骨头锚固装置 【技术领域】
本发明涉及骨头锚固装置，其包括骨头锚固件和用于与杆连接的接收部件。借助被所述杆下压的锁定环，通过在侧向围绕骨头锚固件的头部按压接收部件的一部分，将骨头锚固件的头部锁定在接收部件中。接收部件的夹紧头部的所述部分设计成允许锁定环从所述部分的自由端安装。该骨头锚固装置可以分别例如以允许头部枢转运动的多轴接骨螺钉的形式实施，或者以在非锁定状态下允许头部绕单个轴线旋转运动的单轴接骨螺钉的形式实现。
背景技术
多轴接骨螺钉的各种设计已经是公知的，其中，各个设计具有具体的特征，并且使用不同的锁定原理。
DE 43 05 576 C1描述了一种多轴接骨螺钉，其具有螺钉件、接收部件以及施压件，该施压件作用于螺钉件的头部并向下压头部使之抵靠接收部件中的座，以锁定头部的旋转位置。该接骨螺钉通常预组装，从而使得所述螺钉件在其上安装有接收部件的情况下旋拧入骨头。
还公知有其它的接骨螺钉，其中所述头部从侧面夹紧从而锁定旋转位置。EP 0 242 708 A2描述了一种接骨螺钉，其具有接收部件，该接收部件由两个半球部组成，这两个半球部从两个侧向侧压紧球形头部。这两个半球部在其下部通过环保持到一起。
US 5,672,179公开了一种接骨螺钉，其具有接收部件，该接收部件具有锥形的座和锥形的施压件，该施压件从上方和侧面施压压力于头部上。如果骨头角度的值位于特定范围，则施压件在接收部件中自锁，这样允许将头部初步锁定于接收部件中，同时杆仍然能动以允许调整其位置。
EP 0 951 245 B1描述了一种接骨螺钉，其具有接收部件，该接收部件具有容纳头部的锥形腔，其中，该锥形腔中设置有弹簧卡盘，其能够向下且径向地压缩以夹紧头部。借助该接骨螺钉，可以将接收部件卡扣至螺钉件的头部上，这样允许将螺钉件旋拧入骨头中，并且允许以后将螺钉件连接至接收部件。
US 5,728,098公开了一种用于连接至脊柱杆的接骨螺钉，其包括螺钉件和在杆接收通道的底部设置有缝隙的接收件，其中，两个由形状记忆合金制成的锁定环中的一个设置在接收件的下侧，而另一个设置于上侧。当温度升高时，所述锁定环绕接收件的部分收缩，从而杆被夹紧在通道中。
US 5,549,608公开了一种多轴接骨螺钉，其具有：螺钉件，该螺钉件具有球状头部；以及耦接件，其将所述螺钉件耦接至脊柱杆。该耦接件具有锥形的下部，该下部包括开槽的内腔，球形头部最初多轴地置于该内腔中。该耦接件还包括用于接收头部的凹部。另外，设置有围绕该耦接件的下部的锁定环以及安装到耦接件上的圆筒形杆紧固套筒。使用锁定螺母来向杆紧固套筒上施加压力。借助被杆紧固套筒向下施压的锁定环，将头部锁定到内腔中。US 5,575,792公开了一种类似的装置，其利用钩来代替接骨螺钉。与前述的接骨螺钉相比，省去了杆紧固套筒，并且杆直接施压于锁定环上。该锁定环必须从上方放置于耦接件上。当杆未插入时，不能防止旋转以及防止朝向上端移动。另外，由于锁定环和锁定螺母基本上从耦接件的直径向外延伸，因此这种公知的骨头锚固装置的尺寸非常大。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种改进的骨头锚固装置，其包括最少数量的部件，并且其在具有小尺寸的同时还能够提供可靠的锁定，并且其能够用作模块化系统。
该目的通过如权利要求1所述的骨头锚固装置来实现。进一步的改进在从属权利要求中给出。
