專利名稱：用于矯形手術(shù)的經(jīng)改進(jìn)的正骨螺釘?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于矯形手術(shù)的經(jīng)改進(jìn)的正骨螺釘，尤其是涉及一種用于骨折外固定的器具上的螺釘。
具體地說，本發(fā)明涉及一種螺釘，該螺釘具有一個(gè)釘頭或操作端、一釘桿和一螺紋部分，所述螺紋部分向與操作端相對的末端逐漸變細(xì)。
這種器具將實(shí)現(xiàn)在人體骨骼結(jié)構(gòu)的非常關(guān)鍵的部位，特別是在關(guān)節(jié)附近的折斷的骨頭的加固和復(fù)位。
通常對外固定器具的兩相對端利用置入骨骼本身的正骨螺釘固定在折斷的骨頭的相應(yīng)的未被損傷的部分上。例如，一種情況是，采用具有兩相對端固定跨接脛骨骨折的脛骨固定器具。
另一種情況是，例如當(dāng)骨折損害到關(guān)節(jié)時(shí)，正骨螺釘將被置入與關(guān)節(jié)相鄰的骨骼內(nèi)。此點(diǎn)例如采用踝關(guān)節(jié)外固定器具通過將正骨螺釘置入脛骨和距骨內(nèi)實(shí)現(xiàn)此點(diǎn)。
應(yīng)用正骨螺釘?shù)谋３至梢蕴岣哌@種器具的效率。在一些情況下，螺釘橫向穿透骨骼，從而將造成在入口和出口區(qū)段骨骼表層的損傷。
在一份該技術(shù)領(lǐng)域的綜合性的文獻(xiàn)中報(bào)道過有關(guān)旨在確定正骨螺釘?shù)谋３至Φ年P(guān)鍵的參數(shù)的研究工作。
例如，如發(fā)表在解剖學(xué)雜志，布里斯托爾，1996年6月17日的題為“錐形外固定螺釘保持在干骺端內(nèi)的扭矩”(“Cortical profile externalfixation screw maintains torque in the metaphysis”，Anatomy，Bristol，June 17，1996)的文章所述，經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相對較細(xì)的螺紋將提高螺紋的保持力。
如發(fā)表在矯形損傷雜志，卷5，第4期，485-492頁中的題為“有關(guān)外固定時(shí)穿釘松懈的情況的介紹及其避免”(“Introduction and preventionof pin loosening in external fixation”，Journal of Orthopaedic Trauma，Vol.5，No.4，pages 485-492)的文章中所述，加在螺釘上的徑向預(yù)載可以避免或緩解在骨骼第一和/或第二表層部分的咬合的喪失或松懈問題的出現(xiàn)。
另外，在插入螺釘前根據(jù)螺釘?shù)闹睆讲捎妙A(yù)先在骨骼上設(shè)置一個(gè)孔的措施，可以降低插入溫度，如發(fā)表在矯形損傷雜志，卷10，第7期，462-469頁中的題為“用于網(wǎng)狀骨質(zhì)的螺釘螺紋的設(shè)計(jì)和保持力”(“Cancellous Bone Screw Thread Design and Holding Power”，Journal ofOrthopaedic Trauma，Vol.10，No.7，pages 462-469)的文章中所述，當(dāng)溫度過高時(shí)將會(huì)造成對骨骼結(jié)締質(zhì)的損傷。
出于上述考慮得出如下結(jié)論，正骨螺釘?shù)谋３至θQ于具有協(xié)同作用的一系列特性。
