专利名称：用于矫形手术的经改进的正骨螺钉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于矫形手术的经改进的正骨螺钉，尤其是涉及一种用于骨折外固定的器具上的螺钉。
具体地说，本发明涉及一种螺钉，该螺钉具有一个钉头或操作端、一钉杆和一螺纹部分，所述螺纹部分向与操作端相对的末端逐渐变细。
这种器具将实现在人体骨骼结构的非常关键的部位，特别是在关节附近的折断的骨头的加固和复位。
通常对外固定器具的两相对端利用置入骨骼本身的正骨螺钉固定在折断的骨头的相应的未被损伤的部分上。例如，一种情况是，采用具有两相对端固定跨接胫骨骨折的胫骨固定器具。
另一种情况是，例如当骨折损害到关节时，正骨螺钉将被置入与关节相邻的骨骼内。此点例如采用踝关节外固定器具通过将正骨螺钉置入胫骨和距骨内实现此点。
应用正骨螺钉的保持力可以提高这种器具的效率。在一些情况下，螺钉横向穿透骨骼，从而将造成在入口和出口区段骨骼表层的损伤。
在一份该技术领域的综合性的文献中报道过有关旨在确定正骨螺钉的保持力的关键的参数的研究工作。
例如，如发表在解剖学杂志，布里斯托尔，1996年6月17日的题为“锥形外固定螺钉保持在干骺端内的扭矩”(“Cortical profile externalfixation screw maintains torque in the metaphysis”，Anatomy，Bristol，June 17，1996)的文章所述，经发现，相对较细的螺纹将提高螺纹的保持力。
如发表在矫形损伤杂志，卷5，第4期，485-492页中的题为“有关外固定时穿钉松懈的情况的介绍及其避免”(“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，加在螺钉上的径向预载可以避免或缓解在骨骼第一和/或第二表层部分的咬合的丧失或松懈问题的出现。
另外，在插入螺钉前根据螺钉的直径采用预先在骨骼上设置一个孔的措施，可以降低插入温度，如发表在矫形损伤杂志，卷10，第7期，462-469页中的题为“用于网状骨质的螺钉螺纹的设计和保持力”(“Cancellous Bone Screw Thread Design and Holding Power”，Journal ofOrthopaedic Trauma，Vol.10，No.7，pages 462-469)的文章中所述，当温度过高时将会造成对骨骼结缔质的损伤。
出于上述考虑得出如下结论，正骨螺钉的保持力取决于具有协同作用的一系列特性。
而且由申请人所进行的应用研究得出的结论是，螺纹的形状是在骨骼内螺钉保持力的基本因素。
特别是，经发现传统的螺纹形状具有的通病在于，这种螺纹只能实现对由加在穿透骨骼表层部分的力产生的应力的最小的分布。
另外，在骨骼接触面积给定的情况下，传统的正骨螺钉占用的容积较大。
本发明的技术方案在于提出一种正骨螺钉，该螺钉具有一自攻螺丝部分，该部分包括至少一个等螺纹距段，该等螺纹距段具有其截面为三角形尖端形状的螺纹并且该螺纹被具有由两个反向斜面构成的凹面形状的盆地状部分分隔开。该点可实现对螺纹部分的细长的锥形形状的最佳的利用，并可提供大的与骨骼的接触的面积，从而可有效地减少专门的加载压力。
基于此方案，采用如上所述的正骨螺钉解决了该技术问题，该正骨螺钉的特征是，所述螺纹相互间被具有由两个反向斜面构成的凹面形状的盆地状的部分间隔开。
螺钉1具有一个末端2，所述末端适用于由外科医生插入骨骼的表层部分，并且然后利用加在螺钉钉头端3的工具以丝扣方式进行驱动。
