自动生长棒及儿童脊柱侧弯矫形系统

摘要

本发明公开了一种自动生长棒及儿童脊柱侧弯矫形系统，属于骨科植入物技术领域，所述自动生长棒包括调节块和带齿活动棒，调节块的一端设有第一安装孔，第一安装孔内插设所述带齿活动棒，带齿活动棒上设有限位齿，调节块内铰接有用于使带齿活动棒在第一安装孔内只能沿远离调节块的方向移动的棘爪，棘爪的末端设有与限位齿相配合的抵压齿，调节块内还设有用于使所述棘爪复位的弹性件。本发明能够不手术实现体内撑开；并且由于采用棘爪与带齿活动棒配合的方式，结构简单，成本低，易于推广，承受力强，安全可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及骨科植入物技术领域，特别是指一种自动生长棒及具有该自动生长棒的儿童脊柱侧弯矫形系统。

背景技术

近年来，随着我国医疗水平的提高，幼儿脊柱侧弯的检出率不断增加，严重影响外观、甚至影响心肺功能的亟需手术干预的脊柱侧弯患儿也越来越多。幼儿脊柱侧弯不同于青少年时期发生的脊柱侧弯，若过早行矫形+融合手术会对预期身高产生较大的影响，且随着骨骼的发育，体重的增加，容易发生内固定失败的可能，对于患儿的身心健康有诸多不利影响。因此，为保护患儿的生长发育潜能，对于幼儿时期发生的脊柱侧弯通常应用生长棒技术进行治疗。

生长棒技术通常是将一种可反复调节的生长阀植入患儿体内，联合上下端椎的椎弓根螺钉固定，将患儿的脊柱进行适度矫形，根据患儿的身高变化情况，每半年或1年需要进行一次调整手术，生长棒调整手术需将皮肤、皮下组织及筋膜层切开，虽然手术时间较短，但仍然有伤口愈合不良、感染等风险，且幼儿期过多的进行全麻手术，对于患儿的神经系统发育或有负面的影响。

目前有一种磁力控制的自动生长棒，生长棒中间为可由体外遥控器控制其伸缩的螺旋磁芯，生长棒由中间串联延长，棒的两端由椎弓根钉固定。其主要原理是在病人体外施加磁场激励生长棒的电机发生旋转，并通过螺纹将旋转运动转化为直线撑开动作。这类生长棒虽然可以不手术实现体内撑开，但是其撑开力的大小受到病人体态影响，容易发生无法撑开的现象，体内的磁性材料导致病人无法接受核磁共振影像检查，同时由于设备极为复杂和昂贵，无法实现大面积推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种不手术实现体内撑开、成本低、安全可靠的自动生长棒及儿童脊柱侧弯矫形系统。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种自动生长棒，包括调节块和带齿活动棒，所述调节块的一端设有第一安装孔，所述第一安装孔内插设所述带齿活动棒，所述带齿活动棒上设有限位齿，所述调节块内铰接有用于使带齿活动棒在第一安装孔内只能沿远离调节块的方向移动的棘爪，所述棘爪的末端设有与所述限位齿相配合的抵压齿，所述调节块内还设有用于使所述棘爪复位的弹性件。

