常称为接骨术的医学领域，即脊柱椎制动术，更具体地说，涉及用于在融合期间固定椎节的椎弓螺丝和固定杆的组件。
背景技术：
接骨是通过固定骨头完成的。当试图完成接骨，特别是完成脊柱不同椎节间的制动术时，应当进行某种类型的固定。有各种在先的技术组件以图达到此目的。不同的系统涉及在骨中置入螺丝。然后用不同大小的固定杆或者板把螺丝相互连接起来。这些连接起来的骨头节段，尤其是在脊柱中，可带有不同的角度和不同的医学侧位。由于中心侧移或者在不同椎节的角度，置入带刚性螺丝的固定杆，或者在两个刚性螺丝之间置板是困难的。术者必须弯曲固定杆或者板，而且有时为连接两个不同的骨段要进行复杂的弯曲，特别是在脊柱的不同区域。在脊柱手术中，螺丝通常置入椎弓中，而且由于椎弓的不同位置和螺丝进入椎弓的不同角度，术者会碰到定位困难和在各点连接这些螺丝的困难。
即使术者能创造出固定杆和板处复杂的弯曲，以连接两上或两个以上的螺丝，在椎弓中有些位置术者有遇到不同点应力上升的可能性，并且由于弯曲不可能完美无缺而遇到系统破裂的可能性。
一种能够把固定杆调节到妥善的位置而不产生任何可感觉到的应力升高区域的螺丝组件会缓和上述某些问题。这样一种螺丝组件使固定杆得以弯曲以达到两个不同点间的固定，同时调整弯曲中的所有不完善处。
至少有一种在过去已经使用过的多轴螺丝组件可以达到一些上述目的；然而，这个特定的系统中有一些固有的问题。该多轴螺丝组件有许多部件使置入这种螺丝工作繁琐，又使这个特定过程的手术时间拖长。该系统在座内有锁定螺丝，在座外有锁定螺母，手术操作时间长。锁定多轴螺丝并使之在系统紧固后不再弯曲的固定点也不理想。
有几个专利文献倡导使用看来能提供几个自由度(即旋转和绕固定点的有限角偏转)的椎弓系统，以固定骨段。举例见于授予Puno等的美国专利5,360,431、授予Biedermann等的美国专利5,443,467和授予Tsou的美国专利5,176,678。这些专利结构各有一定缺陷，包括使用常规螺母固定支承骨段用的固定杆。螺母有平的边缘以供用扳手紧固螺母。由于有周围组织，由于区域窄小，把螺母置于正确位置就可能有困难，从而要求更多的时间完成手术。在手术时患者要受麻醉，延长的时间为患者增加了风险。再有，固定以后，螺母会在术后突入周围的软组织。这种突入会对周围软组织产生刺激，并有可能引起炎症。
使用螺母引起的另一个问题是紧固过程。螺母用扳手紧固。扳手要求在螺母周围留有操作空间，这不必要地增加了手术的范围。而且，扳手不应与与周围软组织发生接触，以免周围组织损伤。这些局限性进一步增加了手术中患者造成的风险。
在先技术系统的另一个问题涉及螺丝组件固定在固定杆上的方式。例如，Biedermann等专利所揭示的那样的系统在固定杆的每侧都使用垫片或者螺母以把固定杆固定在座上。螺母或垫片表面是平的，只能沿直线段与固定杆接触。这种与固定杆的有限的接触不能在固定杆的表面提供足够的固着力，以防止手术后固定杆、座间移动。除非螺丝座牢固地固定着固定杆，固定杆就有在一或多个座内扭曲或旋转的趋势。如果固定杆能够相对于一座(及相关螺丝)旋转，而相邻的座和螺丝保持锁定在固定杆上，固定在锁定的座上的螺丝就可能移动并从它所埋入的椎骨中逸出。这可能产生椎骨损伤，并可能使受割断的神经伸出该点的脊柱。如果使固定杆能相对所有它原来固定到的几个座转动，它就可能移动到肌肉中、软组织中，甚至于到脊柱内。
有需要一种更可靠的椎弓螺丝和固定杆的组件，它用不着大量的装备方便快速地固定在位，而且不易于突入周围软组织。
