CN1829479A - 低矮外形的脊柱固定系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种脊柱固定系统。该脊柱固定系统的其中一个实施例包括联接元件，该联接元件具有一凸轮锁紧元件，当该凸轮锁紧元件旋动使得一个诸如脊柱杆的细长元件在联接元件中被向下推动以将该脊柱杆固定在其中时，该凸轮锁紧元件被固定而不发生移动。另一方面，所述脊柱杆固定抵靠一低矮外形的插入物，该插入物放置于从所述联接元件伸出的锚固元件的所述头部上形成的凹槽内。所述插入物具有上表面，所述脊柱杆固定抵靠该上表面，该上表面的一种形式是平坦的以使其和脊柱杆之间的接触是线接触，以使损坏最小化。在本发明的另一实施例中，所述凸轮锁紧元件凸轮作用于一夹持元件，在所述联接元件中向下驱动该夹持元件以将该脊柱杆固定在联接元件中。

Description

低矮外形的脊柱固定系统

技术领域

本发明涉及脊柱固定系统，更具体地说，本发明涉及一种具有低矮外形的脊柱固定系统。

背景技术

用来固定脊柱的脊椎骨的脊柱杆通常通过骨用螺钉或接合在椎骨上的钩子锚固在椎骨上，其中该骨用螺钉延伸通过肉茎进入椎体。脊柱杆通过大致为轭状的联接件连接到锚固元件上，其中该联接件可以和锚固元件的头部制造成一体，或者是与锚固元件分离的独立元件，以用在用于脊柱杆固定的多轴向肉茎螺钉系统(polyaxial pedicle screw system)中。这些先前的系统使用某些压力元件，该压力元件向下直接或间接地与脊柱杆接合以使其相对于锚固元件固定，而在多轴向系统中该压力元件用于相对于联接件固定锚固元件。

为此，该压力元件与联接件通常通过它们之间的螺纹来连接，这样，在轭状联接件内或其附近，压力元件可以向下拧入到其锁紧位置。或者，还可采用在压力元件上的径向凸缘和联接件壁上的径向凹槽之间的楔形凸轮面，以推进压力元件向下推动脊柱杆使其进入相对于螺钉锚固元件的固定位置，请参见授予Yuan等人的美国专利No.6,565,565。脊柱杆锁紧的螺纹联接或凸轮楔形系统的问题是，允许压力元件相对于联接件前进，联接件以及压力元件的大小或型面高度就必须增大。换句话说，要在联接件上形成螺纹或凸轮面，就要求所述壁具有充分的轴向长度以允许螺纹或凸轮压力元件沿其前进。此外，许多系统在位于脊柱杆附近的骨用螺钉上形成完全球形的头部，从而要求用一个更大的联接件来固定脊柱杆及该螺钉头部。

在多轴向脊柱固定系统中，已经提出在锚固元件的头部与脊柱杆之间使用插入物，请参见授予Errico等人的美国专利No.5,733,286。Errico等人所建议的大半球状的插入物和容纳在连接件中的螺钉头上的凹槽相接合，从而允许联接件相对多轴向肉茎螺钉进行调节以将脊柱杆容纳在其所需要的位置。然而，Errico等人提出的整个系统具有不合需要的大的型面高度，因为其使用了带螺纹的定位螺钉用于夹紧脊柱杆，而且半球状插入物延伸超过螺钉头的顶部而进入连接件通道，该脊柱杆通过该通道被容纳。

发明内容

本发明提供了一种低矮外形的脊柱固定系统。根据本发明的一方面，联接装置的凸轮锁紧元件被固定，从而在其转动时不发生移动，这样锁紧元件的凸轮表面使得一大致沿着脊柱延伸的细长元件，诸如脊柱杆，被向下压或推。由于该凸轮锁紧元件不沿着该联接装置移动，因此该联接装置的大小可控制为最小。另外，低矮外形的本系统可以允许采用最小侵入性外科手术，诸如其元件为中空的，以供引导线使用。

根据本发明的另一方面，提供了一种多轴向脊柱固定系统。该固定系统具有一联接元件，该联接元件包括一内部支座面和一中心孔，该中心孔的大小允许锚固元件沿多个不同的方向穿过。该锚固元件包括一头部，该头部具有一上凹槽，该凹槽中设有一低矮外形的插入物。在一个优选实施例中，该插入物具有一基本上平坦的上表面。包括有上表面的插入物的其他备选方式为：在受到压力时，插入物可以或不可以变形；插入物的上表面上可以具有若干个径向设置的凹入的路径或凹部，因此插入物旋转到最接近的路径以与脊柱杆接触；或是插入物可以具有一杯形或圆周的凸起，当受到脊柱杆的压力时，该凸起变形以形成一路径而不会使脊柱杆变形。插入物的上表面装配在所述头部凹槽中，且插入物的大小设计成这样使得所述上表面仅稍突出于锚固元件的近端，以使插入物的外型为最小。在一个实施例中，插入物的上表面尺寸是根据与在插入物底部和所述头部的凹槽的交界面来设计的，使得即使锚固元件相对于联接元件转动到其最大范围，插入物的上表面仍稍稍突出于锚固元件头部的上端，例如，约0.010英寸。

在一个优选实施例中，插入物具有一较大的下部，该下部具有一弧形下表面，该弧形表面支承抵靠锚固元件头部的凹槽表面，该插入物还包括从下部向上延伸的并具有平坦上表面的中央凸起物。锚固元件的头部优选包括一诸如为柱状部分形式的保持器(retainer)，以在调整联接元件的角度时允许插入物进行自动调节而使插入物的平坦上表面突出于锚固元件头部以与脊柱杆相接合。

在另一个优选实施例中，凸轮元件和设置在凸轮元件和脊柱杆之间的鞍形件或夹持元件相配合。当转动凸轮元件以锁定脊柱杆时，该凸轮元件并不沿着联接元件作轴向移动而是凸轮作用于鞍形件以朝着脊柱杆轴向驱动该鞍形件，直至脊柱杆被固定在该夹持元件和插入物之间。该凸轮元件优选通过双叉形弹性夹形式的连接件以组件的形式固定到夹持元件上，从而在外科手术过程中凸轮元件保持与夹持元件组合的状态。

附图说明

图1是表示根据本发明第一实施例的脊柱固定系统的透视图，图中表示了骨用螺钉及联接装置，该联接装置包括联接元件及凸轮锁紧元件以相对于骨用螺钉固定脊柱杆；

图2为图1所示的脊柱固定系统的放大透视图，图中去除了联接元件，以更好地显示出凸轮锁紧元件并表示出骨用螺钉的头部构造；

图3为脊柱固定系统的剖视图，图中表示出形成在螺钉头部的凹槽，凹槽中装有低矮外形的砧垫插入物，以抵靠夹持脊柱杆；

图4为类似于图3的剖视图，图中表示出脊柱固定系统中各个部件的相对大小；

图5为类似于图2的正视图，图中去除了联接元件以显示凸轮锁紧元件上的径向凸缘及其底部凸轮面；

图6为脊柱固定系统的剖视图，图中表示出形成在联接元件中的凹槽，该凹槽用来容纳凸轮锁紧元件上的径向凸缘；

图7至图10为凸轮锁紧元件的各个视图；

图11至图13为轭状联接元件的各个视图；

图14及图15分别为骨用螺钉锚固元件的正视图及剖视图；

图16至图18为采用凸轮锁紧元件及鞍形件的另一凸轮系统的各个视图；

图19为根据本发明的脊柱固定系统的另一个实施例的分解立体图，图中表示了骨用螺钉及联接装置，该联接装置包括联接元件、凸轮锁紧元件、弹性夹连接件、夹持元件、及用来相对骨用螺钉固定脊柱杆的插入物；

