骨螺钉和制造该骨螺钉的方法 【技术领域】
本公开涉及自攻式骨螺钉，尤其是用作用于植入物的压紧螺钉或锁定螺钉。本公开还涉及制造这种骨螺钉的方法。
背景技术
骨螺钉是拧进骨中的螺钉。基本上，用两种不同的方式来使用骨螺钉：在第一种应用中，骨螺钉用于将骨或骨碎片相对于彼此固定到期望的位置。在该情形中，骨螺钉单独使用。在第二种应用中，骨螺钉用作压紧螺钉或锁定螺钉，以将作为固定元件的附加元件定位在骨内或骨上。这里，骨螺钉例如与髓钉一起使用。另一应用领域就是接骨术，其中生物适应元件替换骨或骨碎片。例如，由钛制作的板可以通过骨螺钉锚定在头骨上，作为头骨碎片的替换。
针对特定的应用，可得到多种形式的骨螺钉。所以，例如US6030162公开了用于产生轴向压缩的骨螺钉，由此通过拧入的螺钉将骨碎片压在一起。其中，通过提供具有不同螺距的多个螺纹部分产生压缩。
在许多情形中，骨螺钉的螺钉柄是圆柱形的。从EP0491211A1可以了解具有头部侧、圆柱形第一柄部和邻接第一柄部的同样为圆柱形的尖端侧第二柄部的骨螺钉，第一柄部具有直径比第二柄部更大的牙底直径(或芯径)。在其它情形中，骨螺钉具有从尖端向头部展宽的锥形螺钉柄。
从WO2007/048267A1中可以了解一种骨螺钉，其中处于螺钉尖端处的预成形区域的牙底直径比邻接预成形区域的中间区域的牙底直径大。同样地，预成形区域中螺钉的外径比中间区域中外径更大。
自攻式螺钉具有如下优点：不必在骨中预切割螺纹。这种螺钉具有螺钉柄，所述螺钉柄具有至少一个螺纹部。螺纹适于构造成具有螺纹牙形、牙侧角等特性，使得当外科医生将螺钉拧入到骨材料中时，螺钉自身切割其螺纹。
在许多情形中，自攻式骨螺钉的基本问题是相当大的拧入力，所述拧入力在将螺钉拧入到骨中时发生。当被切穿时，骨材料显示一定程度的弹性；也就是说，骨材料在被切穿之后将努力回到其初始位置。这增加了由外科医生所用的力，随着穿透深度增加，力增加至相当大的程度。当外科医生在小区域手术，例如在脸部或头骨区域操作时，问题将进一步严重。
【发明内容】
本发明的目的是提出一种自攻式骨螺钉，其中拧入力将减小，而不会不利地影响螺钉的安全和精确配合地装配及其功能。
为了实现该目的，根据第一方面提出一种自攻式骨螺钉。该骨螺钉具有螺钉柄，其具有前尖端、切割区域、中间区域和后头部区域。螺纹在螺钉柄的螺纹部中延伸经过过渡区域，所述过渡区域包括至少切割区域和中间区域的相互邻接的部分。螺钉柄的外径和牙底直径由螺纹区域的螺纹限定。在过渡区域，切割区域中螺钉柄的牙底直径大于中间区域中螺钉柄的牙底直径。而且，在过渡区域，螺钉柄的外径是恒定的。
牙底直径在过渡区域中从切割区域到中间区域可以呈阶梯状变化，例如以单个阶梯或多个阶梯的形状。在所提出的骨螺钉的各种变形中，切割区域的螺纹根部具有凸起形状。在其它变形中，切割区域的螺纹根部是阶梯形的。凸起状和阶梯状的组合也是可能的。无论哪种情况，中间区域中螺钉柄的牙底直径可以是恒定的或者变化的。螺纹部中螺钉柄的外径在中间区域可以是恒定的。在骨螺钉的多个实施方式中，螺纹连续延伸经过切割区域和中间区域(也可能进入头部区域)。螺纹可具有恒定的螺距。
在切割区域中，至少在部分区域中，螺纹可以被设计为梯形螺纹。在中间区域，可以将螺纹构造成三角形螺纹。在骨螺钉的某些实现方式中，螺纹在尖端处终止。无论怎样，可以将尖端设计成定心尖端(centring tip)。例如，可以将尖端设计成阶梯或圆形模式。
根据骨螺钉的一种变形，骨螺钉具有凹槽，所述凹槽延伸经过至少尖端和切割区域，用于移除切割材料。可以设置两个、三个或更多个这样的凹槽。
