CN103356275B - 一种微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统 - Google Patents
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Abstract
一种微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统，由支撑棒和至少2个椎弓根钉构成，所述支撑棒，由能产生弹性变形的弹性棒和刚性较好的限位鞘管组成。弹性棒能随着人体的运动发生适度的微动，而刚性较好的限位鞘管则限制了弹性棒的微动幅度，这样，就达到了在不牺牲脊柱固定稳定性的前提下，增加载荷分享，减少应力遮挡和应力集中的临床要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种植入式外科手术器械腰椎椎弓根钉棒固定系统，特别是腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统。
背景技术
腰椎退行性失稳是引起腰腿痛的常见病因，腰椎融合术是目前治疗这类疾病的主要手术方式，是否融合仍然是判断其疗效的金标准，尽管目前普遍采用的传统双侧椎弓根钉棒固定(简称双侧弹性固定)，可获得超过90％的术后融合率，但却并未能相应地提高其总体疗效，疗效不满意率甚至高达35％。造成疗效不满意的原因除了与椎管内手术操作对硬膜囊及神经根的牵拉刺激造成术后硬膜外粘连疤痕化、椎旁肌肉广泛剥离牵拉损伤有关外，在双侧刚性固定节段内还易出现骨质疏松、骨萎缩、骨融合质量下降与假关节形成，且由于应力集中于内固定物易导致断钉与断棒发生。由于传统双侧刚性固定承受了绝大部分载荷，固定节段分享载荷大大减少，从而产生应力遮挡效应，使邻近节段椎间盘和小关节的载荷改变、椎间盘压力增高、活动度增加，继而在术后中远期发生邻近节段退变，其发生率高达30％～45％，且融合范围越长、邻近节段退变发生率越高，这其中部分可产生相应的临床症状，因此需要再次手术治疗。
理想的腰椎内固定方法是在不牺牲脊柱固定稳定性的前提下，增加载荷分享，减少应力遮挡和应力集中。因此，现有技术的椎弓根钉棒固定系统需要进行改进，以满足在不牺牲脊柱固定稳定性的前提下，增加载荷分享，减少应力遮挡和应力集中的临床要求。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统，在不牺牲脊柱固定稳定性的前提下，能增加载荷分享，减少应力遮挡和应力集中。
本发明之一种微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统是这样实现的：
一种微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统，由支撑棒2和至少2个椎弓根钉1构成，椎弓根钉1安装在支撑棒2上，其特征在于：
A.所述微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的支撑棒2含有弹性棒21和限位鞘管22；
B.所述弹性棒21是在外力作用下能发生弹性变形，当外力解除后又能恢复到原来形状的弹性体；
C.所述限位鞘管22含有套筒202以及能限制弹性棒21的运动幅度的限位机构201；所述套筒202上设有限位机构201；
D.所述弹性棒21固定在限位鞘管22的套筒202的中心孔203内。
进一步，所述限位机构201是由一对相互配合的限位块2011和槽孔207构成。
所述弹性棒21是医用弹性材料制造，所述弹性棒21的横截面的形状选自：圆形、椭圆形，正方形，长方形，带圆弧的长方形等几何形状。
所述弹性棒21是医用弹性材料板制造的层状叠加方式构成的弹簧板。
所述套筒202的中心孔203的形状与弹性棒21相匹配，所述中心孔203的横截面的形状选自：圆形、椭圆形，正方形，长方形，带圆弧的长方形等几何形状。
所述弹性棒21安装在套筒的中心孔203内；在对应于所述支撑棒的套筒上的限位块2011的邻近区间L2内，弹性棒21与套筒202之间设有运动间隙δ；在对应于所述支撑棒2的套筒上安装椎弓根钉1的邻近区间L1内，弹性棒21与套筒202之间为紧配合。
进一步，所述弹性棒21与套筒202之间设有运动间隙δ小于0.6mm。
所述限位鞘管的套筒202至少含有一对相互配合的上套筒204和下套筒205构成；上套筒204和下套筒205通过销钉206与弹性棒21连接，上套筒204与下套筒205在沿限位鞘管22的轴向的运动间隙H小于0.5mm。
进一步制造所述微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的材料选自：医用钛合金、医用钛镍形状记忆合金、医用高弹性β钛合金、医用钛锆铌合金、医用钛基非晶态合金、医用铌基非晶态合金、医用铁基非晶态合金、医用不锈钢等医用金属材料。
本发明之技术方案的核心在于：
