低矮外形的脊柱固定系統的制作方法

專利名稱：低矮外形的脊柱固定系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及脊柱固定系統，更具體地說，本發明涉及一種具有低矮外形的脊柱固定系統。
背景技術：
用來固定脊柱的脊椎骨的脊柱桿通常通過骨用螺釘或接合在椎骨上的鉤子錨固在椎骨上，其中該骨用螺釘延伸通過肉莖進入椎體。脊柱桿通過大致為軛狀的聯接件連接到錨固元件上，其中該聯接件可以和錨固元件的頭部制造成一體，或者是與錨固元件分離的獨立元件，以用在用于脊柱桿固定的多軸向肉莖螺釘系統(polyaxial pedicle screw system)中。這些先前的系統使用某些壓力元件，該壓力元件向下直接或間接地與脊柱桿接合以使其相對于錨固元件固定，而在多軸向系統中該壓力元件用于相對于聯接件固定錨固元件。
為此，該壓力元件與聯接件通常通過它們之間的螺紋來連接，這樣，在軛狀聯接件內或其附近，壓力元件可以向下擰入到其鎖緊位置。或者，還可采用在壓力元件上的徑向凸緣和聯接件壁上的徑向凹槽之間的楔形凸輪面，以推進壓力元件向下推動脊柱桿使其進入相對于螺釘錨固元件的固定位置，請參見授予Yuan等人的美國專利No.6,565,565。脊柱桿鎖緊的螺紋聯接或凸輪楔形系統的問題是，允許壓力元件相對于聯接件前進，聯接件以及壓力元件的大小或型面高度就必須增大。換句話說，要在聯接件上形成螺紋或凸輪面，就要求所述壁具有充分的軸向長度以允許螺紋或凸輪壓力元件沿其前進。此外，許多系統在位于脊柱桿附近的骨用螺釘上形成完全球形的頭部，從而要求用一個更大的聯接件來固定脊柱桿及該螺釘頭部。
在多軸向脊柱固定系統中，已經提出在錨固元件的頭部與脊柱桿之間使用插入物，請參見授予Errico等人的美國專利No.5,733,286。Errico等人所建議的大半球狀的插入物和容納在連接件中的螺釘頭上的凹槽相接合，從而允許聯接件相對多軸向肉莖螺釘進行調節以將脊柱桿容納在其所需要的位置。然而，Errico等人提出的整個系統具有不合需要的大的型面高度，因為其使用了帶螺紋的定位螺釘用于夾緊脊柱桿，而且半球狀插入物延伸超過螺釘頭的頂部而進入連接件通道，該脊柱桿通過該通道被容納。

發明內容
本發明提供了一種低矮外形的脊柱固定系統。根據本發明的一方面，聯接裝置的凸輪鎖緊元件被固定，從而在其轉動時不發生移動，這樣鎖緊元件的凸輪表面使得一大致沿著脊柱延伸的細長元件，諸如脊柱桿，被向下壓或推。由于該凸輪鎖緊元件不沿著該聯接裝置移動，因此該聯接裝置的大小可控制為最小。另外，低矮外形的本系統可以允許采用最小侵入性外科手術，諸如其元件為中空的，以供引導線使用。
根據本發明的另一方面，提供了一種多軸向脊柱固定系統。該固定系統具有一聯接元件，該聯接元件包括一內部支座面和一中心孔，該中心孔的大小允許錨固元件沿多個不同的方向穿過。該錨固元件包括一頭部，該頭部具有一上凹槽，該凹槽中設有一低矮外形的插入物。在一個優選實施例中，該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備選方式為在受到壓力時，插入物可以或不可以變形；插入物的上表面上可以具有若干個徑向設置的凹入的路徑或凹部，因此插入物旋轉到最接近的路徑以與脊柱桿接觸；或是插入物可以具有一杯形或圓周的凸起，當受到脊柱桿的壓力時，該凸起變形以形成一路徑而不會使脊柱桿變形。插入物的上表面裝配在所述頭部凹槽中，且插入物的大小設計成這樣使得所述上表面僅稍突出于錨固元件的近端，以使插入物的外型為最小。在一個實施例中，插入物的上表面尺寸是根據與在插入物底部和所述頭部的凹槽的交界面來設計的，使得即使錨固元件相對于聯接元件轉動到其最大范圍，插入物的上表面仍稍稍突出于錨固元件頭部的上端，例如，約0.010英寸。
在一個優選實施例中，插入物具有一較大的下部，該下部具有一弧形下表面，該弧形表面支承抵靠錨固元件頭部的凹槽表面，該插入物還包括從下部向上延伸的并具有平坦上表面的中央凸起物。錨固元件的頭部優選包括一諸如為柱狀部分形式的保持器(retainer)，以在調整聯接元件的角度時允許插入物進行自動調節而使插入物的平坦上表面突出于錨固元件頭部以與脊柱桿相接合。
在另一個優選實施例中，凸輪元件和設置在凸輪元件和脊柱桿之間的鞍形件或夾持元件相配合。當轉動凸輪元件以鎖定脊柱桿時，該凸輪元件并不沿著聯接元件作軸向移動而是凸輪作用于鞍形件以朝著脊柱桿軸向驅動該鞍形件，直至脊柱桿被固定在該夾持元件和插入物之間。該凸輪元件優選通過雙叉形彈性夾形式的連接件以組件的形式固定到夾持元件上，從而在外科手術過程中凸輪元件保持與夾持元件組合的狀態。


圖1是表示根據本發明第一實施例的脊柱固定系統的透視圖，圖中表示了骨用螺釘及聯接裝置，該聯接裝置包括聯接元件及凸輪鎖緊元件以相對于骨用螺釘固定脊柱桿；圖2為圖1所示的脊柱固定系統的放大透視圖，圖中去除了聯接元件，以更好地顯示出凸輪鎖緊元件并表示出骨用螺釘的頭部構造；圖3為脊柱固定系統的剖視圖，圖中表示出形成在螺釘頭部的凹槽，凹槽中裝有低矮外形的砧墊插入物，以抵靠夾持脊柱桿；圖4為類似于圖3的剖視圖，圖中表示出脊柱固定系統中各個部件的相對大小；圖5為類似于圖2的正視圖，圖中去除了聯接元件以顯示凸輪鎖緊元件上的徑向凸緣及其底部凸輪面；圖6為脊柱固定系統的剖視圖，圖中表示出形成在聯接元件中的凹槽，該凹槽用來容納凸輪鎖緊元件上的徑向凸緣；圖7至圖10為凸輪鎖緊元件的各個視圖；
圖11至圖13為軛狀聯接元件的各個視圖；圖14及圖15分別為骨用螺釘錨固元件的正視圖及剖視圖；圖16至圖18為采用凸輪鎖緊元件及鞍形件的另一凸輪系統的各個視圖；圖19為根據本發明的脊柱固定系統的另一個實施例的分解立體圖，圖中表示了骨用螺釘及聯接裝置，該聯接裝置包括聯接元件、凸輪鎖緊元件、彈性夾連接件、夾持元件、及用來相對骨用螺釘固定脊柱桿的插入物；圖20為圖19所示系統處于鎖緊狀態的局部剖切側視圖，表示出固定在夾持元件和插入物之間的脊柱桿；圖21為圖19所示骨用螺釘的側視圖；圖22為圖21所示骨用螺釘頭部的放大剖視圖；圖23為骨用螺釘頭部的俯視圖，圖中表示了用來容納插入物的凹槽；圖24為圖19所示插入物的側面正視圖，圖中表示了較大的弧形下部及從該下部向上突出的較窄的上部；圖25為插入物的立體圖，圖中展示了該插入物的平坦上砧墊表面；圖26為容置于螺釘頭部凹槽中的插入物的俯視圖；圖27為螺釘頭部和插入物的放大剖視圖，表示了將插入物保持在頭部凹槽中的柱狀頭部的其中之一；圖28為圖19所示聯接元件的立體圖，該聯接元件包括一對整體的、間隔開的側壁部分；圖29為聯接元件的俯視圖，圖中表示該聯接元件的底部具有通孔以及位于其中的鞍形件，骨用螺釘穿過該通孔延伸；圖30為聯接元件的側視圖，表示了側壁之間的間隔；圖31為圖30中的聯接元件轉過90°的側視圖，示出其中一個側壁在聯接元件底部的寬度較大的下部；圖32為聯接元件的剖視圖，表示朝側壁下端的盲孔；圖33為圖19中的凸輪鎖緊元件的立體圖；圖34為該凸輪鎖緊元件的底部透視圖，表示了在其底部的程序設計的凸輪面；圖35為該凸輪鎖緊元件的俯視圖，表示了包括不對稱驅動面的驅動插槽；圖36為圖19中的彈性夾連接件的立體圖，圖中表示了一對彈性叉；圖37為該連接件的側視圖，表示了所述叉之間的間隔以及它們帶有凸緣的自由端；圖38為圖19中的夾持元件的側視圖；圖39為圖38中的夾持元件轉過90度的側視圖，表示了位于該夾持元件的其中一個側壁部分上的一對導向槽；圖40為該夾持元件的俯視圖，該圖展示了鞍形件內的通孔，該通孔用于彈性夾連接件；圖41為凸輪鎖緊元件的側視圖，且夾持元件相對于脊柱桿處于非鎖緊位置；圖42相當于圖41的截面圖，表示出彈性夾連接件，且彈性夾的叉的凸緣端與帽形件隔開；圖43為凸輪鎖緊元件的側面正視圖，且夾持元件相對于脊柱桿處于鎖緊位置；圖44相當于圖43的截面圖，表示出夾持元件和彈性夾連接件一起向下移動，且帽形件的軸向位置未變并轉動到其鎖緊位置。
具體實施例方式
圖1及圖2示出根據本發明的一個實施例的低矮外形的脊柱固定系統10。如圖所示，脊柱固定系統10包括以骨用螺釘12形式出現的骨用錨固元件及由14表示的聯接裝置。聯接裝置14可以將以脊柱桿16形式的細長元件相對于骨用螺釘12固定到適當的位置。該聯接裝置14包括一壓力或凸輪鎖緊元件18和聯接元件20，這兩個元件協同工作以相對于骨用螺釘12固定脊柱桿16，其中該骨用螺釘12通過大致沿脊柱軸向延伸的脊柱桿16錨固在椎骨中。該聯接裝置14，明確地說是該凸輪鎖緊元件18和聯接元件20的結構緊湊。具體地，所述凸輪鎖緊元件18和聯接元件20在軸線21所示的方向上的外形非常低，其中軸線21相對于通過聯接裝置14相對骨用螺釘12固定的脊柱桿16的軸線16a橫向延伸且具體為與軸線16a正交，從圖4可清晰地看出。