骨螺钉的头部区域可以具有螺纹。在其它实现方式中，头部区域没有螺纹。头部区域的外径可以大于中间区域的外径。头部区域的牙底直径也可以大于中间区域地牙底直径。
根据一个替代方式，骨螺钉具有从尖端一直到头部区域连续延伸的螺纹。在该实现方式的变形中，头部区域具有牙底直径或外径，所述牙底直径或外径关于中间区域在每种情形中增大。在另一变形中，头部区域和中间区域的牙底直径和外径都是恒定的。
在一个变形中，骨螺钉具有尖端侧螺纹部和头部侧螺纹部。通过中间区域的无螺纹部分将所述螺纹部相互分开。两个螺纹部中的螺纹可以相互同步地延伸。具有头部侧螺纹部的头部区域可以具有比中间区域更大的牙底直径和外径。
在此所讨论的骨螺钉的一个实现方式旨在用作用于例如骨板的植入物的锁定螺钉。骨螺钉也可以与植入物(诸如骨板)一起或在没有植入物的情况下用作压紧螺钉。压紧螺钉，例如可以用于将骨压紧到植入物上，在该情形中骨螺钉可以实现为具有无螺纹的头部。具有带螺纹的头部的骨螺钉的实现方式可以用于锁定情形中以将螺钉头部锁定到板上。为此目的，容纳骨螺钉的板孔可包括螺纹，所述螺纹与骨螺钉的头部上的螺纹互补。
而且，根据另一方面，提出用于制造自攻式骨螺钉的方法。骨螺钉具有螺钉柄，其具有前尖端、切割区域、中间区域和后头部区域。螺纹在螺钉柄的螺纹部中延伸经过过渡区域，所述过渡区域包括至少切割区域和中间区域的相互邻接的部分。螺钉柄的外径和牙底直径由螺纹区域中的螺纹来限定。所述方法包括以下步骤：引导铣削工具以在螺纹部中产生螺纹，使得在切割区域中对螺纹牙切割的深度小于中间区域。这样，在过渡区域，切割区域中螺钉柄的牙底直径大于中间区域中螺钉柄的牙底直径。另外，螺钉柄的外径是恒定的。
【附图说明】
通过优选实施例的描述和附图可以更清楚的了解本发明的其它方面和优点，其中
图1示出了骨螺钉第一实施例的侧视图；
图2示出了图1的骨螺钉旋转90°的侧视图；
图3示出了图1的骨螺钉的前部的放大侧视图；
图4示出了图2的骨螺钉的前部的放大侧视图；
图5示出了图1的骨螺钉的尖端的顶视图；
图6示出了螺钉柄的前部的侧视图；
图7示出了图1的骨螺钉的前部的截面；
图8示出了具有头部区域的骨螺钉的第二实施例，该骨螺钉是图1的螺钉的变形；
图9示出了骨螺钉的第三实施例，该骨螺钉的头部区域关于图1和图8的螺钉被变形；
图10示出了具有头部区域的骨螺钉的第四实施例，该骨螺钉的头部区域是之前例子的变形；
图11示出了图10的骨螺钉的尖端的顶视图；
图12示出了图10的骨螺钉的切割区域的截面；
图13示出了图10的骨螺钉的后部的截面图；以及
图14示出了图10的骨螺钉的头部区域的顶视图。
具体实施例
下面对骨螺钉的多个实施例进行说明。在同一个实施例的不同视图中，相同的附图标记用于相同的元件。
首先，参考图1-7，对骨螺钉100的第一实施例进行说明，所述骨螺钉100例如可以用于在面部/头骨区域接骨中用作锁定骨钉。图1示出了骨螺钉100的侧视图，其被设计成自攻式螺钉。骨螺钉100具有螺钉柄102，具有前尖端104、切割区域106、中间区域108和头部区域110。螺纹延伸经过螺纹部112，在该实施例中螺纹部112从尖端104一直连续延伸到头部区域110中。在螺钉柄102的前部区域中，设置两个用于移除切割材料的螺旋凹槽116和118。