构成本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的支撑棒2，由能产生弹性变形的弹性棒21和刚性较好的限位鞘管22组成。弹性棒21能随着人体的运动发生适度的微动，而刚性较好的限位鞘管22则限制了弹性棒21的微动幅度，这样，就达到了在不牺牲脊柱固定稳定性的前提下，增加载荷分享，减少应力遮挡和应力集中的临床要求。
近年来，单侧椎弓根钉棒固定技术逐渐应用于临床，其目的在减少创伤的同时，更为重要的是能降低内植物的刚度，其疗效及稳定性已为临床及生物力学研究所证实，但目前，所采用的均为传统椎弓根钉棒，即刚性固定系统。本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统不仅可应用于腰椎双侧弹性固定，更有望于应用于单侧弹性固定，从而实现理想的腰椎内固定。
附图说明
图1是本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的结构示意图。
图2是本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的支撑棒的立体结构示意图。
图3是图2的立体结构示意图。
图4是图2的正视图。
图5是图2的侧视图。
图6是图2的A-A剖视图。
图7是图2的B-B剖视图。
图8是图7的R处的局部放大图。
图9是图2的俯视图。
图10是本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统在伸位时的结构示意图。
图11是本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统在曲位时的结构示意图。
图12是本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统弹性棒的结构示意图。
图13是C-C处的剖视图。
图14是本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的椭圆形弹性棒的横截面的结构示意图。
图15是本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的方形弹性棒的横截面的结构示意图。
图16是本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的长方形弹性棒的横截面的结构示意图。
图17是本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的带圆弧的长方形弹性棒的横截面的结构示意图。
图18是本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的层状结构的椭圆形弹性棒的横截面的结构示意图。
图19是本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的层状长方形弹性棒的横截面的结构示意图。
图20是本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的层状带圆弧的长方形弹性棒的横截面的结构示意图。
图21是本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的层状弹性棒的结构示意图。在本实施例中，弹性棒21用3层医用弹性金属板209叠加而成。层状结构的弹性棒21安装固定在支撑棒的限位鞘管22内，在靠近椎弓根钉1的部位，层状结构的弹性棒21与限位鞘管22形成紧配合。而在弹性变形区，即在限位机构201附近，层状结构的弹性棒21与限位鞘管22之间存在运动间隙δ，通常所述运动间隙δ小于0.6mm。
图22是本发明之含一对相互配合的上套筒和下套筒的微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的结构示意图。在本实施例中，采用了一对相互配合的上套筒204和下套筒205来固定支撑棒的弹性棒21。弹性棒21是采用3层医用弹性金属板叠加而成的层状结构。层状结构的弹性棒21的上端通过销钉206和铆钉孔208安装在上套筒204的套筒的中心孔203内；同样，层状结构的弹性棒21的下端通过销钉206和铆钉孔208安装在下套筒205的套筒的中心孔203内。上套筒204的限位块2011与下套筒205的限位块2011之间形成的间隙构成了限位机构的槽孔207，槽孔207限制了腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的运动范围。
图23是本发明之设有预置有弯曲角度的微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的结构示意图。在本实施例中，本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的支撑棒预设了弯曲角度β。弯曲角度β是支撑棒2的中轴线与垂直方向的夹角，通常预置的弯曲角度β小于5°，使得构成所述支撑棒2的弹性棒21和限位鞘管22具有与人体腰椎相适应的生理弧度。套筒202上设置的限位块2011之间的间隙构成了限位机构的槽孔207，槽孔207的大小确定了腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的运动范围。支撑棒2的弹性棒21的两端分别固定在套筒202上，弹性棒21的中部安装在套筒202的套筒中心孔203内，弹性棒21的中部的外径小于套筒中心孔203的内径。这种结构使得弹性棒21的中部在套筒中心孔203内能进行均匀的弹性变形，来避免对应于限位机构的槽孔207处的集中变形，从而提高弹性棒21的使用寿命。
