CN1596836A - 脊柱侧凸三维矫正装置 - Google Patents

Abstract

本发明脊柱侧凸三维矫正装置，涉及一种用于治疗脊柱侧凸的矫正器械。本发明包括具有上开口的椎弓根螺钉、经过形状记忆热处理的镍钛合金矫形棒及钉帽，椎弓根螺钉固定在畸形脊柱的两侧，经低温塑形为侧凸脊柱形状的镍钛合金矫形棒分别置入椎弓根螺钉的上开口中，并由钉帽适度锁紧，构成三维矫正结构。本发明还可设置横连接，横连接通过其两端的夹子和螺母将脊柱两侧的镍钛合金矫形棒连接固定成一体。本发明操作简单、安全，可广泛应用于治疗各种类型的脊柱畸形病症。

Description

脊柱侧凸三维矫正装置

技术领域

本发明涉及一种医疗矫正器械，特别是一种用于治疗脊柱侧凸的矫正器械。

背景技术

以特发性脊柱侧凸为代表的各种类型的脊柱侧凸畸形严重危害患者的身心健康。如何根据畸形的部位和程度选择适当的矫正方法，至今仍然没有得到很好的解决。目前的治疗手段通常是采用在畸形脊柱的双侧置入椎弓根螺钉、钩***，在矫形侧置棒时结合旋棒、平移等技术完成矫形棒在逐个钉、钩***上的置入，并最终通过节段间的撑开、加压或平移等技术完成最终的矫形，然后在辅助侧安放支持棒，最后在两棒间安放横连接。在矫形棒置入逐个钉、钩的过程中，很容易发生螺钉拔除、钩移位等情况，矫形操作困难，需要辅助器械多，存在明显的应力集中现象，容易造成神经损伤。现有技术中有采用形状记忆合金棒进行矫正的装置，但仅是接近两维的矫正设计，不能有效的实现三维矫正，即只在冠状面和矢状面具有部分的矫正作用，很难实现轴状面的去旋转作用，因此，在现代脊柱侧凸畸形的矫正中应用较少。

发明内容

本发明的目的是解决常规矫正***矫形过程中可能发生的应力集中、脱钉、拔钉等现象，提供一种整体、自动、协调的脊柱侧凸三维矫正装置，在自动矫形初步完成后，通过脊柱凹侧的节段间撑开或凸侧的节段间加压，还可以实现二次器械矫形。

本发明的技术解决方案如下：

一种脊柱侧凸三维矫正装置，包括镍钛合金矫形棒、椎弓根螺钉、钉帽，其特征在于所述椎弓根螺钉具有与镍钛合金矫形棒动配合的上开口，所述上开口顶端设置有能调节对所述镍钛合金矫形棒锁紧程度的钉帽；所述椎弓根螺钉固定在畸形脊柱的两侧，所述镍钛合金矫形棒为两根，经过对正常脊柱形状记忆热处理，在低温下塑形为侧凸脊柱形状，并分别置入已固定在畸形脊柱两侧的椎弓根螺钉的上开口中，各椎弓根螺钉的上开口由钉帽适度锁紧，构成三维矫正结构。

该装置在手术过程中的具体形成是这样的：在脊柱后外侧常规完成广泛、彻底的软组织松解后，在脊柱侧凸的手术矫形范围内每个节段的两侧均置入椎弓根螺钉，然后在伤口上放置冰块，两根经形状记忆热处理的镍钛合金矫形棒在低温下依照畸形脊柱的形态进行塑形，在无应力状态下十分方便完成双侧矫形棒在椎弓根螺钉中的置入，然后用钉帽适度锁紧椎弓根螺钉的上开口，低温下完成整体内固定置入，构成三维矫正装置。

该装置实现整体、自动、协调矫形的过程是这样的：该装置中的双侧矫形棒同时经50℃温水复温，镍钛合金矫形棒将由置入时的形状向记忆的正常解剖形状恢复，通过节段性椎弓根螺钉产生椎体前、中、后三柱上的三维矫形作用。在镍钛合金矫形棒形状恢复过程中，畸形脊柱的整体矫形自动完成。整体复温后再根据局部畸形矫形的情况，进行二次器械的矫形，最终完成畸形矫正后再锁紧全部钉帽，安放横连接。

所述经过形状记忆热处理的镍钛合金矫形棒的材质为含镍50.3％-51.8at％的镍钛合金，且经过具有单程记忆效应的形状记忆热处理，其表面经过高温氧化惰性处理和聚四氟乙烯喷涂处理。

