专利名称：细长植入装置以及包括该细长植入装置的骨稳定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种细长植入装置，所述植入装置包括具有第一端和第二端的杆状部
件、能够滑动地布置在杆状部件上的套管以及能够缓冲例如施加于所述套管的第一端的力 的缓冲元件。
背景技术：
分别插入相邻的人椎骨中的骨锚固件可以连接到植入装置，特别是连接到能够滑 动的套管和杆状部件的第一端以便稳定脊柱。由于套管布置成能够相对于杆状部件的第一 端滑动，所以可以保持脊柱的椎骨之间的一定程度的挠曲或扭转。此外，缓冲元件可以吸收 冲击并消除和/或分布作用在椎骨上的载荷，从而参与骨稳定。 由US2007/276， 380 Al已知这种装置的例子。植入装置的连接单元具有第一端和 第二端。挠性元件在第一端和附连有盖的第二端之间延伸。 一个间隔物(spacer)也在第 一端和第二端的盖之间延伸，所述间隔物包括中央环部分并且在它的两侧各有一个弹性弹 簧元件。由此，间隔物以套管状形式形成，从而挠性元件能够被引导穿过间隔物，因此间隔 物由挠性元件导引。然后可以将骨锚固件分别施加到第一端和环元件，从而借助于两个弹 性弹簧元件，环元件可以在力施加于各个骨锚固件时从静止位置沿着挠性元件的纵向轴线 移动。 拉伸或压縮形式的主力沿着杆的轴线作用。另外还具有次载荷分量，所述次载荷 分量是弯曲、剪切和扭转载荷。内部挠性元件主要用来抵抗这样的次载荷。这样在两个骨 锚固件之间形成主弯曲区域。这样的弯曲直接被传递到布置在环元件和第一端之间的挠性 弹簧元件上。 尽管上面描述的挠曲在布置于骨锚固件之间的弹性弹簧元件的耐久性方面不会 出问题(这在扭转的情况下也可能是有效的)，但是当几百万次周期之后材料长期疲劳成 为关键时，在剪应变方面必然获得不同前景。
发明内容
因此一个目的是防止缓冲元件(诸如弹性弹簧元件)的材料疲劳，所述缓冲元件 主要用于缓冲或吸收例如由于发生在相邻骨锚固件之间的剪应力而沿植入装置的纵向方 向作用的力。 进一步地，当设计植入装置时，应当考虑的是，总体上需要相邻骨锚固件之间的相
互距离保持较小，并且需要挠性元件所得到的挠曲程度保持在有限的范围内。 这些和其它目的由包括如权利要求1所述的特征的细长植入装置实现。所述目的
由如权利要求13中所述的骨稳定装置实现。有利的方面和实施例由从属权利要求变得显
而易见。 根据一个方面，一种细长植入装置，包括杆状部件、能够滑动地布置在所述杆状部 件上的套管以及轴向缓冲元件。所述轴向缓冲元件用于缓冲沿着所述杆状部件的纵向轴线的力或冲击。所述套管具有自由端，即所述自由端不与除了仅仅使套管主体沿着纵向轴线 伸长的元件以外的其它元件接合。因此，没有弹性力作用在所述套管的自由端上。所述套 管在相对侧还具有接合端，所述套管通过所述接合端与所述轴向缓冲元件接合。所述轴向 缓冲元件也与所述杆状部件的一 ("第二")端连接。结果，通过轴向弹性将所述套管支撑 在所述杆状部件的第二端。 除了通过第二端与套管连接以外，与第二端相对的所述杆状部件的"第一"端不与
所述套管连接。特别地，由于定向成朝着第一端的所述套管的自由端，直接在所述杆状部件 的第一端和所述套管之间没有缓冲装置。 所述杆状部件的第一端和所述套管构造成分别连接到第一和第二骨锚固件。所述
第一和第二骨锚固件以及所述细长植入装置充当骨稳定装置。作用在所述两个骨锚固件上 的力可以导致所述细长植入装置内部的压縮、拉伸、弯曲、剪切和扭转载荷。这些力主要作 用在所述两个骨锚固件之间。具体地，弯曲和剪切载荷由在套管的自由端和所述杆状部件 的第一端之间的区域内的杆状部件传递。 单侧弹性套管设计造成通过轴向缓冲元件的附加弯曲力、剪切力。因此，有利的是 在所述两个骨锚固件之间的主载荷区域外部的位置。轴向缓冲元件的外部位置有助于提高 疲劳寿命。 进一步地，由于作用在所述两个骨锚固件之间的轴向缓冲装置集中在两个骨锚固 件之间的内部区域的外部，因此可以减小这两个骨锚固件的相互距离。 可选地，一个弹性端部止挡可以布置在自由端，以便最小化大接触压力。除了在作 用于套管的特别大的力的情况以外，这样的元件不会在初始阶段由第一端接触。因此该元 件在脊柱伸展运动中充当平滑端部止挡。