更明確地說，聯接裝置14的低矮外形是這樣獲得的，即在凸輪鎖緊元件18不需要沿聯接元件20前進的情況下，凸輪鎖緊元件18能有效地鎖緊脊柱桿16。在這點上，聯接元件20可設置有本體22，本體22具有側面開口24、26，脊柱桿16從所述開口24、26中穿過，且所述本體22不設有任何與凸輪鎖緊元件18配合來相對于骨用螺釘12鎖緊脊柱桿16的螺紋或凸輪面。相反，凸輪鎖緊元件18被固定以相對于聯接元件20不移動，該凸輪鎖緊元件18優選地與脊柱桿16本身的外曲面28配合以在系統10中將其相對于螺釘12固定到適當的位置上。
為此，凸輪鎖緊元件18具有大致為環形結構的本體30，本體30在沿通過環形側表面31的旋轉軸線21方向上，其頂表面32和底面34之間的軸向距離很小。頂表面32上設有驅動表面部分36，這些驅動表面部分36配合形成一預定結構用來容納相似結構的驅動工具，以使帽形件18在其鎖緊位置和非鎖緊位置之間轉換。底表面34被設計成或構造成在凸輪鎖緊元件18旋轉時凸輪作用于脊柱桿16的曲面28，可從圖8及圖10中清晰地看出，而且在下文中將充分描述。
盡管就保持脊柱固定系統10的低矮外形而言并不是最好，但是可在凸輪鎖緊元件18和脊柱桿16之間設置為以鞍形件200形式的中間夾緊元件，如圖16至圖18所示。鞍形件200具有凸輪上表面202，其被設置成當鎖緊元件18轉動到其鎖緊位置時與鎖緊元件的凸輪表面34相配合，以使該鞍形件200沿著軸線21向下移動而夾住脊柱桿16。該鞍形件具有弧形底表面204，該弧形底表面204和脊柱桿表面28的彎曲基本匹配，因此該鞍形件200接合并推壓脊柱桿16，而沒有與之相對的凸輪作用。凸輪鎖緊元件18可以包括一中心孔206，從鞍形件200向上突出的一中心柱208容納于該中心孔206中以使鞍形件200和凸輪鎖緊元件18相互之間適當地設置。
類似于凸輪鎖緊元件18，聯接元件20在其頂表面38和底表面40之間的軸向長度相對較小。從圖11中可以更清楚地看出，聯接元件的本體22通常為U形或軛狀結構，該本體22包括相對設置的直立壁42及44，所述壁42、44通過脊柱桿用開口24及26相互間隔開，開口24及26具有細長的形狀并一直開口到聯接元件本體22的頂表面38。因為凸輪鎖緊元件18不需要在軸線21的方向上沿著壁42、44向下移動，所以本體22在這個方向上的尺寸可以達到最小。作為例子而不具有限制作用，側壁42、44在聯接元件本體22的頂表面38和底表面40之間延伸的長度或距離大約為13.47毫米。凸輪鎖緊元件18在軸線21方向上具有從頂面32到波狀底部的凸輪表面34的最低點的距離約為5.08毫米的外形高度。
如圖所示，凸輪鎖緊元件18的環形本體30的大小制造成適于裝配在聯接元件20的弧形側壁42、44之間的內部空間46中。側壁42、44上不設有與凸輪鎖緊元件18協同工作以使其移動到鎖緊位置的螺紋或凸輪面。更具體地說，包括分別在聯接元件側壁42、44上的弧形表面部分42a、44a的聯接元件20的內表面48的大小設置成將凸輪鎖緊元件環形本體30的外表面31緊密地容納在它們之間。所述表面部分42a、44a都不設有螺紋或凸輪表面，這樣它們僅在凸輪鎖緊元件本體30繞軸線21旋轉時用作其導向表面。由于側壁42、44上不需要設置螺紋或凹入的凸輪表面或類似結構，所以聯接裝置14沿脊柱桿16的軸線16a在寬度方向上的尺寸也可以達到最小。作為例子而不具有限制作用，聯接裝置14沿脊柱桿軸線16a在直徑方向上的寬度約為10.03毫米。從圖7中可以看到，可以設置導向件45。這些導向件45被設置成初始引導凸輪鎖緊元件18與側壁42、44接合。
下面參照圖3和圖4，所示的脊柱固定系統10中包括方向可改變的多軸向骨用螺釘12，這樣其縱向軸線12a橫向延伸至聯接裝置14的軸線21或者基本上與其成一條線。為了達到該目的，聯接裝置14，更明確地說，聯接裝置14的聯接元件20具有延伸通過其底壁52的底部通孔50。底壁52包括內表面部分54，該內表面部分54從表面部分42a、44a朝著中心軸線21向內逐漸形成錐形或向內彎曲。在其最底端56處的內表面部分54的直徑設計成小于骨用錨固螺釘12較大的頭部58。另外，在56處的直徑足夠大，以允許從螺釘頭部58懸垂的螺桿60貫穿通過。這樣，內表面部分54用作螺釘頭部58的支承面。或者，可在直徑56處設置比螺桿60上的螺紋大的螺紋，從而允許螺桿60松松地通過。在這種情況下，直徑56的大小設置成防止螺桿60輕易地穿過，這樣，在手術中外科醫生可以將螺釘12和聯接元件20作為一單個組件進行處理。另外，過大的螺紋允許螺釘12在其方向上可以為多軸向。或者，螺釘12可以穿過直徑56處，但在螺釘12上連接一緊靠聯接元件20的C形圈或徑向彈簧，從而將二者連在一起并允許外科醫生在手術中將它們當作單個組件來使用。
通孔50在中央延伸通過內表面部分54，該通孔50包括直徑增大的下部62，該下部62由位于聯接元件20的底壁52上的錐形或彎曲表面部分64形成。該錐形表面部分64從通孔50的最小直徑56處開始相對于聯接元件20的中心軸線21以一定錐度向外延伸直至其底面40。由于放大孔部分62的存在，螺釘12可以相對于聯接裝置14擺動或轉動到其多個不同的位置。例如，在圖示的實施例中，放大孔部分62允許螺桿在聯接裝置軸線21的任一側作20°的擺動。當螺釘12擺動時，螺釘頭部58的弧形外表面66便在聯接元件20的錐形支承面54上滑動或移動。一旦聯接裝置14相對于固定到椎骨中的骨用螺釘12的方位得到確定，且脊柱桿16貫穿聯接元件20并沿脊柱向上延伸，凸輪鎖緊元件18就轉動到其鎖緊位置上。在鎖緊狀態下，凸輪鎖緊元件18將脊柱桿16固定到脊柱上，以使其相對固定到椎骨內的骨用螺釘12固定，且骨用螺釘頭部58因此被夾緊抵靠著聯接元件20中的支承面54，從而固定連接裝置14，使其相對于骨用螺釘12不移動。在螺釘頭部的外表面66上可以設置用來增強摩擦的同心螺脊(ridges)或螺旋螺紋67，以增強螺釘頭部58和支承面54之間的鎖定作用。
繼續參照圖3及圖4，可以看出在所示的優選多軸向脊柱固定系統10中，脊柱桿16被向下推動以被夾緊抵靠著一小砧墊插入物68。應當注意的是，上述低矮外形的聯接裝置14可以用在非多軸向和/或不使用如下所述的插入物的脊柱固定系統中。類似地，所示插入物68可以有利地使用于聯接元件中具有螺紋或凸輪面的系統中。
插入物68具有上砧墊表面70，該表面70和脊柱桿表面28的下側接合，從而與現有技術的系統中所用的骨用螺釘頭部的彎曲表面相比與脊柱桿表面28的接觸面增大。插入物68具有上表面70，該上表面70可基本上為平坦的，可以具有若干徑向定位的凹入的路徑或溝槽從而插入物68旋轉到最近的路徑與脊柱桿表面28接觸；或具有杯狀或圓周狀的突脊，當受到脊柱桿12的壓迫時，該杯狀或圓周狀的突脊便會變形而形成一條路徑而不損傷脊柱桿。因此，插入物68和彎曲的脊柱桿表面28之間至少是線接觸，而使脊柱桿與它們彎曲緊固件頭部接合的現有技術系統在被夾緊時與脊柱桿16為點接觸，這樣比較容易使脊柱桿16受到損傷。
所述的插入物68同樣具有低矮的外形，以使其在聯接元件20中所占的空間最小。更具體地說，骨用錨固螺釘12具有形成于其螺釘頭部58的上部凹槽72，從而形成螺釘頭部58的杯形壁73，該頭部58具有容納插入物68的向上開口的空腔74。插入物68具有弧形的底表面76，該底表面76的彎曲形狀和凹槽72表面的彎曲形狀相似，因此，當多軸向螺釘12相對于聯接裝置14移動到不同方向時，該插入物能在凹槽72的表面上移動或滑動。插入物68的大小設計成這樣，即從其底表面76的最低點到其頂部平坦表面70的距離稍大于空腔74的深度。這樣，平坦表面70僅在圍繞空腔74延伸的螺釘頭部的壁73的頂表面80處稍稍高出螺釘12的近端78，從圖5中可以清晰地看出。相應地，插入物68僅在名義上增加在聯接元件20的內部空間46中的螺釘頭部58的高度，因此聯接裝置14能夠保持其如上所述的低矮外形的形狀特征。舉例而言，在脊柱桿16被夾緊抵靠著插入物68時，聯接元件20的底面40與脊柱桿軸線16a的距離約為6.34毫米。優選地是，插入物68具有比聯接元件20或脊柱桿16更大的彈性變形，以使其具有更大的類似彈簧的性能。因此，插入物68的材料優選具有比聯接元件20及脊柱桿更低的楊氏模量，這樣就能夠降低尺寸公差的臨界。或者，可以用諸如鈷鉻合金(cobaltchrome)材料來制作插入物68，這種材料比脊柱桿更硬因此可以增加二者之間的夾緊力。