本发明概述本发明致力于使用多轴椎弓螺丝组件和固定杆固定骨段。该固定杆安排为固定在两或多个埋入的螺丝组件之间以固定脊柱的脊椎。该组件包括一个有一个端头和一个有轴杆的螺丝，该螺丝可旋入骨头之中螺丝端头有顶部和底部，两者都为球形凸面形，端头的直径大于轴杆的直径。螺丝端头的顶部有一个扳手接合面，诸如六方孔扳手插口。
螺丝装入用于接纳固定杆的、设有一个阶梯形孔的多轴座内。多轴座分为三个部分。座的顶部容纳包括端头在内的整个螺丝，由一对直立的柱形成，在两柱之间界定了一个U形槽来接纳固定杆。柱的内壁攻丝以接纳把固定杆固定在位的定位螺钉。座的中部有个内球凹面以支撑螺丝端头的底部。穿经底部的孔的直径仅能让带扣的轴杆通过。螺丝在插入多轴座后可以螺旋固定在骨头中。
然后在座中放入一个带有大体上是内球凹面底面的垫片，用于接合螺丝端头。优选地，垫片的底面设有粗糙的表面，诸如锐棱形的糙面，以提供垫片与螺丝端头之间组装后的锁定作用。垫片的顶上有一凹面，优选地为半圆柱形或者说鞍形，以贴合固定杆的形状。
垫片的下表面设有螺丝端头的牢靠啮合面，从而增加就位后固定杆和螺丝的稳定性。
螺丝组件表面进一步包括一个有两个相对孔的杯形罩来容纳两柱，和一个跨过罩底的交叉接头。交叉接头有一个平顶，和一个凹半球形或者说纵鞍形的底来贴合固定杆的形状。杯形罩用于罩在多轴座上，以交叉接头的底面与固定杆接触。
用内六角扳手之类的扳手插入扳手接合面，把常规构形的定位螺钉旋入多轴座的顶部，把组件紧固在位，交叉接头的固定杆接合面可设有粗糙表面，例如由平行于固定杆的纵轴走向的一系列尖棱(或者边)形成，或者在底部比顶部以较小的曲率半径形成，从而在拧紧定位螺钉后交叉接头抱紧固定杆，防止它在座内扭转。
当定位螺钉就位但没有拧紧时，组件有三个自由度，即，可绕螺丝端头旋转和角度变位，拧紧定位螺钉把组件固定到单一的位置。定位螺钉使组件能紧固，同时克服因使用螺母产生的潜在软组织损伤的缺点。本发明的螺丝组件固定在位后不会突入周围的软组织。从而减少造成刺激的风险和软组织损伤的风险。
本发明以很少的部件提供高度灵活性和稳定性的骨段固定系统，结果减少让患者处于麻醉条件下的时间。阅读参照附图所作的以下说明，会更好地理解本发明的结构特点和操作特点，几个附图中相同的部件标以相同的标号。
附图简述
图1为脊柱中几段脊椎的示意图，其上固定有根据本发明的椎弓螺丝组件和固定杆；图2为沿图1中1-1线所作的组装了的椎弓螺丝组件的剖视图，仅示出螺丝轴杆的一部分；图3为沿图2中3-3线所作的组件的剖视图，所示为垫片的顶、座的柱和罩的下端，但没有固定杆；图4为螺丝组件和固定杆的分解图；图5为沿图4中5-5线所作的垫片的剖视图；图6为组件另一个实施方案的剖视图，仅示出螺丝轴杆的一部分；图7为图6的组件的分解图；图8为沿图6中8-8线所作的组件的剖视图；图9所示为罩交叉接头的固定杆接合面另一构形的局部剖视图；图10为图9中另一罩安排的底平面图；而图11为图6实施方案所用垫片的底视平面图。
现参照附图，特别是图1，一个根据本发明的椎弓螺丝组件待固定到患者脊柱的椎骨中，然后连接刚性(尽管可弯)固定杆11，以固定这些椎骨并使之融合在一起。
如图2和4所示，螺丝组件10包括椎弓螺丝12，它带有于15处套扣的轴杆14和与该轴杆整体形成的端头16。除与端头与轴杆连接处之外，端头是圆球形的。端头的球面分为上、下表面，每个表面(即下表面17和上表面18)大体上是半球面形的。端头的顶面包括一个扳手接合面19形式的凹口。所示的扳手接合面为内六角插口形，以放入六角扳手之类的适当扳手。扳手接合面也可以为接入改锥的槽沟形，或者其它适当的凹陷形。如图2所示螺丝端头的直径大于螺丝轴杆14的直径。