根据本发明的骨头锚固装置仅包括少数的几个构件，这样降低了制造成本并且便于操作处理。其利用了从侧面沿周向夹紧骨头锚固件的头部的原理，这降低了可靠地夹紧头部所必需的力。这种骨头锚固装置设计允许进一步减小高度及直径的尺寸，这使该骨头锚固装置尤其适于需要小尺寸锚固装置的应用场合，例如用于颈椎手术领域或者儿科应用场合、微创骨头手术场合。
接收部件能够在手术前和手术过程中的任意时间卡扣到骨头锚固件的头部上。因此，例如可以首先将骨头锚固件锚固到骨头中，然后再将其连接到接收部件和杆上。
通过给接收部件的锥形下部和锁定环选择适当的角度，可以实现头部在下部中的自锁。可替换地，这可以通过使锁定环和接收部件的连接表面变粗糙来实现。这允许在不松动头部的固定的情况下对杆进行二次调整。
从下面使用附图对实施方式的描述中，本发明的进一步的特征和优点将变得明显。
【附图说明】
图1示出了该骨头锚固装置的第一实施方式的分解透视图。
图2示出了图1的骨头锚固装置在组装状态下的透视图。
图3示出了图2的骨头锚固装置的侧视图。
图4示出了图1至图3的骨头锚固装置的局部剖视图，剖面垂直于杆轴线。
图5示出了根据图1至图3的骨头锚固装置的局部剖视图，剖面在包含杆轴线的平面内。
图6示出了根据第一实施方式的骨头锚固装置的接收部件的透视图。
图7示出了图6的接收部件的侧视图。
图8示出了图7的接收部件旋转90度之后的侧视图。
图9示出了图6的接收部件的俯视图。
图10示出了图6的接收部件的仰视图。
图11示出了根据第二实施方式的骨头锚固装置的分解透视图。
图12示出了图11的骨头锚固装置在组装状态下的局部剖视图，剖面垂直于杆轴线。
图13示出了图12的骨头锚固装置的局部剖视图，剖面位于包含杆轴线的平面内。
图14示出了骨头锚固装置的第三实施方式的接收部件的剖视图。
图15示出了根据第三实施方式的骨头锚固装置的剖视图。
图16示出了具有根据前述实施方式的锁定环的接收部件的改型。
图17示出了图16的放大部分。
图18示出了骨头锚固装置的另一改型。
图19示出了局部剖视的另一实施方式。
图20示出了根据图19的实施方式的锁定环从上方看过去的透视图。
图21是图20的锁定环沿线A-A截取的剖视图。
【具体实施方式】
如图1至图5所示，根据第一实施方式的骨头锚固装置包括骨头锚固件1，骨头锚固件1呈接骨螺钉的形式，具有带螺纹的轴2以及球冠形的头部3。头部3具有用于与旋入工具接合的凹部4。该骨头锚固装置还包括接收部件5，其用于接收杆6以将杆6连接至骨头锚固件1。另外，设置有呈内螺丝或定位螺丝的闭合件7，其用于将杆6紧固于接收部件5中。另外，骨头锚固装置包括用于将头部锁定于接收部件5中的锁定环8。
特别地，如在图6至图10中所能看到的那样，接收部件5包括第一部分9，该第一部分9基本呈圆筒形并且具有第一端9a和相对的第二端9b。第一部分9具有设置在第二端9b处的同轴的第一孔10。第一孔10的直径小于骨头锚固件的头部3的直径。第一部分9还包括同轴的第二孔11，第二孔11从第一端9a延伸至距第二端9b一定距离处。第二孔11的直径大于第一孔10的直径，并且大于杆6的直径。在第一部分中设置有U形凹部12，该U形凹部12从第一端9a延伸至第二端9b，并且该U形凹部的直径略大于杆6的直径，这样使得杆6能够放置于所述凹部中并且在该凹部中被引导。通过该U形凹部12，形成两个自由腿12a、12b，两个自由腿12a、12b上设置有内螺纹13。该内螺纹可以是公制螺纹、方螺纹、负角螺纹、锯齿形螺纹或者任意其它的螺纹。优选地，使用例如方螺纹或者负角螺纹这样的螺纹形式，以防止当内螺丝7旋拧进来时腿12a、12b张开。U形凹部的深度使得杆6和内螺丝7能够插入到这些腿之间。在凹部12的底部与腿12a、12b之间，设置有形成孔11的端部的平坦部14。