在圖示的優選實施例中，低矮外形的小插入物68具有一擴大的下部82，且該下部包括弧形底表面76和上部84，該上部從擴大的下部82的中心朝上突起并具有頂表面70。相應地，在與軸線21正交的方向上，頂表面70比底表面76更窄，因此在插入部分82和84之間形成臺肩表面86。低矮外形的插入物68的上述結構使其具有倒置的蘑菇形結構，且擴大的頭部分82支承在螺釘頭部58內的凹槽表面72上。
為了將插入物68保持在螺釘頭部58的空腔74內，在螺釘頭部的壁73上設有例如形成為柱狀部分88的保持器。這些柱狀部分88在螺釘12的近端78處徑向向內延伸，從而與插入物68上的臺肩表面86相干涉而將插入物保持在空腔74內，而且當提供在空腔內小范圍的轉動時，該插入物基本上處于直立狀態，如圖3至圖6所示。應當注意的是，術語轉動包括插入物在螺釘頭部58內的任何擺動。由圖可見，相對于聯接元件20插入物68并不是固定不動的，而僅僅是通過柱狀部分88保持在螺釘頭部內。這樣，就允許插入物68能夠稍作活動或游動，而且允許插入物68獨立于螺釘12和脊柱桿表面28移動。因此插入物68便能夠與脊柱桿表面28隨動，并因具有自動對準能力而將自己定位在脊柱桿表面28和螺釘頭部58之間。
如上所述，凸輪鎖緊元件18在其轉到鎖緊位置的過程中并不沿著聯接元件20移動。為了使凸輪鎖緊元件18固定而不沿軸線21方向發生運動，在其直徑地相對位置上設置從環形本體30徑向向外延伸的徑向凸緣90及92。徑向凸緣90、92容納在形成于聯接元件側壁42、44中相應構造的凹槽94、96中，如圖6所示。凹槽94、96具有和徑向凸緣90、92相應的關于軸線21延伸的弧形結構，以將凸緣90，92裝配于其中并允許凸輪鎖緊元件18在其鎖緊及非鎖緊位置之間轉換。當凸輪鎖緊元件18轉向其鎖緊位置時，徑向凸緣90、92容納在凹槽94、96內。當凸輪面34凸輪作用于脊柱桿表面28時，緊密配合于凹槽94、96內的凸緣90、92阻止凸輪鎖緊元件18朝背離脊柱桿16的方向向上移動，且相反地向下壓脊柱桿16以使其與插入物68夾緊接合，這又使得螺釘頭部58或更準確地說使螺釘頭的外表面66夾緊抵靠著聯接元件20內的支承面54，于是便相對于骨用螺釘12將聯接裝置14固定并將脊柱桿16錨固到脊柱上。
凸輪鎖緊元件18所施加的在螺釘頭部58和聯接元件20的底壁52之間，且尤其是在相應接合面66和54之間，的向下指向的夾緊力使得聯接元件壁42、44相互分開。因此，在凸緣90、92上還分別設有遠端部分98、100，該遠端部分98、100沿著軸線21延伸。在這種情況下中，該遠端部分98、100顯示為從凸緣90、92的遠端向上，但是它們可同樣地被設置成沿著軸線21方向向下延伸。凹槽94、96也分別包括部分102、104，它們在聯接元件側壁42、44內沿著軸線21方向向上延伸，以容納在相應的徑向凸緣90、92上向上延伸的遠端部分98、100。由于凸緣部分98、100容納于凹槽部分102、104內，所以在通過凸輪鎖緊元件18的轉動而進行鎖緊的過程中，側壁42、44的任何擴展作用(spreadingaction)就能得到阻止。
如上所述，凸輪鎖緊元件具有波狀底部凸輪面34，該凸輪面34凸輪作用于脊柱桿16的彎曲凸輪表面28。圖8及圖10展示了該凸輪面34。在圖示的優選實施例中，凸輪面34設置成提供三個不同的區域，這三個區域由它們對脊柱桿16的作用來限定。設置第一凹陷區域106，在非鎖緊狀態時該區域和脊柱桿表面28基本吻合。第一凹陷區域106橫跨凸輪鎖緊元件本體30的底部34延伸，而且可與徑向凸緣90、92對齊。因此，徑向凸緣90、92將被設置成稍高于凸輪鎖緊元件本體30的底部34，以容納在其下延伸的脊柱桿彎曲表面28，且凸輪鎖緊元件18處于非鎖緊狀態。在該狀態下，凸緣90、92沒有進入或沒有完全進入凹槽94、96內。
將凹陷表面區域106的在徑向上相對的部分106a、106b設計成這樣，使得在凸輪鎖緊元件18非鎖緊狀態下的轉動不產生凸輪作用，而僅產生輕微地初始轉動作用。當脊柱桿表面106與表面部分106a、106b成直線時，脊柱桿16仍是松動地容納在凸輪鎖緊元件18下面而沒有受到凸輪作用。有利的做法是，脊柱桿16被鎖定在凸輪鎖緊元件18下面，這樣就使得外科醫生在最終鎖緊凸輪鎖緊元件18之前能夠有更大的操作自由。當凸輪鎖緊元件18繼續轉動時，凸輪作用開始在斜面區域108、110上產生，其中斜面區域108、110在帽形件底表面34上徑向相對并從鄰近的表面部分106a、106b沿著軸線21方向向下凸出。斜面區域108、110構造成這樣，使得脊柱桿16在凸輪鎖緊元件18繞著轉動軸線21轉向鎖緊位置的過程中沿著軸線21方向逐漸被往下推動。因此，在非鎖緊狀態下，這些底部凸輪表面34上的斜面區域108、110沿著脊柱桿16的任一側向下延伸從而有利地占據在每側的空間，這就使得聯接元件20內的凸輪鎖緊元件18所占有的空間最小，從而使聯接裝置14整體的型面高度低。
隨著凸輪鎖緊元件18繼續轉向鎖緊位置，脊柱桿表面28被接合抵靠著兩個徑向相對的大致平坦的表面區域112、114，這兩個平坦表面區域112、114分別與該斜面區域108及110相鄰。在另一個實施例中，該表面區域112、114可以是具有凹部的凹入形狀，因此脊柱桿16便容納在該凹部中。表面區域112、114不像上述斜面區域108、110那樣相對于軸線21傾斜，并且是凸輪面34和脊柱桿表面28之間接合的最低點。隨著凸輪鎖緊元件18的轉動，脊柱桿表面28僅與表面區域112、114接合，凸輪鎖緊元件18處于其完全鎖緊狀態，且凸輪鎖緊元件凸緣90、92完全被容納在相應軛狀壁的凹槽94、96中，如圖1及圖6所示。凸輪鎖緊元件18在到達完全鎖緊狀態后朝同一方向繼續轉動被兩個鄰接的表面區域116、118阻擋，該鄰接表面區域116、118分別與表面區域112、114相鄰。這些鄰接表面區域116、118在軸線21方向上從表面區域112、114向下進一步延伸。
因此，所示的優選按程序設計的凸輪面34設有幾個階段來實施對脊柱桿16的凸輪作用及鎖緊作用。如圖所示，在脊柱桿表面28到達斜面區域108、110之前，凸輪鎖緊元件18可從非鎖緊位置轉動約20度。在這一點上，脊柱桿16被凸輪作用向下，在脊柱桿表面28到達平坦鎖定表面112、114之前，凸輪鎖緊元件可轉動另一60度。此后，在脊柱桿表面28抵靠止動表面116、118且凸輪鎖緊元件18在處于完全鎖緊狀態之前可以再轉20度。于是，凸輪鎖緊元件18從完全非鎖緊位置轉到完全鎖緊位置需轉動約100度，其中在凸輪作用開始和脊柱桿16在最后80度范圍內旋轉到完全鎖緊位置的凸輪作用之前，具有20度的游隙下面進行更詳細地描述，如上所述，帽形件凸輪鎖緊元件18包括在頂表面32上凹進的驅動表面部分36。從圖2中可清晰地看出，該驅動表面部分36可以形成有多個從中軸線21徑向向外延伸的凸角，其用于容納類似凸角形的驅動工具。該凸角驅動表面部分36設有用于驅動工具和凸輪鎖緊元件18之間的表面接觸和力矩傳遞的增大區域。
對骨用螺釘12而言，螺釘頭部58設有圓周驅動表面120和形成于螺釘頭部的近端78中并凹進或凹陷進入頂表面80中的凹入的槽口122如圖15所示。這樣，當砧墊插入物68在螺釘頭部空腔74中并稍微突出時，就可以使用如上所述的具有與槽口122配合的圓周突出部分的驅動工具。
參照圖1及圖11至13，可以看出，軛狀聯接元件側壁42、44上分別設有鍵槽124、126，該鍵槽124、126設有貫穿側壁42、44的加大的中央通孔128、130。所述鍵槽使得聯接裝置14能夠被一工具器件上的臂夾持，例如桿加長工具(rod persuader)，用于將脊柱桿16插入到聯接元件20中。所述臂可以具有結合端，該結合端位于鍵槽124、126內并延伸進入通孔128、130內。
圖19至圖44所示為根據本發明另一實施例的低矮外形的脊柱固定系統500，其用于固定脊柱桿16。由圖19及20可見，系統500包括一個諸如螺釘502的骨用錨固元件以及用來將脊柱桿16相對于骨用螺釘502固定的聯接裝置504。該聯接裝置504包括為單一軛狀物512形式的聯接元件、為砧墊516形式的插入物、為帽形件518形式的凸輪鎖緊元件、為彈性夾519形式的連接件、以及為鞍形件520形式的夾持元件。固定系統500和圖1至圖18所示的實施例相似，其中帽形件518以及軛狀物512在軛狀物軸線21方向上的高度低，該軸線21橫向延伸并正交于脊柱桿16的軸線16a，而該脊柱桿16通過該聯接裝置504相對于骨用螺釘502固定，如圖20所示。