而且由申請人所進(jìn)行的應(yīng)用研究得出的結(jié)論是，螺紋的形狀是在骨骼內(nèi)螺釘保持力的基本因素。
特別是，經(jīng)發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的螺紋形狀具有的通病在于，這種螺紋只能實(shí)現(xiàn)對由加在穿透骨骼表層部分的力產(chǎn)生的應(yīng)力的最小的分布。
另外，在骨骼接觸面積給定的情況下，傳統(tǒng)的正骨螺釘占用的容積較大。
本發(fā)明的技術(shù)方案在于提出一種正骨螺釘，該螺釘具有一自攻螺絲部分，該部分包括至少一個(gè)等螺紋距段，該等螺紋距段具有其截面為三角形尖端形狀的螺紋并且該螺紋被具有由兩個(gè)反向斜面構(gòu)成的凹面形狀的盆地狀部分分隔開。該點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)對螺紋部分的細(xì)長的錐形形狀的最佳的利用，并可提供大的與骨骼的接觸的面積，從而可有效地減少專門的加載壓力。
基于此方案，采用如上所述的正骨螺釘解決了該技術(shù)問題，該正骨螺釘?shù)奶卣魇?，所述螺紋相互間被具有由兩個(gè)反向斜面構(gòu)成的凹面形狀的盆地狀的部分間隔開。
螺釘1具有一個(gè)末端2，所述末端適用于由外科醫(yī)生插入骨骼的表層部分，并且然后利用加在螺釘釘頭端3的工具以絲扣方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
螺釘1具有一個(gè)釘桿4和一與釘桿4一體成型的螺紋部分5。螺紋部分5為細(xì)長的錐形并且其與釘桿相鄰的區(qū)段的直徑與釘桿4相同，接著向末端2方向逐步變細(xì)。螺紋部分5占螺釘總長度的三分之一。而且也可以選用另一種螺紋部分5與釘桿部分4的長度比例替代此比例。螺釘宜是自攻絲螺釘，其中該自攻絲螺釘由一可由旋轉(zhuǎn)方向定義的螺旋螺紋形狀實(shí)現(xiàn)的，所以甚至在加有大的扭矩的情況下，該螺釘也可以更為有效地保持其驅(qū)動(dòng)方向。
圖3為本發(fā)明的螺紋部分5結(jié)構(gòu)形狀的放大圖。
螺紋部分宜具有至少一個(gè)以等螺紋距，優(yōu)選1.25mm螺紋距形成的段，并包含有其剖面為三角形結(jié)構(gòu)形狀的螺紋9，該三角形結(jié)構(gòu)形狀具有的尖角或銳角的角度為15°至30°。
兩相鄰螺紋的相對的壁間夾有一個(gè)銳角α，該銳角的錐端指向螺釘?shù)目v軸X。根據(jù)圖4所示的實(shí)施例，該角優(yōu)選不大于30°。
宜由相鄰的螺紋9之間的凹剖面10形成螺紋的盆地狀的部分，從而易于骨質(zhì)的導(dǎo)流并在螺釘穿透骨骼時(shí)可減輕對骨骼的應(yīng)力。
由兩個(gè)反向的斜面構(gòu)成凹面10，在其剖面上形成一鈍角β，該鈍角的錐端指向螺釘?shù)目v軸。該鈍角的角度為120°至150°，根據(jù)圖3的實(shí)施例優(yōu)選為150°。
內(nèi)壁之間的區(qū)段和螺紋9的盆地狀的部分的有效半徑為0.2mm。
螺紋的高度是螺紋間距的五分之三，即0.75mm。沿著形狀5的螺紋高度是恒定不變的。
這種螺紋通過將鉆削集中在驅(qū)動(dòng)/鉆孔方向的相對的方向上實(shí)現(xiàn)對錐形的最佳利用。
例如僅出于說明的目的，螺釘1的整個(gè)長度可以是175mm，其中的螺紋部分5為60mm。