图20为图19所示系统处于锁紧状态的局部剖切侧视图，表示出固定在夹持元件和插入物之间的脊柱杆；

图21为图19所示骨用螺钉的侧视图；

图22为图21所示骨用螺钉头部的放大剖视图；

图23为骨用螺钉头部的俯视图，图中表示了用来容纳插入物的凹槽；

图24为图19所示插入物的侧面正视图，图中表示了较大的弧形下部及从该下部向上突出的较窄的上部；

图25为插入物的立体图，图中展示了该插入物的平坦上砧垫表面；

图26为容置于螺钉头部凹槽中的插入物的俯视图；

图27为螺钉头部和插入物的放大剖视图，表示了将插入物保持在头部凹槽中的柱状头部的其中之一；

图28为图19所示联接元件的立体图，该联接元件包括一对整体的、间隔开的侧壁部分；

图29为联接元件的俯视图，图中表示该联接元件的底部具有通孔以及位于其中的鞍形件，骨用螺钉穿过该通孔延伸；

图30为联接元件的侧视图，表示了侧壁之间的间隔；

图31为图30中的联接元件转过90°的侧视图，示出其中一个侧壁在联接元件底部的宽度较大的下部；

图32为联接元件的剖视图，表示朝侧壁下端的盲孔；

图33为图19中的凸轮锁紧元件的立体图；

图34为该凸轮锁紧元件的底部透视图，表示了在其底部的程序设计的凸轮面；

图35为该凸轮锁紧元件的俯视图，表示了包括不对称驱动面的驱动插槽；

图36为图19中的弹性夹连接件的立体图，图中表示了一对弹性叉；

图37为该连接件的侧视图，表示了所述叉之间的间隔以及它们带有凸缘的自由端；

图38为图19中的夹持元件的侧视图；

图39为图38中的夹持元件转过90度的侧视图，表示了位于该夹持元件的其中一个侧壁部分上的一对导向槽；

图40为该夹持元件的俯视图，该图展示了鞍形件内的通孔，该通孔用于弹性夹连接件；

图41为凸轮锁紧元件的侧视图，且夹持元件相对于脊柱杆处于非锁紧位置；

图42相当于图41的截面图，表示出弹性夹连接件，且弹性夹的叉的凸缘端与帽形件隔开；

图43为凸轮锁紧元件的侧面正视图，且夹持元件相对于脊柱杆处于锁紧位置；

图44相当于图43的截面图，表示出夹持元件和弹性夹连接件一起向下移动，且帽形件的轴向位置未变并转动到其锁紧位置。

具体实施方式

图1及图2示出根据本发明的一个实施例的低矮外形的脊柱固定系统10。如图所示，脊柱固定系统10包括以骨用螺钉12形式出现的骨用锚固元件及由14表示的联接装置。联接装置14可以将以脊柱杆16形式的细长元件相对于骨用螺钉12固定到适当的位置。该联接装置14包括一压力或凸轮锁紧元件18和联接元件20，这两个元件协同工作以相对于骨用螺钉12固定脊柱杆16，其中该骨用螺钉12通过大致沿脊柱轴向延伸的脊柱杆16锚固在椎骨中。该联接装置14，明确地说是该凸轮锁紧元件18和联接元件20的结构紧凑。具体地，所述凸轮锁紧元件18和联接元件20在轴线21所示的方向上的外形非常低，其中轴线21相对于通过联接装置14相对骨用螺钉12固定的脊柱杆16的轴线16a横向延伸且具体为与轴线16a正交，从图4可清晰地看出。

更明确地说，联接装置14的低矮外形是这样获得的，即在凸轮锁紧元件18不需要沿联接元件20前进的情况下，凸轮锁紧元件18能有效地锁紧脊柱杆16。在这点上，联接元件20可设置有本体22，本体22具有侧面开口24、26，脊柱杆16从所述开口24、26中穿过，且所述本体22不设有任何与凸轮锁紧元件18配合来相对于骨用螺钉12锁紧脊柱杆16的螺纹或凸轮面。相反，凸轮锁紧元件18被固定以相对于联接元件20不移动，该凸轮锁紧元件18优选地与脊柱杆16本身的外曲面28配合以在系统10中将其相对于螺钉12固定到适当的位置上。

为此，凸轮锁紧元件18具有大致为环形结构的本体30，本体30在沿通过环形侧表面31的旋转轴线21方向上，其顶表面32和底面34之间的轴向距离很小。顶表面32上设有驱动表面部分36，这些驱动表面部分36配合形成一预定结构用来容纳相似结构的驱动工具，以使帽形件18在其锁紧位置和非锁紧位置之间转换。底表面34被设计成或构造成在凸轮锁紧元件18旋转时凸轮作用于脊柱杆16的曲面28，可从图8及图10中清晰地看出，而且在下文中将充分描述。

尽管就保持脊柱固定系统10的低矮外形而言并不是最好，但是可在凸轮锁紧元件18和脊柱杆16之间设置为以鞍形件200形式的中间夹紧元件，如图16至图18所示。鞍形件200具有凸轮上表面202，其被设置成当锁紧元件18转动到其锁紧位置时与锁紧元件的凸轮表面34相配合，以使该鞍形件200沿着轴线21向下移动而夹住脊柱杆16。该鞍形件具有弧形底表面204，该弧形底表面204和脊柱杆表面28的弯曲基本匹配，因此该鞍形件200接合并推压脊柱杆16，而没有与之相对的凸轮作用。凸轮锁紧元件18可以包括一中心孔206，从鞍形件200向上突出的一中心柱208容纳于该中心孔206中以使鞍形件200和凸轮锁紧元件18相互之间适当地设置。

类似于凸轮锁紧元件18，联接元件20在其顶表面38和底表面40之间的轴向长度相对较小。从图11中可以更清楚地看出，联接元件的本体22通常为U形或轭状结构，该本体22包括相对设置的直立壁42及44，所述壁42、44通过脊柱杆用开口24及26相互间隔开，开口24及26具有细长的形状并一直开口到联接元件本体22的顶表面38。因为凸轮锁紧元件18不需要在轴线21的方向上沿着壁42、44向下移动，所以本体22在这个方向上的尺寸可以达到最小。作为例子而不具有限制作用，侧壁42、44在联接元件本体22的顶表面38和底表面40之间延伸的长度或距离大约为13.47毫米。凸轮锁紧元件18在轴线21方向上具有从顶面32到波状底部的凸轮表面34的最低点的距离约为5.08毫米的外形高度。

如图所示，凸轮锁紧元件18的环形本体30的大小制造成适于装配在联接元件20的弧形侧壁42、44之间的内部空间46中。侧壁42、44上不设有与凸轮锁紧元件18协同工作以使其移动到锁紧位置的螺纹或凸轮面。更具体地说，包括分别在联接元件侧壁42、44上的弧形表面部分42a、44a的联接元件20的内表面48的大小设置成将凸轮锁紧元件环形本体30的外表面31紧密地容纳在它们之间。所述表面部分42a、44a都不设有螺纹或凸轮表面，这样它们仅在凸轮锁紧元件本体30绕轴线21旋转时用作其导向表面。由于侧壁42、44上不需要设置螺纹或凹入的凸轮表面或类似结构，所以联接装置14沿脊柱杆16的轴线16a在宽度方向上的尺寸也可以达到最小。作为例子而不具有限制作用，联接装置14沿脊柱杆轴线16a在直径方向上的宽度约为10.03毫米。从图7中可以看到，可以设置导向件45。这些导向件45被设置成初始引导凸轮锁紧元件18与侧壁42、44接合。

下面参照图3和图4，所示的脊柱固定系统10中包括方向可改变的多轴向骨用螺钉12，这样其纵向轴线12a横向延伸至联接装置14的轴线21或者基本上与其成一条线。为了达到该目的，联接装置14，更明确地说，联接装置14的联接元件20具有延伸通过其底壁52的底部通孔50。底壁52包括内表面部分54，该内表面部分54从表面部分42a、44a朝着中心轴线21向内逐渐形成锥形或向内弯曲。在其最底端56处的内表面部分54的直径设计成小于骨用锚固螺钉12较大的头部58。另外，在56处的直径足够大，以允许从螺钉头部58悬垂的螺杆60贯穿通过。这样，内表面部分54用作螺钉头部58的支承面。或者，可在直径56处设置比螺杆60上的螺纹大的螺纹，从而允许螺杆60松松地通过。在这种情况下，直径56的大小设置成防止螺杆60轻易地穿过，这样，在手术中外科医生可以将螺钉12和联接元件20作为一单个组件进行处理。另外，过大的螺纹允许螺钉12在其方向上可以为多轴向。或者，螺钉12可以穿过直径56处，但在螺钉12上连接一紧靠联接元件20的C形圈或径向弹簧，从而将二者连在一起并允许外科医生在手术中将它们当作单个组件来使用。

通孔50在中央延伸通过内表面部分54，该通孔50包括直径增大的下部62，该下部62由位于联接元件20的底壁52上的锥形或弯曲表面部分64形成。该锥形表面部分64从通孔50的最小直径56处开始相对于联接元件20的中心轴线21以一定锥度向外延伸直至其底面40。由于放大孔部分62的存在，螺钉12可以相对于联接装置14摆动或转动到其多个不同的位置。例如，在图示的实施例中，放大孔部分62允许螺杆在联接装置轴线21的任一侧作20°的摆动。当螺钉12摆动时，螺钉头部58的弧形外表面66便在联接元件20的锥形支承面54上滑动或移动。一旦联接装置14相对于固定到椎骨中的骨用螺钉12的方位得到确定，且脊柱杆16贯穿联接元件20并沿脊柱向上延伸，凸轮锁紧元件18就转动到其锁紧位置上。在锁紧状态下，凸轮锁紧元件18将脊柱杆16固定到脊柱上，以使其相对固定到椎骨内的骨用螺钉12固定，且骨用螺钉头部58因此被夹紧抵靠着联接元件20中的支承面54，从而固定连接装置14，使其相对于骨用螺钉12不移动。在螺钉头部的外表面66上可以设置用来增强摩擦的同心螺脊(ridges)或螺旋螺纹67，以增强螺钉头部58和支承面54之间的锁定作用。