螺釘502直接穿過軛狀物512并且將其連接到骨或骨片(bonefragment)上。螺釘502具有帶有凹槽554的頭部536，該凹槽554容納砧墊516。脊柱桿16被容納在軛狀物512中的內部空間或通道601中并支承在砧墊516的上表面上。螺釘502優選為多軸向螺釘，并且砧墊516可以在螺釘502的頭部536內活動。因此，在系統500被固定之前，螺釘502相對于軛狀物512可以活動，所以軛狀物512和螺釘502可以選擇性地定位，以使相互之間呈現不同的方向，從而二者相應的軸線21、544不必相互對準，而且砧墊516可相對于螺釘502移動、擺動或轉動，因此砧墊516可以如同前面描述過的砧墊68那樣通過調整自身與脊柱桿16的外表面28的方向來適當定位。
脊柱桿16通過帽形件518及鞍形件520固定或鎖定在軛狀物512內。如同下面將描述的那樣，帽形件518的轉動具有雙重功能一是將帽形件518固定在軛狀物512的凹槽642內，二是壓迫鞍形件520抵頂脊柱桿16以將脊柱桿16鎖在鞍形件520及砧墊516之間。鞍形件520和帽形件518通過為雙叉彈簧夾519形式的專用連接件固定在一起成為組件。
圖21及圖22所示為骨用螺釘502。該骨用螺釘502包括位于遠端532處的尖端530、包括螺釘頭536的近端534、包括用來驅動并固定螺釘使其進入骨或骨片的外螺紋540的螺桿538以及螺釘頭部536和螺桿538相連接的頸部542。螺釘502通過圍繞自身中央縱向軸線544的旋轉而被驅動。螺釘的尖端530可以設計成多種構造，諸如已知的自攻型結構或自鉆型結構。如上所述，螺釘502優選為多軸向的，并且其頭部536的直徑大于螺桿538在頸部542處的直徑。當允許軛狀物512在將脊柱桿16支承于其中所需要的方向上相對于螺釘502定位時，螺釘502的多軸向特性允許螺釘在為適當地固定于骨上所需要的方向上固定于骨上。
螺釘頭部536具有一個弧形的或稍帶斜度的頂表面550，該表面550和螺釘頭部536的外周表面552相交。螺釘頭部536的外周表面552具有一大致為弧形或球形的側面570，該側面570被一系列的同心凸脊或刻于其中的圓形槽572打斷。如上所述，螺釘502為多軸向的，因此其相對于軛狀物512的方向是可以精確定位的。當聯接裝置504固定在螺釘502上時，槽572夾持或切入軛狀物512的內部以使螺釘502相對軛狀物512固定在希望的位置。例如，槽572的寬度可以約為0.012英寸以獲得充分的夾持強度或被定位在軛狀物512中。
頂表面550包括一個形成于其中的用來容納砧墊516的向上開口的凹槽554。如圖24至27所示，該凹槽554具有弧形或優選為球形的最低表面部分556，該最低表面556的大小和結構設置成當小砧墊516位于凹槽554時能移動。為了達到該目的，砧墊516具有支撐在最低表面部分556上并相對該最低表面部分556可滑動的底表面558。另外，凹槽554具有兩對徑向對置的槽口560，每對相對于另一對垂直定位，用于在不干涉置于其中的砧墊516的情況下容納驅動工具的相似形狀的尖頭。頂表面550包括為短突起562形式的保持器或柱狀部分，它們位于凹槽554的開口處并在各個刻槽560之間。在砧墊516放入凹槽554之前，突起562從頂表面550沿著軸向向上突起，因此該突起562不妨礙砧墊516的插入。一旦砧墊516裝入到凹槽554，突起562被偏轉成徑向延伸與砧墊516相干涉，這時盡管砧墊516仍可在凹槽554內移動，但其被突起562束縛在其中。裝配完成以后，可以通過熱處理或其它處理來消除彎折的突起562中的殘余應力。
砧墊516具有底部580，底部580上帶有一大致為弧形或球形的底表面558，該底表面558支承在凹槽座554的最低表面部分556上。因此，砧墊516可以在凹槽座554內擺動或轉動。砧墊516還包括支座部分582，該支座部分582從砧墊底部580中央向上延伸直至頂表面584，其中在砧墊底部580和支座部分582之間有一橫向臺肩表面585。由圖27可見，當砧墊516直立地支承在凹槽554內時，彎折突起562和砧墊橫向臺肩表面585之間存在間隙587。該間隙587，以及在凹槽554中大致向上延伸的砧墊上部582的較窄部分，使得砧墊516可以在凹槽554內來回擺動且其底表面558在凹槽表面556上滑動，直至表面585抵靠一個或多個突起562時為止。
所述支座部分582優選是截頭圓錐體，這樣，作用在其上的壓應力能夠完全分布到底部580上，同時幾乎不可能破壞頂表面584的外緣584a。和前面所述的砧墊68一樣，砧墊底部580比上部582更大，因此所述支座部分582可以在凹槽554內以及在砧墊臺肩表面585和突起562之間的間隙內移動。
當脊柱桿16插入軛狀物512時，脊柱桿16的側表面28被推進接觸砧墊516。如果骨用螺釘502是偏斜的、傾斜的或是固定的，以致其中心線544和軛狀物中心線不重合或不對齊，那么砧墊516便以類似方向初始偏斜或傾斜。當脊柱桿16被固定并壓靠砧墊516時，可在凹槽554內擺動的砧墊516移動以使脊柱桿16和凹槽554的最低表面部分556之間的距離最小。因為砧墊頂表面584是平面而其底表面558是球形的，所以從頂表面584到底表面558的最短距離是通過幾何中心588到達底表面558的中心590a的距離。
如上所述，為了實現低矮的外形，優選使砧墊516的高度最小，同時保持超過螺釘頭部536的頂表面550。砧墊頂表面584的大小設計成這樣當砧墊516由于骨用螺釘502的偏斜或傾斜而發生偏轉或傾斜時，頂表面584的至少一部分和脊柱桿16接觸，該脊柱桿16被推向軛狀物512內的砧墊516。這樣，當接觸砧墊頂表面584的脊柱桿16迫使砧墊516移動時，砧墊16進行自動校正，以使如上所述的砧墊的最小高度與在脊柱桿16的表面28在切線方向上對齊。
多軸向螺釘502穿過軛狀物512插入并固定到骨上，且脊柱桿16支承在砧墊516的頂表面584上。由于螺釘502相對于軛狀物512的方位可能變化，因此砧墊516可以在凹槽554內轉動，從而頂表面584保持和脊柱桿16的大致為圓柱形的外表面28相切。通常，砧墊516和螺釘頭部536以及尤其是其中的凹槽554的大小相互配合，從而，即使螺釘502相對于軛狀物512擺動到其最大范圍，例如偏離軸線21達20度，砧墊頂表面584仍總能夠稍高出螺釘頭部上表面550處的杯形頭部壁536a的頂部延伸。更具體地，如上所述，砧墊的底部580可以使其底表面558彎曲成大致為具有半徑589的球面結構，如圖24所示。當底表面558在弧形凹槽表面556中轉動時，半徑589從砧墊516的大致旋轉中心558延伸。砧墊516由大致為球形的構件成型以具有臺肩表面585及支座部分582。因此，從轉動中心588到砧墊頂表面584的垂直距離586至少稍小于半徑589的長度。舉例而言，垂直距離586可以為約0.043英寸，半徑589可以為約0.0625英寸，因此距離586比半徑589小約0.0195英寸。如果砧墊頂表面584的高度586明顯增加，那么砧墊頂表面584的寬度必須增加，這將限制螺釘502的多軸向運動，因為砧墊516稍作傾斜或偏斜便會和突起562相接觸。如果砧墊頂表面584的高度586明顯減小，脊柱桿16如果不首先與螺釘頭部536相接觸的話就不能夠接觸砧墊的頂表面584，在較大偏角時這種情況下會變得更嚴重。
這樣，砧墊516和包括在其中延伸的突起562的凹槽554的構造，使得砧墊516可以跟隨脊柱桿16的位置而轉動并改進砧墊516的自校正。另外，選擇砧墊516在頂表面584和底表面558之間的大小，包括高度尺寸586，以使其頂表面584低于全球形螺釘頭部的頂表面，這將使包括在軛狀物512中的螺釘頭部536及砧墊516的砧墊組件的外形高度最小。即如果螺釘頭部536是球形的，那么其頂點高度將高于砧墊516的頂表面584，這將增加系統500的整體高度。當聯接裝置504處于鎖緊狀態時，砧墊516的頂表面584會稍有變形，從而形成凹部，該凹部與脊柱桿外表面28緊密接合并與其形狀相一致。通過這樣的變形，砧墊516和脊柱桿16形成基本上齊平的配合面接觸，而不是線接觸。砧墊516的底表面558包括一小平面590，其有助于使砧墊底表面558和支座554之間的摩擦最小化。
前面已經陳述過，螺釘502穿過軛狀物512插入。由圖28至圖32可見，軛狀物512具有一擴大的基部600且形狀由大體圓柱形的外表面602形成，該外表面602由一對對置的側壁部分604、606形成，該側壁部分604、606從增大的基部600延伸并在它們之間確定用來容納脊柱桿16的通道601。通道601可以具有襯層，該襯層可以用，例如，諸如PEEK的聚合物制成，該襯層的用途是改善脊柱桿16和通道601之間的低摩擦接觸。在側壁604、606之間形成一具垂直軸線21的凹槽608，該凹槽608包括通道601，該凹槽608還包括一個通孔612，該通孔位于軛狀物512的底部或基部600中，螺釘502便穿過該通孔612插入。通孔612的構造可以和前面討論過的聯接元件20的通孔50相似，且通孔612可以包括諸如PEEK的聚合物襯層，以改善其中的螺釘502的低摩擦多軸向運動。