螺钉1具有一个钉杆4和一与钉杆4一体成型的螺纹部分5。螺纹部分5为细长的锥形并且其与钉杆相邻的区段的直径与钉杆4相同，接着向末端2方向逐步变细。螺纹部分5占螺钉总长度的三分之一。而且也可以选用另一种螺纹部分5与钉杆部分4的长度比例替代此比例。螺钉宜是自攻丝螺钉，其中该自攻丝螺钉由一可由旋转方向定义的螺旋螺纹形状实现的，所以甚至在加有大的扭矩的情况下，该螺钉也可以更为有效地保持其驱动方向。
图3为本发明的螺纹部分5结构形状的放大图。
螺纹部分宜具有至少一个以等螺纹距，优选1.25mm螺纹距形成的段，并包含有其剖面为三角形结构形状的螺纹9，该三角形结构形状具有的尖角或锐角的角度为15°至30°。
两相邻螺纹的相对的壁间夹有一个锐角α，该锐角的锥端指向螺钉的纵轴X。根据图4所示的实施例，该角优选不大于30°。
宜由相邻的螺纹9之间的凹剖面10形成螺纹的盆地状的部分，从而易于骨质的导流并在螺钉穿透骨骼时可减轻对骨骼的应力。
由两个反向的斜面构成凹面10，在其剖面上形成一钝角β，该钝角的锥端指向螺钉的纵轴。该钝角的角度为120°至150°，根据图3的实施例优选为150°。
内壁之间的区段和螺纹9的盆地状的部分的有效半径为0.2mm。
螺纹的高度是螺纹间距的五分之三，即0.75mm。沿着形状5的螺纹高度是恒定不变的。
这种螺纹通过将钻削集中在驱动/钻孔方向的相对的方向上实现对锥形的最佳利用。
例如仅出于说明的目的，螺钉1的整个长度可以是175mm，其中的螺纹部分5为60mm。
另外，可以视需要提供给外科医生具有各种长度的正骨螺钉系列。例如相宜的系列范围包括140mm螺钉总长度，其中螺纹部分为40mm；或螺钉长210mm，其中螺纹部分为70mm；或螺钉长255mm，其中螺纹部分至少为80mm。
当螺钉为175mm长时，钉杆的直径优选为6mm，该直径与与钉杆4邻接的螺纹部分5的外径相同。在末端2的螺纹部分的外径为4mm。
据此，在邻接钉杆处的螺纹部分的底径为4.5mm，在末端的底径为2.5mm。
在螺钉1的末端2上宜采用线性铣削方式形成一对相对的凹槽11、12。
所述凹槽以对应于螺钉1的纵轴的预定的倾角伸展，并与末端附近的螺纹部分5的一端段相交。
倾角的角度优选为150°。
这种开有一对凹槽的措施可以使螺钉易于进入预先钻好的孔内，穿过骨骼，而且也使螺纹部分段伴随末端穿过骨骼，而不会造成移动，影响到骨骼的第二个表层部分。
为完善本说明，还要指出一点的是，由于钉头要突出于固定器具，所以在螺钉1的钉头3附近设置有一个环槽15，该环槽构成螺钉部分的终结。
以公知的方式实现对本发明螺钉的应用，其不同点仅在于，对骨骼进行预钻孔，以便实现相宜的径向预载并使插入的温度保持在很低的程度。
申请人对具有上述钉头形状的原型正骨螺钉进行了试验并进行了有限元(FEM)计算。
为对在如下三种不同的加载情况下两种不同的螺钉形状对网眼状骨基质的作用加以评价，进行了相应的计算1)螺钉/骨骼交互作用；2)拉拔力；3)模拟的实际负载。
要指出的是，由于骨骼并不是线性弹性材料，所以对在骨骼中产生的应力的分析结果并不是绝对值。因此，根据有限元法分析得出的值在一定意义上讲，是建立在比较的基础之上的，并且特别是与那些作为现有技术应用的传统的正骨螺钉相比。
将5mm直径(螺钉1的锥形直径的平均值)和高度为0.75mm的螺丝的插入将导致加载状况(1)的形成。这意味着螺纹部分的底径为3.5mm。这样一种螺丝被插入3.2mm的孔内。在此条件下，螺钉以所谓的交互作用量“i”运作，所述的交互作用量i由下式得出(螺钉底径-孔直径)/2＝(3.5-3.2)/2＝0.15mm。