继续参照图3及图4，可以看出在所示的优选多轴向脊柱固定系统10中，脊柱杆16被向下推动以被夹紧抵靠着一小砧垫插入物68。应当注意的是，上述低矮外形的联接装置14可以用在非多轴向和/或不使用如下所述的插入物的脊柱固定系统中。类似地，所示插入物68可以有利地使用于联接元件中具有螺纹或凸轮面的系统中。

插入物68具有上砧垫表面70，该表面70和脊柱杆表面28的下侧接合，从而与现有技术的系统中所用的骨用螺钉头部的弯曲表面相比与脊柱杆表面28的接触面增大。插入物68具有上表面70，该上表面70可基本上为平坦的，可以具有若干径向定位的凹入的路径或沟槽从而插入物68旋转到最近的路径与脊柱杆表面28接触；或具有杯状或圆周状的突脊，当受到脊柱杆12的压迫时，该杯状或圆周状的突脊便会变形而形成一条路径而不损伤脊柱杆。因此，插入物68和弯曲的脊柱杆表面28之间至少是线接触，而使脊柱杆与它们弯曲紧固件头部接合的现有技术系统在被夹紧时与脊柱杆16为点接触，这样比较容易使脊柱杆16受到损伤。

所述的插入物68同样具有低矮的外形，以使其在联接元件20中所占的空间最小。更具体地说，骨用锚固螺钉12具有形成于其螺钉头部58的上部凹槽72，从而形成螺钉头部58的杯形壁73，该头部58具有容纳插入物68的向上开口的空腔74。插入物68具有弧形的底表面76，该底表面76的弯曲形状和凹槽72表面的弯曲形状相似，因此，当多轴向螺钉12相对于联接装置14移动到不同方向时，该插入物能在凹槽72的表面上移动或滑动。插入物68的大小设计成这样，即从其底表面76的最低点到其顶部平坦表面70的距离稍大于空腔74的深度。这样，平坦表面70仅在围绕空腔74延伸的螺钉头部的壁73的顶表面80处稍稍高出螺钉12的近端78，从图5中可以清晰地看出。相应地，插入物68仅在名义上增加在联接元件20的内部空间46中的螺钉头部58的高度，因此联接装置14能够保持其如上所述的低矮外形的形状特征。举例而言，在脊柱杆16被夹紧抵靠着插入物68时，联接元件20的底面40与脊柱杆轴线16a的距离约为6.34毫米。优选地是，插入物68具有比联接元件20或脊柱杆16更大的弹性变形，以使其具有更大的类似弹簧的性能。因此，插入物68的材料优选具有比联接元件20及脊柱杆更低的杨氏模量，这样就能够降低尺寸公差的临界。或者，可以用诸如钴铬合金(cobaltchrome)材料来制作插入物68，这种材料比脊柱杆更硬因此可以增加二者之间的夹紧力。

在图示的优选实施例中，低矮外形的小插入物68具有一扩大的下部82，且该下部包括弧形底表面76和上部84，该上部从扩大的下部82的中心朝上突起并具有顶表面70。相应地，在与轴线21正交的方向上，顶表面70比底表面76更窄，因此在插入部分82和84之间形成台肩表面86。低矮外形的插入物68的上述结构使其具有倒置的蘑菇形结构，且扩大的头部分82支承在螺钉头部58内的凹槽表面72上。

为了将插入物68保持在螺钉头部58的空腔74内，在螺钉头部的壁73上设有例如形成为柱状部分88的保持器。这些柱状部分88在螺钉12的近端78处径向向内延伸，从而与插入物68上的台肩表面86相干涉而将插入物保持在空腔74内，而且当提供在空腔内小范围的转动时，该插入物基本上处于直立状态，如图3至图6所示。应当注意的是，术语转动包括插入物在螺钉头部58内的任何摆动。由图可见，相对于联接元件20插入物68并不是固定不动的，而仅仅是通过柱状部分88保持在螺钉头部内。这样，就允许插入物68能够稍作活动或游动，而且允许插入物68独立于螺钉12和脊柱杆表面28移动。因此插入物68便能够与脊柱杆表面28随动，并因具有自动对准能力而将自己定位在脊柱杆表面28和螺钉头部58之间。

如上所述，凸轮锁紧元件18在其转到锁紧位置的过程中并不沿着联接元件20移动。为了使凸轮锁紧元件18固定而不沿轴线21方向发生运动，在其直径地相对位置上设置从环形本体30径向向外延伸的径向凸缘90及92。径向凸缘90、92容纳在形成于联接元件侧壁42、44中相应构造的凹槽94、96中，如图6所示。凹槽94、96具有和径向凸缘90、92相应的关于轴线21延伸的弧形结构，以将凸缘90，92装配于其中并允许凸轮锁紧元件18在其锁紧及非锁紧位置之间转换。当凸轮锁紧元件18转向其锁紧位置时，径向凸缘90、92容纳在凹槽94、96内。当凸轮面34凸轮作用于脊柱杆表面28时，紧密配合于凹槽94、96内的凸缘90、92阻止凸轮锁紧元件18朝背离脊柱杆16的方向向上移动，且相反地向下压脊柱杆16以使其与插入物68夹紧接合，这又使得螺钉头部58或更准确地说使螺钉头的外表面66夹紧抵靠着联接元件20内的支承面54，于是便相对于骨用螺钉12将联接装置14固定并将脊柱杆16锚固到脊柱上。

凸轮锁紧元件18所施加的在螺钉头部58和联接元件20的底壁52之间，且尤其是在相应接合面66和54之间，的向下指向的夹紧力使得联接元件壁42、44相互分开。因此，在凸缘90、92上还分别设有远端部分98、100，该远端部分98、100沿着轴线21延伸。在这种情况下中，该远端部分98、100显示为从凸缘90、92的远端向上，但是它们可同样地被设置成沿着轴线21方向向下延伸。凹槽94、96也分别包括部分102、104，它们在联接元件侧壁42、44内沿着轴线21方向向上延伸，以容纳在相应的径向凸缘90、92上向上延伸的远端部分98、100。由于凸缘部分98、100容纳于凹槽部分102、104内，所以在通过凸轮锁紧元件18的转动而进行锁紧的过程中，侧壁42、44的任何扩展作用(spreadingaction)就能得到阻止。

如上所述，凸轮锁紧元件具有波状底部凸轮面34，该凸轮面34凸轮作用于脊柱杆16的弯曲凸轮表面28。图8及图10展示了该凸轮面34。在图示的优选实施例中，凸轮面34设置成提供三个不同的区域，这三个区域由它们对脊柱杆16的作用来限定。设置第一凹陷区域106，在非锁紧状态时该区域和脊柱杆表面28基本吻合。第一凹陷区域106横跨凸轮锁紧元件本体30的底部34延伸，而且可与径向凸缘90、92对齐。因此，径向凸缘90、92将被设置成稍高于凸轮锁紧元件本体30的底部34，以容纳在其下延伸的脊柱杆弯曲表面28，且凸轮锁紧元件18处于非锁紧状态。在该状态下，凸缘90、92没有进入或没有完全进入凹槽94、96内。

将凹陷表面区域106的在径向上相对的部分106a、106b设计成这样，使得在凸轮锁紧元件18非锁紧状态下的转动不产生凸轮作用，而仅产生轻微地初始转动作用。当脊柱杆表面106与表面部分106a、106b成直线时，脊柱杆16仍是松动地容纳在凸轮锁紧元件18下面而没有受到凸轮作用。有利的做法是，脊柱杆16被锁定在凸轮锁紧元件18下面，这样就使得外科医生在最终锁紧凸轮锁紧元件18之前能够有更大的操作自由。当凸轮锁紧元件18继续转动时，凸轮作用开始在斜面区域108、110上产生，其中斜面区域108、110在帽形件底表面34上径向相对并从邻近的表面部分106a、106b沿着轴线21方向向下凸出。斜面区域108、110构造成这样，使得脊柱杆16在凸轮锁紧元件18绕着转动轴线21转向锁紧位置的过程中沿着轴线21方向逐渐被往下推动。因此，在非锁紧状态下，这些底部凸轮表面34上的斜面区域108、110沿着脊柱杆16的任一侧向下延伸从而有利地占据在每侧的空间，这就使得联接元件20内的凸轮锁紧元件18所占有的空间最小，从而使联接装置14整体的型面高度低。

随着凸轮锁紧元件18继续转向锁紧位置，脊柱杆表面28被接合抵靠着两个径向相对的大致平坦的表面区域112、114，这两个平坦表面区域112、114分别与该斜面区域108及110相邻。在另一个实施例中，该表面区域112、114可以是具有凹部的凹入形状，因此脊柱杆16便容纳在该凹部中。表面区域112、114不像上述斜面区域108、110那样相对于轴线21倾斜，并且是凸轮面34和脊柱杆表面28之间接合的最低点。随着凸轮锁紧元件18的转动，脊柱杆表面28仅与表面区域112、114接合，凸轮锁紧元件18处于其完全锁紧状态，且凸轮锁紧元件凸缘90、92完全被容纳在相应轭状壁的凹槽94、96中，如图1及图6所示。凸轮锁紧元件18在到达完全锁紧状态后朝同一方向继续转动被两个邻接的表面区域116、118阻挡，该邻接表面区域116、118分别与表面区域112、114相邻。这些邻接表面区域116、118在轴线21方向上从表面区域112、114向下进一步延伸。

