[实用新型]医疗用骨钉改进结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种医疗用骨钉改进结构，其可通过适当工具将力矩作用于骨钉结构内部而使得骨钉结构锁入内螺纹时，可大量降低骨钉结构中所受到的合力矩大小，并产生较小的剪应力极值，因此可适用于机械性质较差的材料或脆性材料，而扩充了医疗用骨钉结构可使用的材料。

背景技术

一般的医疗用骨钉结构是作为骨折伤患的骨骼接合结构使用。参考图1(a)为显示一种常用医疗用骨钉结构，其主要是一柱状螺丝头A及一柱状螺栓部B以共中心轴接合的方式所构成，该螺栓部B外表面具有适当的螺纹，且该螺丝头A顶面具有沿表面下凹的一字状或十字状沟槽C。图1(b)为显示另一种常用医疗用骨钉结构，其主要是将前述的常用医疗用骨钉结构中螺丝头A顶面的沟槽C取代为一内角面C’，该内角面C’是沿着该螺丝头A的中心轴延伸适当深度，将该骨钉镂空成一等断面的柱状多面体的内角面C’，但该内角面C’延伸适当深度不超过该螺丝头A与该螺栓部B的固接面。

再者，通常骨钉结构锁入一配合的内螺纹结构时，其是通过一适当工具施力旋转该螺丝头A中的一字状或十字状沟槽C或该内角面C’而带动该螺栓部B旋转，使得该螺栓部B外表面上的外螺纹及该内螺纹结构产生斜面运动而将该螺栓部B锁入该内螺纹结构中。虽然，斜面运动具有省力效果，但由于其会因接触而产生摩擦力，使得对该螺栓部B产生一力矩，而前述的工具施力旋转该螺丝头A中的沟槽C或该内角面C’必须克服此力矩，才能使该骨钉结构锁入该内螺纹结构中。

由于骨钉结构固锁时发生破坏的主要因素是其产生剪应力超过材料强度，因此，为分析骨钉结构固锁入内螺纹结构时是否会发生破坏，则必须考虑骨钉结构在受到外力下，其结构中所导致的合力矩分布及该合力矩分布所引起的最大剪应力。

参考图2(a)所显示为第一种模拟骨钉的自由体图，其是简化前述的螺丝头A顶面具有沿表面下凹的一字状或十字状沟槽C的常用骨钉结构及其使用时的受力状态，该第一种模拟骨钉中该螺丝头A及该螺栓部B皆是表面光滑的柱状体，假设该螺栓部B受到因摩擦力所引起的均匀分部力矩为q(每单位长度所受的力矩大小)，该螺丝头A直径为d₁且轴向长度为h，该螺栓部B直径为d₂且轴向长度为ρ，因此假设该螺丝头A顶面具有一反作用力矩，其该反作用力矩与该力矩q方向相反但大小为qρ，使得该第一种模拟骨钉达到力平衡。

前述的第一种模拟骨钉及其受力状态，通过蒂姆申科(Timoshenko)的材料力学理论及算其结构中的合力矩分布M及最大剪应力分布(τmax)，并考虑等向性材料(isotropic material)而分别代入尺寸参数为d₁＝8、d₂＝4.5、h＝8、ρ＝32，结果分别如图2(b)及图2(c)所显示。参考图2(b)所示，该螺丝头A(0≤x＜h)中形成大小为23q(图中显示的正负号只是表示方向，不会影响最大剪应力值)的等力矩分布，该螺栓部B(h≤x≤h+ρ)中则形成力矩大小由32q递减至0的线性力矩分布。然而，剪应力的大小是与其发生处的断面几何形状及尺寸有关，因此，参考图2(c)所显示的最大剪应力值(不需考虑方向)，该螺丝头A(0≤x＜h)中形成大小为62.5单位(16q/π×10^-3)之等最大剪应力分布，该螺栓部B(h≤x≤h+ρ)中则形成最大剪应力大小由351.2递减至0的线性力矩分布，其中，该螺丝头A及该螺栓部B(x＝h)处是因为断面的不连续而导致的最大剪应力不连续现象。

参考图3(a)所显示为第二种模拟骨钉的自由体图，其是简化前述的螺丝头A顶面具有沿表面下凹内角面C’的常用骨钉结构极其使用时的受力状态，并于前述的第一种模拟骨钉的螺丝头A中增设一与该螺丝头A共轴的内角面C’。该内角面C’是假设为表面光滑的圆柱状结构，其直径为d₃且深度为k，并将第一种模拟骨钉中螺丝头A顶面的反作用力矩取代为一沿着轴向线性分布而大小为qρ/k(0≤x＜k处的每单位长度所受的力矩大小)的分布力矩，且该分布力矩与该力矩q方向相反但合力矩大小仍为qρ，使得该第二种模拟骨钉也达到力平衡。