参考结合附图对以下特定实施例进行的描述将更好地理解上述方面。 图1示出根据本发明的一个实施例的包括植入装置的骨稳定装置的透视图； 图2示出图1的骨稳定装置的分解图； 图3示出图1中所示的细长植入装置的透视图； 图4示出图3中所示的细长植入装置的侧视图； 图5A示出图3中所示的细长植入装置的断面轮廓； 图5B以放大细节示出图5A的断面轮廓； 图6示出在图1的骨稳定装置的断面轮廓中、作用在连接到杆状部件的第一端 (左侧)的骨锚固件的拉伸载荷的效果； 图7示出在图1的骨稳定装置的断面轮廓中、作用在连接到杆状部件的第一端 (左侧)的骨锚固件的挠曲载荷的效果； 图8示出在图1的骨稳定装置的断面轮廓中、作用在连接到杆状部件的第一端 (左侧)的骨锚固件的剪切载荷的效果。
具体实施例方式
在图1-8中示出骨稳定装置12的特定实施例。图1示出透视图，并且图2示出相应的分解图，该分解图示出植入装置10的更多细节。所述骨稳定装置包括两个骨锚固件30、32和充当两个骨锚固件的连接单元的植入装置10。骨锚固件30、32设计成插入例如人脊柱的相应的椎骨中。可以从这些图看到的一个关键特征涉及用于缓冲两个骨锚固件之间的相对运动的轴向缓冲元件(dampening element)，该轴向缓冲元件位于两个骨锚固件之间的植入区域的外部。更确切地说，所述轴向缓冲元件可以位于细长植入装置的端部位置处。首先提供所述稳定装置的各个部件的详细描述 细长植入装置10包括杆状部件28，所述杆状部件28可以形成为挠性芯，特别是形成为挠性镍钛诺细丝，并且所述杆状部件28提供植入装置所需的弯曲和扭转弹性。杆状部件28不限于上述特定材料，而是可供选择地可以由在制造外科手术装置的领域中已知的任何其它挠性生物相容材料形成。 在该实施例中，杆状部件28形成为直径基本恒定的圆柱形杆并且具有两端20'、22'。第一端20'插入并且刚性地固定(例如压配合)在杆部分34的孔35内，所述杆部分34因此沿着杆状部件28的纵向轴线使杆状部件28伸长(e邓and)，由此形成杆状部件28的第一延伸端20(参见图2)。类似地，杆状部件28的第二端22'刚性地装配到盖23中，盖23则形成杆状部件28的第二延伸端22。因此，本文使用的术语杆状部件还包括固定在杆状部件的两端的那些部分23、34。 应当注意的是，杆状部件28也可以由一体件形成，其中第一端具有增大的直径以便充当由骨锚固件30、32的接收部接近(accessed)的部分。 轴向缓冲元件24在杆状部件28的第二端22附连(例如压配合)到盖23。轴向
缓冲元件由此布置成能够用它的未固定部分沿着杆状部件28滑动。在该实施例中，开口或
孔形成于轴向缓冲元件24中，从而杆状部件28可以延伸穿过轴向缓冲元件。 如图3-5中所示，特别如图5A的断面轮廓中所示，轴向缓冲元件24包括螺旋弹簧
元件并且包括刚性的第一连接部分62、挠性的弹簧部分64以及刚性的第二连接部分66。螺
旋弹簧元件可以缓冲沿着植入装置的纵向轴线9作用在植入装置上的压縮力和拉伸力。 第二连接部分66装配到盖23上。第一连接部分62连接(例如压配合)到下面
将要描述的相邻的能够滑动的套管26的接合端38上。在该特定实施例中，轴向缓冲元件
24可以至少用第一和第二连接部分62、64沿着杆的纵向轴线弹性地移动。 轴向缓冲元件24的所有三个部分62、64、66由包括镍钛诺、钛合金或其它生物相
容金属材料的一体件制成。也可以采用碳增强的PEEK或生物相容聚合材料。 应当注意的是，可供选择地可以使用其它缓冲装置，诸如弹性体(即PCU、 SIBS)。
本发明不应当限于螺旋弹簧的特定实施例。进一步地，本文使用的术语"缓冲"仅包括减小