另外，可以視需要提供給外科醫(yī)生具有各種長度的正骨螺釘系列。例如相宜的系列范圍包括140mm螺釘總長度，其中螺紋部分為40mm；或螺釘長210mm，其中螺紋部分為70mm；或螺釘長255mm，其中螺紋部分至少為80mm。
當(dāng)螺釘為175mm長時(shí)，釘桿的直徑優(yōu)選為6mm，該直徑與與釘桿4鄰接的螺紋部分5的外徑相同。在末端2的螺紋部分的外徑為4mm。
據(jù)此，在鄰接釘桿處的螺紋部分的底徑為4.5mm，在末端的底徑為2.5mm。
在螺釘1的末端2上宜采用線性銑削方式形成一對相對的凹槽11、12。
所述凹槽以對應(yīng)于螺釘1的縱軸的預(yù)定的傾角伸展，并與末端附近的螺紋部分5的一端段相交。
傾角的角度優(yōu)選為150°。
這種開有一對凹槽的措施可以使螺釘易于進(jìn)入預(yù)先鉆好的孔內(nèi)，穿過骨骼，而且也使螺紋部分段伴隨末端穿過骨骼，而不會(huì)造成移動(dòng)，影響到骨骼的第二個(gè)表層部分。
為完善本說明，還要指出一點(diǎn)的是，由于釘頭要突出于固定器具，所以在螺釘1的釘頭3附近設(shè)置有一個(gè)環(huán)槽15，該環(huán)槽構(gòu)成螺釘部分的終結(jié)。
以公知的方式實(shí)現(xiàn)對本發(fā)明螺釘?shù)膽?yīng)用，其不同點(diǎn)僅在于，對骨骼進(jìn)行預(yù)鉆孔，以便實(shí)現(xiàn)相宜的徑向預(yù)載并使插入的溫度保持在很低的程度。
申請人對具有上述釘頭形狀的原型正骨螺釘進(jìn)行了試驗(yàn)并進(jìn)行了有限元(FEM)計(jì)算。
為對在如下三種不同的加載情況下兩種不同的螺釘形狀對網(wǎng)眼狀骨基質(zhì)的作用加以評價(jià)，進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算1)螺釘/骨骼交互作用；2)拉拔力；3)模擬的實(shí)際負(fù)載。
要指出的是，由于骨骼并不是線性彈性材料，所以對在骨骼中產(chǎn)生的應(yīng)力的分析結(jié)果并不是絕對值。因此，根據(jù)有限元法分析得出的值在一定意義上講，是建立在比較的基礎(chǔ)之上的，并且特別是與那些作為現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用的傳統(tǒng)的正骨螺釘相比。
將5mm直徑(螺釘1的錐形直徑的平均值)和高度為0.75mm的螺絲的插入將導(dǎo)致加載狀況(1)的形成。這意味著螺紋部分的底徑為3.5mm。這樣一種螺絲被插入3.2mm的孔內(nèi)。在此條件下，螺釘以所謂的交互作用量“i”運(yùn)作，所述的交互作用量i由下式得出(螺釘?shù)讖?孔直徑)/2＝(3.5-3.2)/2＝0.15mm。
對承受特定單位面積壓強(qiáng)(p＝1牛頓/mm2＝1兆帕)的旋入的螺釘進(jìn)行抗拉試驗(yàn)(2)，以便就其對連接的網(wǎng)眼狀的骨骼的作用進(jìn)行研究。這種狀況對沒有螺釘/骨骼交互作用量情況下的拉拔作用進(jìn)行模擬，即與骨骼松懈狀況類似。
實(shí)際加載狀況(3)是由上述兩種狀況的結(jié)合構(gòu)成的。特別是以交互作用量i＝0.15mm和特定的拉拔力為8.5兆帕對加載的情況進(jìn)行模擬。
在這里，在說明書中綜述的采用有限元方法的分析結(jié)果并不會(huì)過度的加重本說明書支持的負(fù)擔(dān)，該分析結(jié)果表明，本發(fā)明的螺釘將比傳統(tǒng)的螺釘實(shí)現(xiàn)更為均勻的應(yīng)力分布。