接收部件5的第一部分9还包括多个同轴的缝隙15，所述缝隙从第二端9b延伸至距第一端一定距离处，其中，该距离近似对应于内螺纹13的长度。缝隙15在第二端9b处开口，并且如同特别在图6、9和10中所能看到的那样，延伸穿过平坦部14和U形凹部12。至少一条缝隙15(优选为更多条缝隙)设置在U形凹部的任一侧上。缝隙的数量根据应当由缝隙提供的弹性度来进行选择。其可能取决于材料、壁厚和/或其它因素。
与第二端9b相邻地，接收部件5包括第二部分16，其提供用于骨头锚固件1的头部3的容置空间。第二部分16具有包括锥角α的锥形外表面，该锥形外表面向着第二端9b渐缩，并且具有与第二端9b相对的自由端17。正如具体在图4中所能看到的那样，第一部分9在其第二端9b处的外径大于第二部分16与第二端9b相邻之处的外径，并且还大于第二部分在其自由端17处的外径。因此，第二部分16相对于第一部分9凹入。第二部分16具有内部中空的球形部18，其形成了用于骨头锚固件1的球冠形头部3的座。该中空的球形部18的尺寸设计成使得该球形部18从覆盖包括了头部3的最大直径区域的侧面包绕骨头锚固件的头部3。如同在图1、6、9和10中所看到的那样，在第一部分中，在由凹部12形成的通道的任一端上设置有切口24。
如同在图6至图10中具体能够看到的那样，设置有多个缝隙19，所述缝隙19开口通向自由端17，并且从自由端17延伸至第一部分的第二端9b，并且继续延伸到第一部分的缝隙15中，从而形成从第二部分的自由端17延伸到第一部分中的连续缝隙。缝隙19的数量可以等于缝隙15的数量；不过，其数量也可以比缝隙15的数量少或多，这取决于第二部分16的期望弹性。另外，在第二部分16的与第一部分的U形凹部12相邻的侧部上设置有缝隙20。缝隙20终止于距第二端9b一定距离处。第二部分16的弹性使得能够通过使第二部分膨胀而插入锚固件的头部3，并且通过压缩第二部分而能够夹紧锚固件的头部3。第一部分中的缝隙15便于例如在手术之前或者手术过程中的任意时间手动将接收部件安装到头部3上。
下面将参考图1、4和5说明锁定环8。锁定环8具有大致圆筒形的外表面，且外径对应于接收部件5的第一部分9的外径。锁定环8沿轴线方向的高度小于接收部件5的第二部分16的高度，从而，如图4所示，当锁定环8处于其夹紧头部3的位置时，在锁定环8和接收部件5的第二端9b之间存在距离。
第二部分16的弹性和第二部分在自由端17处的尺寸允许通过从自由端17将锁定环卡扣进来从而将锁定环安装到第二部分16上。由于第二部分的外径小于第一部分9的外径，所以锁定环在径向上不会突出到第一部分之外。
锁定环8在其内侧上具有第一部分8a，并且具有与第一部分8a相邻的第二部分8b。第一部分8a呈与接收部件5的第二部分16的锥形外壁对应的锥形形状。第二部分8b呈圆筒形。如同在图4中具体所能看到的那样，锁定环的第一部分8a和第二部分8b的尺寸设计成使得锁定环8能够沿着第二部分16的外表面滑动，并且当向下滑动时逐渐压缩第二部分16。如果杆还没有插入或者还没有被压入凹部12中，则锁定环能够在被用作止挡的第二端9b限制的第一位置与防止由于锥形形状而脱落的第二部分的自由端17之间移动。