所述椎弓根螺钉、钉帽和横连接的材质为钛合金或镍钛合金，表面经过高温氧化惰性处理和聚四氟乙烯喷涂处理。

所述镍钛合金矫形棒所记忆的形状为：冠状面呈直线，矢状面为正常人体脊柱矢状面的屈度。

所述镍钛合金矫形棒的直径为6.5mm～7.5mm，长度为50mm～80mm。

所述椎弓根螺钉的螺钉直径为3.5mm～6.0mm，椎弓根螺钉的长度为35mm～55mm。

所述横连接通过其两端的夹子分别与畸形脊柱两侧的镍钛合金矫形棒连接，而每对夹子则通过其两侧的螺母旋紧固定在横连接上。

如上所述，可以看出本发明显著的技术效果。在使用常规矫形器械的手术中，手术医师要逐个对脊柱的每一节段进行撑开、压缩、去旋转、平移、悬臂梁等操作才能完成矫形装置的安装固定。而本发明脊柱侧凸三维矫正装置则能整体、自动、协调实现原来完全依靠器械矫形操作才能实现的矫形过程。具体地，本发明三维立体结构的效果体现在：本发明装置构成过程中镍钛合金矫形棒的置入(即镍钛合金矫形棒与椎弓根螺钉的连接)是在低温塑形后的无应力状态下的置入，因而完全避免了常规手术应力集中带来的损伤；其次本发明装置的矫形棒与椎弓根螺钉的上开口为动配合，且钉帽在装置中处于适度锁紧状态，因此矫形棒在椎弓根螺钉的上开口内有适当的回转余地，在其恢复到记忆的正常解剖形状过程中，不但对畸形脊柱在冠状面和矢状面具有矫正作用，而且在轴状面有去旋转作用，能自动实现三维矫正，且矫正过程是两根矫形棒同时带动整个装置对畸形部位共同施加作用力，是整体、协调的矫正，通常在脊柱变形越大的部位矫形棒恢复力也越大，而现有技术为对不同节段分别矫正、单根矫形棒在矫正过程中孤立起作用。本发明的先进性还体现在，在脊柱畸形最大的部位可以利用辅助器械通过椎体直接去旋转技术，使矫形效率得到提高。本装置完成自动矫形后达到与脊柱抗力的平衡，然后根据侧凸畸形矫正的需要，在凹侧局部节段间撑开或凸侧的节段间加压，有效地完成矫形操作，使矫正过程更科学、更安全，使矫形手术效率显著提高。本发明的优点还体现在，完成自动矫形及器械矫形后，由于两根矫形棒还具有记忆形状回复的超弹性特性，加有横连接的本发明在人体内还存在继续向原形状恢复的趋势，镍钛合金矫形棒始终存在向原形状恢复的应力，即在内固定成熟期后仍然具有潜在的畸形矫正作用和防止矫正丢失的作用。

附图说明：

图1：本发明结构示意图。

图2：图1的A——A向视图。

图3：图1的B——B向视图。

具体实施方式：

下面结合附图说明本发明的技术方案。

如图1、图2所示，本发明脊柱侧凸三维矫正装置包括具有上开口的椎弓根螺钉2(见图2)、经过形状记忆热处理的镍钛合金矫形棒1、横连接4和钉帽3。椎弓根螺钉2设置有上开口，该上开口能与矫形棒1实现动配合，椎弓根螺钉2固定在脊柱侧凸的手术矫形范围内每个节段的两侧，两根经形状记忆热处理且经低温塑形的镍钛合金矫形棒1分别置入畸形脊柱两侧的椎弓根螺钉2的上开口中，并由钉帽3适度锁紧。低温塑型采用在伤口处放置冰块使矫形棒1变形为畸形脊柱的形状，从而构筑成本发明的基本矫形装置，为实施例1，即不带横连接。椎弓根螺钉2的上开口与钉帽3可采用螺纹连接，也可采用其他连接方式使两者的连接可调节对镍钛合金矫形棒1作用的松紧，使镍钛合金矫形棒1能适度旋转，以实现三维矫正。经50℃温水复温，镍钛合金矫形棒1将从置入时的形状向记忆的正常解剖形状恢复。在镍钛合金矫形棒1形状恢复过程中，迫使与其固连的椎弓根螺钉2共同整体作用，使脊柱向正常形状恢复，直到与畸形脊柱达到作用力平衡，整体矫形自动完成。整体矫形后再根据局部畸形矫形的情况，进行二次器械矫形。最终完成畸形矫正后再锁紧钉帽，安装横连接4，为本发明实施例2。横连接4通过其两端的夹子5和螺母6将脊柱两侧的镍钛合金矫形棒1连接固定成一体。

