【発明の詳細な説明】
整形外科用の固定ねじの磁気位置決め構成技術分野
本発明は位置決め装置、特に連結棒などの整形外科用ハードウェアの固定ねじ
またはピンを位置決めする配置構成に関する。本発明はこのような用途に制限さ
れるものではないが、本発明は特に、連動する磁石を使用して固定ねじまたはピ
ンの正確な位置決めを可能にするこのような整形外科用ハードウェアの、このよ
うなねじまたはピンの位置決めまたは目標捕捉（標的捕捉）装置に関する。発明の背景
大腿骨や頚骨の骨折などの長い骨の複雑骨折を治療する際に、髄内的方法で挿
入する整形外科用ハードウェアは、ますます有用な補助となっている。典型的な
応用では、一般に「釘」と呼ばれる連結棒またはバーを大腿骨に挿入し、肢また
は他の身体部分の外側から骨を通って棒の遠位または近位横ねじ穴にねじ込む、
または他の方法で挿入する横ねじまたはピンを使用して、棒を骨の所定の位置に
固定する。
このような固定ねじを使用して、棒を所定の位置にしっかり固定するよう確保
することは、このような成形外科的補助および器具の応用範囲を、このような横
ねじを使用しない元の固定棒の範囲を越えて広げた。しかし、肢の外側からねじ
を適切に挿入するのは難しい問題であり、安全で効果的、かつ迅速に固定ねじ、
特に遠位固定ねじを挿入する方法を発見するため、様々なアプローチが試みられ
てきた。この点で、このような固定棒は十分に長いので、設置すると棒が曲がり
、したがって棒の頂部から得た基準に基づき中心を合わせた固定または位置決め
装置は、横ねじ穴を正確に配置するには有効でなかったことが認められる。肢ま
たは関係する身体の他の部分にかかる負荷が、骨の治療中に骨の破損部分ではな
く、ねじまたはピンおよび関連の連結棒を通って伝達されるよう、固定ねじまた
はピンは、正確に配置しなければならないことが理解される。
穴を遠位に正確に配置することができる一つの方法は、Ｘ線技術を用いるが、
Ｘ線を長時間照射する必要があり、ねじまたはピンの位置を点検するため、Ｘ線
装置を所定の位置にしたり、その位置から外したりする必要があるので、装置を
移動させる度に位置合わせを失う危険がある。その結果、このような固定ねじま
たはピンの位置決めは、通常、棒を埋め込む手順全体のうち、最も時間がかかり
困難な部分になる。
この分野に関係する特許には、米国特許第4,621,628号（Brudermann）、第4,6
25,718号（Olerudその他）および第4,570,624号（Wu）がある。Brudermannの特
許は、埋め込んだ固定「釘」の遠位端の横穴の位置を求める装置を開示する。装
置は、軸方向に対称形の磁界を生成する少なくとも１つの磁石を含み、軸方向の
磁界感知特性を有する磁界検出装置またはセンサーと組み合わせる。１つの実施
例では、磁界センサーを埋め込んだ釘に挿入し、皮膚の表面に配置した磁石を、
磁石の磁界とセンサーとの軸が整列するまで動かす。特に、センサーを外部表示
装置に接続し表示装置にゼロ・ポイント表示が与えられると、個々の磁界の整列
が表示される。第２の磁石を使用して、整合プロセスの精度を上げることができ
る。
他の２つの特許は、より一般的関心があるものと考えられ、Olerudその他の特
許は、Ｘ線技術を用いて、患者の骨に連結釘の穴または腔と見当を合わせた穴ま
たは腔をあける目標捕捉装置を開示し、Wuの特許は、外科用ピンを平行に整合す
る機械的技術を開示する。
この分野に特定の関心があるさらなる特許は、髄内杆体、つまり連結「釘」な
どの整形外科用ハードウェア装置のねじまたはピンを位置決めする方法および装
置に関する、本出願の発明者による米国特許第5,049,151（Durhamその他）であ
る。概して、Durhamその他の特許は、釘のねじ穴の位置に第１磁石を配置し、次
に第１磁石と相互作用する第２磁石を備えた目標捕捉装置を使用して、第１磁石
の位置を求め、したがってねじまたはピンを釘のねじ穴に入れて釘を所定の位置
に固定することができる。第１の実施例では、挿入棒を使用して棒の穴のレベル
に第１磁石を配置し、別の実施例では、中実の釘を使用して、釘を埋め込む前に