分别作用在所涉及部件上的最大载荷和最大冲击力的功能。 能够滑动的套管26连接到轴向缓冲元件24并且具有接合端38和自由端36，所述接合端38提供连接，所述自由端36不与除了骨锚固件32以外的其它部件进一步连接，借助于所述自由端可以接近所述套管。自由端36定向成朝着杆状部件28的第一端20、20'，并且接合端38定向成朝着杆状部件28的第二端22、22'。 套管26具有内孔，在该实施例中所述内孔可以包括三个部分，第一孔部分54、第二孔部分56和第三孔部分55。第一孔部分54邻近接合端38布置并且具有大于杆状部件28的外径的直径以提供间隙541。类似地，第二孔部分56邻近自由端36布置并且具有大
6于杆状部件28的外径的直径以便提供足够的间隙561 (参见图5)，以用于在该第二孔部分内部延伸的杆状部件28在套管内部弯曲、剪应变或扭曲。间隙541和561可以具有相等的尺寸。 第三孔部分55具有基本对应于杆状部件28的外径的直径。因此，该第三孔部分55为套管提供紧密接触和导引，以便使套管能够沿着杆状部件28滑动。在该实施例中，与相邻的第一和第二孔部分54、56相比，具有较小直径的第三孔部分设置成将套管状杆导引件40插入套管26的内孔中，如图2中和图5B中更详细地所示。套管状杆导引件40可以由例如PEEK材料形成，并且可以刚性地压配合到套管26中。所述材料选择成使得能够减小杆和套管之间的磨损。杆导引件40可以到达套管内部的基本中央位置。在其它实施例(未示出)中，杆导引件40可以定位成更靠近套管的接合端38使得第一孔部分54甚至可以消失。 第二孔部分56的内径(较大直径)选择成不超过限定值，从而挠性杆在挠曲或剪应变的情况下可以接触所述内孔的内壁。因此，杆状部件的挠曲和剪应变由于有限的间隙561而被限制在预定的范围内。 在该特定实施例中，具有第一、第二和第三孔部分54、55、56的套管的组合孔包括阶梯状轮廓。应当注意的是，也可以形成其它轮廓，例如圆锥形轮廓、平滑圆形轮廓、多级阶梯等。为了保持足够的导引性能，第三孔部分55应当在区域58上恒定地具有小的直径。骨锚固件32的接近套管26的接收部48则可以到达套管的靠近导引孔部分55的位置。相应的区域60、58(图5)的长度应当根据情况选择。在一个例子中，导引区域58的长度等于接收部的宽度的至少一半。类似地，在自由端一侧的间隙区域60的长度可以等于接收部的宽度的至少一半。 关于套管(除杆导引件40以外)所使用的材料，可以选择与轴向缓冲元件相同的组成。 在套管26的自由端36和自由端36朝其定向的杆状部件28的第一端之间没有设置进一步的连接。因此，杆仅仅通过它的第二端22、22'接合到被弹性地支撑的套管。由此实现端部位置的缓冲，因为轴向缓冲元件24接任了对骨锚固件30、32的相对运动进行缓冲的全部任务。因此，在套管和由杆部分34提供的第一端20之间无需附加的弹簧或其它缓冲装置。因此选定了弹簧常数或轴向缓冲元件24的缓冲常数。 由此带来的一个优点在于可以减少部件的数量，并且可以减小两个骨锚固件之间的相互距离，这特别在下腰脊柱中可能成为关键因素。 代替根据现有技术设置在套管和第一端之间的缓冲元件，在这两个部分之间布置有间隔(space)S。间隔S的长度取决于套管26和轴向缓冲元件24的位移，并且在骨稳定装置12的静止位置上，间隔S的长度具有一预定值。 如图6-8中所示，间隔S的长度确定了挠曲和剪应变可能发生的区域。图6示出两个骨锚固件30、32之间的轴向压縮68的理想情况，图7示出挠曲70的情况，并且图8示出常规最有问题的剪切运动72的情况。从这些图中可以看出，沿着杆状部件的挠曲和剪应变的位置28' 、28〃与轴向缓冲发生的相应位置28"'分离。 因此，使用本实施例带来的另一优点在于轴向缓冲元件消除了弯曲和剪应变，这特别在例如用于轴向缓冲的螺旋弹簧的情况下提高了使用寿命。
现在将简要描述骨锚固件30、32的示例性构造。然而应当注意的是，除了这里示出的骨锚固件之外的任何已知的骨紧固装置都可以与细长植入装置10结合使用。这里所示的骨锚固件可以指的是也被称为多轴或单轴骨锚固装置的组件(如在例如EP1774919A1中由本申请人提出的组件)。骨锚固件具有接收部46、48和骨螺钉42、44。骨螺钉包括螺纹部分和能够旋转地布置在接收部46、48的开口内的近似球形的头部43、45。具有基本相同外径的杆部分34或套管26被接收在相应接收部的U形凹槽(未示出)中并且由固定螺钉50、52固定。压力元件51、53用于将来自杆部分或套管的压力分别传递到螺钉头部43、45。骨螺钉42、44在通过固定螺钉固定之前可以在接收部的开口内定向。
