Некруглый транспедикулярный винт
Изобретение относится к медицине. Медицинский костный винт, в частности винт транспедикулярного типа, содержит резьбовой стержень, который имеет дистальный передний участок стержня с малым на определенной длине стержня постоянным диаметром сердечника и проксимальный задний участок стержня с большим на определенной длине постоянным диаметром сердечника, на проксимальном конце которого расположена головка винта. Форма поперечного сечения сердечника вдоль дистального переднего участка стержня с малым на определенной длине стержня постоянным диаметром сердечника выполнена некруглой, а форма поперечного сечения сердечника вдоль проксимального заднего участка стержня с большим на определенной длине стержня постоянным диаметром сердечника выполнена круглой. Изобретение обеспечивает надежное и длительное введение больших сил в кость пациента с более высокой вторичной стабильностью относительно сил вращения. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.
Данное изобретение относится к некруглому транспедикулярному винту с некруглым в поперечном сечении по меньшей мере на некоторых участках профилем сердечника винта согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Транспедикулярный винт является хирургическим инструментом/имплантатом для стабилизации позвоночника. Транспедикулярный винт часто применяется в хирургии позвоночника в операциях по стабилизации, например, для репозиционировании спондилолистеза или для придания жесткости позвонкам. Его, как правило, саморежущая резьба облегчает ввинчивание винта в корень позвонковой дужки двух или более позвонков. Головка винта или, соответственно, тюльпан, установлена либо подвижно (многоосно) с помощью шарового шарнира на стержне винта, или жестко (моноосно) соединена с резьбой.
В резьбовой головке/тюльпане находится проходящая в осевом направлении U-образная выемка, в которой может размещаться стержень. Этот стержень фиксируется с помощью регулировочного винта в резьбовой головке. Таким образом, транспедикулярный винт можно применять в качестве инструмента с целью, например, возврата смещенного позвонка (спондилолистеза) обратно в правильное положение. Для стабилизации позвоночника четыре или больше транспедикулярных винтов соединяются со стержнями вдоль оси позвоночника. Транспедикулярные винты с указанной выше конструкцией известны в уровне техники по многим публикациям, на которые делается ссылка в последующем описании. Поэтому подробное описание транспедикулярного винта, в частности резьбовой головки и поперечины, здесь не приводится, как известное из уровня техники.
Однако из уровня техники в отношении стержня винта известны такие формы транспедикулярного винта, которые в продольном направлении стержня имеют различные (непрерывно или ступенчато расширяющиеся) поперечные сечения сердечника. За счет этого должно достигаться радиальное напряжение ввинченного в позвоночник транспедикулярного винта, в частности, в наружной/проксимальной зоне головки в сверленом отверстии и тем самым передача более высоких усилий в позвонок, без ослабления. Предлагалось также расширять в радиальном направлении боковые стороны профиля резьбы в продольном направлении стержня вплоть до резьбовой головки непрерывно или ступенчато, с целью все большего врезания в тело позвонка. Это должно предотвращать выламывание транспедикулярного винта.
Несмотря на эти хорошо известные попытки создания оптимальной конструкции стержня/боковых сторон профиля резьбы, остается важной проблемой надежное удерживание транспедикулярного винта в позвонке в течение длительного времени. В частности, из уровня техники известны следующие особенно важные дефекты:
- недостаточная вторичная стабильность относительно воздействующих на транспедикулярный винт сил вращения,
- вырывание транспедикулярного винта из кости при силах растяжения и сдвига,
- трудное и медленное ввинчивание,
- невозможность контролирования процесса ввинчивания.