因此，所示的优选按程序设计的凸轮面34设有几个阶段来实施对脊柱杆16的凸轮作用及锁紧作用。如图所示，在脊柱杆表面28到达斜面区域108、110之前，凸轮锁紧元件18可从非锁紧位置转动约20度。在这一点上，脊柱杆16被凸轮作用向下，在脊柱杆表面28到达平坦锁定表面112、114之前，凸轮锁紧元件可转动另一60度。此后，在脊柱杆表面28抵靠止动表面116、118且凸轮锁紧元件18在处于完全锁紧状态之前可以再转20度。于是，凸轮锁紧元件18从完全非锁紧位置转到完全锁紧位置需转动约100度，其中在凸轮作用开始和脊柱杆16在最后80度范围内旋转到完全锁紧位置的凸轮作用之前，具有20度的游隙

下面进行更详细地描述，如上所述，帽形件凸轮锁紧元件18包括在顶表面32上凹进的驱动表面部分36。从图2中可清晰地看出，该驱动表面部分36可以形成有多个从中轴线21径向向外延伸的凸角，其用于容纳类似凸角形的驱动工具。该凸角驱动表面部分36设有用于驱动工具和凸轮锁紧元件18之间的表面接触和力矩传递的增大区域。

对骨用螺钉12而言，螺钉头部58设有圆周驱动表面120和形成于螺钉头部的近端78中并凹进或凹陷进入顶表面80中的凹入的槽口122如图15所示。这样，当砧垫插入物68在螺钉头部空腔74中并稍微突出时，就可以使用如上所述的具有与槽口122配合的圆周突出部分的驱动工具。

参照图1及图11至13，可以看出，轭状联接元件侧壁42、44上分别设有键槽124、126，该键槽124、126设有贯穿侧壁42、44的加大的中央通孔128、130。所述键槽使得联接装置14能够被一工具器件上的臂夹持，例如杆加长工具(rod persuader)，用于将脊柱杆16插入到联接元件20中。所述臂可以具有结合端，该结合端位于键槽124、126内并延伸进入通孔128、130内。

图19至图44所示为根据本发明另一实施例的低矮外形的脊柱固定系统500，其用于固定脊柱杆16。由图19及20可见，系统500包括一个诸如螺钉502的骨用锚固元件以及用来将脊柱杆16相对于骨用螺钉502固定的联接装置504。该联接装置504包括为单一轭状物512形式的联接元件、为砧垫516形式的插入物、为帽形件518形式的凸轮锁紧元件、为弹性夹519形式的连接件、以及为鞍形件520形式的夹持元件。固定系统500和图1至图18所示的实施例相似，其中帽形件518以及轭状物512在轭状物轴线21方向上的高度低，该轴线21横向延伸并正交于脊柱杆16的轴线16a，而该脊柱杆16通过该联接装置504相对于骨用螺钉502固定，如图20所示。

螺钉502直接穿过轭状物512并且将其连接到骨或骨片(bonefragment)上。螺钉502具有带有凹槽554的头部536，该凹槽554容纳砧垫516。脊柱杆16被容纳在轭状物512中的内部空间或通道601中并支承在砧垫516的上表面上。螺钉502优选为多轴向螺钉，并且砧垫516可以在螺钉502的头部536内活动。因此，在系统500被固定之前，螺钉502相对于轭状物512可以活动，所以轭状物512和螺钉502可以选择性地定位，以使相互之间呈现不同的方向，从而二者相应的轴线21、544不必相互对准，而且砧垫516可相对于螺钉502移动、摆动或转动，因此砧垫516可以如同前面描述过的砧垫68那样通过调整自身与脊柱杆16的外表面28的方向来适当定位。

脊柱杆16通过帽形件518及鞍形件520固定或锁定在轭状物512内。如同下面将描述的那样，帽形件518的转动具有双重功能：一是将帽形件518固定在轭状物512的凹槽642内，二是压迫鞍形件520抵顶脊柱杆16以将脊柱杆16锁在鞍形件520及砧垫516之间。鞍形件520和帽形件518通过为双叉弹簧夹519形式的专用连接件固定在一起成为组件。

图21及图22所示为骨用螺钉502。该骨用螺钉502包括：位于远端532处的尖端530、包括螺钉头536的近端534、包括用来驱动并固定螺钉使其进入骨或骨片的外螺纹540的螺杆538以及螺钉头部536和螺杆538相连接的颈部542。螺钉502通过围绕自身中央纵向轴线544的旋转而被驱动。螺钉的尖端530可以设计成多种构造，诸如已知的自攻型结构或自钻型结构。如上所述，螺钉502优选为多轴向的，并且其头部536的直径大于螺杆538在颈部542处的直径。当允许轭状物512在将脊柱杆16支承于其中所需要的方向上相对于螺钉502定位时，螺钉502的多轴向特性允许螺钉在为适当地固定于骨上所需要的方向上固定于骨上。

螺钉头部536具有一个弧形的或稍带斜度的顶表面550，该表面550和螺钉头部536的外周表面552相交。螺钉头部536的外周表面552具有一大致为弧形或球形的侧面570，该侧面570被一系列的同心凸脊或刻于其中的圆形槽572打断。如上所述，螺钉502为多轴向的，因此其相对于轭状物512的方向是可以精确定位的。当联接装置504固定在螺钉502上时，槽572夹持或切入轭状物512的内部以使螺钉502相对轭状物512固定在希望的位置。例如，槽572的宽度可以约为0.012英寸以获得充分的夹持强度或被定位在轭状物512中。

顶表面550包括一个形成于其中的用来容纳砧垫516的向上开口的凹槽554。如图24至27所示，该凹槽554具有弧形或优选为球形的最低表面部分556，该最低表面556的大小和结构设置成当小砧垫516位于凹槽554时能移动。为了达到该目的，砧垫516具有支撑在最低表面部分556上并相对该最低表面部分556可滑动的底表面558。另外，凹槽554具有两对径向对置的槽口560，每对相对于另一对垂直定位，用于在不干涉置于其中的砧垫516的情况下容纳驱动工具的相似形状的尖头。顶表面550包括为短突起562形式的保持器或柱状部分，它们位于凹槽554的开口处并在各个刻槽560之间。在砧垫516放入凹槽554之前，突起562从顶表面550沿着轴向向上突起，因此该突起562不妨碍砧垫516的插入。一旦砧垫516装入到凹槽554，突起562被偏转成径向延伸与砧垫516相干涉，这时尽管砧垫516仍可在凹槽554内移动，但其被突起562束缚在其中。装配完成以后，可以通过热处理或其它处理来消除弯折的突起562中的残余应力。

砧垫516具有底部580，底部580上带有一大致为弧形或球形的底表面558，该底表面558支承在凹槽座554的最低表面部分556上。因此，砧垫516可以在凹槽座554内摆动或转动。砧垫516还包括支座部分582，该支座部分582从砧垫底部580中央向上延伸直至顶表面584，其中在砧垫底部580和支座部分582之间有一横向台肩表面585。由图27可见，当砧垫516直立地支承在凹槽554内时，弯折突起562和砧垫横向台肩表面585之间存在间隙587。该间隙587，以及在凹槽554中大致向上延伸的砧垫上部582的较窄部分，使得砧垫516可以在凹槽554内来回摆动且其底表面558在凹槽表面556上滑动，直至表面585抵靠一个或多个突起562时为止。

所述支座部分582优选是截头圆锥体，这样，作用在其上的压应力能够完全分布到底部580上，同时几乎不可能破坏顶表面584的外缘584a。和前面所述的砧垫68一样，砧垫底部580比上部582更大，因此所述支座部分582可以在凹槽554内以及在砧垫台肩表面585和突起562之间的间隙内移动。

当脊柱杆16插入轭状物512时，脊柱杆16的侧表面28被推进接触砧垫516。如果骨用螺钉502是偏斜的、倾斜的或是固定的，以致其中心线544和轭状物中心线不重合或不对齐，那么砧垫516便以类似方向初始偏斜或倾斜。当脊柱杆16被固定并压靠砧垫516时，可在凹槽554内摆动的砧垫516移动以使脊柱杆16和凹槽554的最低表面部分556之间的距离最小。因为砧垫顶表面584是平面而其底表面558是球形的，所以从顶表面584到底表面558的最短距离是通过几何中心588到达底表面558的中心590a的距离。