图1中镍钛合金矫形棒1的材质为含镍50.3％-51.8at％的镍钛合金，经过单程形变的热处理工序。该镍钛合金矫形棒1在达到相变回复结束温度(32±2℃)时，将主动回复到记忆形态。镍钛合金矫形棒1矢状面的记忆形状是由多段小弧顺滑连接而成，冠状面呈直线。所述矢状面的弧度是按照正常人体脊柱矢状面屈度的相关解剖资料，并根据不同的脊柱节段(T2-L4)与颈7椎体前缘铅垂线的距离换算而成。

上述单程形变的热处理工序，是指镍钛合金矫形棒仅记忆奥氏体晶相的形状(脊柱正常冠状位和矢状位的屈度)。在低温环境中，奥氏体晶相的镍钛合金矫形棒将转换成马氏体晶相，因而很容易完成塑形和置入。

本实施例采用的镍钛合金矫形棒1的直径为6.5mm和7.5mm。试验表明，由于相变温度设定的差异在其相变过程中产生的形变回复力既能满足脊柱侧凸矫形的需要，同时内固定装置的整体性，不会出现局部过度矫正，造成神经损害。

本发明采用的镍钛合金矫形棒1的长度分别50cm、55cm、60cm、65cm、70cm、75cm、80cm。

镍钛合金矫形棒1的表面经过高温(400℃)氧化惰性处理和聚四氟乙烯喷涂处理。高温氧化处理可使其表面形成一层稳定而致密的氧化膜，使金属离子不能释放出来。聚四氟乙烯的涂层处理可进一步增强其表面的耐腐蚀能力，减少了可能存在的细胞毒性。实验表明，将镍钛合金棒埋在兔体内1年，组织学检查没有发现异常的组织反应。镍钛合金矫形棒1表面较薄的氧化层不会影响它的形状回复性能。

图2中椎弓根螺钉2采用上开口设计，钉帽3和钉体的结合部进行了加强改进，切迹适中。

椎弓根螺钉2和钉帽3的材质可以是经过表面处理的金属材料，如镍钛合金、钛合金或不锈钢。本发明采用的椎弓根螺钉2和钉帽3的材质为镍钛合金，表面经过高温(600-700℃)氧化惰性处理和聚四氟乙烯喷涂处理。镍钛合金比重小，抗拉强度是不锈钢的2倍，弹性模量仅为后者的四分之一，接近人体的弹性模量，硬度、疲劳强、剪切强度、冲击韧性也都优于不锈钢。高硬度、低弹性模量的性能组合特性有利于减少应力遮挡现象。

本发明采用的镍钛合金椎弓根螺钉的直径为3.5mm、4.0mm、5.0mm、6.0mm四种规格；每种规格长度包括35mm、40mm、45mm、50mm、55mm。

图1中横连接4通过其两端的夹子5与镍钛合金矫形棒1固定，而每对夹子则通过其两侧的螺母6旋紧固定在横连接上，参见图3。

横连接4的材质可以是经过表面处理的金属材料，如镍钛合金、钛合金或不锈钢。本发明采用的横连接4的材质为镍钛合金，表面经过高温(600-700℃)氧化惰性处理和聚四氟乙烯喷涂处理。

脊柱侧凸三维矫正装置的安装过程如下。

1.将脊柱侧凸三维矫正装置的所有部件浸泡、或煮沸或高压消毒，备无菌冰盒与50-60℃的温生理盐水；

2.将镍钛合金矫形棒置于冰盒的冰水中20-30分钟，在冰水中按照侧凸冠状面和矢状面的形态进行塑形；

3.按常规方法在脊柱侧凸拟融合范围内的各椎***置置入椎弓根螺钉；

4.切口范围内放入碎冰降温，椎弓根螺钉中置入镍钛合金矫形棒，进行调整和适度锁紧全部钉帽；

5.清除碎冰和冰水，使用多块浸泡过50-55℃热盐水的大纱垫敷盖切口范围，进行内固定装置的整体复温；

6.当超过相变开始温度(30-32℃)时，镍钛合金矫形棒开始向记忆形状回复，金属相变回复力驱动内固定装置进行自动畸形矫正，当与畸形矫正阻力平衡后完成自主的矫形过程；