进一步的，所述调节块上设有沿纵向方向延伸的观察窗。

进一步的，所述带齿活动棒上设有限位销，所述限位销的端部位于所述观察窗内。

进一步的，所述带齿活动棒上位于前段的限位齿的齿高、齿宽和齿距均小于位于中后段的限位齿的齿高、齿宽和齿距。

进一步的，所述带齿活动棒上位于前段的限位齿的齿高为0.5-0.6mm，齿距为1.6-1.9mm，朝向所述调节块的齿面与竖直面之间的夹角为27-28度；

所述带齿活动棒上位于中后段的限位齿的齿高为0.7-0.8mm，齿距为2.1-2.5mm，朝向所述调节块的齿面与竖直面之间的夹角为29-30度。

进一步的，所述带齿活动棒的直径为4-5mm。

进一步的，所述自动生长棒的材质为不带磁性的钛或钛合金材料。

进一步的，所述调节块的另一端设有第二安装孔，所述第二安装孔内插设有连接棒，所述调节块上还设有用于固定所述连接棒的螺塞。

进一步的，所述调节块的两端为对称结构形式。

另一方面，提供一种儿童脊柱侧弯矫形系统，包括椎弓根钉和上述的自动生长棒。

本发明具有以下有益效果：

本发明的自动生长棒及儿童脊柱侧弯矫形系统，患者需要撑开生长棒时，只需通过特定的牵拉体位拉伸，使带齿活动棒向远离调节块的方向移动，即可实现生长棒伸长，以适应患者脊柱发育需要，无需接受多次撑开手术，减少患者治疗的痛苦和治疗负担。

因此，本发明能够不手术实现体内撑开；并且由于采用棘爪与带齿活动棒配合的方式，结构简单，成本低，易于推广，承受力强，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的自动生长棒的结构示意图；

图2为图1所示自动生长棒的剖视图；

图3为图1中棘爪和带齿活动棒的配合示意图；

图4为图1中带齿活动棒的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种自动生长棒，如图1-4所示，包括调节块1和带齿活动棒2，其中：

调节块1的一端(图1-2所示实施例的右端)设有第一安装孔11，第一安装孔11内插设所述带齿活动棒2；

带齿活动棒2上设有限位齿21，调节块1内铰接有用于使带齿活动棒2在第一安装孔11内只能沿远离调节块1的方向移动的棘爪3，棘爪3可转动，棘爪3的末端设有与限位齿21相配合的抵压齿31；

当棘爪3处于自然状态时，棘爪3的抵压齿31和带齿活动棒2上的限位齿21构成棘轮逆止结构，此时带齿活动棒2只能沿远离调节块1的方向移动；抵压齿31和限位齿21构成的结构，可以提供足够大的力，防止带齿活动棒2沿靠近调节块1的方向移动；当抵压齿31和限位齿21分离或错开时，带齿活动棒2可以完成靠近或远离调节块的运动；这种棘爪3与带齿活动棒2配合的方式，结构简单，配合牢靠，承受力强；

调节块1内还设有用于使棘爪3复位的弹性件4，弹性件4可以是弹簧、弹片等多种结构，棘爪3可以通过弹性件4实现弹性复位。

根据调节块1另一端的不同结构形式，本发明可以有以下实施例。

实施例一

如图1-4所示，本实施例中调节块1的另一端设有第二安装孔12，第二安装孔12内插设有连接棒5，调节块1上还设有用于固定连接棒5的螺塞6，具体的，可以在调节块1上设有与第二安装孔12相连通的螺纹孔13，螺塞6安装在螺纹孔13内，其末端与连接棒5相抵，以将连接棒5和调节块1锁紧，并且为提高固定牢固性，螺塞6的数量可以为两个。螺塞6实现了调节块1与连接棒5的可拆卸固定连接，并且本实施例可根据需要安装不同强度及尺寸大小的连接棒，以适应各种手术要求。

本实施例应用于儿童脊柱侧弯治疗时，可以先将椎弓根钉按照预设位置固定在脊柱近端或远端的椎体上，施力使棘爪3和带齿活动棒2的限位齿21分离或错开，使带齿活动棒2收缩在起始位置，撤销作用力使棘爪3复位并处于自然状态，使带齿活动棒2只可沿远离调节块1的方向移动；再将连接棒5固定在脊柱远端椎体的椎弓根钉上，并将带齿活动棒2固定在脊柱近端椎体的椎弓根钉上，为了更好的适应不同患者的需求，再次调节带齿活动棒2在调节块1内的位置并使之处于合适的位置，从而完成自动生长棒的安装。

患者后续需要撑开生长棒时，只需通过特定的牵拉体位拉伸，使带齿活动棒2向远离调节块1的方向移动，即可实现生长棒伸长，以适应患者脊柱发育需要，无需接受多次撑开手术，减少患者治疗的痛苦和治疗负担。