如上所述，为了实现低矮的外形，优选使砧垫516的高度最小，同时保持超过螺钉头部536的顶表面550。砧垫顶表面584的大小设计成这样：当砧垫516由于骨用螺钉502的偏斜或倾斜而发生偏转或倾斜时，顶表面584的至少一部分和脊柱杆16接触，该脊柱杆16被推向轭状物512内的砧垫516。这样，当接触砧垫顶表面584的脊柱杆16迫使砧垫516移动时，砧垫16进行自动校正，以使如上所述的砧垫的最小高度与在脊柱杆16的表面28在切线方向上对齐。

多轴向螺钉502穿过轭状物512插入并固定到骨上，且脊柱杆16支承在砧垫516的顶表面584上。由于螺钉502相对于轭状物512的方位可能变化，因此砧垫516可以在凹槽554内转动，从而顶表面584保持和脊柱杆16的大致为圆柱形的外表面28相切。通常，砧垫516和螺钉头部536以及尤其是其中的凹槽554的大小相互配合，从而，即使螺钉502相对于轭状物512摆动到其最大范围，例如偏离轴线21达20度，砧垫顶表面584仍总能够稍高出螺钉头部上表面550处的杯形头部壁536a的顶部延伸。更具体地，如上所述，砧垫的底部580可以使其底表面558弯曲成大致为具有半径589的球面结构，如图24所示。当底表面558在弧形凹槽表面556中转动时，半径589从砧垫516的大致旋转中心558延伸。砧垫516由大致为球形的构件成型以具有台肩表面585及支座部分582。因此，从转动中心588到砧垫顶表面584的垂直距离586至少稍小于半径589的长度。举例而言，垂直距离586可以为约0.043英寸，半径589可以为约0.0625英寸，因此距离586比半径589小约0.0195英寸。如果砧垫顶表面584的高度586明显增加，那么砧垫顶表面584的宽度必须增加，这将限制螺钉502的多轴向运动，因为砧垫516稍作倾斜或偏斜便会和突起562相接触。如果砧垫顶表面584的高度586明显减小，脊柱杆16如果不首先与螺钉头部536相接触的话就不能够接触砧垫的顶表面584，在较大偏角时这种情况下会变得更严重。

这样，砧垫516和包括在其中延伸的突起562的凹槽554的构造，使得砧垫516可以跟随脊柱杆16的位置而转动并改进砧垫516的自校正。另外，选择砧垫516在顶表面584和底表面558之间的大小，包括高度尺寸586，以使其顶表面584低于全球形螺钉头部的顶表面，这将使包括在轭状物512中的螺钉头部536及砧垫516的砧垫组件的外形高度最小。即如果螺钉头部536是球形的，那么其顶点高度将高于砧垫516的顶表面584，这将增加系统500的整体高度。当联接装置504处于锁紧状态时，砧垫516的顶表面584会稍有变形，从而形成凹部，该凹部与脊柱杆外表面28紧密接合并与其形状相一致。通过这样的变形，砧垫516和脊柱杆16形成基本上齐平的配合面接触，而不是线接触。砧垫516的底表面558包括一小平面590，其有助于使砧垫底表面558和支座554之间的摩擦最小化。

前面已经陈述过，螺钉502穿过轭状物512插入。由图28至图32可见，轭状物512具有一扩大的基部600且形状由大体圆柱形的外表面602形成，该外表面602由一对对置的侧壁部分604、606形成，该侧壁部分604、606从增大的基部600延伸并在它们之间确定用来容纳脊柱杆16的通道601。通道601可以具有衬层，该衬层可以用，例如，诸如PEEK的聚合物制成，该衬层的用途是改善脊柱杆16和通道601之间的低摩擦接触。在侧壁604、606之间形成一具垂直轴线21的凹槽608，该凹槽608包括通道601，该凹槽608还包括一个通孔612，该通孔位于轭状物512的底部或基部600中，螺钉502便穿过该通孔612插入。通孔612的构造可以和前面讨论过的联接元件20的通孔50相似，且通孔612可以包括诸如PEEK的聚合物衬层，以改善其中的螺钉502的低摩擦多轴向运动。

类似于图1及图11至图13所示的方式，轭状物壁604、606的外表面602上分别设有键槽124、126，该键槽124、126设有加大的中央通孔128、130延伸通过壁604、606。所述键槽使得联接装置514能够被一工具器件上的臂保持，例如杆加长工具，该工具器件用于将脊柱杆16插入到轭状物512中。所述臂可以具有啮合端，该啮合端位于键槽124、126中并延伸进入通孔128、130内。

轭状物512的外表面602上还设有盲孔或孔650。由图32可见，盲孔650并不延伸到内部凹槽608内，而是在轭状物512的薄壁部分652处终止。一旦螺钉502及其固定的砧垫516已经穿过通孔612插入，则靠近每一盲孔650的薄壁部分652变形成凹槽608，这样螺钉502和砧垫516分组件不能被拉出轭状物512从而保留在组件中。由于螺钉502保留在轭状物512中，外科医生仅需要将螺钉502、轭状物512和砧垫516作为一单独构件或组件来处理

在所示优选实施例中，轭状物512具有如下面所述的高强度一体结构。每一整体的侧壁部分604、606具有顶面620、端面622、以及内表面624。每个侧壁604、606的内表面624与对置侧壁上的表面大致相同。侧壁604、606协同形成了两个U形的内表面626，每个U形内表面626具有一对腿部628，这两个腿部628在从顶面620向下延伸的区域中垂直对置。每对腿部628与将腿部628相互连接的大致为半圆形部分630相交。对于表面626的外边，轭状物512的圆柱形外表面602被截以形成壁604、606的端面622，被截以形成基部600上的端面632。轭状物512端部的截取，减小了轭状物512在横向于轴向方向21的宽度方向上的整体大小。由图28及图31可见，当基部600在其端面632之间的尺寸大于侧壁604、606在它们的端面622之间的尺寸时，端面622及632之间就形成有台肩634。基部600在侧壁604、606下端部分处的尺寸增大增加了轭状物512在应力集中最大的区域中的强度，在该区域脊柱杆16向下朝着轭状物512的底端被夹在轭状物512的曲面部分630上。沿着从基部600开始向上延伸的侧壁部分604、606截除轭状物512，使得轭状物512的宽度在其大部分轴向长度上最小，如上所述。

侧壁604、606的每一内表面624都包括一个基本上为圆柱形的表面640，该表面640在U形内表面626之间延伸。圆柱形表面640和内表面626上限定内部凹槽642，该凹槽642等截面地沿着周向在两个侧壁内延伸。小凸出物或小块形式的导向物643位于内表面626上且在凹槽642的上方，如图28所示。当鞍形件520插入到轭状物512时，如图29所示，该导向物643有助于鞍形件520适当地定位在其中，如下面所述。另外，当帽形件518旋转时，该导向物643还用作给帽形件518提供多个不同旋转位置的制动器。与上述凸轮锁紧元件18相似，帽形件518具有大致上为圆柱形的本体644，该本体644具有外表面645，该外表面645上设有多个为大致上垂直的弧形凹痕647形式的凹槽，这些凹痕647间隔地排列在该外表面645的圆周上。凹痕647和所述制动器643配合向外科医生提供了触觉指示，表示当制动器643突然进入和离开凹痕647时，帽形件518在轭状物512中的旋转程度。例如，当帽形件518在锁紧状态时，制动器643和凹痕647可以分开，这样当帽形件518转到其完全锁紧状态时，例如与未锁紧状态相隔100度间隔时，就产生预定次数的“喀啦”声。

凹槽642通常在水平方向上延伸，以容纳帽形件518，以及更具体的是容纳以类似于上述凸缘90、92和相应凹槽94、96的方式装配于轭状物512的相应结构的凹槽642中的帽形件518的一对径向凸缘656。径向凸缘656和凹槽642使得帽形件518在转动时不能沿着轭状物512轴向移动，因此在帽形件518和鞍形件520之间产生的凸轮作用只使得鞍形件520朝向和相对脊柱杆16作轴向移动。每个凸缘656包括平坦的导入斜面657，当凸缘656转动离开侧壁部分604、606之间形成的狭槽并且处于非锁紧状态的帽形件518移动凸缘656使其插入到它们对应的凹槽642时，该导入斜面657有助于引导凸缘656。然而，凹槽642和凸缘656的表面之间不产生使鞍形件520的下表面700相对帽形件518移动的凸轮作用。如下文所述，凸轮作用仅仅发生在帽形件518的底表面704和鞍形件520的顶表面702之间。

径向凸缘656还包括位于它们的远端659的向上翻转部分658，同样，凹槽642也包括在各个轭状物壁604、606中轴向向上延伸的对应部分649，该对应部分649用于容纳向上翻转的凸缘部分658。由于凸缘部分658容纳在相应的凹槽部分649中，因此在旋转帽形件518的锁紧操作中，轭状物壁604、606的任何扩展作用都被阻止。

如图41至图44所示，帽形件518和鞍形件520各自分别限定中心开口670、672，弹性夹519延伸穿过中心开口670、672。所述帽形件中心开口670分成下部分670a和上部分670b，上部分670b继续开口至直径大于下部分670a的直径。一环形台肩支座表面674处于帽形件开口670的上部分670b和下部分670a之间的过渡部分。上部分670b还向帽形件形件518的驱动插槽的凹入底表面671开口。