Хотя в области техники винтов существует в целом множество различных форм винта и конструкций винта, однако они предназначены для определенных применений вне медицинской техники, например, для взаимодействия с древесиной, пластмассой, гипсовыми плитами или подобными строительными материалами. Костный материал отличается от них значительно не только на основании своего состава и прочности, но также на основании того, что речь идет при этом о еще живом материале, который непрерывно изменяет и обновляет свою структуру. Кроме того, обычные винты вне медицинской техники подвергаются другим нагрузкам (в большинстве случаев статическим нагрузкам) по сравнению с применением в медицине в теле пациента. Поэтому они могут быть изготовлены из других материалов, которые обеспечивают оптимальное соединение с соответствующим строительным материалом. В медицинской технике это невозможно или возможно лишь ограниченно по причинам гигиены, а также по причинам совместимости с телом. Поэтому решения вне медицинской техники нельзя автоматически переносить на конструкцию костных винтов.
Исходя из этих проблем уровня техники, задачей данного изобретения является создание костного, в частности, транспедикулярного винта, с помощью которого обеспечивается надежное и длительное введение больших сил в кость пациента. В частности, костный, соответственно, транспедикулярный винт должен быть оптимизирован для достижения более высокой вторичной стабильности относительно сил вращения.
Эта задача решена, а также достигаются другие цели данного изобретения с помощью костного винта с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Основной принцип действия данного изобретения основывается на идее разделения резьбового стержня костного или, соответственно, транспедикулярного винта по меньшей мере на два продольных участка, а именно дистальный и (предпочтительно непосредственно) примыкающий проксимальный участок стержня. Исключительно дистальный участок стержня имеет проходящую относительно резьбового сердечника дистального участка стержня форму поперечного сечения, которая отклоняется от круглой формы. За счет этой «некруглой» формы поперечного сечения резьбового сердечника исключительно в дистальном участке стержня костный/транспедикулярный винт может воспринимать больше определенных сил вращения, чем в случае непрерывно круглого резьбового сердечника, без ослабления в кости или без дальнейшего ввинчивания. Однако поскольку проксимальный участок сохраняет круглую форму резьбового сердечника, то костный/транспедикулярный винт можно прочно затягивать в кости пациента, в частности, на стороне края кости, и тем самым длительно вводить силы сдвига в кость. При этом следует предпочтительно отметить, что дистальный участок имеет определенную длину участка (приблизительно 0,5 общей длины стержня) с (постоянным) малым (средним) диаметром сердечника. Проксимальный участок также имеет определенную длину участка (приблизительно 0,5 общей длины стержня) с (постоянным) большим (средним) диаметром сердечника.
Предпочтительно предусмотрено, что некруглая форма поперечного сечения сердечника представляет собой многоугольник с предпочтительно имеющими острые кромки углами. За счет этого повышается способность восприятия/передачи сил вращения в костях.
Согласно одному, при необходимости независимому аспекту изобретения может быть предусмотрено, что количество углов в продольном прохождении дистального участка стержня изменяется. Так, например, в дистальной зоне может быть выполнена сначала квадратная форма, которая затем в средней зоне дистального участка стержня переходит в пятиугольную или шестиугольную форму. За счет этого дополнительно повышается способность выдерживать нагрузки силы вращения.
Согласно другому, возможно независимому аспекту данного изобретения, может быть предусмотрено, что углы между соответствующими соседними в продольном направлении витками резьбы в своем угловом положении расположены друг за другом вдоль дистального участка стержня. Однако в качестве альтернативы этому возможно также, что углы между соответствующими соседними в продольном направлении витками резьбы расположены с угловым сдвигом относительно друг друга. В последнем случае может быть предусмотрено, что величина углового сдвига и/или направление углового сдвига изменяется в продольном направлении стержня непрерывно или ступенчато. За счет этих нерегулярностей обеспечивается возможность ввода в кости больших сил вращения и надежного удерживания костного винта в материале кости.
Согласно другому, при необходимости независимому аспекту данного изобретения, стержень винта и предпочтительно дистальный участок стержня могут быть изготовлены с некруглым диаметром сердечника посредством вихревого нарезания резьбы с помощью инструмента для вихревого нарезания резьбы. За счет этого образуются по существу имеющие острые кромки углы на периметре сердечника, за счет чего повышается способность ввода в кость сил вращения.