图2示出了骨螺钉100绕着纵轴旋转90°的视图。在图3和4中以放大方式分别具体示意了图1和2(参见图2，由圆120标示的细节)的螺钉100的侧视图。例如从图4可以看出，凹槽116延伸经过尖端104和切割区域106进入中间区域108并在此终止。代替两个凹槽的情形，可以只设置一个凹槽或多个凹槽例如3或4个凹槽。图5示出了螺钉100的尖端104的前视图。可以看到凹槽116和118以及头部区域110的头部122(参见图1)。
自攻式螺钉100的切割区域包括螺钉100的尖端侧和螺纹区域106，所述切割区域将配合螺纹切入到骨材料中。在这个区域，螺纹达到并保持其最大外径，而不论外径和/或牙底直径在头部区域110中可选地进一步增加。在头部侧，切割区域106在如下位置结束：在所述位置，达到最大外径和最大牙底直径两者，以及牙底直径(或者外径，或者这两个直径)朝向中间区域108的方向减小。
在螺钉100的情形，切割区域106的牙底直径相对于中间区域108增加。通常而言，情况是：如果仅考虑牙底直径，螺钉100的尖端侧部分可以具有例如拱形。为此，切割区域106中的牙底直径可以例如以凸曲线形状变化，而在中间区域的相邻部分(可能也是尖端)牙底直径是恒定的。在骨螺钉100的例子中，切割区域106的牙底直径较小拱起，而是恒定的。在拱形和恒定的、放大的牙底直径之间的中间形状是可能的，例如在切割区域中的具有多个阶梯的牙底直径。
过渡区域114限定在切割区域106和中间区域108之间，在这里切割区域106的牙底直径并入到中间区域108的牙底直径中。从图中可以明显看出，中间区域108自身具有恒定的牙底直径。当从尖端观察时，螺钉柄102的外径在切割区域106中达到其最大值并且在切割区域106的进一步的进程和中间区域108中保持恒定。
图6示意了螺钉柄200，螺钉100由所述螺钉柄200加工而成。定心尖端104由区域202制造，切割区域106由区域204制造以及中间区域108由区域206制造。区域202包括圆形部分208和两个梯形部分或球形帽210和212，每个都具有不同的张角，从而产生随后的定心尖端104的阶梯形状。部分210保持无螺纹，以及螺纹部112在部分212处开始。其它部分214和216是圆柱形的。相对于中间区域108在切割区域106中加厚的牙底直径仅在螺纹铣削过程中形成。
在其它实施例中，作为图6所示的阶梯形尖端的替代，也可以使用连续形状。通常，有利的是将尖端设置为螺纹终止的定心尖端。
图7是图4所示的骨螺钉100的部分的截面视图，具有以直角张开的尖端104、切割区域106和中间区域108。
在切割区域106中达到螺纹区域112的最大牙底直径310。在切割区域106上，牙底直径是恒定的。在切割区域106和中间区域108之间的过渡区域114中，牙底直径减小到较小值312，并在中间区域108上得以保持。外径从尖端104经由过渡区中的值314增加到切割区域106并且在切割区域106中达到其最大值316。外径在过渡区域114和中间区域108中为恒定值316。
从图7中可以看出，在此以例子方式加以描述的骨螺钉100的情形，从切割区域106中的放大牙底直径310到中间区域108中较小牙底直径312的过渡以阶梯方式进行，也就是说过渡在区域114中以单一阶梯的形状发生。在骨螺钉的其它实施例中，可替代的是可以采用多个阶梯的形式实现阶梯，或者牙底直径在过渡区域中例如按凸曲线形来减小。牙底直径的阶梯式或连续减小的组合也是可能的。
在单阶梯过渡的情形，如图7所示，从切割区域106中的恒定牙底直径310到中间区域108中的恒定牙底直径312，过渡区域114等同于切割区域106和中间区域108之间的边界。在其它实施例中，其中切割区域和中间区域之间的牙底直径以多个阶梯和/或连续减小，相应地过渡区域更加广阔。