从图36、37可见，弹性夹519包括环形基座部分680及两个从基座部分680沿夹的轴线683向上突出并由在它们之间轴向延伸的间隙682隔开的弹性叉或杆680a、680b。每一杆680a、680b在它们的自由端以凸缘681a、681b终结，每个凸缘681a、681b包括面朝上的相对弹性夹轴线683倾斜或弯曲的凸轮表面684。该凸轮表面684有助于弹性夹519通过开口670、672插入，在杆凸缘端681a、681b设有垂直于弹性夹轴线683延伸的下止动面688，该下止动面基本上能防止无意识地使弹性夹519通过中心开口670、672后退脱离。

鞍形件520的中心开口672也包括一上部672a和一下部672b。下部672b朝向鞍形件520的凹陷底部700开口，并且其直径比上部672a的大，因此在上部672a和下部672b之间形成了环形台肩表面672c。直径较大的下部672b的大小设计成使得弹性夹519的基部680能够装配并固定在其中并与表面672c相抵触。优选地，开口下部672b的直径尽量小，以增加鞍形件表面700和脊柱杆16的表面接触面积。开口上部672a的尺寸可以设计成直径小于帽形件中心开口670的较小的下部分670a的直径。

为将帽形件518和鞍形件520组装在一起，首先将弹簧夹元件519轴向地插入鞍形件的中心开口672中，且叉的自由端681a、681b首先插入直径较大的下部中心开口672b中。随着弹簧夹继续轴向插入，凸轮表面684工作且凸轮抵靠台肩面672c，弹性压迫弹性叉680a、680b相向运动以使它们之间的间隙682缩小。随着叉680a、680b被推在一起，凸轮表面684的外部侧边缘684a被略小于开口部670a和672a的直径的距离隔开。这允许弹性夹元件519继续插入通过包括小直径开口上部672a的开口672。根据相对于开口下部672b直径的未变形的叉的上边缘684a之间的距离，可能出现凸轮抵顶鞍形件表面700且叉随之产生一定程度的变形以使弹簧夹的叉680a、680b能装配到开口下部672b。一旦叉端681a、681b，或更具体地说叉止动面688，离开开口上部672a，弹性夹的叉680a、680b便回复到其原始的未变形状态，且止动面688面对鞍形件520的上表面702，这样就不再存在使叉680a、680b互相靠拢的力，弹性夹元件519和鞍形件520便组装在一起。

为了完成装配过程，叉端681a、681b接着轴向插入帽形件开口670中，具体是插入到帽形件的直径较小的下部670a中。相应地，凸轮面684凸轮作用于帽形件518围绕中心开口670的下表面687，其压迫弹性杆680a、680b在一起以缩小它们之间的间隙682，以允许夹的叉680a、680b插入通过开口部670a。一旦弹性夹凸轮面684通过帽形件开口670的下部670a，杆680a、680b便弹性地朝它们不弯曲位置恢复。在叉端681a、681b退出开口670后，叉680a、680b便回复到它们未变形的状态，而止动面688便面对帽形件的表面671并与该表面671相隔一定间隔，因此，在所连接的部件之间存在游隙，即在帽形件518、鞍形件520及弹簧夹519之间，如图42所示。当帽形件518朝其锁紧位置旋转时，因为鞍形件520由于表面672c在弹簧夹基座680上的接合作用而被驱动朝着脊柱杆16与弹性夹519一起轴向移动，叉端681a、681b重新进入开口上部670b，且止动面688与支座表面674邻接接合以防止弹性夹519在帽形件转到其锁紧状态的过程中通过开口670、672被无意识地拉出。

弹性夹519的杆680a、680b还包括中间凸轮部分，该中间凸轮部分包括位于中央的双向倾斜的凸轮表面800。当开始准备植入时，弹簧夹519以紧凑的装配构件形式夹持帽形件518及鞍形件520，且弹簧夹基座680与鞍形件520的开口的台肩表面672c邻接接合，这样鞍形件520与帽形件518相互抵靠或紧密相邻，如图41及图42所示。在该紧凑结构中，双向倾斜的表面800位于帽形件的开口670内以使帽形件518抵靠鞍形件520。当帽形件518和鞍形件520从轭状物512中取出时，如外科医生从患者的脊柱中取出该固定系统500时，在杆680a、680b的终端681a、681b处的止动表面688允许帽形件518和鞍形件520保持为组合状态。

更具体地说，倾斜的凸轮表面800包括下凸轮表面部分802和上凸轮表面部分804，它们在侧边的公共外缘806处会合。由图37可见，该中间的外侧凸轮表面边缘806的大小大约等于在684a处的远端上部叉边缘之间的距离。如图所示，当所述凸轮表面802向上延伸到边缘806时，其倾斜并远离轴线；而当所述凸轮表面804从边缘806向上延伸时，其朝轴线683倾斜。于是，在装配过程中，上凸轮表面804能够有助于使叉680a、680b互相靠拢，从而使它们装配穿过帽形件及鞍形件的开口670、672。同样，当转动帽形件518以松开脊柱杆16上的鞍形件520时，上凸轮表面804允许鞍形件520和弹性夹元件519一起沿着轴向朝上退回。

在帽形件518和鞍形件520如图42所示那样组合在一起的情况下，边缘806位于鞍形件的开口上部670b中，因此下倾斜表面802便摩擦地支承在开口下部670a附近的表面上以使鞍形件的上表面702抵靠在或紧邻着帽形件的下表面704。另外，凸轮表面802的斜面或倾斜方向允许鞍形件520被向下驱动或离开轴向位置固定的旋转的帽形件518。朝其锁紧位置旋转帽形件518使凸轮表面802凸轮支撑抵靠在开口部分670a附近的表面上，迫使弹簧夹的叉680a、680b互相靠拢而允许包括边缘806在内的叉通过开口部分670a装配。然而，凸轮表面边缘806与止动面688之间的轴向距离大于鞍形件的下开口部分670a的轴向长度，所以，一旦边缘806离开开口部分670a的底部，叉680a、680b能朝它们的未变形状态弹性恢复，于是止动表面688便与开口670的支座表面674相互抵触。另外，随着鞍形件520轴向向下移动，凸轮表面边缘806会从开口670及672中显露出来，如图44所示。

由图38至图40可见，鞍形件520具有沿着其侧面710的槽701。如上所述，当鞍形件520如图29那样插入轭状物512时，轭状物512的突出导向件或制动件643便进入该槽701，通过沿着轭状物侧壁部分604、606的内部被引导的轭状物侧面701，所述槽引导鞍形件520在轭状物512内适当地定位和插入。鞍形件520还具有一锥形端703，如图38所示，该锥形端703有助于使鞍形件520进入或离开轭状物512。

另外，鞍形件520的底部表面700为凹形从而以互补的方式与脊柱杆16接合。鞍形件520还包括一特定外形的上表面或顶表面702，该顶表面702被设计成与帽形件518的特定外形底表面704配合，以通过凸轮作用移动鞍形件520的底部表面700使其进入与脊柱杆16锁紧接合的状态。更具体地说，鞍形件520的顶表面702上具有一大致水平且基本平坦的部分706，该平坦部分706在大致正交于脊柱杆16的轴线524的方向上朝每一轭状物侧壁部分604、606纵向延伸。关于这一点，该鞍形件520呈现细长的凸轮表面702，其与如上述系统10内的脊柱杆表面呈现的细长凸轮表面成90度定位。

当鞍形件520处于与帽形件518的锁紧状态时，如图44所示，帽形件和鞍形件520之间的力通常通过底部凸轮表面部分820来传递，该凸轮表面部分820通常位于鞍形件顶表面702的横向位置709。鞍形件520相对容纳于其底表面700的脊柱杆16横行定位，从而允许鞍形件520将通过其横向部分分解的力局部地分布到脊柱杆16的局部区域的表面接触区域。与之相反地，如果鞍形件520沿脊柱杆16的纵向轴线16a定向或从图示移动90度，则通过其横向端部709提供力的鞍形件520将通过一对局部区域传递这些力，其中该对局部区域沿脊柱杆16顶表面设置并与之相匹配。这样的布置可能对脊柱杆16造成腐蚀、损坏或磨损，这可能导致脊柱杆失效或断裂以及鞍形件的破裂。另外，这样的布置还可以使得具有一定长度的脊柱杆16具有一定刚度，而对于允许患者运动的脊柱固定系统的性能来说，由于患者的运动会对系统施加相对较大的应力，因此具有较长长度的脊柱杆是不符合要求的。

顶表面702还包括两个基本上平坦的侧凸轮面708，侧凸轮面708位于平坦部分706的侧边并与其相交。每一凸轮表面708从平坦部分706向下倾斜到鞍形件520的下侧710。凸轮表面708到下侧面710之间的边缘712稍带圆角，以使帽形件518能够容易地凸轮作用于边缘712。因此，多面的凸轮表面702绕着一条轴线延伸，该轴线大致地和脊柱杆轴线16a正交。