釘の穴に着脱可能な方法で磁石を配置する。
Durhamその他の特許が上記のBrudermannの開示したシステムに対して有する非
常に重要な一つの利点は、前者が磁界センサーまたは検出器を使用せず、したが
ってBrudermannのシステムに伴う高価な補助装置（例えばディスプレー、信号処
理ユニットおよび接続回路類）をなくしたことである。発明の概要
本発明によると、先行技術の装置より簡単に使用でき、先行技術より簡単かつ
正確に整合をとれる磁気位置決め装置が提供される。この点で、上記のDurhamそ
の他の位置決め構成は幾つかの重要な利点を有するが、本発明はその特許で開示
された位置決め構成に対して追加の重要な利点を、特に使用の簡単さ、および整
合の簡単さおよび品質の分野で提供する。
本発明の一つの態様によると、患者の骨の髄内杆体にある固定ねじ穴など、所
望の隠れた体内の位置に結合要素を配置するのを補助するために、磁気位置決め
システムが提供され、構成は、前記体内位置に配置され、第１方向性磁界を提供
するようになっている第１永久磁石と、位置決め装置とを備え、位置決め装置は
、ドリル・チャックとドリルに装着した磁気目標捕捉装置とを含む手持ち式ドリ
ルを備え、目標捕捉装置は、一方端で第２方向性磁界を提供して軸方向の腔を有
する第２永久磁石を含む旋回手段と、第２磁石が第１磁石と整合をとれるよう旋
回部材、したがって第２磁石に３自由度の動作を与える旋回部材の装着台とを含
み、位置決め装置はさらに、軸方向の腔に挿入可能で、第１磁石と第２磁石とが
整合すると前記ドリルのドリル・チャックと嵌合するようになっているガイド・
ピンを備え、したがってドリルによってガイド・ピンを第１磁石および内部位置
と整合する移動経路に沿って前進させることができる。
有利な実施例では、目標捕捉ユニットは保護カバーを含む。保護カバーは透明
なプラスチック・ケースを備えることが好ましい。保護カバーは、遠位端に開口
部を含み、磁石を整列させると、そこを通ってガイド・ピンの遠位端が出られる
ことができるので有利である。好ましくは、前記カバーの遠位端は第２磁石の旋
回運動に適応するよう湾曲している。目標捕捉ユニットの旋回部材は、その他方
端に釣合い錘を含むことが好ましい。有利な実施例では、釣合い錘は第３磁石を
備える。旋回部材は、第２磁石と釣合い錘を相互接続する中心軸を含むことが好
ましく、装着台は、軸を支持する自在継手を備えることが好ましい。位置決め装
置はさらに、前記第２磁石の縦軸が前記目標捕捉ユニットの縦軸と整列した場合
にそれを表示する表示手段を含むことが好ましい。目標捕捉ユニットは保護ケー
スを含み、表示手段は、保護ケースに形成された覗き口を備える鏡システムと、
第２磁石の少なくとも一部の像を前記覗き口に反射するために、保護ケース内に
装着されてその表面の表示を含む傾斜鏡とを含み、したがって像と表示との相対
的位置が、第２磁石と目標捕捉ユニットとの軸の整合度合いを示すと有利である
。第２磁石は、鏡に近い方の端に円を含み、鏡の前記表示がさらに円を含み、し
たがって覗き口を通して見た２つの円の相対的同心度が、前記軸間の相対的整合
を表示すると有利である。
好ましい実施例では、ガイド・ピンは、套管針の性質の尖った、または鋭い遠
位端および隣接するねじ切り部分を含む。ガイド・ピンはさらに、近位端に、ド
リル・チャックの把持表面と一致する形状（例えば鋤の先端）の造形先端を含む
と有利である。ドリルは、目標捕捉ユニットに対してガイド・ピンを制限付きで
前進させられるよう、ドリル・チャックの制限された摺動を可能にする手段を含
むことが好ましい。
本発明のさらなる態様によると、外表面の背後に隠れた所望の内部位置に締結
または固定要素を配置する方法を提供し、方法は、所望の内部位置で第２指向性
磁界を有する第１永久磁石を配置するステップと、手持ち式ドリルに取り付けた
磁気目標捕捉ユニットを備える位置決め装置に、ガイド・ピンを予め装填するス
テップとを含み、目標捕捉ユニットは第２指向性磁界を有する第２旋回装着永久