7.进行凹侧的节段间撑开或凸侧的节段间加压操作，完成矫形操作。此时镍钛合金矫形棒在记忆形状回复、超弹性的双重作用下，继续向原形状恢复；

8.根据不同侧凸畸形的部位，安装并固定横连接。

矫形后完成，镍钛合金矫形棒始终存在向原形状恢复的应力，即在内固定成熟期后仍然具有潜在的畸形矫正作用和防止矫正丢失的作用。

在上述置入椎弓根螺钉时，推荐采用节段相对较多的椎弓根螺钉，减少螺钉间的距离。

安装完成后的脊柱侧凸三维矫正装置如图1所示。

由此可以看出本发明明显的技术效果。在早期的临床应用中，传统的矫正器械逐个进行脊柱撑开、压缩、去旋转、平移等操作，以完成矫形棒的安装。在这一过程中，操作者很难通过固定点在脊柱凸侧进行加压和在凹侧进行撑开，且由于脊柱侧凸的矫正发生于矫形的瞬时，因此手术中难度很大。本发明脊柱侧凸三维矫正装置技术方案利用具有记忆效应的镍钛合金自身的回复力和超弹性特性，在完全植入椎弓根螺钉和镍钛合金矫正棒后，构成三维矫正装置，然后对该装置复温驱动金相变化，整个矫正***自发的协调作用，进行畸形的矫正，避免了器械矫形过程中可能发生的应力集中、脱钉、拔钉等现象。矫形完成后，合金棒始终存在向原形状恢复的应力，即在内固定成熟期后仍然具有潜在的畸形矫正作用和防止矫正丢失的作用。本发明脊柱侧凸三维矫正装置使矫正手术更科学、更安全，并使矫形手术效率显著提高。临床操作表明，使用本发明脊柱侧凸三维矫正装置的手术时间比使用传统器械的手术时间减少15～25％，手术中患者出血量减少20～30％，并大幅度减少术中并发症。

同时，本发明的矫正***全部经过表面高温氧化处理，其表面能形成一层稳定而致密的氧化膜，使金属离子不能释放出来。本发明的矫正***全部经过聚四氟乙烯的涂层处理，进一步增强了***的耐腐蚀能力，减少了可能存在的细胞毒性。

本发明脊柱侧凸三维矫正装置操作简单，手术时间短，学***缓，技术设备要求不高，便于推广，可广泛应用于治疗各种类型的特发性脊柱侧凸畸形、部分先天性脊柱侧凸畸形、部分特发性的脊柱侧后凸畸形和部分神经肌肉型脊柱侧凸畸形等病症。

本发明用上述实施例进行了详细说明，本领域一般技术人员按本发明的构思对其作出的修改或变动，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种脊柱侧凸三维矫正装置，包括镍钛合金矫形棒、椎弓根螺钉、钉帽，其特征在于所述椎弓根螺钉具有与镍钛合金矫形棒动配合的上开口，所述上开口顶端设置有能调节对所述镍钛合金矫形棒锁紧程度的钉帽；所述椎弓根螺钉固定在畸形脊柱的两侧，所述镍钛合金矫形棒为两根，经过正常脊柱形状记忆热处理，在低温下塑形为侧凸脊柱形状，并分别置入已固定在畸形脊柱两侧的椎弓根螺钉的上开口中，各椎弓根螺钉的上开口由钉帽适度锁紧，构成三维矫正结构。

2.根据权利要求1所述的脊柱侧凸三维矫正装置，其特征在于还包括横连接，所述横连接在所述三维矫正结构完成矫形和二次器械矫形后通过其两端的夹子分别与畸形脊柱两侧的镍钛合金矫形棒连接，每对夹子通过其两侧的螺母旋紧固定在横连接上。

3.如权利要求1或2所述的脊柱侧凸三维矫正装置，其特征是，所述镍钛合金矫形棒为含镍50.3％-51.8at％的镍钛合金，经过具有单程记忆效应的形状记忆热处理，其表面经过高温氧化惰性处理和聚四氟乙烯喷涂处理。

4.如权利要求1或2所述的脊柱侧凸三维矫正装置，其特征是，所述镍钛合金矫形棒所记忆的形状为：冠状面呈直线，矢状面为正常人体脊柱矢状面的屈度。

5.如权利要求1所述的脊柱侧凸三维矫正装置，其特征是，所述椎弓根螺钉、钉帽的材质为镍钛合金，表面经过高温氧化惰性处理和聚四氟乙烯喷涂处理。

6.如权利要求1所述的脊柱侧凸三维矫正装置，其特征是，所述椎弓根螺钉、钉帽的材质为钛合金，表面经过高温氧化惰性处理和聚四氟乙烯喷涂处理。

7.如权利要求2所述的脊柱侧凸三维矫正装置，其特征是，所述横连接的材质为镍钛合金，表面经过高温氧化惰性处理和聚四氟乙烯喷涂处理。

8.如权利要求2所述的脊柱侧凸三维矫正装置，其特征是，所述横连接的材质为钛合金，表面经过高温氧化惰性处理和聚四氟乙烯喷涂处理。

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