類似于圖1及圖11至圖13所示的方式，軛狀物壁604、606的外表面602上分別設有鍵槽124、126，該鍵槽124、126設有加大的中央通孔128、130延伸通過壁604、606。所述鍵槽使得聯接裝置514能夠被一工具器件上的臂保持，例如桿加長工具，該工具器件用于將脊柱桿16插入到軛狀物512中。所述臂可以具有嚙合端，該嚙合端位于鍵槽124、126中并延伸進入通孔128、130內。
軛狀物512的外表面602上還設有盲孔或孔650。由圖32可見，盲孔650并不延伸到內部凹槽608內，而是在軛狀物512的薄壁部分652處終止。一旦螺釘502及其固定的砧墊516已經穿過通孔612插入，則靠近每一盲孔650的薄壁部分652變形成凹槽608，這樣螺釘502和砧墊516分組件不能被拉出軛狀物512從而保留在組件中。由于螺釘502保留在軛狀物512中，外科醫生僅需要將螺釘502、軛狀物512和砧墊516作為一單獨構件或組件來處理在所示優選實施例中，軛狀物512具有如下面所述的高強度一體結構。每一整體的側壁部分604、606具有頂面620、端面622、以及內表面624。每個側壁604、606的內表面624與對置側壁上的表面大致相同。側壁604、606協同形成了兩個U形的內表面626，每個U形內表面626具有一對腿部628，這兩個腿部628在從頂面620向下延伸的區域中垂直對置。每對腿部628與將腿部628相互連接的大致為半圓形部分630相交。對于表面626的外邊，軛狀物512的圓柱形外表面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。軛狀物512端部的截取，減小了軛狀物512在橫向于軸向方向21的寬度方向上的整體大小。由圖28及圖31可見，當基部600在其端面632之間的尺寸大于側壁604、606在它們的端面622之間的尺寸時，端面622及632之間就形成有臺肩634。基部600在側壁604、606下端部分處的尺寸增大增加了軛狀物512在應力集中最大的區域中的強度，在該區域脊柱桿16向下朝著軛狀物512的底端被夾在軛狀物512的曲面部分630上。沿著從基部600開始向上延伸的側壁部分604、606截除軛狀物512，使得軛狀物512的寬度在其大部分軸向長度上最小，如上所述。
側壁604、606的每一內表面624都包括一個基本上為圓柱形的表面640，該表面640在U形內表面626之間延伸。圓柱形表面640和內表面626上限定內部凹槽642，該凹槽642等截面地沿著周向在兩個側壁內延伸。小凸出物或小塊形式的導向物643位于內表面626上且在凹槽642的上方，如圖28所示。當鞍形件520插入到軛狀物512時，如圖29所示，該導向物643有助于鞍形件520適當地定位在其中，如下面所述。另外，當帽形件518旋轉時，該導向物643還用作給帽形件518提供多個不同旋轉位置的制動器。與上述凸輪鎖緊元件18相似，帽形件518具有大致上為圓柱形的本體644，該本體644具有外表面645，該外表面645上設有多個為大致上垂直的弧形凹痕647形式的凹槽，這些凹痕647間隔地排列在該外表面645的圓周上。凹痕647和所述制動器643配合向外科醫生提供了觸覺指示，表示當制動器643突然進入和離開凹痕647時，帽形件518在軛狀物512中的旋轉程度。例如，當帽形件518在鎖緊狀態時，制動器643和凹痕647可以分開，這樣當帽形件518轉到其完全鎖緊狀態時，例如與未鎖緊狀態相隔100度間隔時，就產生預定次數的“喀啦”聲。
凹槽642通常在水平方向上延伸，以容納帽形件518，以及更具體的是容納以類似于上述凸緣90、92和相應凹槽94、96的方式裝配于軛狀物512的相應結構的凹槽642中的帽形件518的一對徑向凸緣656。徑向凸緣656和凹槽642使得帽形件518在轉動時不能沿著軛狀物512軸向移動，因此在帽形件518和鞍形件520之間產生的凸輪作用只使得鞍形件520朝向和相對脊柱桿16作軸向移動。每個凸緣656包括平坦的導入斜面657，當凸緣656轉動離開側壁部分604、606之間形成的狹槽并且處于非鎖緊狀態的帽形件518移動凸緣656使其插入到它們對應的凹槽642時，該導入斜面657有助于引導凸緣656。然而，凹槽642和凸緣656的表面之間不產生使鞍形件520的下表面700相對帽形件518移動的凸輪作用。如下文所述，凸輪作用僅僅發生在帽形件518的底表面704和鞍形件520的頂表面702之間。
徑向凸緣656還包括位于它們的遠端659的向上翻轉部分658，同樣，凹槽642也包括在各個軛狀物壁604、606中軸向向上延伸的對應部分649，該對應部分649用于容納向上翻轉的凸緣部分658。由于凸緣部分658容納在相應的凹槽部分649中，因此在旋轉帽形件518的鎖緊操作中，軛狀物壁604、606的任何擴展作用都被阻止。
如圖41至圖44所示，帽形件518和鞍形件520各自分別限定中心開口670、672，彈性夾519延伸穿過中心開口670、672。所述帽形件中心開口670分成下部分670a和上部分670b，上部分670b繼續開口至直徑大于下部分670a的直徑。一環形臺肩支座表面674處于帽形件開口670的上部分670b和下部分670a之間的過渡部分。上部分670b還向帽形件形件518的驅動插槽的凹入底表面671開口。
從圖36、37可見，彈性夾519包括環形基座部分680及兩個從基座部分680沿夾的軸線683向上突出并由在它們之間軸向延伸的間隙682隔開的彈性叉或桿680a、680b。每一桿680a、680b在它們的自由端以凸緣681a、681b終結，每個凸緣681a、681b包括面朝上的相對彈性夾軸線683傾斜或彎曲的凸輪表面684。該凸輪表面684有助于彈性夾519通過開口670、672插入，在桿凸緣端681a、681b設有垂直于彈性夾軸線683延伸的下止動面688，該下止動面基本上能防止無意識地使彈性夾519通過中心開口670、672后退脫離。
鞍形件520的中心開口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開口，并且其直徑比上部672a的大，因此在上部672a和下部672b之間形成了環形臺肩表面672c。直徑較大的下部672b的大小設計成使得彈性夾519的基部680能夠裝配并固定在其中并與表面672c相抵觸。優選地，開口下部672b的直徑盡量小，以增加鞍形件表面700和脊柱桿16的表面接觸面積。開口上部672a的尺寸可以設計成直徑小于帽形件中心開口670的較小的下部分670a的直徑。
為將帽形件518和鞍形件520組裝在一起，首先將彈簧夾元件519軸向地插入鞍形件的中心開口672中，且叉的自由端681a、681b首先插入直徑較大的下部中心開口672b中。隨著彈簧夾繼續軸向插入，凸輪表面684工作且凸輪抵靠臺肩面672c，彈性壓迫彈性叉680a、680b相向運動以使它們之間的間隙682縮小。隨著叉680a、680b被推在一起，凸輪表面684的外部側邊緣684a被略小于開口部670a和672a的直徑的距離隔開。這允許彈性夾元件519繼續插入通過包括小直徑開口上部672a的開口672。根據相對于開口下部672b直徑的未變形的叉的上邊緣684a之間的距離，可能出現凸輪抵頂鞍形件表面700且叉隨之產生一定程度的變形以使彈簧夾的叉680a、680b能裝配到開口下部672b。一旦叉端681a、681b，或更具體地說叉止動面688，離開開口上部672a，彈性夾的叉680a、680b便回復到其原始的未變形狀態，且止動面688面對鞍形件520的上表面702，這樣就不再存在使叉680a、680b互相靠攏的力，彈性夾元件519和鞍形件520便組裝在一起。