尽管顶表面702也可为以向上弯曲的斜面以容纳帽形件518的底部凸轮表面704，但是在凸轮作用中，平坦部分706提供优选的应力分布。更具体地说，弧形或园形的凸轮表面需要在弧形凸轮表面的初始部分通过凸轮接合做大量的功，随着凸轮接合进行到弧形凸轮表面的顶部时上述量的功减少。与之相反，在帽形件518的配合凸轮表面704在平坦部分706上被引导时，诸如平坦部分706那样的大致平坦表面使得功能够沿平坦部分706分布得更均匀。

在帽形件518相对于鞍形件520转动时，帽形件518的底表面704凸轮作用于鞍形件520的顶表面702，从而帽形件518的底表面704与鞍形件520的顶表面702接合，使得鞍形件520沿着轴向朝离开帽形件518的方向移动并进入与脊柱杆16紧密接合的状态。在这一点上，在帽形件518转动以锁紧脊柱杆16时，帽形件518本身在轭状物512内并没有沿着轴向移动而只是绕着其中心竖直轴线转动。如上所述，基部680和止动表面688之间的弹簧夹519的长度690，被特定设计成允许在鞍形件520和帽形件518之间的所述移动操作。

如图34所示，虽然帽形件518相对上述图8和10中所示的凸轮锁紧元件18转动了90度，以使如图34所示，当帽形件518处于非锁紧状态时，帽形件凸轮面704大致沿着一条和脊柱杆轴线16a正交的轴线延伸，但是帽形件518的底表面704是以和上述凸轮锁紧元件18相同的方式经过程序设计的凸轮面。这是因为鞍形件520的凸轮面702相对于如上所述的脊柱杆表面转动90度，因此帽形件凸轮面704的相应凸轮面部分也从上文所述的凸轮锁紧元件18上的位置转动90度，如图34所示。这样，它们在帽形件518转到锁紧位置之前，凸轮面702及704之间可以具有更为紧凑的配合关系，从而由于帽形件518的向下延伸的侧边部分配置在鞍形件520的周围，因此降低了帽形件518和鞍形件520在轭状物512内所占的高度，如图20所示。这样，朝其锁紧位置旋转帽形件518将在鞍形件520的多面的凸轮面702上产生凸轮作用，基本与前面所述的凸轮锁紧元件18施加到脊柱杆16的方式相同。另外，底表面704还包括附加截取的凹槽720，如图41所示。该凹槽720位于倾斜表面108、110的内部，其作用为在该倾斜表面108、110沿着鞍形件520的凸轮面702转动时中减小倾斜表面108、110的磨损和变形。和前面叙述的凸轮锁紧元件18不同的是，帽形件凸轮面704包括平坦的中心部分704a，当鞍形件520和帽形件518处于如图42所示的紧密接触状态时，顶部表面706便支承在该平坦的中心部分704a上。

由图35可见，帽形件518还包括一插槽740，该插槽740用于容纳驱动工具或脊柱加长杆的一部分。帽形件518具有一顶表面742、一条旋转中心轴线744、以及一条横向延伸的中心轴线746。旋转中心轴线744和轭状物512的纵向中心线21通常对准并重合(见图41及图19)。横向轴线746沿每一凸缘656的中点748划出，并在插槽740的中心处与旋转轴线744相交。本实施例中的插槽740包括多个凸角752，其中一对凸角754大于其他凸角752，所以凸角752通常关于插座740不对称。另外，所述大凸角754分布在直径的两端，并沿着轴线756定向，该轴线756垂直于旋转轴线744并和横向中心线746偏离一个角度，该角度优选为约10度。凸角752、754的几何形状仅给容纳于插槽740中的驱动工具或脊柱加长杆提供了两个不同的配合位置，而所述大凸角754的偏移轴线756则使得外科医生能够辨别帽形件518相对于驱动工具或脊柱加长杆的位置。应当注意的是，倘若帽形件518和器械之间为配合相互之间优选地只有一种相对定位，则凸角752、754可以设置在或位于多个方向上。尽管优选实施例包括凸角752、754，但也可以采用其它几何形状。然而，与其他已知的几何形状相比，凸角752、754能够使作用在帽形件518和驱动工具之间的扭矩更大。

在上述系统10及500的其它实施例中，骨用锚固元件可以具有许多变型。举例来说，系统可使用固定螺钉，其既可以和联接元件成为一个整体，也可以如上所述地作为一个部件容纳在联接元件中。同样，连接件也可以采用钩子。

尽管已经对本发明的一些具体的实施例作了图示和描述，然而对于本领域的技术人员来说还可以对此作出许多修改和变型，且后附的权利要求覆盖本发明的精神和范围内的所有这些变化和修改。

Claims (37)

1.一种脊柱固定系统，该系统包括：

一骨用锚固元件，该锚固元件固定到脊柱的椎骨上并在其一端具有增大的头部；

一细长元件，该细长元件大致地沿着所述脊柱延伸；

一联接装置，其相对于所述骨用锚固元件固定所述细长元件；

所述联接装置的支座，该支座具有一孔，该支座围绕该孔延伸，该孔的大小设计成允许所述锚固元件从多个方向穿过该孔延伸而所述头部接合抵靠在该支座上；以及

所述联接装置的凸轮锁紧元件，该凸轮锁紧元件具有凸轮面，该凸轮面配合向下推动所述细长元件，且该凸轮锁紧元件在其转动过程中被固定而不发生水平移动，用于将所述锚固元件的头部夹持抵靠所述支座，从而将所述锚固元件固定在所述多个方向中的一个方向上，且所述细长元件固定在该凸轮锁紧元件和所述锚固元件头部之间。

2.如权利要求1所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述联接装置包括一联接元件，该联接元件具有一内部下表面及一朝上延伸的内表面，其中在该内部下表面上形成有所述支座，而所述凸轮锁紧元件被固定而不能沿着所述朝上延伸的表面移动以使该联接元件的长度保持最小。

3.如权利要求1所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述凸轮锁紧元件凸轮作用于所述细长元件，并且所述联接装置包括从所述支座向上延伸一预定距离的壁，所述凸轮锁紧元件和所述细长元件之间的凸轮作用使该预定尺寸达到最小，以使所述联接装置的外形低矮。

4.如权利要求1所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述凸轮锁紧元件具有大致为环形的本体，并且所述联接装置包括一低矮外形的联接元件，该联接元件具有一内部下表面和一朝上延伸的环形侧表面，在该内部下表面上形成所述支座，该环形侧表面和所述凸轮锁紧元件的所述环形本体适配，且该环形侧表面和该环形本体上不存在螺纹以使该联接元件的尺寸达到最小。

5.如权利要求1所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述凸轮面具有预定的形状以使得所述凸轮锁紧元件在锁紧位置和非锁紧位置之间旋转约100度。

6.如权利要求1所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述细长元件是一具有凸状曲面的脊柱杆，所述凸轮锁紧元件的所述凸轮面是该凸轮锁紧元件的底表面，该底表面直接和该脊柱杆表面相接合，该底表面包括一凹面部分及位于该凹面部分任意一侧的倾斜表面部分，该凹表面部分用于在非锁紧位置与所述脊柱杆表面基本配合，该倾斜表面部分在该凸轮锁紧元件从非锁紧位置向锁紧位置旋转的过程中凸轮作用于所述脊柱杆表面。

7.如权利要求1所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述细长元件是一具有凸状曲面的脊柱杆，所述凸轮锁紧元件的所述凸轮面是该凸轮锁紧元件的底表面，该底表面包括一凹表面部分及位于该凹表面部分任意一侧的倾斜表面部分，以及

所述联接装置的一鞍形件包括一上部凸轮面及一下部凹表面，且上部凸轮面用于配合所述凸轮锁紧元件的凸轮表面部分来驱动该下部凹表面，使其紧紧地配合在所述脊柱杆表面上。

8.如权利要求1所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述联接装置包括对置的侧壁，该侧壁从所述支座向上延伸，而所述细长元件在所述侧壁之间延伸穿过该联接装置，所述凸轮锁紧元件具有一对唇形的径向凸缘，且所述侧壁每个都包括有一凹槽，该凹槽用来容纳所述凸缘中的相应一个凸缘，以在所述凸轮锁紧元件转动而向下推所述细长元件的过程中保持所述侧壁不分开。

9.如权利要求1所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述联接装置包括一大致为轭状的联接元件，该联接元件具有相互间隔开的对置的侧壁和在侧壁之间开口的相对的狭槽，所述细长元件通过所述狭槽伸出。

10.如权利要求1所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述联接装置包括一联接元件，该联接元件用于允许所述细长元件相对于所述骨用锚固元件固定，所述骨用锚固元件头部包括一凹槽，以及

容纳在该凹槽中的一小插入物，该插入物具有基本平坦的上表面，该上表面用于和所述细长元件接合而该插入物的大小设计成使得其上表面仅稍高于所述锚固元件头部设置，该插入物在所述凹槽内能够自调整以使得其上表面定位朝向所述细长元件的位置，以使其间保持最大接触。