磁石を含み、さらに第１磁石と第２磁石との磁界が相互作用するまで、内部位置
の予想された領域で外表面に沿って位置決め装置を移動させるステップと、第１
磁石と第２磁石の磁界が整列したら、ドリルを使用してガイド・ピンを外表面へ
と前進させるステップと、ガイド・ピンを余分に穴ぐりして表面に拡大した開口
部を生成するステップと、開口部を通して第１磁石を除去するステップと、ガイ
ドとしてガイド・ピンの位置を利用し、締結または固定要素を開口部に挿入する
ステップとを含む。
内部位置が患者の肢の骨の内部にある本発明のこの態様の好ましい実施例では
、磁石を、骨の所定の位置に固定する磁石を、骨の内部にある連結棒に配置し、
締結または固定要素は固定ねじまたはピンを備え、方法はさらに、棒を骨の所定
の位置に固定するのを補助するよう、骨の一方側および棒を通って骨の他方側に
固定ねじをねじ込むステップを含む。
本発明の他の特徴および利点は、本発明の好ましい実施例に関する詳細な記述
で述べるか、あるいはその記述から明白になる。図面の簡単な説明
図１は、本発明の好ましい実施例により構築された位置決め装置または目標捕
捉装置の概略側面図である。
図２は、図１の装置に使用するガイド・ピンの拡大側面図である。
図３は、図２と同様の縮尺で図示した側面図で、図２のガイド・ピンと図１の
装置のクラッチ・スリーブとの協力方法を示す。
図４は、図１の目標捕捉ユニットの内部目標捕捉機構の、一部を削除した拡大
上面図である。
図５は、図１の目標捕捉ユニットの上面図である。
図６ａおよび図７ａは、髄内釘を含む骨の断面に対する図１の位置決め装置の
２つの異なる方向を示す概略側面図で、図６ｂおよび図７ｂは、個々の方向でオ
ペレータが覗き口を通して見るものを示す、図１の装置の覗き口の平面図である
。
図８は、図１の位置決め装置の使用におけるさらなるステップを示す、図６ａ
および図７ａと同様の側面図である。
図９ａから図９ｃは、固定ねじの位置決めプロセスのさらなるステップを示す
、骨と髄内釘の断面図を含む概略側面図である。
図１０は、プロセスの採集ステップを示す、図９と同様の概略側面図である。好ましい実施例の説明
まず図１を参照すると、本発明の全体的な目標捕捉（標的捕捉）またはねじ位
置決め装置の側面図が図示されている。装置は、全体として１０と指示され、ド
リル１２、照準または標的捕捉ユニット１４、および目標捕捉ユニット１４をド
リル１２上に装着する支持アセンブリ１６を備える。
ドリル１２は、従来通りのバッテリー駆動の殺菌可能な整形外科用ドリルを備
え、胴部分１２ｂおよび柄１２ｃを含むドリル本体１２ａと、トリガ１２ｄと、
使用者がトリガ１２ｄを押下すると応答して回転する駆動ヘッド１２ｅとを含む
。駆動ヘッド１２ｅは、ドリル１２によってガイド・ピン１８を高速回転できる
よう、図１の１８で示すガイド・ピンを把持できる内部チャック（図示せず）を
含むスリーブ１２ｆを含む。
ガイド・ピン１８は図２でさらに詳細に図示され、図示のように、一方端にね
じ１８ｂを伴う鋭い套管針先端１８ａを含み、他方端に、スリーブ１２ｆの硬化
したチャックで受ける平坦な鋤先端を含む。ガイド・ピン１８は、非磁性材料で
作成され、特定の非制限的な例では、直径が約１．６ｍｍである。サイズおよび
重量が全て等しいこのようなピンのセットを使用する。
図３を参照すると、ガイド・ピン１８と装着台スリーブ１２ｆの協力部分が図
示されている。図示のように、スリーブ１２ｆは、ピン１８の近位端にある平坦
な鋤先端１８ｃと適合する形状の窪み１２ｇを含む。
再び図１を参照すると、装着アセンブリ１６は、幾つかの異なる形状をとるこ
とができ、図示の実施例では、ドリル本体１２ａの胴部分１２ｂの周囲に適合す
るリング２０のリング部分を備える。リング部分２０は、少なくとも１組のねじ
２２または他の適切な締結具によって胴部分１２ｂに取り付けられるか固定され
、複数の支持アーム２４（その２本を図１に示す）がリング２０から外方向に延
在し、目標捕捉ユニット１４の一方側と嵌合してそれを支持する。
目標捕捉ユニット１４の基本的な内部要素が、図４に拡大して図示され、その