為了完成裝配過程，叉端681a、681b接著軸向插入帽形件開口670中，具體是插入到帽形件的直徑較小的下部670a中。相應地，凸輪面684凸輪作用于帽形件518圍繞中心開口670的下表面687，其壓迫彈性桿680a、680b在一起以縮小它們之間的間隙682，以允許夾的叉680a、680b插入通過開口部670a。一旦彈性夾凸輪面684通過帽形件開口670的下部670a，桿680a、680b便彈性地朝它們不彎曲位置恢復。在叉端681a、681b退出開口670后，叉680a、680b便回復到它們未變形的狀態，而止動面688便面對帽形件的表面671并與該表面671相隔一定間隔，因此，在所連接的部件之間存在游隙，即在帽形件518、鞍形件520及彈簧夾519之間，如圖42所示。當帽形件518朝其鎖緊位置旋轉時，因為鞍形件520由于表面672c在彈簧夾基座680上的接合作用而被驅動朝著脊柱桿16與彈性夾519一起軸向移動，叉端681a、681b重新進入開口上部670b，且止動面688與支座表面674鄰接接合以防止彈性夾519在帽形件轉到其鎖緊狀態的過程中通過開口670、672被無意識地拉出。
彈性夾519的桿680a、680b還包括中間凸輪部分，該中間凸輪部分包括位于中央的雙向傾斜的凸輪表面800。當開始準備植入時，彈簧夾519以緊湊的裝配構件形式夾持帽形件518及鞍形件520，且彈簧夾基座680與鞍形件520的開口的臺肩表面672c鄰接接合，這樣鞍形件520與帽形件518相互抵靠或緊密相鄰，如圖41及圖42所示。在該緊湊結構中，雙向傾斜的表面800位于帽形件的開口670內以使帽形件518抵靠鞍形件520。當帽形件518和鞍形件520從軛狀物512中取出時，如外科醫生從患者的脊柱中取出該固定系統500時，在桿680a、680b的終端681a、681b處的止動表面688允許帽形件518和鞍形件520保持為組合狀態。
更具體地說，傾斜的凸輪表面800包括下凸輪表面部分802和上凸輪表面部分804，它們在側邊的公共外緣806處會合。由圖37可見，該中間的外側凸輪表面邊緣806的大小大約等于在684a處的遠端上部叉邊緣之間的距離。如圖所示，當所述凸輪表面802向上延伸到邊緣806時，其傾斜并遠離軸線；而當所述凸輪表面804從邊緣806向上延伸時，其朝軸線683傾斜。于是，在裝配過程中，上凸輪表面804能夠有助于使叉680a、680b互相靠攏，從而使它們裝配穿過帽形件及鞍形件的開口670、672。同樣，當轉動帽形件518以松開脊柱桿16上的鞍形件520時，上凸輪表面804允許鞍形件520和彈性夾元件519一起沿著軸向朝上退回。
在帽形件518和鞍形件520如圖42所示那樣組合在一起的情況下，邊緣806位于鞍形件的開口上部670b中，因此下傾斜表面802便摩擦地支承在開口下部670a附近的表面上以使鞍形件的上表面702抵靠在或緊鄰著帽形件的下表面704。另外，凸輪表面802的斜面或傾斜方向允許鞍形件520被向下驅動或離開軸向位置固定的旋轉的帽形件518。朝其鎖緊位置旋轉帽形件518使凸輪表面802凸輪支撐抵靠在開口部分670a附近的表面上，迫使彈簧夾的叉680a、680b互相靠攏而允許包括邊緣806在內的叉通過開口部分670a裝配。然而，凸輪表面邊緣806與止動面688之間的軸向距離大于鞍形件的下開口部分670a的軸向長度，所以，一旦邊緣806離開開口部分670a的底部，叉680a、680b能朝它們的未變形狀態彈性恢復，于是止動表面688便與開口670的支座表面674相互抵觸。另外，隨著鞍形件520軸向向下移動，凸輪表面邊緣806會從開口670及672中顯露出來，如圖44所示。
由圖38至圖40可見，鞍形件520具有沿著其側面710的槽701。如上所述，當鞍形件520如圖29那樣插入軛狀物512時，軛狀物512的突出導向件或制動件643便進入該槽701，通過沿著軛狀物側壁部分604、606的內部被引導的軛狀物側面701，所述槽引導鞍形件520在軛狀物512內適當地定位和插入。鞍形件520還具有一錐形端703，如圖38所示，該錐形端703有助于使鞍形件520進入或離開軛狀物512。
另外，鞍形件520的底部表面700為凹形從而以互補的方式與脊柱桿16接合。鞍形件520還包括一特定外形的上表面或頂表面702，該頂表面702被設計成與帽形件518的特定外形底表面704配合，以通過凸輪作用移動鞍形件520的底部表面700使其進入與脊柱桿16鎖緊接合的狀態。更具體地說，鞍形件520的頂表面702上具有一大致水平且基本平坦的部分706，該平坦部分706在大致正交于脊柱桿16的軸線524的方向上朝每一軛狀物側壁部分604、606縱向延伸。關于這一點，該鞍形件520呈現細長的凸輪表面702，其與如上述系統10內的脊柱桿表面呈現的細長凸輪表面成90度定位。
當鞍形件520處于與帽形件518的鎖緊狀態時，如圖44所示，帽形件和鞍形件520之間的力通常通過底部凸輪表面部分820來傳遞，該凸輪表面部分820通常位于鞍形件頂表面702的橫向位置709。鞍形件520相對容納于其底表面700的脊柱桿16橫行定位，從而允許鞍形件520將通過其橫向部分分解的力局部地分布到脊柱桿16的局部區域的表面接觸區域。與之相反地，如果鞍形件520沿脊柱桿16的縱向軸線16a定向或從圖示移動90度，則通過其橫向端部709提供力的鞍形件520將通過一對局部區域傳遞這些力，其中該對局部區域沿脊柱桿16頂表面設置并與之相匹配。這樣的布置可能對脊柱桿16造成腐蝕、損壞或磨損，這可能導致脊柱桿失效或斷裂以及鞍形件的破裂。另外，這樣的布置還可以使得具有一定長度的脊柱桿16具有一定剛度，而對于允許患者運動的脊柱固定系統的性能來說，由于患者的運動會對系統施加相對較大的應力，因此具有較長長度的脊柱桿是不符合要求的。
頂表面702還包括兩個基本上平坦的側凸輪面708，側凸輪面708位于平坦部分706的側邊并與其相交。每一凸輪表面708從平坦部分706向下傾斜到鞍形件520的下側710。凸輪表面708到下側面710之間的邊緣712稍帶圓角，以使帽形件518能夠容易地凸輪作用于邊緣712。因此，多面的凸輪表面702繞著一條軸線延伸，該軸線大致地和脊柱桿軸線16a正交。
盡管頂表面702也可為以向上彎曲的斜面以容納帽形件518的底部凸輪表面704，但是在凸輪作用中，平坦部分706提供優選的應力分布。更具體地說，弧形或園形的凸輪表面需要在弧形凸輪表面的初始部分通過凸輪接合做大量的功，隨著凸輪接合進行到弧形凸輪表面的頂部時上述量的功減少。與之相反，在帽形件518的配合凸輪表面704在平坦部分706上被引導時，諸如平坦部分706那樣的大致平坦表面使得功能夠沿平坦部分706分布得更均勻。
在帽形件518相對于鞍形件520轉動時，帽形件518的底表面704凸輪作用于鞍形件520的頂表面702，從而帽形件518的底表面704與鞍形件520的頂表面702接合，使得鞍形件520沿著軸向朝離開帽形件518的方向移動并進入與脊柱桿16緊密接合的狀態。在這一點上，在帽形件518轉動以鎖緊脊柱桿16時，帽形件518本身在軛狀物512內并沒有沿著軸向移動而只是繞著其中心豎直軸線轉動。如上所述，基部680和止動表面688之間的彈簧夾519的長度690，被特定設計成允許在鞍形件520和帽形件518之間的所述移動操作。
如圖34所示，雖然帽形件518相對上述圖8和10中所示的凸輪鎖緊元件18轉動了90度，以使如圖34所示，當帽形件518處于非鎖緊狀態時，帽形件凸輪面704大致沿著一條和脊柱桿軸線16a正交的軸線延伸，但是帽形件518的底表面704是以和上述凸輪鎖緊元件18相同的方式經過程序設計的凸輪面。這是因為鞍形件520的凸輪面702相對于如上所述的脊柱桿表面轉動90度，因此帽形件凸輪面704的相應凸輪面部分也從上文所述的凸輪鎖緊元件18上的位置轉動90度，如圖34所示。這樣，它們在帽形件518轉到鎖緊位置之前，凸輪面702及704之間可以具有更為緊湊的配合關系，從而由于帽形件518的向下延伸的側邊部分配置在鞍形件520的周圍，因此降低了帽形件518和鞍形件520在軛狀物512內所占的高度，如圖20所示。這樣，朝其鎖緊位置旋轉帽形件518將在鞍形件520的多面的凸輪面702上產生凸輪作用，基本與前面所述的凸輪鎖緊元件18施加到脊柱桿16的方式相同。另外，底表面704還包括附加截取的凹槽720，如圖41所示。該凹槽720位于傾斜表面108、110的內部，其作用為在該傾斜表面108、110沿著鞍形件520的凸輪面702轉動時中減小傾斜表面108、110的磨損和變形。和前面敘述的凸輪鎖緊元件18不同的是，帽形件凸輪面704包括平坦的中心部分704a，當鞍形件520和帽形件518處于如圖42所示的緊密接觸狀態時，頂部表面706便支承在該平坦的中心部分704a上。