Предпочтительно, когда наружные кромки боковых поверхностей винта также в зоне дистального участка стержня выполнены с непрерывной спиральной формой. В частности, предпочтительно, когда наружные кромки боковых поверхностей винта особенно в дистальном участке стержня выполнены без изломов и кромок. За счет этого обеспечивается надежное винтовое соединение с костью, и через боковые стороны профиля резьбы могут вводиться в кость большие силы растяжения, без вырывания при этом винта.
Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основе предпочтительных примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - резьбовой сердечник костного винта, в частности транспедикулярного винта, согласно первому предпочтительному примеру выполнения изобретения без боковой стороны профиля резьбы и головки винта, в изометрической проекции;
фиг. 2 – разрез резьбового сердечника в дистальном участке стержня костного винта согласно фиг. 1 без боковой стороны профиля резьбы и головки винта;
фиг. 3 – поперечное сечение резьбового сердечника в дистальном участке стержня костного винта согласно фиг. 1;
фиг. 4 – разрез резьбового сердечника в проксимальном участке стержня костного винта согласно фиг. 1 без боковой стороны профиля резьбы и головки винта;
фиг. 5 - резьбовой сердечник костного винта, в частности транспедикулярного винта, согласно второму предпочтительному примеру выполнения изобретения без боковой стороны профиля резьбы и головки винта в изометрической проекции;
фиг. 6 - резьбовой сердечник костного винта, в частности транспедикулярного винта, согласно третьему предпочтительному примеру выполнения изобретения без боковой стороны профиля резьбы и головки винта в изометрической проекции;
фиг. 7 – продольное направление образованных за счет многоугольной формы поперечного сечения сердечника продольных кромок в дистальном участке стержня в изометрической проекции; и
фиг. 8 – принципиальное прохождение резьбового сердечника костного винта согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения.
Показанный на фиг. 1–3 костный винт, предпочтительно в виде транспедикулярного винта, согласно первому предпочтительному примеру выполнения изобретения, имеет стержень 1 винта и шаровидную головку 2 винта на проксимальном конце стержня 1 винта. Головка 2 винта предназначена для соединения с возможностью относительно поворота с неизображенным цилиндрическим тюльпаном, в котором выполнена открытая в осевом направлении с одной стороны продольная прорезь, исходя из проксимального конца тюльпана, который предусмотрен для поперечного вложения также неизображенной поперечины или штанги. Такая конструкция тюльпана для многоосного транспедикулярного винта достаточно известна из уровня техники, так что здесь делается ссылка на соответствующий уровень техники. Кроме того, здесь также следует отметить, что вместо показанного многоосного транспедикулярного винта может быть также предусмотрен одноосный транспедикулярный винт известного выполнения или простой костный винт.
Согласно изобретению стержень 1 винта разделен на несколько, предпочтительно два продольных участка 4, 6. Проксимальный участок 4 непосредственно в продольном примыкании к головке 2 винта имеет в данном случае большой (средний) диаметр сердечника, который в этом примере выполнения является цилиндрическим, т.е. имеет в продольном направлении остающееся круглым поперечное сечение. В принципе проксимальный участок 4 может иметь по своей осевой длине постоянный диаметр сердечника. Однако возможно также, что диаметр сердечника уменьшается непрерывно или ступенчато, исходя из головки 2 винта, в дистальном направлении.
Непоказанные на фиг. 1–3 боковые стороны профиля резьбы имеют, как правило, острую, а также без изломов наружную кромку, при этом наружный диаметр боковой стороны профиля резьбы предпочтительно следует диаметру сердечника. То есть, если диаметр сердечника изменяется, то соответственно изменяется также наружный диаметр боковой стороны профиля резьбы. Таким образом, обеспечивается, что резьба винта всегда достаточно врезается в кость, и тем самым может вводить в кость максимальные силы растяжения.