11.如权利要求1所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述联接装置包括一鞍形件，该鞍形件具有一凸轮面及一细长元件接合表面，该鞍形件的凸轮面和所述凸轮锁紧元件的凸轮面相配合，且该细长元件接合表面在所述凸轮锁紧元件向其锁紧位置转动的过程中被推压抵靠所述细长元件。

12.如权利要求1所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述联接装置包括一夹持元件，所述凸轮锁紧元件凸轮作用于该夹持元件，所述联接装置包括从所述支座向上延伸一预定距离的侧壁，且所述凸轮锁紧元件和所述夹持元件之间的凸轮作用允许所述预定距离最小从而为所述联接装置提供低矮的外形。

13.一种脊柱固定系统，该系统用于将一脊柱杆相对于患者脊柱固定到所要求的位置上，该脊柱固定系统包括：

一骨用锚固元件，该锚固元件用于固定到脊柱的椎骨上；

一头部，该头部位于该锚固元件的近端，该头部具有凹入的上表面及大致弧形的下部外表面；

一用来容纳脊柱杆的联接元件，该联接元件包括内部支座表面以及中心孔，该中心孔的大小设计成允许所述锚固元件沿多个不同方向穿过该孔，且所述头部的弧形外表面支承在该联接元件的内部支座表面上以允许该锚固元件的头部在其上移位；

一低矮外形的插入物，该插入物具有基本平坦的上表面和弧形的下表面，该上表面用于接合所述脊柱杆，该弧形下表面用于可调地支承抵靠这所述锚固元件头部的凹表面，且该插入物的大小设计成使得其上表面仅稍突出于所述锚固元件头部以使插入物的外形达到最小；以及

一夹持元件，该夹持元件将脊柱杆夹持抵靠所述平坦插入物表面以将所述锚固元件头部固定抵靠在所述支座表面上，且锚固元件位于其多个不同方向中的一个方向上。

14.如权利要求13所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述锚固元件头部包括一保持器以将所述插入物保持在头部的凹槽上。

15.如权利要求14所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述锚固元件包括骨用螺钉，该骨用螺钉具有从头部悬垂的螺杆，该螺钉的凹入头部具有一环形杯状壁，该壁包括一上表面，该上表面具有驱动表面，该驱动表面用于和工具驱动接合，该工具用于通过螺钉头部的凹槽中的插入物旋转该螺钉以将螺杆拧入椎骨。

16.如权利要求13所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述插入物的上表面比该插入物的下表面窄，该插入物包括一台肩，该台肩位于所述上表面及下表面之间，以及

所述锚固元件头部的柱状部分，该柱状部分被固定成与所述插入物台肩干涉以将插入物保持在头部凹槽内并且与所述台肩隔开以允许该插入物在该头部凹槽内枢转。

17.如权利要求13所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述插入物包括一其上具有弧形下表面的加大的下部，以及一从所述下部向上延伸并具有平坦上表面的中央突起。

18.如权利要求13所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述联接元件具有对置的狭槽，该狭槽的大小设计成允许脊柱杆穿过，且由所述插入物通过其弧形下表面在所述锚固元件头部的上凹表面上的滑动来调整，以使该插入物的平坦上表面和脊柱杆接触区域在锚固元件的任何一方向上均保持最大。

19.如权利要求13所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述夹持元件包括一凸轮锁紧元件，该凸轮锁紧元件具有一凸轮面，该凸轮锁紧元件旋转时该凸轮面直接凸轮作用在所述脊柱杆上，以将该脊柱杆紧紧压靠在所述插入物上。

20.如权利要求13所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述夹持元件包括：

一具有上凸轮面的鞍形件，以及

一凸轮锁紧元件，该凸轮锁紧元件轴向可调地和该鞍形件相连接并具有一下凸轮面，该下凸轮面和该鞍形件的上凸轮面相互配合，使得凸轮锁紧元件朝其锁紧位置的转动轴向地朝向脊柱杆驱动该鞍形件，且该凸轮锁紧元件本身的轴向位置固定不变。

21.一种脊柱固定系统，该系统包括：

一骨用锚固元件；

一脊柱杆，该脊柱杆具有弯曲的外表面；

一个联接装置，用于相对于所述骨用锚固元件固定所述脊柱杆；

一凸轮锁紧元件；

所述联接装置的相对设置的横向间隔的开口，所述脊柱杆延伸通过该开口且所述骨用锚固元件相对脊柱杆横向延伸；以及

所述凸轮锁紧元件的底部凸轮面，该底部凸轮面与所述脊柱杆的弧形表面配合，从而凸轮锁紧元件的旋转使得脊柱杆朝向所述骨用锚固元件被向下推动，以使其相对骨用锚固元件固定在适当的位置。

22.如权利要求21所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述骨用锚固元件和所述联接装置是不同的部件。

23.如权利要求21所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述骨用锚固元件包括一加大的头部及一从该头部悬垂的杆部，所述联接装置包括一整体的联接元件，该联接元件具有内部的下支座表面及相对设置的一体的侧壁部分，所述头部可在该下支座表面上移位，该侧壁部分从该支座表面的任一侧向上延伸，该孔在中央延伸通过该支座表面，该孔的大小设计成允许所述骨用锚固元件的杆部可以以多个方向穿过该孔，并且所述凸轮锁紧元件的转动使得所述头部被夹持抵靠该支座表面，以将所述杆部固定在其多个方向中的其中之一上。

24.如权利要求21所述的脊柱固定系统，其特征在于，该系统还包括一低矮外形的砧垫，其中所述骨用锚固元件包括一形成有凹槽的头部，该凹槽用于容纳所述低矮外形的砧垫。

25.如权利要求24所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述低矮外形的砧垫具有一用来和所述脊柱杆的外表面接合的顶表面，该砧垫可以在所述凹槽中移位以使该砧垫顶表面定位成抵靠所述脊柱杆的外表面。

26.如权利要求24所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述砧垫由球体成形，从而该砧垫具有一球形部分及一顶表面，该球形部分容纳在所述凹槽内并相对该凹槽可移位，该顶表面定位在与砧垫的转动中心的距离小于一完整半径的位置处。

27.如权利要求21所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述骨用锚固元件是钩子。

28.如权利要求21所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述骨用锚固元件相对于所述联接装置被固定在单一方向上。

29.如权利要求28所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述骨用锚固元件和所述联接装置成为一体。

30.一种脊柱固定系统，该系统用于将一细长元件相对于患者脊柱固定到所要求的位置上，该脊柱固定系统包括：

一骨用锚固元件，该锚固元件用于固定到脊柱的椎骨上；

一联接元件，该联接元件具有一轴线及一内部空间，该内部空间用于容纳所述脊柱杆，该脊柱杆沿与该联接元件的轴线成横向的方向延伸穿过该内部空间；

一帽形件，该帽形件绕着所述联接元件的轴线旋转到其锁紧位置上并将所述细长元件锁定在所述联接元件上；

一鞍形件，该鞍形件位于所述帽形件与所述细长元件之间，在所述帽形件处于其锁紧状态时，该鞍形件与所述细长元件紧密接合；

一连接件，该连接件与所述帽形件及所述鞍形件不同，该连接件用于使所述帽形件及所述鞍形件组装在一起并且当所述帽形件旋转时允许所述鞍形件沿着所述联接元件轴向移位；以及

位于所述帽形件及所述鞍形件之间的凸轮面，这些凸轮面被构造成这样，即帽形件朝所述锁紧位置的转动使得所述鞍形件朝向所述细长元件被轴向驱动而不需要所述帽形件作轴向运动。

31.如权利要求30所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述连接件包括一弹簧夹元件。

32.如权利要求30所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述帽形件包括一中心开口，所述连接件包括多个间隔开的柔性叉，当该叉插入所述帽形件的中心开口以使该帽形件和所述鞍形件连成组件时，该叉相互朝向对方发生弹性变形。

33.如权利要求30所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述连接件包括轴向中间凸轮部分，该中间凸轮部分通过摩擦使所述帽形件和所述鞍形件保持相互紧邻并允许该鞍形件在该帽形件转动时相对于该帽形件轴向移位。

34.如权利要求30所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述联接元件包括一对互相间隔开的侧壁，该对侧壁具有内部凹槽，而所述帽形件包括径向凸缘，该径向凸缘容纳在该内部凹槽中，以使该帽形件在转到其锁紧位置时能够保持其轴向位置固定不变。

35.如权利要求30所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述凸轮面包括在所述帽形件上的底表面以及在所述鞍形件上的上表面。

36.如权利要求35所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述鞍形件的上表面是细长形的，该上表面在所述联接元件的内部空间中延伸。

37.如权利要求30所述的脊柱固定系统，其特征在于，所述联接元件与所述帽形件在其间设有制动件，用来提供帽形件在转动过程中的不同转动位置的触觉指示。

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