由圖35可見，帽形件518還包括一插槽740，該插槽740用于容納驅動工具或脊柱加長桿的一部分。帽形件518具有一頂表面742、一條旋轉中心軸線744、以及一條橫向延伸的中心軸線746。旋轉中心軸線744和軛狀物512的縱向中心線21通常對準并重合(見圖41及圖19)。橫向軸線746沿每一凸緣656的中點748劃出，并在插槽740的中心處與旋轉軸線744相交。本實施例中的插槽740包括多個凸角752，其中一對凸角754大于其他凸角752，所以凸角752通常關于插座740不對稱。另外，所述大凸角754分布在直徑的兩端，并沿著軸線756定向，該軸線756垂直于旋轉軸線744并和橫向中心線746偏離一個角度，該角度優選為約10度。凸角752、754的幾何形狀僅給容納于插槽740中的驅動工具或脊柱加長桿提供了兩個不同的配合位置，而所述大凸角754的偏移軸線756則使得外科醫生能夠辨別帽形件518相對于驅動工具或脊柱加長桿的位置。應當注意的是，倘若帽形件518和器械之間為配合相互之間優選地只有一種相對定位，則凸角752、754可以設置在或位于多個方向上。盡管優選實施例包括凸角752、754，但也可以采用其它幾何形狀。然而，與其他已知的幾何形狀相比，凸角752、754能夠使作用在帽形件518和驅動工具之間的扭矩更大。
在上述系統10及500的其它實施例中，骨用錨固元件可以具有許多變型。舉例來說，系統可使用固定螺釘，其既可以和聯接元件成為一個整體，也可以如上所述地作為一個部件容納在聯接元件中。同樣，連接件也可以采用鉤子。
盡管已經對本發明的一些具體的實施例作了圖示和描述，然而對于本領域的技術人員來說還可以對此作出許多修改和變型，且后附的權利要求覆蓋本發明的精神和范圍內的所有這些變化和修改。
權利要求
1.一種脊柱固定系統，該系統包括一骨用錨固元件，該錨固元件固定到脊柱的椎骨上并在其一端具有增大的頭部；一細長元件，該細長元件大致地沿著所述脊柱延伸；一聯接裝置，其相對于所述骨用錨固元件固定所述細長元件；所述聯接裝置的支座，該支座具有一孔，該支座圍繞該孔延伸，該孔的大小設計成允許所述錨固元件從多個方向穿過該孔延伸而所述頭部接合抵靠在該支座上；以及所述聯接裝置的凸輪鎖緊元件，該凸輪鎖緊元件具有凸輪面，該凸輪面配合向下推動所述細長元件，且該凸輪鎖緊元件在其轉動過程中被固定而不發生水平移動，用于將所述錨固元件的頭部夾持抵靠所述支座，從而將所述錨固元件固定在所述多個方向中的一個方向上，且所述細長元件固定在該凸輪鎖緊元件和所述錨固元件頭部之間。
2.如權利要求1所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述聯接裝置包括一聯接元件，該聯接元件具有一內部下表面及一朝上延伸的內表面，其中在該內部下表面上形成有所述支座，而所述凸輪鎖緊元件被固定而不能沿著所述朝上延伸的表面移動以使該聯接元件的長度保持最小。
3.如權利要求1所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述凸輪鎖緊元件凸輪作用于所述細長元件，并且所述聯接裝置包括從所述支座向上延伸一預定距離的壁，所述凸輪鎖緊元件和所述細長元件之間的凸輪作用使該預定尺寸達到最小，以使所述聯接裝置的外形低矮。
4.如權利要求1所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述凸輪鎖緊元件具有大致為環形的本體，并且所述聯接裝置包括一低矮外形的聯接元件，該聯接元件具有一內部下表面和一朝上延伸的環形側表面，在該內部下表面上形成所述支座，該環形側表面和所述凸輪鎖緊元件的所述環形本體適配，且該環形側表面和該環形本體上不存在螺紋以使該聯接元件的尺寸達到最小。
5.如權利要求1所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述凸輪面具有預定的形狀以使得所述凸輪鎖緊元件在鎖緊位置和非鎖緊位置之間旋轉約100度。
6.如權利要求1所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述細長元件是一具有凸狀曲面的脊柱桿，所述凸輪鎖緊元件的所述凸輪面是該凸輪鎖緊元件的底表面，該底表面直接和該脊柱桿表面相接合，該底表面包括一凹面部分及位于該凹面部分任意一側的傾斜表面部分，該凹表面部分用于在非鎖緊位置與所述脊柱桿表面基本配合，該傾斜表面部分在該凸輪鎖緊元件從非鎖緊位置向鎖緊位置旋轉的過程中凸輪作用于所述脊柱桿表面。
7.如權利要求1所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述細長元件是一具有凸狀曲面的脊柱桿，所述凸輪鎖緊元件的所述凸輪面是該凸輪鎖緊元件的底表面，該底表面包括一凹表面部分及位于該凹表面部分任意一側的傾斜表面部分，以及所述聯接裝置的一鞍形件包括一上部凸輪面及一下部凹表面，且上部凸輪面用于配合所述凸輪鎖緊元件的凸輪表面部分來驅動該下部凹表面，使其緊緊地配合在所述脊柱桿表面上。
8.如權利要求1所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述聯接裝置包括對置的側壁，該側壁從所述支座向上延伸，而所述細長元件在所述側壁之間延伸穿過該聯接裝置，所述凸輪鎖緊元件具有一對唇形的徑向凸緣，且所述側壁每個都包括有一凹槽，該凹槽用來容納所述凸緣中的相應一個凸緣，以在所述凸輪鎖緊元件轉動而向下推所述細長元件的過程中保持所述側壁不分開。
9.如權利要求1所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述聯接裝置包括一大致為軛狀的聯接元件，該聯接元件具有相互間隔開的對置的側壁和在側壁之間開口的相對的狹槽，所述細長元件通過所述狹槽伸出。
10.如權利要求1所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述聯接裝置包括一聯接元件，該聯接元件用于允許所述細長元件相對于所述骨用錨固元件固定，所述骨用錨固元件頭部包括一凹槽，以及容納在該凹槽中的一小插入物，該插入物具有基本平坦的上表面，該上表面用于和所述細長元件接合而該插入物的大小設計成使得其上表面僅稍高于所述錨固元件頭部設置，該插入物在所述凹槽內能夠自調整以使得其上表面定位朝向所述細長元件的位置，以使其間保持最大接觸。
11.如權利要求1所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述聯接裝置包括一鞍形件，該鞍形件具有一凸輪面及一細長元件接合表面，該鞍形件的凸輪面和所述凸輪鎖緊元件的凸輪面相配合，且該細長元件接合表面在所述凸輪鎖緊元件向其鎖緊位置轉動的過程中被推壓抵靠所述細長元件。
12.如權利要求1所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述聯接裝置包括一夾持元件，所述凸輪鎖緊元件凸輪作用于該夾持元件，所述聯接裝置包括從所述支座向上延伸一預定距離的側壁，且所述凸輪鎖緊元件和所述夾持元件之間的凸輪作用允許所述預定距離最小從而為所述聯接裝置提供低矮的外形。
13.一種脊柱固定系統，該系統用于將一脊柱桿相對于患者脊柱固定到所要求的位置上，該脊柱固定系統包括一骨用錨固元件，該錨固元件用于固定到脊柱的椎骨上；一頭部，該頭部位于該錨固元件的近端，該頭部具有凹入的上表面及大致弧形的下部外表面；一用來容納脊柱桿的聯接元件，該聯接元件包括內部支座表面以及中心孔，該中心孔的大小設計成允許所述錨固元件沿多個不同方向穿過該孔，且所述頭部的弧形外表面支承在該聯接元件的內部支座表面上以允許該錨固元件的頭部在其上移位；一低矮外形的插入物，該插入物具有基本平坦的上表面和弧形的下表面，該上表面用于接合所述脊柱桿，該弧形下表面用于可調地支承抵靠這所述錨固元件頭部的凹表面，且該插入物的大小設計成使得其上表面僅稍突出于所述錨固元件頭部以使插入物的外形達到最小；以及一夾持元件，該夾持元件將脊柱桿夾持抵靠所述平坦插入物表面以將所述錨固元件頭部固定抵靠在所述支座表面上，且錨固元件位于其多個不同方向中的一個方向上。
14.如權利要求13所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述錨固元件頭部包括一保持器以將所述插入物保持在頭部的凹槽上。
15.如權利要求14所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述錨固元件包括骨用螺釘，該骨用螺釘具有從頭部懸垂的螺桿，該螺釘的凹入頭部具有一環形杯狀壁，該壁包括一上表面，該上表面具有驅動表面，該驅動表面用于和工具驅動接合，該工具用于通過螺釘頭部的凹槽中的插入物旋轉該螺釘以將螺桿擰入椎骨。