容纳螺丝用的多轴座20由顶部20、中部24和底部26组成，如图2所示。一个阶梯式的轴向孔28穿经座体，在顶部20处的孔径大于螺丝轴杆部的直径。顶部界定一对直立的柱30，其间形成固定杆接纳槽31。柱的内壁攻丝以接合定位螺钉，见于下文。座的中部24界定一个大体为内球形的凹面27，用于接合端头的凸半球形底面17。
在座的底部26处的孔径大于套扣的轴杆14的直径，但是小于螺丝16的端头的直径。在组装时，螺丝放进多轴的座20内，螺丝12的端头的底与中部27的球形凹部接触，如图2所示。这样螺丝端头被容放或者说被保持在座20的下部。座的顶部22有一个由槽31间断的圆柱形外表面33，而中部和底部有一个大体上球形的外表面39，表面39由上表面33延伸到孔28。
如图2和4所示，垫片34用于放在固定杆和端头固定的上表面之间。垫片34的上表面包括一个一般地凹的半圆柱形的固定杆接合面36，它接合固定杆11。垫片的底部有一个一般地球形凹的端头接合面38以接合螺丝12端头的顶面18。见图5。
如图2和4所示，具有圆柱形外表面和内表面41、42的一个杯形罩40用来放在多轴座20的上面并接合固定杆11的顶部。罩40的底有一对有间隔的弧形孔43用于容纳柱30，还有一个罩的跨孔间的内表面横向宽度的交叉接头44。交叉接头有平的顶46和底46a，底46a包括一个纵向的凹的固定杆接合面47(即，半圆柱形、鞍形或者说U形表面)。罩用来罩在多轴座的外面，使柱30穿经孔43延伸，从而使交叉接头容纳在柱间，并在座的槽28内。杯形罩40在多轴座的轴向孔内继续下行，直到交叉接头的固定杆接合面与固定杆11发生接触。
一个常规的定位螺钉48完成椎弓螺丝组件。定位螺钉包括外螺扣50、顶部52和底58。顶部52有一个起扳手接合面56，用作六角凹口或者说凹陷，也就是说，六角插口。底58是平的。插入多轴座的轴向孔中时，定位螺钉的螺纹与柱的内壁上的螺扣发生咬合。拧紧定位螺钉48时，定位螺钉48的底与交叉接头44的顶部发生接触，向上推座或向下推固定杆，或者二者兼行之，直到固定杆牢靠地收容在植入的螺丝端头(包括垫片)和罩之间。罩40的外段45用作支撑柱36并在旋紧定位螺钉时防止柱向外运动或者叉开，从而保证了稳定的组装。
因为定位螺钉装配在多轴座的内部，在定位螺钉和患者的组织之间没有接触。这减少了组织损伤的风险，并且使安装椎弓螺丝组件的手术突入面更小。另外扳手接合面更易于接近，要求更小的扳手或紧固装置去完成紧固过程。这些因素减少了手术所需的时间，使组织损伤极少发生，并用更小的紧固装置去把组件固定在位。
在最终紧固工作之前，多轴座可绕植入的螺丝端头自由旋转和作角位移。这种用以适应固定杆中所有弯曲的自由运动，本文称作三个自由度。当达到正确的对齐后，可通过最终紧固定位螺钉把组件固定在单一的要求位置。
作为这个步骤的结果，骨段被引入稳定的固定位。参见图1可对此更好理解。此图表明椎弓和固定杆在位以固定脊柱椎骨。该固定杆连接到其它的脊椎并从而把脊椎保持在固定状态，但图中未示。
螺丝组件以及固定杆都可以用高强度材料制造，例如不锈钢。或者优选钛，钛可以与周围的骨和组织不发生排斥。