在骨螺钉100的例子中，中间区域中的牙底直径312是恒定的。通常，中间区域中的牙底直径恒定并不是绝对必要的。但是，中间区域中的牙底直径应当小于切割区域中的牙底直径。而且，在图1-7所示的骨螺钉100的实施例中，切割区域106中的牙底直径310是恒定的。在其它实施例中，例如在从尖端到切割区域的过渡处(在图7中，牙底直径在从尖端104到切割区域106的过渡按阶梯模式进行)，切割区域中的牙底直径可以变化或描绘例如整个凸曲线或片断凸曲线。
由于切割区域106中的牙底直径310大于中间区域108中的牙底直径，因此由切割区域106所切割的孔大于对应于中间区域108中的牙底直径312的孔。结果，对于已经切穿的骨，螺钉100的承载面和螺纹牙320的穿透深度在中间区域108中减小。这导致了螺钉100拧入到骨中的拧入力减小。为了拧入之后的螺钉100不会变松，在中间区域108中，在由切割区域106所切割的配合螺纹中，切割几何形状应该相对应。也就是说，切割区域106和中间区域108中的螺纹应该连续设计并且具有恒定螺距。可替代地，如果多个螺纹部(由无螺纹部分开)设置在切割区域和中间区域中，这些螺纹部应该彼此相对应，即螺纹应该彼此同步。
尤其从图3、4和7中可以看出，螺纹牙形在从中间区域108到切割区域106的过渡处改变。在切割区域106(以及在尖端104中终止的螺纹部分)中，螺纹被成形为具有较大齿面(螺钉的外表面)的梯形，参见图7中的螺纹牙322，中间区域108中的螺纹牙形对应具有较小齿面(更尖锐的螺纹牙)的梯形螺纹，参见螺纹牙320。在其它实施例中，三角形螺纹可以存在于中间区域中。不管怎样，螺钉100的边缘通常是切掉的，使得螺纹牙320在某种程度上也是圆化的。
切割区域106中螺纹匝的梯形横截面尤其用于在拧入时切穿骨材料，而中间区域108中的三角形螺纹的切割功能不太重要。在中间区域108中，螺纹将尤其用于配合到已经被切割的螺纹匝中，因此没有显著增加的拧入阻力。
在由螺钉柄200制成螺钉100的方法的情形中，铣削工具可以用于生成螺纹。在该方法中，铣削工具可以在例如凸曲线或具有一个或多个阶梯的阶梯形状上被引导。从而，相对于中间区域108，在切割区域106中对螺纹牙进行较浅地切割，因此导致了切割区域106中的牙底直径310比中间区域316中的牙底直径312大。
下面给出了具体尺寸的骨螺钉100的例子。通常，在每种情形中，数值的有效范围由较低值和较高值来确定；从较低值的组合产生较小螺钉的具体实施例，而较高值的组合产生较大螺钉的具体实施例。但是，落在数值的指定范围外的例子也是容易设想的；通常尺寸的骨螺钉，尤其是锁定螺钉对本领域技术人员来说是已知的。在此指定的数值的情形中重要的不只是绝对值，而且还有各种尺寸的数值的相互关系。
通常，情况是：骨螺钉100的典型有效直径可以落在例如2毫米(mm)和8.0mm之间，优选地在2.7mm和5.0mm之间；更小或更大的有效直径也是可能的，但是以下数值范围与具有指定的有效直径的螺钉相关。典型地，以例子方式指定的尺寸的公差在0.1mm的区域中。
由于缺少螺纹，为了更清楚地描述，借助图6所示的螺钉毛坯200来对螺钉尖端104的情况加以说明。邻接圆形尖端部分208的部分210可以形成具有90°张角的截锥，也就是说截锥的表面线关于螺钉(毛坯)轴线218形成45°角。更尖锐或更钝的张角也是可能的，但是应当优选保持螺钉的自定心特征。由邻接部分212形成的截锥具有，例如24°的张角，即表面线关于螺钉轴线218形成12°角。