接下来将给出所述植入装置的组装方法的描述 首先，通过提供挠性镍钛诺细丝并在第一端附连具有孔35的杆状部分34而形成杆状部件28。可以通过将所述细丝压配合到所述孔中同时对所述部分施加热量而形成连接。进一步地，将套管26装配到轴向缓冲元件24的一端中，并且将盖23装配到轴向缓冲元件24的另一端中。为此，套管26(在接合端)和盖23中的一个或两个可以具有装配到轴向缓冲元件的连接部分中的圆筒形环状突出部。 然后，从与杆部分34相对的杆状部件28的第二端22'开始，将杆状部件28插入经组装的套管的自由端36处的孔部分中。然后将第二端22'引导通过套管的内孔和轴向缓冲元件24。盖23的孔所具有的直径略小于杆状部件28(细丝)的外径。因此，然后将所述盖压配合到第二端22'上以提供刚性的耐久连接。 已经参考一个特定实施例对本发明进行了描述。然而，本领域的技术人员将容易认识到可以在不脱离权利要求书所述范围的情况下进行若干修改。 例如，包括套管的第一 (间隙)孔部分和第二 (导引)孔部分的实施例。然而，也可以采用在整个长度上具有一个恒定直径的孔。此外，间隙孔部分也可以形成于杆状部件28的第一端(即靠近杆部分34的孔35的开口 )。增大杆可以在其中剪应变或弯曲的间隔的目的则类似地如以上实施例中那样实现。进一步地，间隙孔部分也可以形成于间隔S的两侧，即形成于杆部分34和套管26处。 进一步地，已经参考单轴骨螺钉对骨锚固件进行了描述。然而，本植入装置也可以用单向骨螺钉实现，其中骨螺钉和用于杆的接收部是一体件或独立件。
进一步地，在实施例中示出套管具有圆筒形状并且完全封闭所述杆。然而，也可以是，套管具有其它外部横断面轮廓和/或设置有狭缝或内孔在它的整个长度侧开口。
更进一步地，已经示出骨稳定装置包括两个骨锚固件。然而，也可以是三个或更多骨锚固件由根据本发明的植入装置连接。例如，改进形式的杆部分34设置成套管，杆状部件可以穿过该套管朝着将由第三骨锚固件接近的另一杆部分(未示出)延伸。该改进杆部分34或套管于是不需要刚性地固定杆。 更进一步地，第三骨锚固件可以布置在第一骨锚固件的相对侧。当第一和第三骨锚固件的相互运动类似地由位于这两个骨锚固件之间的内部区域之外的轴向缓冲元件控制时，实现了对称布置，即在同一组件内实现了第二端部位置的缓冲。
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权利要求
一种用于稳定脊柱的细长植入装置(10)，所述植入装置包括具有第一端(20，20′)和第二端(22，22′)的杆状部件(28)，所述杆状部件限定所述植入装置的纵向轴线(9)；能够滑动地布置在所述杆状部件(28)上的套管(26)，所述套管具有自由端(36)和接合端(38)，所述接合端与一个轴向缓冲元件(24)连接；和所述轴向缓冲元件(24)，所述轴向缓冲元件连接在所述套管(26)和所述杆状部件的第二端(22，22′)之间，以缓冲所述套管沿着所述纵向轴线的运动。
2. 根据权利要求1所述的细长植入装置(10)，其中所述杆状部件的第一端(20， 20')构造成连接到第一骨锚固件(30)，并且所述套管(26)构造成连接到第二骨锚固件(32)。
3. 根据权利要求1或2所述的细长植入装置(IO)，其中所述套管(26)只通过所述杆状部件的第二端(22，22')接合到所述杆状部件的第一端。
4. 根据权利要求l-3之一所述的细长植入装置(IO)，其中所述轴向缓冲元件(24)包括布置在两个刚性连接部分(62,66)之间的螺旋弹簧部分(64)。
5. 根据权利要求l-4之一所述的细长植入装置(IO)，其中所述杆状部件包括挠性芯，所述挠性芯为所述杆状部件(28)添加弯曲、剪切和/或扭转挠性。
