[发明专利]骨螺钉

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有改进的力学和机械特性的骨螺钉，适合用于颈椎、脊柱、颅脑等部位的断骨连接和骨骼病变、畸形的修正。

背景技术

在骨科手术中，常常要用到骨螺钉来连接断骨或修正各种骨骼病变和畸形。由于骨骼是人体承受各种力学载荷的主要受力结构，再加上连接好的断骨或修正好的骨骼很容易将所承受的力载荷传递给用于固定的骨螺钉，因此在实际使用中，骨螺钉往往需要承受各种各样周期不同的变力。这不仅要求骨螺钉自身特别坚固，不会在外力作用下损坏，而且要求其能够与骨骼组织牢固地接合，从而不会在外力作用下从骨骼中脱出。

对于第一点要求，主要表现为骨螺钉具有较高的弯曲强度，不会在垂直于轴线方向的外力作用下发生断裂；对于第二点要求，主要是表现为骨螺钉不仅不会在轴向拔出力的作用下脱出，而且很难在力矩作用下沿轴线旋转。

为了加强骨螺钉抵抗轴向拔出力和轴向旋转力矩的能力，传统的做法是增加螺纹的牙型高度并加大螺纹的密度。这样做会显著增加螺钉和骨骼的接触表面积，从而显著增加轴向拔出力和轴向旋转力矩的受力面积，由此来提高骨螺钉所能承受的轴向拔出力和轴向旋转力矩。但是，这样的做法会对骨螺钉其它方面的力学性能造成不利影响。

例如就螺钉的抗弯强度而言，螺纹牙型高度增大会使得相对而言螺纹的内径减小，使得螺钉能承受弯曲应力的截面积减小，抗弯强度显著降低。尤其是当螺纹的密度较高时，容易在牙底处形成尖锐的折角，从而导致应力集中，进一步降低了螺钉的弯曲强度。并且，牙型高度过高并且牙型的轴向尺寸过小，会造成螺纹牙的断裂。

另一方面，为了保持较高的抗弯强度，又不得不增加螺纹的内径，从而减小螺纹牙型高度，其结果是在螺钉表面形成密集的低牙型高度的螺纹。显然，这样一种螺钉结构的抵抗轴向拔出力和轴向旋转力矩的能力都不会太高，因为螺钉与骨骼的接触面积实在是太小了。

因此，人们迫切需要一种新的骨螺钉，其能够与骨骼接触咬合时同时具有改善的抵抗轴向拔出力、轴向旋转力矩和弯曲力矩三种外力的特性，从而全面提高骨螺钉的性能。

发明内容

本发明中提出了一种新的骨螺钉，其特点在于在其原有的第一螺纹顶端的部分表面上，还形成有若干个第二螺纹。由于第二螺纹仅存在于第一螺纹的顶端，并不会减小原有第一螺纹的内径，也不会形成削弱的螺纹牙底，相应地也就不会削弱骨螺钉的抗弯强度。但是，由于第二螺纹的存在，又能够显著地增加螺钉和骨骼的接触表面积，使得轴向拔出力和轴向旋转力矩的承载面积变大，由此确保螺钉力学性能的改善。

根据本发明的一个方面，提出了一种新的骨螺钉，具有包括第一前表面、第一后表面和牙顶的第一螺纹，此外，在第一螺纹的至少部分牙顶上形成有包括第二前表面和第二后表面的第二螺纹结构。

其中，所谓的“前”、“后”方向均是相对于骨螺钉的旋入旋出方向而言的，在本发明的描述中，将沿着轴线方向的螺钉旋入方向称作“前”，而将相反的螺钉旋出方向称作“后”。

优选地，第二前表面在过螺钉轴线的横截面中的方向线大致垂直于所述螺钉的轴线。在第二螺纹中，第二前表面的主要作用是承受螺钉所受的轴向拔出力，而垂直的第二前表面能够很好地实现与骨骼接合，从而在整个第二前表面上均匀地承受载荷。

但是，第二前表面不一定是平面结构，任何可以有效承受轴向拔出力的第二前表面结构，例如各种不规则弧形表面均可以被采用。而为了便于清楚地描述这些结构，这里引入了“方向线”的概念作为第二前表面的参考量。具体来说，“方向线”为将相关曲线的有效部分，即发挥承载或导向等功能的部分首尾相连的直线段，可以用来大致表示该曲线的走势方向，但并不是严格的几何学的概念。而出于同样的考虑，在下文对第一前表面、第一后表面和第二后表面等的描述中也同样使用“方向线”作为参考。

此外，“大致垂直于轴线”的意思是说，该方向线不一定是完全垂直的，也可以与轴线的垂线形成一个夹角。合适夹角的存在不会对螺钉抗轴向拔出力的能力产生任何实质性的影响，其既可以是主动追求的角度修正，以实现螺钉其它方面性能的改善，也可以是对加工中角度误差的容忍，从而显著降低加工的难度，降低生产成本。

一般认为，第二前表面在过螺钉轴线的横截面中的方向线与螺钉旋入方向的夹角为55-100°，优选为75-95°时，可以基本忽略其对螺钉抗轴向拔出力的能力产生的负面影响。其中，可以有意将第二前表面设置为略向后倾斜，从而形成“倒钩”的结构，反而可以在一定程度上进一步改善抗轴向拔出力的性能。