图6-8和11所示为一个变种的罩40′，带有变种的固定杆接合面47′，和一个垫片构形34′，带有变种的螺丝端头接合面38′。罩交叉接头44′(在上中心部47c′叉开)的固定杆接合面47′的两侧47a′和47b′的每一个都形成为向上延伸的梯阶构形，产生向内突出的锐棱47d′。这些锐棱平行于固定杆的纵轴x-x延伸，并在旋紧定位螺钉时被挤靠在固定杆的表面上。这些锐棱阻止固定杆的所有旋转运动或者扭转。
垫片34′表面粗糙，这是由与座的中轴y-y′同心安排的圆形锐隆起或者说棱形成的。梯阶构形从垫片底部向上延伸到中心孔34b′。在旋紧定位螺钉来相对于螺丝固定座的角位置时，锐隆起被挤靠在螺丝端头的上表面上。
锐棱38′的啮合作用把座相对于螺丝端头牢牢地锁定在位。
现参见图9和图10，这里所示为罩交叉接头44″的固定杆接合面构形的另一个变种。交叉接头44″做得在中间部分S1处的半径R1基本上与固定杆的半径相同。从部分S1的未端60起，半径渐减(即在部分S2上)，在图9所示凹陷处减为半径R2(稍小于半径R1)。半径R1和R2的差-这只需千分之几英寸-使交叉接头能卡在固定杆11上，使接合面配合，并在旋紧定位螺钉时有效而牢固地把罩卡在固定杆上。这确保固定杆在座内不旋转、扭转或作纵向滑动。
在不偏离权利要求书所定义的本发明的精神和范围的情况下，本发明装置的参数可以数种方式改变。因此附图只用作解说和描述，决不可视为对本发明的限制。
权利要求
1.一种椎弓螺丝组件，和固定杆连接使用于固定骨段，其中，收取在一个多轴座下部的一个螺丝有一个用于旋入骨段带套扣的轴杆和一个扩大的端头，该座可相对于螺丝端头自由旋转和作枢轴转动，并有一对形成座的上部的直立的柱，在两柱之间界定了一个U形槽来接纳固定杆，并且有内丝扣来接纳把固定杆固定在组件上的定位螺钉，其改进包括一个杯形罩，它有两个套配着所述柱的相对的孔，和一个跨其底延伸的交叉接头，交叉接头位于U形槽中且在定位螺钉和固定杆之间，并界定了一个凹的，一般为鞍形的面，以接合固定杆的上表面；和一个位于座内在固定杆和螺丝端头之间的垫片，垫片有一个凹的，一般为鞍形的上表面，以接合固定杆的下表面，交叉接头的下表面和垫片的上表面起在旋紧定位螺钉时抓牢固定杆来防止固定杆在座内旋转或作纵向运动的作用。
2.如权利要求1所述的椎弓螺丝组件，其特征为，交叉接头的固定杆接合凹面包括多个尖锐的突起，在旋紧定位螺钉时它们趋向于啮入固定杆的表面。
3.如权利要求2所述的椎弓螺丝组件，其特征为，交叉接头的固定杆接合凹面形成有多个与固定杆的纵轴平行延伸的尖锐隆起。
4.如权利要求3所述的椎弓螺丝组件，其特征为，交叉接头的固定杆接合凹面有两个相对的侧面，其中每一侧面均做成向上延伸的梯阶构形。
5.如权利要求2所述的椎弓螺丝组件，其特征为，交叉接头的固定杆接合凹面的横截面一般是半圆柱形，其底部的半径稍小于固定杆的半径，从而在旋紧定位螺钉时交叉接头的底部被向外推，挤夹在固定杆的外表面上。
6.如权利要求1所述的椎弓螺丝组件，其特征为，螺丝端头有一般为半球形的上表面，而其中垫片有一般为半球形的下表面以接合螺丝端头。
7.如权利要求6所述的椎弓螺丝组件，其特征为，垫片的下表面为粗糙表面以抱住螺丝端头，并在旋紧定位螺钉后使座与螺丝保持固定的角度关系。
8.如权利要求7所述的椎弓螺丝组件，其特征为，垫片的下表面形成有多个尖锐的突起。
9.如权利要求8所述的椎弓螺丝组件，其特征为，所述尖锐的突起在垫片的半圆形表面上形成圆形分布。
10.如权利要求9所述的椎弓螺丝组件，其特征为，所述尖锐的突起确定了一个直径从凹槽的底到顶递减的同心圆的梯阶分布。