Показанный на фиг. 1 и 2 проксимальный участок 4 стержня с цилиндрическим поперечным сечением сердечника переходит в средней зоне 8 стержня 1 винта в дистальный участок 6 стержня, со (средним) диаметром сердечника, который меньше диаметра сердечника проксимального участка 4 стержня. При этом следует отметить, что оба участка 4, 6 стержня могут иметь, в качестве альтернативного решения, также по существу одинаковые диаметры сердечника. Кроме того, диаметр сердечника дистального участка 6 стержня в данном примере выполнения показан постоянным по всей длине участка. Однако возможно также, что диаметр сердечника дистального участка 6 стержня непрерывно или ступенчато уменьшается в направлении вершины 10 винта.
Важным в данном изобретении является то, что (исключительно) дистальный участок 6 стержня выполнен с отклоняющейся от цилиндрической формы (круглой формы) формой поперечного сечения сердечника. Другими словами, (малое, среднее) поперечное сечение дистального участка 6 стержня имеет по всей своей длине многоугольную форму предпочтительно с одинаковыми сторонами. В частности, (малое, среднее) поперечное сечение сердечника согласно фиг. 3 имеет в целом пять углов, при этом эта многоугольная форма по существу без перехода граничит с круглой формой проксимального участка 4 стержня согласно фиг. 4. Кроме того, наружный диаметр винта, в частности также в зоне многоугольного участка, может быть независимо от многоугольной формы сердечника винта (по существу без изломов) круглым, как это показано на фиг. 6.
Пять углов многоугольной формы выполнены согласно одному предпочтительному примеру выполнения по всей длине дистального участка стержня всегда в одинаковом угловом положении. За счет этого получаются, как показано на фиг. 2, пять параллельных оси прямых наружных линий/кромок 12. Однако в качестве альтернативного решения согласно второму примеру выполнения данного изобретения можно также изменять угловые положения углов вдоль дистального участка 6 стержня, как это показано схематично, в частности, на фиг. 5.
В соответствии с этим, углы многоугольного поперечного сечения сердечника, исходя из вершины 10 винта, сначала непрерывно смещены в дистальном направлении против часовой стрелки, а затем смещены непрерывно в направления часовой стрелки. За счет этого получаются проходящие S-образно или зигзагообразно в продольном направлении наружные линии/кромки на сердечнике винта.
В качестве альтернативного решения или дополнительно к указанному выше, дистальный участок 6 стержня может быть разделен на несколько осевых зон, в которых (малые, средние) поперечные сечения сердечника имеют многоугольную форму с различным относительно друг друга количеством углов, как показано на фиг. 6. В соответствии с этим, дистальный участок 6 может быть разделен, например, на три осевые зоны 6а, 6b, 6c, в соответствии с чем число углов соответствующей многоугольной формы, исходя из вершины 10 винта, изменяется с четырех на пять, а затем на шесть. В принципе возможны зоны с двумя до любого количества углов. За счет этого получает винтовая наружная форма сердечника винта, как показано на фиг. 7.
Для обеспечения возможности точного изготовления многоугольной формы поперечного сечения сердечника винта согласно изобретению используется инструмент для вихревого нарезания резьбы известной конструкции. В соответствии с этим, изготавливается «некруглое», предпочтительно многоугольное поперечное сечение сердечника посредством качания или, соответственно, перемещения инструмента для вихревого нарезания резьбы внутри поворота на 360º костного винта вокруг собственной оси многократно в направлении сердечника резьбы. Создаваемое при этом маятниковое движение составляет предпочтительно между +/0,05 мм и +/-1 мм. Например, инструмент для вихревого нарезания резьбы (или в качестве альтернативного решения сердечник резьбы) в одном предпочтительном варианте выполнения изобретения качается между путем врезания 3,2 мм и 3,7 мм. За счет этого образуются углы между обоими путями врезания, которые имеют по существу острые кромки в зависимости от того, как быстро изменяются пути врезания относительно скорости вращения.
В этом случае в цилиндрическом проксимальном участке 4 стержня сердечник резьбы внутри двух полных оборотов костного винта вокруг своей оси выдвигается на величину диаметра сердечника резьбы, например, на 4 мм. За счет этого возникает равномерный переход 8 от дистального участка 6 стержня к проксимальному участку 4 стержня.