因此，本实施例的自动生长棒能够不手术实现体内撑开；并且由于采用棘爪与带齿活动棒配合的方式，结构简单，成本低，易于推广，承受力强，安全可靠。

优选的，调节块1上可以设有旋钮7，以用于驱动棘爪3转动，从而在生长棒装配时使带齿活动棒2可以无阻力的插入调节块1的第一安装孔11，或者在术中也可以通过旋钮7使带齿活动棒2沿靠近调节块1的方向移动以进行调节。当带齿活动棒2插入第一安装孔11中之后，为方便观察带齿活动棒2在调节块1中的具体位置，调节块1上可以设有沿纵向方向延伸的观察窗14。进一步的，带齿活动棒2上可以设有限位销22(焊接、插接等各种连接方式均可)，限位销22的端部位于观察窗14内，这样可以防止带齿活动棒2在调节块1中转动，还可以限制带齿活动棒2的极限位置，防止带齿活动棒2从调节块1中脱出。

作为本实施例的一种改进，带齿活动棒2上的限位齿21的齿距并不相等，而是按照一定规律排布。同时考虑到随着儿童成长，内固定器所承受的力也在逐渐变化，因此带齿活动棒2上不同齿的齿厚度也不同，从而时刻保证有足够的力支撑结构，提高了内固定器的安全性、有效性，减少内固定器的断裂风险。即如图4所示，带齿活动棒2上位于前段的限位齿(即限位齿前段211)的齿高、齿宽和齿距均小于位于中后段的限位齿(即限位齿中后段212)的齿高、齿宽和齿距。可以理解的是，此处的“前”、“后”是相对于调节块1的远近而言的，限位齿21远离调节块1的部分为前段，靠近调节块1的部分为后段。

年龄小的患者术后在五岁左右时脊柱生长速度快，此时带齿活动棒2上的限位齿21位于限位齿前段211，这一段区间内是小齿距，小齿高，在患者术后短时间内通过做特定的牵拉体位拉伸，可以更及时、更精准的恢复到理想高度并获得有效的支撑；随着患者年龄增长至十五岁左右，生长速度降低，且需要更大力的支撑，此时限位齿21位于限位齿中后段212，这一段区间内是大齿距，大齿高，可以获得足够强的支撑，保证生长棒的安全性、有效性。

至于具体数值的选择，优选如下：

带齿活动棒2上位于前段的限位齿(即限位齿前段211)的齿高为0.5-0.6mm，齿距为1.6-1.9mm，朝向调节块1的齿面与竖直面之间的夹角θ为27-28度(图4)；

带齿活动棒2上位于中后段的限位齿(即限位齿中后段212)的齿高为0.7-0.8mm，齿距为2.1-2.5mm，朝向调节块1的齿面与竖直面之间的夹角θ为29-30度。

为兼顾患者整个生长周期中的强度需要，带齿活动棒2的直径可以为4-5mm，例如4.5mm等。

此处，带齿活动棒2的特殊设计符合儿童生长需要，其限位齿21的范围长度及其齿形、齿距、齿宽经过特殊设计。这是因为早发性儿童脊柱侧弯的治疗过程会持续数年，例如，首次手术治疗时儿童年龄在5岁左右，一般需要使用生长棒技术进行矫正至13岁左右后再进行融合手术，在这数年之间，患儿的脊柱长度会随年龄增加而增长。因此限位齿的范围长度会分规格来满足不同发病年龄的患儿需求；其次，儿童体重也在随年龄增长而增加，即生长棒所需要承受的力在不断增加，我们没有按照年龄大时的体重，简单地统一限位齿的齿高，而是基于不同年龄儿童体重的情况，将齿高在限位齿范围长度内按年龄段划分，其优点在于当齿高小时，齿距可以缩短，例如当齿高为0.8mm时，齿距可以设计为2.5mm，当齿高为0.6mm时，齿距可以设计为1.5mm，从而使调节精度提高；面对不同的病患个体，这种精准的治疗方案更合理，而且保证时刻有足够的力支撑结构。下面详述设计过程：