如果锥角α选择成位于大约2度至10度之间，则在锁定环和第二部分之间能够实现自锁，这意味着，一旦锁定环已经夹紧头部3，则使锁定环松动将需要额外的力。如果锥角α大于近似10度，则不会出现自锁效果。当然，能够实现自锁效果的角度取决于所使用的材料以及彼此相接合的表面的处理情况。
如同在图1、图2和图5中具体能看到的那样，锁定环8在其面向第二端9b的侧面还包括两个突起21，这两个突起21径向相对地定位。突起21具有这样的高度，即：当锁定环处在头部3还未被夹紧的位置时，所述突起突出到U形凹部12的底部的上方，并且延伸到切口24中。突起21的自由端22可以弯曲，其曲率对应于杆6的曲率。锁定环绕着接收部件5的第二部分16设置，从而使得突起21位于U形凹部12的位置处。这样，突伸到U形凹部12的突起21防止锁定环在杆还没有插入时转动。
内螺丝7具有与设置在腿上的内螺纹13相配合的螺纹。如果使用防止腿张开的螺纹，则单个例如内螺丝7的闭合件足以。这减小了骨头锚固装置在径向上的尺寸。
接收部件、锁定环、内螺丝以及骨头锚固件由生物相容性材料制造，例如由钛或不锈钢或具有足够强度的生物相容性塑料材料制成。
骨头锚固装置可以借助从自由端17安装到接收部件5的第二部分16上的锁定环进行预组装。可替换地，骨头锚固件1可以借助接收部件5和锁定环8进行预组装。
该骨头锚固装置可以以若干方式使用。在一种使用方式中，骨头锚固件、接收部件以及锁定环预组装。骨头锚固件旋拧入骨头中，且接收部件安装到该锚固件上。头部的凹部4可以通过第一孔10利用旋拧工具访问。锁定环8处在靠近第二端9b的第一位置，在这里不夹紧头部3。在这种状态下，头部3以可枢转方式保持于第二部分16中，这允许接收部件5进行对齐以接收杆。一旦实现了杆相对于其它骨头锚固装置的正确位置，则内螺丝7旋拧到两腿之间，直到内螺丝7压紧到杆上。杆被压紧到U形凹部的底部，从而与突起21的自由端22分别接合，从而向下移动锁定环8。
当锁定环8向着第二部分的自由端17移动时，锁定环8压缩第二部分16，从而夹紧头部3。由于由锁定环所施加的力是从侧面作用的，因此可靠地稳固头部所必须的力要小于力从上方作用于头部3的顶部的情形。通过允许减小接收部件的壁厚，这也允许减小装置的尺寸。
通过最终旋紧内螺丝同时锁定杆和头部。
在另一种使用方式中，只有接收部件5和锁定环8预组装。首先将骨头锚固件3旋拧入骨头中，然后将接收部件卡扣到头部3上，而锁定环8位于靠近第二端9b的第一位置，并不压缩第二部分16。可替换地，由外科医生通过将接收部件卡扣到头部3上来预组装骨头锚固件1和带有预组装的锁定环的接收部件。这允许外科医生根据锚固部分的直径和长度来选择适当的骨头锚固件。
在另一种方式中，如果如上所述锁定环和第二部分的配合表面设计成允许初步固定，则头部可以与杆不相干地进行锁定。
图11至图13示出了该骨头锚固装置的第二实施方式。与第一实施方式相同的部分和构件标以与第一实施方式的描述相同的附图标记。将不再对这些部分和构件进行重复描述。