另外，由拉拔產(chǎn)生的明顯增大的應(yīng)力圖形曲線表明，本發(fā)明的螺釘將應(yīng)力傳遞給各個(gè)螺紋，而另一方面采用傳統(tǒng)的螺釘主要僅涉及單獨(dú)的一個(gè)螺紋。
最后，本發(fā)明的螺釘表明，即使在沒有交互作用量的情況下，即在預(yù)鉆的孔過大、松懈或骨質(zhì)疏松的情況下也具有均勻分布的壓力。
所以，本發(fā)明的正骨螺釘解決了該技術(shù)問題，并具有許多優(yōu)點(diǎn)，其中最突出的優(yōu)點(diǎn)是，螺釘?shù)穆菁y形狀可以實(shí)現(xiàn)骨骼應(yīng)力的最佳化，從而一方面造成與骨骼的大面積的接觸并可以使骨骼物質(zhì)松弛地進(jìn)入螺紋凹底面。此點(diǎn)可以使在加載的情況下特定的壓力和用于螺釘穿透的扭矩較小。
權(quán)利要求
1.一種用于矯形手術(shù)的經(jīng)改進(jìn)的正骨螺釘，尤其是一種在骨折外固定的器具上應(yīng)用的螺釘，該螺釘具有一個(gè)釘頭(3)、一個(gè)釘桿(4)和一個(gè)螺紋部分(5)，所述螺紋部分向位于釘頭(3)的相對端的末端(2)逐漸變細(xì)，其中所述螺紋部分(5)至少具有一個(gè)等螺紋距段，該等螺紋距段含有其截面為銳角或尖頭狀的三角形的螺紋(9)，其特征在于，所述螺紋(9)相互被盆地狀部分間隔開，該盆地狀部分具有由兩個(gè)反向斜面構(gòu)成的凹面形狀(10)。
2.按照權(quán)利要求1所述的正骨螺釘，其特征在于，所述盆地狀的部分的截面具有一個(gè)鈍角(β)，該鈍角的錐端指向螺釘?shù)目v軸。
3.按照權(quán)利要求2所述的正骨螺釘，其特征在于，所述鈍角(β)的角度至少為150°。
4.按照權(quán)利要求1所述的正骨螺釘，其特征在于，所述尖頭形成的角度為15°至30°。
5.按照權(quán)利要求1所述的正骨螺釘，其特征在于，所述等螺紋距為1.25mm。
6.按照權(quán)利要求1所述的正骨螺釘，其特征在于，相鄰的螺紋的相對面的壁的截面為一銳角(α)，其錐端指向螺紋的縱向軸。
7.按照權(quán)利要求6所述的正骨螺釘，其特征在于，所述銳角(α)的角度為15°至30°。
8.按照權(quán)利要求1所述的正骨螺釘，其特征在于，螺紋部分(5)大約是螺釘長度的三分之一。
9.按照權(quán)利要求1所述的正骨螺釘，其特征在于，螺紋的高度是螺紋距長度的五分之三。
10.按照權(quán)利要求9所述的正骨螺釘，其特征在于，所述高度為0.75mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于矯形手術(shù)的經(jīng)改進(jìn)的正骨螺釘,尤其是涉及一種在骨折外固定的器具上應(yīng)用的螺釘,該螺釘具有一個(gè)釘頭(3)、一個(gè)釘桿(4)和一個(gè)螺紋部分(5),所述螺紋部分向位于釘頭(3)的相對端的末端(2)逐漸變細(xì),其中所述螺紋部分(5)至少具有一個(gè)等螺紋距段,該等螺紋距段含有其截面為尖頭狀的三角形的螺紋,所述螺紋相互被盆地狀部分間隔開,該盆地狀部分具有由兩個(gè)反向斜面構(gòu)成的凹面形狀(10)。
文檔編號(hào)F16B25/10GK1345207SQ00805679
公開日2002年4月17日 申請日期2000年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月8日
發(fā)明者達(dá)尼埃爾·文圖里尼 申請人:奧叟菲克斯公司