圆柱形部分214可以具有直径220，例如在4.9mm至2.8mm范围内。邻接的毛坯柄216可以具有，例如5.1mm至3.0mm的直径222。沿着螺钉轴线218的部分208、210、212和214的长度在，例如6.7mm至4.5mm的范围内。则可实现只是部分208、210和212的诸如3.76mm至2.59mm范围内的长度，以及可实现只是部分208和210的1.6mm至0.55mm的长度。
参照图7，在切割区域106的尖端侧部分的标称直径314例如为4.9mm至2.8mm，而切割区域106的头部侧部分的标称直径316例如为5.1mm至3.0mm。切割区域106中的牙底直径310可以具有例如在4.7mm至2.7mm范围内的值。相反，中间区域108中的牙底直径312具有在4.5mm至2.5mm范围内的较小值。
切割区域106沿着螺钉轴线218(图6)的长度例如可以落在例如4.7mm和2.0mm之间。相应地，尖端104的长度可以落在3.5mm和2.7mm之间。图7中的长度318表示从螺钉的尖端直到如下点的距离，从该点开始达到螺钉100的最大标称或外径。长度318例如可以具有在6.7mm至4.5mm范围内的值。
切割区域106中的梯形螺纹的牙侧角例如可以是45°。
尤其是在图4中所示的凹槽116可以以终止于4.7mm至2.0mm的外径的方式来形成。典型地，凹槽116和118的槽距可以为40mm。凹槽沿着螺钉轴线126的长度124(参见图2和4)可以在20mm至2mm范围内并且优选地在12.5mm至6.0mm范围内。但是，可以将凹槽116的长度124选择成在12.5mm处基本恒定，基本上与螺钉的总体长度无关。只在特别短的螺钉的情形，例如小于20mm的长度，可以提供凹槽沿着螺钉轴线的例如6.2mm的更短长度124。
凹槽116和118的边缘设计成尖锐的但是无毛刺。凹槽116和118偏移180°，具有例如1°公差。参照图5，凹槽116和118在尖端104处具有2mm但至少是0.8mm的间隔128。
图8示出了骨螺钉400的另一个实施例。后者在头部区域设计上区别于之前图中的骨螺钉100。在螺钉100的头部区域110的情形(参见图1)中，牙底直径和外径两者相对于中间区域108的对应直径是增大的，而螺钉400的头部区域402具有与中间区域404相同的牙底直径和相同的外径。在螺钉400的情形，由于对拧入有用并且可选地锁定的螺纹部406一直延伸到头部408，可以将螺钉400的螺钉柄410设计成总体比螺钉100的螺钉柄102短。
图9示出了骨螺钉的另一个实施例500，其中同样将头部区域502设计成与螺钉100和400不同。尤其是将头部区域502设计成无螺纹。头部区域502的直径对应中间区域504的牙底直径。
图10示出了骨螺钉600的另一实施例。如前述实施例，相对于中间区域604，螺钉600在切割区域602也具有放大的牙底直径。螺钉的外径在切割区域和中间区域中是恒定的。钝螺钉尖端606具有90°的张角。头部区域608具有自身带有螺纹的放大的头部部分610。
图11示出了从前侧观察的螺钉600以及图12示出了螺钉600在切割区域602中沿线D-D的截面。可以看到与螺钉100的凹槽116、118以相同方式构造的两个锥形凹槽612、614。凹槽612和614偏移180°。而且，可以看到头部部分610的螺纹。