上述图中：1为椎弓根钉，2为支撑棒，21为支撑棒的弹性棒，22为支撑棒的限位鞘管，201为限位机构，202为套筒，203为套筒的中心孔，204为上套筒，205为下套筒，206为销钉，207为限位机构的槽孔，208为铆钉孔，209为医用弹性金属板，2011为限位机构上的限位块，L1为椎弓根钉邻近的区间，L2为限位机构邻近的区间，L3为限位机构的限位间隙，H为上套筒与下套筒之间的轴向运动间隙，δ为弹性棒与套筒之间的运动间隙，d1为弹性棒对应于连接椎弓根钉的区间L1处的直径，d2为弹性棒对应于在弹性变形区间L2处的直径，d3为限位鞘管的套筒的内径，β为支撑棒预置的弯曲角度。
具体实施方式
实施例1：本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统
参考图1至图13，本实施例中，公开了一种本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统。所述微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统由支撑棒2和至少2个椎弓根钉1构成，椎弓根钉1安装在支撑棒2上。所述支撑棒2含有弹性棒21和限位鞘管22，弹性棒21是在外力作用下能发生弹性变形，当外力解除后又能恢复到原来形状的弹性体。限位鞘管22含有套筒202以及能限制弹性棒21的运动幅度的限位机构201，套筒202上设有限位机构201，弹性棒21固定在限位鞘管22的套筒202的中心孔203内。
所述弹性棒21采用医用高弹性β钛合金制造或医用超弹性钛基非晶态合金制造。所述弹性棒21在对应于连接椎弓根钉区间L1处的直径d1，所述弹性棒21在弹性变形区间L2的直径为d2。所述套筒202采用医用钛镍形状记忆合金制造，套筒202的内径为d3。所述弹性棒21在对应于连接椎弓根钉区间L1处的直径d1略大于套筒202的内径为d3，形状过盈紧配合。先在低温下，如0℃～15℃的冷水中，将套筒202的内径d3适当扩大，使得其大于弹性棒21的直径d1，然后将其置于33℃～37℃的热水中，医用钛镍形状记忆合金制造的套筒202的内径d3恢复到原来的尺寸，由于所述套筒的内径d3小于弹性棒的外径d1，所以套筒201与弹性棒21在对应于连接椎弓根钉的区间L1处形成紧配合。所述弹性棒21与套筒202固定牢靠，构成了支撑棒2。
在套筒202对应于限位机构邻近的区间L2的区域，即弹性变形区域L2处，设有槽孔207。所述槽孔207的上端与下端之间各设有定位块2011，2个相互配合的定位块2011以及槽孔207共同构成了限位机构201。当身体向前弯曲时，支撑棒2的弹性棒21也向前弯曲，右侧的槽孔207逐步闭合，上下定位块相互接触，起到屈位限位的作用，参考图11。同样，当身体向后伸直时，左侧的槽孔207逐步闭合，上下定位块相互接触，起到伸位限位的作用，参考图10。
由于在支撑棒2对应于弹性变形区间L2的套筒202的内径d3与弹性棒21的外径d2之间存在间隙δ，既保证了弹性棒21的适度微动、弯曲，又有一定的限位作用，使得弹性棒21不能过度运动和弯曲。所述间隙δ以及所述限位机构201的存在和共同作用，既保证了本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的弹性棒21能进行适度的微动、弯曲，又起到了限位的作用，这样，就达到了在不牺牲脊柱固定稳定性的前提下，增加载荷分享，减少对力遮挡和应力集中的临床要求。
此外，当采用钛镍形状记忆合金制造发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统时，通过定型热处理工艺，还可以将构成所述支撑棒2的弹性棒21和限位鞘管22设计成具有与人体腰椎相适应的生理弧度，通常预置的弯曲角度β小于5°，参考图23。
制造本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的材料还可以选自：医用钛合金、医用钛镍形状记忆合金、医用高弹性β钛合金、医用钛锆铌合金、医用钛基非晶态合金、医用铌基非晶态合金、医用铁基非晶态合金、医用不锈钢等医用金属材料。
实施例2：本发明之层状结构的微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统
参考图22，以及图18，图19，图20。在本实施例中，其基本结构与实施例1相同，其不同点在于：