第二实施方式与第一实施方式的不同仅在于骨头锚固件和接收部件的第二部分16的容置空间。该骨头锚固件1’具有带螺纹的杆2以及圆柱形的头部30。正如在图12和图13中能够看到的那样，接收部件15的第二部分16的容置空间具有中空的圆柱形的内部空间181，其直径略大于圆柱形头部30的直径，使得圆柱形头部30能够插入该圆柱形部分181中，并且在非锁定状态下能够在其中被引导。该圆柱形部分的端部形成了用于头部30的止挡182。根据第二实施方式的骨头锚固装置的用法与第一实施方式类似。差别在于，接收部件5相对于骨头锚固件1’不能枢转，而且仅能在头部30的非夹紧状态下转动。接收部件5和骨头锚固件1’的这种单轴可转动式连接在特定解剖场合可能是有用的。其允许通过使接收部件仅绕螺钉轴线旋转而使接收部件相对于杆对齐。
图14和图15示出了骨头锚固装置的第三实施方式。与第一实施方式相同的部分和构件标以与前述实施方式相同的附图标记，且不再对其重复地详细描述。第三实施方式的接收部件5包括第二部分16的倾斜自由边缘17’。如在图14中具体所看到的那样，该倾斜的自由端17’限定了一平面，该平面相对于由接收部件的第一部分的第一端9a限定的平面具有一角度。因此，容置头部3的中空球形部18’的一侧比相对侧要短。
如图15中可以看到的那样，这样导致了朝向一侧的枢转角度比朝向相对侧的枢转角度要大。因此，提供了具有非对称枢转角度范围的多轴螺钉。
图16和图17示出了锁定环的改型。接收部件5与任一前述接收部件相同，并且不再对其重复描述。锁定环8’在各突起21的任一侧上具有侧向突起23，使得大于切口24的直径的突起21的直径位于凹部12的根基上。当安装锁定环8’时，突起23由于接收部件5的弹性而卡扣到凹部12中。突起23形成固定装置，防止锁定环8’在头部3还没有插入时掉落。这在外科医生在接收部件5卡扣到螺钉上之前处理这些部件时可以是有用的。
图18示出了另一实施方式，其与之前的实施方式不同的地方在于，锁定环80没有突起21。如图18中所能看到的，锁定环80的高度较大，U形凹部12在接收部件中延伸得更深，从而杆6能够直接压紧到锁定环80上。
图19示出了另一实施方式，其与根据图1的实施方式的不同之处在于锁定环800的设计。接收部件5与任一前述接收部件相同，不再对其重复描述。锁定环800具有下部801，其与例如图11至图13的锁定环8相类似地设计，并且包括两个偏移180度的突起21。而且，锁定环800包括环形边缘802，环形边缘802的内径大于接收部件5的第一部分9的外径。环形边缘802的高度可以与突起21的高度一样大。不过，环形边缘802可以具有比突起21大的高度。环形边缘802的厚度小，从而接收部件5的总体直径基本不会增加。
如图19中能够看到的那样，环形边缘802具有的高度使得：当锁定环800位于其夹紧螺杆1的头部的最低位置时，环形边缘802闭合锁定环的主要部分801与接收部件的第一部分9的下侧之间的间隙。因此，不存在组织或脉管生长进入该位置的风险。
上述实施方式还可以有其它改型。例如，骨头锚固件的头部可以具有任意其它形状，例如锥形形状；并且接收部件的第二部分16中的容置空间与这种形状相适应。在另一改型中，接收部件5或至少第二部分16由提供一定弹性的生物兼容性材料制造。在这种情况下，可以略去缝隙。锁定环的与杆接合的突起可以具有另外的形状。例如，自由端的表面可以是平坦的，或者是其它形状。作为选择锥角以实现锁定环和第二部分之间的自锁的取代方案，还可以通过在接触面上设置例如肋条或粗糙化的表面等的表面结构，从而在杆仍能移动的同时初步锁定头部。