图13是螺纹600的后部部分的截面图。从图10和13这两个图中可以看出，中间区域604中的前螺纹部616在头部区域608处停止，由此头部区域608具有无螺纹部618。头部部分610相比于中间区域604具有明显放大的直径，也就是说螺纹头部部分610的牙底直径和外径比中间区域604的对应直径大。螺纹部616和头部部分610中的螺纹彼此同步地延伸。头部部分610中的螺纹可以是双头螺纹。
如针对骨螺钉100的例子的设计，在螺钉600情形中的螺纹牙620(参见图13)也可以被构造成窄梯形(尤其是相对于切割区域中的螺纹牙)，因此导致尖锐的梯形螺纹。可替代的是，中间区域中的螺纹也可以被设计成三角形螺纹，切断螺纹牙是可能的。
头部区域608构造有凹部或槽622用于容纳扳手，例如作为六角形内驱动部分。图14是具有头部区域608和凹部622的螺钉600的后端的顶视图。
螺钉600的总长度例如在8mm和150mm之间，优选地在14mm和120mm之间。头部部分612沿着螺钉轴线624的长度可以是例如3.2mm。无螺纹部618可以具有1.3mm的长度。对于在中间区域604中的有效直径为4.7mm的螺钉600，在中间区域604中牙底直径可以是4.5mm(在切割区域602中为4.7mm)，以及在中间区域604和切割区域602中外径可以是5.1mm。加厚的头部部分610在该情形中可具有5.8mm的牙底直径和6.5mm的外径。
螺纹牙620在牙之间可具有1mm的间隔并且具有0.1mm的上梯形表面。螺钉柄上两个螺纹牙的基部之间的间隔近似为0.323mm。
六角形内驱动部分622的外径626可以是例如3.95mm以及六角形内驱动部分622的最内侧直径628可以是2.85mm，在每种情形具有几百分之一毫米的公差。
所有在此描述的骨螺钉可以用作用于植入物的压紧螺钉或锁定螺钉。尽管在骨螺钉100、400、500和600情形中，前部在每种情形以相同方式构造而成，尤其是关于切割区域中放大的牙底直径，螺钉通过它们头部区域可被改造以分别适应于不用的应用，例如适应于不同的固定元件。用于在此以例子的方式示意的骨螺钉的材料可以是特种钢或钛。
与传统螺钉相比，可以用减小的拧入力将以上讨论的骨螺钉拧入到骨或骨碎片中。骨螺钉的切割区域中放大的牙底直径(相比中间区域的牙底直径)具有如下效果：在中间区域中螺钉的承载表面减小，并且同时螺纹牙的穿透深度也减小。从切割区域连续延伸至中间区域和可选地延伸到头部区域的螺纹部(或者多个分开的同步螺纹部)保证了切割几何形状相对应。所以，处于切割区域后面的螺钉中间区域在拧入时精确配合到骨中的切割配合螺纹中。有利的是，在此提供恒定的螺距。
为了保证螺钉在中间区域也能安全装配，螺纹形状可以在切割区域和中间区域之间变化，例如从梯形螺纹到三角形螺纹，或者从更钝的梯形螺纹到更尖锐的梯形螺纹。其它螺纹形状也是可能的，只要在它们能保证自攻式螺钉功能的范围内。在过渡区域中以及优选地还至少沿着中间区域的大部分的恒定外径，在此保证螺钉的最佳装配。从切割区域连续延伸经过整个中间区域的螺纹在此进一步改善了精确的装配配合，而没有拧入力的较大增加。关于安全装配情况下的拧入力减小，在不削弱螺钉功能性的情形下，为了移除切割材料可以设置一个或多个凹槽。
根据具体应用，有利的是在头部区域提供头部部分，所述头部部分的牙底直径和/或外径扩大，以保证骨螺钉在骨材料中和/或另一个植入元件中的安全装配。相应加厚的头部部分自身可具有螺纹，可选地是同步螺纹，或者连续螺纹部从中间区域延伸到头部区域中。
在此所示意的实施例只代表本发明少量的有利实施例。在权利要求限定的范围内，对本领域那些技术人员来说其它许多实施例也是可获得的。