所述支撑棒2的套筒202由上套筒204和下套筒205构成。所述弹性棒21的上端通过销钉206固定在上套筒204上，所述弹性棒21的下端通过销钉206固定在下套筒205上；上套筒204上的定位块2011、下套筒205上的定位块2011以及上、下套筒的定位块之间的槽孔207共同构成了限位机构201。
所述弹性棒21是由医用弹性材料板分层叠加制造的层状结构的弹簧板结构。层状弹簧板结构的弹性棒21的上端和下端各设有铆钉孔208。铆钉孔208的直径略大于用来铆接的销钉206的直径，使得所述弹性棒21能围绕销钉206做适当的轴向运动。轴向运动的间隙H即是铆钉孔208的直径与销钉206的直径之间的差值，通常，所述间隙H小于0.5mm。
本实施例由于采用了层状弹簧板结构的弹性棒21，不仅使得本发明之微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统在伸位和屈位有更好的抗疲劳性能；而且，在轴向，即上、下方向，也可以适当微动，能更好地满足在不牺牲脊柱固定稳定性的前提下，增加载荷分享，减少应力遮挡和应力集中的临床要求。
应该注意，本文中公开和说明的结构可以用其它效果相同的结构代替，同时本发明所介绍的实施例并非实现本发明的唯一结构。虽然本发明的优先实施例已在本文中予以介绍和说明，但本领域内的技术人员都清楚知道这些实施例不过是举例说明而已，本领域内的技术人员可以做出无数的变化、改进和代替，而不会脱离本发明，因此，应按照本发明所附的权利要求书的精神和范围来限定本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统，由支撑棒(2)和至少2个椎弓根钉(1)构成，椎弓根钉(1)安装在支撑棒(2)上，其特征在于：
A.所述微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的支撑棒(2)含有弹性棒(21)和限位鞘管(22)；
B.所述弹性棒(21)是在外力作用下能发生弹性变形，当外力解除后又能恢复到原来形状的弹性体；
C.所述限位鞘管(22)含有套筒(202)以及能限制弹性棒(21)的运动幅度的限位机构(201)；所述套筒(202)上设有限位机构(201)；
D.所述弹性棒(21)固定在限位鞘管(22)的套筒(202)的中心孔(203)内。
2.根据权利要求1所述微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统，其特征在于所述限位机构(201)是由一对相互配合的限位块(2011)和槽孔(207)构成。
3.根据权利要求1所述微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统，其特征在于所述弹性棒(21)是医用弹性材料制造，所述弹性棒(21)的横截面的形状选自：圆形、椭圆形，正方形，长方形，带圆弧的长方形。
4.根据权利要求1所述微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统，其特征在于所述弹性棒(21)是医用弹性材料板制造的层状叠加方式构成的弹簧板。
5.根据权利要求1所述微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统，其特征在于所述套筒(202)的中心孔(203)的形状与弹性棒(21)相匹配，所述中心孔(203)的横截面的形状选自：圆形、椭圆形，正方形，长方形，带圆弧的长方形。
6.根据权利要求1所述微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统，其特征在于所述弹性棒(21)安装在套筒的中心孔(203)内；在对应于所述支撑棒的套筒上的限位块(2011)的邻近区间(L2)内，弹性棒(21)与套筒(202)之间设有运动间隙δ；在对应于所述支撑棒(2)的套筒上安装椎弓根钉(1)的邻近区间(L1)内，弹性棒(21)与套筒(202)之间为紧配合。
7.根据权利要求1所述微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统，其特征在于所述弹性棒(21)与套筒(202)之间设有运动间隙δ小于0.6mm。
8.根据权利要求1所述微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统，其特征在于所述限位鞘管的套筒(202)至少含有一对相互配合的上套筒(204)和下套筒(205)构成；上套筒(204)和下套筒(205)通过销钉(206)与弹性棒(21)连接，上套筒(204)与下套筒(205)在沿限位鞘管(22)的轴向的运动间隙H小于0.5mm。
9.根据权利要求1所述微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统，其特征在于制造所述微动腰椎椎弓根钉棒弹性固定系统的材料选自：医用钛合金、医用钛镍形状记忆合金、医用高弹性β钛合金、医用钛锆铌合金、医用钛基非晶态合金、医用铌基非晶态合金、医用铁基非晶态合金、医用不锈钢。
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