6. 根据权利要求5所述的细长植入装置(IO)，其中所述套管(26)具有内孔，所述内孔中形成有导引部分(55)，所述导引部分所具有的内径对应于所述杆状部件(28)的挠性芯的外径，以用于沿着所述纵向轴线(9)支撑和导引布置在所述挠性芯上的所述套管。
7. 根据权利要求6所述的细长植入装置(IO)，其中所述导引部分(55)由固定在所述套管(26)的内孔内部的套管状杆导引件(40)形成。
8. 根据权利要求6或7所述的细长植入装置(IO)，其中所述套管的内孔还包括间隙部分(56)，所述间隙部分的内径大于所述导引部分(55)的内径和所述挠性芯的外径。
9. 根据权利要求8所述的细长植入装置(IO)，其中所述间隙部分(56)定向成朝着所述套管(26)的自由端(36)，用于提供所述挠性芯在所述套管和所述第一端(20，20')之间的挠曲运动和/或剪应变，所述挠性芯在所述套管和所述第一端(20，20')之间的挠曲运动和/或剪应变由所述间隙孔部分的内壁部分限制。
10. 根据权利要求l-9之一所述的细长植入装置(IO)，其中在所述第二端(22， 22')设置有盖(23)，所述盖刚性地接合到所述杆状部件(28)的第二端以及所述轴向缓冲元件(24)。
11. 根据权利要求i-io之一所述的细长植入装置(IO)，其中所述杆状部件的第一端(20， 20')设置有杆部分(34)，所述杆部分的外径与所述套管(26)的外径基本相同，其中所述第一端的杆部分构造成连接到第一骨锚固件(30)。
12. 根据权利要求ll所述的细长植入装置(IO)，其中所述杆部分包括孔(35)，所述杆状部件(28)的挠性芯刚性地装配到所述孔中。
13. 根据权利要求1-12之一所述的细长植入装置(IO)，其中一个自由间隔(S)与所述套管的自由端(36)相邻地、沿着所述纵向轴线(9)并朝着所述第一端(20，20')延伸，所述间隔具有允许预压縮插入所述植入装置所需的最小长度。
14. 根据权利要求1-13之一所述的细长植入装置(IO)，其中所述植入装置所包括的轴向缓冲元件(24)作为能够缓冲所述套管(26)和所述第一端(20，20')之间沿着所述纵向轴线的相对运动的唯一元件。
15. —种骨稳定装置(12)，包括根据权利要求1-12之一所述的细长植入装置(10);待连接到所述第一端(20， 20')的第一骨锚固件(30);待连接到所述能够滑动的套管(26)的第二骨锚固件(32)。
16. 根据权利要求15所述的骨稳定装置(12)，其中所述第一和第二骨锚固件中的至少一个骨锚固件包括接收部(44,46)，所述接收部分别用于接收所述植入装置的所述套管(26)、所述杆部分(34)或所述第一端；用于将所述接收部(44，46)紧固到相邻骨的骨螺钉(42，44)，所述骨螺钉具有第一端和第二端(43,45)，所述骨螺钉能够通过所述骨螺钉的第一端附连到骨，所述骨螺钉能够通过所述骨螺钉的第二端被保持在所述接收部内；固定元件(50，52)，所述固定元件用于将所述套管、杆部分或第一端固定在所述接收部内，其中所述第二端布置在所述接收部内以便于至少在通过固定元件最终固定之前能够沿着多个方向运动。
全文摘要
一种用于稳定脊柱的细长植入装置(10)，所述植入装置包括具有第一端(20，20′)和第二端(22，22′)的杆状部件(28)，所述杆状部件限定所述植入装置的纵向轴线(9)；能够滑动地布置在所述杆状部件(28)上的套管(26)，所述套管具有自由端(36)和接合端(38)，所述接合端与一个轴向缓冲元件(24)连接；以及所述轴向缓冲元件(24)，所述轴向缓冲元件连接在所述套管(26)和所述杆状部件的第二端(22，22′)之间以缓冲所述套管沿着所述纵向轴线的运动。所述杆状部件的第一端(20，20′)可以构造成连接到第一骨锚固件(30)，并且所述套管(26)可以构造成连接到第二骨锚固件(32)。
文档编号A61B17/70GK101716094SQ20091020445
公开日2010年6月2日 申请日期2009年9月29日 优先权日2008年10月8日
发明者D·甘特尔, J·哈姆斯, L·比德曼, W·马蒂斯 申请人:比德曼莫泰赫有限公司