对承受特定单位面积压强(p＝1牛顿/mm2＝1兆帕)的旋入的螺钉进行抗拉试验(2)，以便就其对连接的网眼状的骨骼的作用进行研究。这种状况对没有螺钉/骨骼交互作用量情况下的拉拔作用进行模拟，即与骨骼松懈状况类似。
实际加载状况(3)是由上述两种状况的结合构成的。特别是以交互作用量i＝0.15mm和特定的拉拔力为8.5兆帕对加载的情况进行模拟。
在这里，在说明书中综述的采用有限元方法的分析结果并不会过度的加重本说明书支持的负担，该分析结果表明，本发明的螺钉将比传统的螺钉实现更为均匀的应力分布。
另外，由拉拔产生的明显增大的应力图形曲线表明，本发明的螺钉将应力传递给各个螺纹，而另一方面采用传统的螺钉主要仅涉及单独的一个螺纹。
最后，本发明的螺钉表明，即使在没有交互作用量的情况下，即在预钻的孔过大、松懈或骨质疏松的情况下也具有均匀分布的压力。
所以，本发明的正骨螺钉解决了该技术问题，并具有许多优点，其中最突出的优点是，螺钉的螺纹形状可以实现骨骼应力的最佳化，从而一方面造成与骨骼的大面积的接触并可以使骨骼物质松弛地进入螺纹凹底面。此点可以使在加载的情况下特定的压力和用于螺钉穿透的扭矩较小。
权利要求
1.一种用于矫形手术的经改进的正骨螺钉，尤其是一种在骨折外固定的器具上应用的螺钉，该螺钉具有一个钉头(3)、一个钉杆(4)和一个螺纹部分(5)，所述螺纹部分向位于钉头(3)的相对端的末端(2)逐渐变细，其中所述螺纹部分(5)至少具有一个等螺纹距段，该等螺纹距段含有其截面为锐角或尖头状的三角形的螺纹(9)，其特征在于，所述螺纹(9)相互被盆地状部分间隔开，该盆地状部分具有由两个反向斜面构成的凹面形状(10)。
2.按照权利要求1所述的正骨螺钉，其特征在于，所述盆地状的部分的截面具有一个钝角(β)，该钝角的锥端指向螺钉的纵轴。
3.按照权利要求2所述的正骨螺钉，其特征在于，所述钝角(β)的角度至少为150°。
4.按照权利要求1所述的正骨螺钉，其特征在于，所述尖头形成的角度为15°至30°。
5.按照权利要求1所述的正骨螺钉，其特征在于，所述等螺纹距为1.25mm。
6.按照权利要求1所述的正骨螺钉，其特征在于，相邻的螺纹的相对面的壁的截面为一锐角(α)，其锥端指向螺纹的纵向轴。
7.按照权利要求6所述的正骨螺钉，其特征在于，所述锐角(α)的角度为15°至30°。
8.按照权利要求1所述的正骨螺钉，其特征在于，螺纹部分(5)大约是螺钉长度的三分之一。
9.按照权利要求1所述的正骨螺钉，其特征在于，螺纹的高度是螺纹距长度的五分之三。
10.按照权利要求9所述的正骨螺钉，其特征在于，所述高度为0.75mm。
全文摘要
本发明涉及一种用于矫形手术的经改进的正骨螺钉,尤其是涉及一种在骨折外固定的器具上应用的螺钉,该螺钉具有一个钉头(3)、一个钉杆(4)和一个螺纹部分(5),所述螺纹部分向位于钉头(3)的相对端的末端(2)逐渐变细,其中所述螺纹部分(5)至少具有一个等螺纹距段,该等螺纹距段含有其截面为尖头状的三角形的螺纹,所述螺纹相互被盆地状部分间隔开,该盆地状部分具有由两个反向斜面构成的凹面形状(10)。
文档编号F16B25/10GK1345207SQ00805679
公开日2002年4月17日 申请日期2000年4月3日 优先权日1999年4月8日
发明者达尼埃尔·文图里尼 申请人:奥叟菲克斯公司