11.一种椎弓螺丝组件，和圆形固定杆连接使用于固定骨段，其中，收容在一个多轴座下部的一个螺丝有一个用于旋入骨段带套扣的轴杆和一个扩大的端头，所述端头有一个大体上凸半球形的顶面和底面，所述座在其下部有一个大体上为球形凹的内表面与螺丝端头的底面接触，使座可相对于螺丝端头自由旋转和作枢轴转动，并有一对形成座的上部的直立的柱，在两柱之间界定了一个U形槽来接纳固定杆，并且有内丝扣来接纳一个把固定杆固定在组件上的定位螺钉，其改进包括一个杯形罩，它有两个径向相对的孔，它们套配着所述柱，从而在旋紧定位螺钉时罩能防止座柱叉开，所述罩有一个跨其底延伸的交叉接头，交叉接头位于U形槽中且在定位螺钉和固定杆之间，并界定了一个凹半圆柱形的面来接合固定杆的上表面；和一个位于座内固定杆和螺丝端头之间的垫片，垫片有一个凹的，大体上是半圆柱形的上表面，以接合固定杆的下表面，和一个大体上是半球形的下表面以接合螺丝端头的上表面，交叉接头的下表面和垫片的上表面起在旋紧定位螺钉时抓牢固定杆以防止固定杆在座内旋转或作纵向运动的作用，垫片的下表面起在旋紧定位螺钉时抱住螺丝端头而使座与螺丝端头保持在固定位置的作用。
12.如权利要求11所述的椎弓螺丝组件，其特征为，交叉接头的固定杆接合凹面包括多个尖锐的突起，在旋紧定位螺钉时它们趋向于啮入固定杆的表面。
13.如权利要求12所述的椎弓螺丝组件，其特征为，交叉接头的固定杆接合凹面形成有多个与固定杆的纵轴平行延伸的尖锐隆起。
14.如权利要求13所述的椎弓螺丝组件，其特征为，交叉接头的固定杆接合凹面有两个相对的侧面，其中每一侧面均做成向上延伸的梯阶构形。
15.如权利要求12所述的椎弓螺丝组件，其特征为，交叉接头的固定杆接合凹面的横截面大体上是半圆柱形，其底部的半径稍小于固定杆的半径，从而在旋紧定位螺钉时交叉接头的底部被向上推而挤夹在固定杆的外表面上。
16.如权利要求15所述椎弓螺丝组件，其特征为，交叉接头的固定杆接合凹面形成有一个半径R1大体上等于固定杆半径R1的中部，和延伸于中部和凹接合面终端之间的端部，所述接合面的横截半径从中部端起减少直到在凹面终端处减到R2。
17.如权利要求11所述的椎弓螺丝组件，其特征为，垫片的下表面为粗糙表面以在旋紧定位螺钉后抱住螺丝端头并把座与螺丝保持固定的角度关系。
18.如权利要求17所述的椎弓螺丝组件，其特征为，垫片的下表面形成有多个尖锐的突起缘。
19.如权利要求18所述的椎弓螺丝组件，其特征为，所述尖锐的突起在垫片的半圆形表面上形成圆形分布。
20.如权利要求19所述的椎弓螺丝组件，其特征为，所述尖锐的突起确定了一个直径从凹槽的底到顶递增的同心圆的梯阶分布。
全文摘要
一种椎弓螺丝组件10,和固定杆11连接用于固定骨段。该组件含有,一个螺丝12,一个多轴座20,一个垫片34,一个定位螺钉48,和一个杯形罩40。当螺丝置入多轴座21内时,螺丝12的端头与多轴座的中部18发生接触并固定进骨头,从而多轴座可有三个自由度旋转。座包括一对内有丝扣的直立的柱38。垫片24置于螺丝12的端头和固定杆之间。底部有一个带一对柱容纳孔43的罩40罩在柱38上,使交叉接头44接合固定杆。交叉接头和垫片有凹的大体为半圆柱形的固定杆接合面,以防止固定杆在紧固定位螺钉后在座内旋转和滑动。在座柱中旋入一个定位螺钉42把固定杆固定在座内。
文档编号A61B17/70GK1241127SQ97180855
公开日2000年1月12日 申请日期1997年12月19日 优先权日1997年12月19日
发明者托马斯·T·海德尔 申请人:托马斯·T·海德尔