Наконец, на фиг. 8 схематично показан ход изменения поперечного сечения сердечника винта, согласно одному предпочтительному примеру выполнения изобретения. В соответствии с этим, костный винт согласно изобретению имеет вершину 10 винта, которая в форме конуса переходит в дистальный участок 6 стержня с постоянным, в данном случае малым диаметром сердечника. Исключительно этот участок 6 с постоянным малым диаметром сердечника предусмотрен для выполнения многоугольной формы поперечного сечения сердечника винта. В средней зоне стержня винта образуется переходной участок 8 с конически расширяющимся поперечным сечением сердечника, который заканчивается проксимальным участком 4 стержня с постоянным большим диаметром сердечника (цилиндрической формы). Этот проксимальный участок 4 стержня имеет поперечное сечение сердечника с круглой формой.
Таким образом, раскрыт медицинский костный винт, в частности транспедикулярный винт со стержнем 1 винта и резьбы, который имеет дистальный участок 6 стержня с предпочтительно малым, необязательно, но предпочтительно постоянным (средним) диаметром сердечника, который переходит в проксимальный участок 4 стержня с предпочтительно большим, необязательно, но предпочтительно постоянным (средним) диаметром сердечника, на проксимальном конце которого выполнена головка 2 винта. Согласно изобретению форма поперечного сечения сердечника вдоль дистального участка 6 стержня по меньшей мере частично выполнена некруглой, предпочтительно многоугольной, а форма поперечного сечения сердечника вдоль проксимального участка 6 стержня выполнена круглой.
1. Медицинский костный винт, в частности винт транспедикулярного типа, содержащий резьбовой стержень (1), который имеет дистальный передний участок (6) стержня с малым на определенной длине стержня постоянным диаметром сердечника, и проксимальный задний участок (4) стержня с большим на определенной длине постоянным диаметром сердечника на проксимальном конце которого расположена головка (2) винта, причем
форма поперечного сечения сердечника вдоль дистального переднего участка (6) стержня с малым на определенной длине стержня постоянным диаметром сердечника выполнена некруглой, а форма поперечного сечения сердечника вдоль проксимального заднего участка (4) стержня с большим на определенной длине стержня постоянным диаметром сердечника выполнена круглой.
2. Медицинский костный винт по п. 1, отличающийся тем, что некруглая форма поперечного сечения сердечника представляет собой многоугольник с предпочтительно имеющими острые кромки углами.
3. Медицинский костный винт по п. 2, отличающийся тем, что количество углов в продольном направлении дистального участка (6) стержня изменяется.
4. Медицинский костный винт по п. 2, отличающийся тем, что углы между соответствующими соседними в продольном направлении витками резьбы расположены друг за другом в одинаковом угловом положении вдоль дистального участка (6) стержня.
5. Медицинский костный винт по п. 2 или 3, отличающийся тем, что углы между соответствующими соседними в продольном направлении витками резьбы расположены с угловым сдвигом относительно друг друга.
6. Медицинский костный винт по п. 5, отличающийся тем, что величина углового сдвига и/или направление углового сдвига изменяется в продольном направлении стержня непрерывно или ступенчато.
7. Медицинский костный винт по п. 1, отличающийся тем, что стержень (1) винта по меньшей мере в зоне имеющего некруглое поперечное сечение сердечника дистального участка (6) стержня изготовлены посредством вихревого нарезания резьбы с помощью инструмента для вихревого нарезания резьбы.
8. Медицинский костный винт по п. 1, отличающийся тем, что наружные кромки боковых сторон профиля резьбы также в зоне дистального участка (6) стержня выполнены с непрерывной спиральной формой, а диаметр их наружных кромок следует за диаметром сердечника.
9. Медицинский костный винт по п. 8, отличающийся тем, что наружные кромки боковых сторон профиля винта, в частности, в дистальном участке (6) стержня выполнены без изломов и кромок.
10. Медицинский костный винт по п. 1, отличающийся тем, что с головкой (2) винта связан имеющий форму втулки тюльпан для размещения продольной шины.