16.如權利要求13所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述插入物的上表面比該插入物的下表面窄，該插入物包括一臺肩，該臺肩位于所述上表面及下表面之間，以及所述錨固元件頭部的柱狀部分，該柱狀部分被固定成與所述插入物臺肩干涉以將插入物保持在頭部凹槽內并且與所述臺肩隔開以允許該插入物在該頭部凹槽內樞轉。
17.如權利要求13所述的脊柱固定系統，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，以及一從所述下部向上延伸并具有平坦上表面的中央突起。
18.如權利要求13所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述聯接元件具有對置的狹槽，該狹槽的大小設計成允許脊柱桿穿過，且由所述插入物通過其弧形下表面在所述錨固元件頭部的上凹表面上的滑動來調整，以使該插入物的平坦上表面和脊柱桿接觸區域在錨固元件的任何一方向上均保持最大。
19.如權利要求13所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述夾持元件包括一凸輪鎖緊元件，該凸輪鎖緊元件具有一凸輪面，該凸輪鎖緊元件旋轉時該凸輪面直接凸輪作用在所述脊柱桿上，以將該脊柱桿緊緊壓靠在所述插入物上。
20.如權利要求13所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述夾持元件包括一具有上凸輪面的鞍形件，以及一凸輪鎖緊元件，該凸輪鎖緊元件軸向可調地和該鞍形件相連接并具有一下凸輪面，該下凸輪面和該鞍形件的上凸輪面相互配合，使得凸輪鎖緊元件朝其鎖緊位置的轉動軸向地朝向脊柱桿驅動該鞍形件，且該凸輪鎖緊元件本身的軸向位置固定不變。
21.一種脊柱固定系統，該系統包括一骨用錨固元件；一脊柱桿，該脊柱桿具有彎曲的外表面；一個聯接裝置，用于相對于所述骨用錨固元件固定所述脊柱桿；一凸輪鎖緊元件；所述聯接裝置的相對設置的橫向間隔的開口，所述脊柱桿延伸通過該開口且所述骨用錨固元件相對脊柱桿橫向延伸；以及所述凸輪鎖緊元件的底部凸輪面，該底部凸輪面與所述脊柱桿的弧形表面配合，從而凸輪鎖緊元件的旋轉使得脊柱桿朝向所述骨用錨固元件被向下推動，以使其相對骨用錨固元件固定在適當的位置。
22.如權利要求21所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述骨用錨固元件和所述聯接裝置是不同的部件。
23.如權利要求21所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述骨用錨固元件包括一加大的頭部及一從該頭部懸垂的桿部，所述聯接裝置包括一整體的聯接元件，該聯接元件具有內部的下支座表面及相對設置的一體的側壁部分，所述頭部可在該下支座表面上移位，該側壁部分從該支座表面的任一側向上延伸，該孔在中央延伸通過該支座表面，該孔的大小設計成允許所述骨用錨固元件的桿部可以以多個方向穿過該孔，并且所述凸輪鎖緊元件的轉動使得所述頭部被夾持抵靠該支座表面，以將所述桿部固定在其多個方向中的其中之一上。
24.如權利要求21所述的脊柱固定系統，其特征在于，該系統還包括一低矮外形的砧墊，其中所述骨用錨固元件包括一形成有凹槽的頭部，該凹槽用于容納所述低矮外形的砧墊。
25.如權利要求24所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述低矮外形的砧墊具有一用來和所述脊柱桿的外表面接合的頂表面，該砧墊可以在所述凹槽中移位以使該砧墊頂表面定位成抵靠所述脊柱桿的外表面。
26.如權利要求24所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述砧墊由球體成形，從而該砧墊具有一球形部分及一頂表面，該球形部分容納在所述凹槽內并相對該凹槽可移位，該頂表面定位在與砧墊的轉動中心的距離小于一完整半徑的位置處。
27.如權利要求21所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述骨用錨固元件是鉤子。
28.如權利要求21所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述骨用錨固元件相對于所述聯接裝置被固定在單一方向上。
29.如權利要求28所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述骨用錨固元件和所述聯接裝置成為一體。
30.一種脊柱固定系統，該系統用于將一細長元件相對于患者脊柱固定到所要求的位置上，該脊柱固定系統包括一骨用錨固元件，該錨固元件用于固定到脊柱的椎骨上；一聯接元件，該聯接元件具有一軸線及一內部空間，該內部空間用于容納所述脊柱桿，該脊柱桿沿與該聯接元件的軸線成橫向的方向延伸穿過該內部空間；一帽形件，該帽形件繞著所述聯接元件的軸線旋轉到其鎖緊位置上并將所述細長元件鎖定在所述聯接元件上；一鞍形件，該鞍形件位于所述帽形件與所述細長元件之間，在所述帽形件處于其鎖緊狀態時，該鞍形件與所述細長元件緊密接合；一連接件，該連接件與所述帽形件及所述鞍形件不同，該連接件用于使所述帽形件及所述鞍形件組裝在一起并且當所述帽形件旋轉時允許所述鞍形件沿著所述聯接元件軸向移位；以及位于所述帽形件及所述鞍形件之間的凸輪面，這些凸輪面被構造成這樣，即帽形件朝所述鎖緊位置的轉動使得所述鞍形件朝向所述細長元件被軸向驅動而不需要所述帽形件作軸向運動。
31.如權利要求30所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述連接件包括一彈簧夾元件。
32.如權利要求30所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述帽形件包括一中心開口，所述連接件包括多個間隔開的柔性叉，當該叉插入所述帽形件的中心開口以使該帽形件和所述鞍形件連成組件時，該叉相互朝向對方發生彈性變形。
33.如權利要求30所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述連接件包括軸向中間凸輪部分，該中間凸輪部分通過摩擦使所述帽形件和所述鞍形件保持相互緊鄰并允許該鞍形件在該帽形件轉動時相對于該帽形件軸向移位。
34.如權利要求30所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述聯接元件包括一對互相間隔開的側壁，該對側壁具有內部凹槽，而所述帽形件包括徑向凸緣，該徑向凸緣容納在該內部凹槽中，以使該帽形件在轉到其鎖緊位置時能夠保持其軸向位置固定不變。
35.如權利要求30所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述凸輪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.如權利要求35所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述鞍形件的上表面是細長形的，該上表面在所述聯接元件的內部空間中延伸。
37.如權利要求30所述的脊柱固定系統，其特征在于，所述聯接元件與所述帽形件在其間設有制動件，用來提供帽形件在轉動過程中的不同轉動位置的觸覺指示。
全文摘要
本發明提供一種脊柱固定系統。該脊柱固定系統的其中一個實施例包括聯接元件，該聯接元件具有一凸輪鎖緊元件，當該凸輪鎖緊元件旋動使得一個諸如脊柱桿的細長元件在聯接元件中被向下推動以將該脊柱桿固定在其中時，該凸輪鎖緊元件被固定而不發生移動。另一方面，所述脊柱桿固定抵靠一低矮外形的插入物，該插入物放置于從所述聯接元件伸出的錨固元件的所述頭部上形成的凹槽內。所述插入物具有上表面，所述脊柱桿固定抵靠該上表面，該上表面的一種形式是平坦的以使其和脊柱桿之間的接觸是線接觸，以使損壞最小化。在本發明的另一實施例中，所述凸輪鎖緊元件凸輪作用于一夾持元件，在所述聯接元件中向下驅動該夾持元件以將該脊柱桿固定在聯接元件中。
文檔編號A61B17/56GK1829479SQ200480000015
公開日2006年9月6日 申請日期2004年2月5日 優先權日2003年2月5日
發明者布賴恩·P·亞諾夫斯基, 弗朗西斯·J·科爾霍寧, 托馬斯·S·基爾佩萊, 格雷戈里·貝雷沃茨 申請人:先鋒實驗室公司