1.生长棒的各部分尺寸需满足在整个治疗期间的力学要求。生长棒在人体内主要是会替代手术椎体，承受患儿体重带来的轴向力。

对待早发性脊柱侧弯病症，手术节段会覆盖胸椎以及腰椎部分，以承受力较大的腰椎来代表脊柱进行受力分析，根据脊柱生物力学特点，人站立时腰椎部分大约承受了整个身体重量的60％，另外，在不同日常动作状态下的压力值会与人站立时所受压力值成一定的比例。

根据Nachemeson,1975和Wilke,1999的研究实验发现的力值比例关系，前倾搬重物时的压力最大，约为站立情况下的400～450％(站立情况下压力≈体重*10*60～70％)。

另查得，10岁时儿童体重约为38kg，15岁时体重约为60kg。因此，10岁儿童脊柱极限轴向压力为1197N(38*10*450％*70％＝1197)，15岁儿童脊柱极限轴向压力为1890N(60*10*450％*70％＝1890)。根据临床经验，限位齿前段将适用于年龄5-10岁的临床需求，限位齿中后段将适用于10-15岁的临床需求，带齿活动棒的直径假定为4.5mm，材料是钛合金TC4。

按照不同齿距、齿高，我们进行了有限元分析，数据见下表1。考虑到计算值和实际值差异，我们设定安全系数为1.4对计算值进行修订。对比10岁儿童脊柱极限轴向压力值1197N，15岁儿童脊柱极限轴向压力为1890N，最后选用数据1、数据3分别作为限位齿前段211、限位齿中后段212的数据。

表1：不同尺寸的限位齿的有限元分析结果

2.生长棒的限位齿范围长度需满足临床使用要求

限位齿范围长度应包括首次术后儿童数年内自然生长的高度和因侧弯损失的高度。术后儿童数年内的自然生长高度可以通过Winter公式计算得到：0.07cm*融合节段数*(剩余生长年龄数)(14或16-现在年龄)，注：女孩14岁、男孩16岁；因侧弯丢失的高度会因为患者的个体情况而不同，术前可以根据影像学数据进行分析计算。

如一名5岁女性脊柱治疗长度为10节椎体，预计术后自然生长高度为(0.07*10*(14-5))＝6.3cm，因侧弯丢失的高度约为4cm，则限位齿范围长度约10.3cm。

最后，本实施例中，自动生长棒的材质优选钛及钛合金材料，不含磁性材料，从而不会影响患者接受核磁共振影像检查。

实施例二

本实施例未图示，基本结构与实施例一相同，不同之处在于，调节块1的两端为对称结构形式，即带齿活动棒2为两根，分别插设在调节块1两端的安装孔内构成伸缩结构，调节块1内设有与两根带齿活动棒2一一对应的棘爪3。

本实施例应用于儿童脊柱侧弯治疗时，可以先将椎弓根钉按照预设位置固定在脊柱近端或远端的椎体上，施力使棘爪和带齿活动棒的限位齿分离或错开，使两根带齿活动棒收缩在起始位置或预设位置，撤销作用力使棘爪复位并处于自然状态，使带齿活动棒只可沿远离调节块的方向移动；再将一根带齿活动棒固定在脊柱远端椎体的椎弓根钉上，并将另一根带齿活动棒固定在脊柱近端椎体的椎弓根钉上，为了更好的适应不同患者的需求，再次调节两根带齿活动棒在调节块内的位置并使之处于合适的位置，从而完成自动生长棒的安装。

患者后续需要撑开生长棒时，只需通过特定的牵拉体位拉伸，使带齿活动棒向远离调节块的方向移动，即可实现生长棒伸长，以适应患者脊柱发育需要，无需接受多次撑开手术，减少患者治疗的痛苦和治疗负担。

另一方面，本发明提供一种儿童脊柱侧弯矫形系统，包括椎弓根钉和上述的自动生长棒，由于结构与上相同，此处不再赘述。

本发明的儿童脊柱侧弯矫形系统，采用了自动生长棒，能够不手术实现体内撑开；并且由于生长棒采用棘爪与带齿活动棒配合的方式，结构简单，成本低，易于推广，承受力强，安全可靠。本发明适用于儿童脊柱侧弯矫形手术。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。