要素は目標捕捉ユニット１４の目標捕捉または標的捕捉機構１５で構成される。
図示のように、目標捕捉機構１５は、内腔または套管３０を有する中空シャフト
２８の一方端に装着された第１永久磁石２６と、シャフト２８の他方端に装着さ
れた釣合い錘３２とを含む。磁石２６は強力な磁石とし、有利な実施例ではネオ
ジミウム‐鉄‐ボロン磁石を備える。磁石２６は、シャフト２８の腔または套管
３０と同じ直径で、これと整列する腔または套管２６ａを有し、ガイド・ピン１
８よりわずかに大きい直径を有するよう、予め穿孔される。釣合い錘３２は、対
応して整列した腔３２ａを含む。
有利な実施例では、釣合い錘３２は、単純な造形釣合い錘ではなく、第２磁石
を備えることができ、これもネオジミウム‐鉄‐ボロンで作成することが好まし
い。このような磁石を２個使用することにより、個々の磁石が磁石によって生成
される磁界の指向性磁界を増加させる傾向がある「節効果」が生じ、したがって
下記の整列プロセスの精度が多少向上する。磁石を釣合い錘３２として使用する
場合は、釣合い錘の磁石３２がドリル１２に引きつけられないよう、ドリル１２
のドリル・チャックは非磁性材料で作成するとよい。というのは、引きつけられ
ると、ユニット１４の目標捕捉能力に明らかに悪影響を及ぼすからである。
シャフト２８は、中心自在継手３４を中心に旋回し、継手は「ＨＥＩＭ」（自
在継手の商標）タイプであると有利であるが、シャフト２８、したがって磁石２
６に３自由度の動作を与える任意のアセンブリでよい。ＨＥＩＭ継手またはジン
バルの代替装着部には、シャフト２８が自由に旋回できるようにこれを懸垂する
、ぴんと張った直径の小さい線があり、この支持線を適切な、例えば円形のヨー
クに装着する。さらに、これにはゴムまたはプラスチックの膜も使用することが
できる。他のアプローチには、浮かせて機構を旋回させるよう、密封した液体の
薄い層の中で目標捕捉機構１５を旋回させる方法がある。
装着または支持ブラケット３６を使用して、好ましくは軽量プラスチックなど
の透明な軽量材料で作成された保護ケース３８内で自在継手３４を支持する（図
１および図５参照）。ブラケット３６の基部は、図１に示すようにケース３８に
取り付ける。この目的には、種々の形状の様々な装着台を使用することができ、
上述の自在継手の代替実施例とともに様々な装着台も使用できることが理解され
る。ケースまたは筐体３８は、磁石２６、自在継手３４および上述の他の構成要
素で形成された目標捕捉機構１５を、ドリル１２の前部分とほぼ軸方向に整列さ
せて支持し、したがって適切に整列すると、ピン１８がスリーブ１２ｆのクラッ
チ機構と嵌合できる共線的軸は１本しかない。
図１および図５でも示すように、４５°の角度で配置され、磁石２６の像をケ
ース３８の頂部に設けた円形の覗きスクリーンまたは覗き口を通して投影する鏡
４２を含む鏡アセンブリ４０が設けられる。標的捕捉磁石２６は、着色プラスチ
ックなどの小さいリング４６を含み（図１参照）、鏡は表面に同様の色のリング
（図１には図示せず）を含み、したがって標的捕捉磁石２６を正確に整列させる
と、２つの着色した円が、軸のずれた覗き口またはスクリーン４４を通して見る
と同心円になり、これによってピン１８とドリル１２との正確な整列を表示する
ことが好ましい。
ケースには、遠位端に小さい中心開口部４８を設け、それはピン１８がクラッ
チ・スリーブ１２ｆと整列している場合のみ、ピン１８の遠位端と一列に並ぶ。
図示のように、ケース３８はこの部分で湾曲し、したがって磁気目標捕捉機構１
５はケース３８の非常に近傍に配置されるが、ケース３８は目標捕捉または標的
捕捉磁石２６の動作を限定しない。図１および図５に示す小さい矢印は、上記の
ように３自由度の動作を提供する自在継手３４を中心に、目標捕捉装置１５が動
作できる方向を示す。
ドリル１２は、ドリル・ヘッド・アセンブリ１２ｅが、制限された距離だけ前
方に摺動でき、その距離は、ピン１８の長さと、磁石２６、シャフト２８、釣合
い錘３２および上記の他の構成要素で形成された目標捕捉機構１５の長さとの差
と基本的に等しい。ドリル・ヘッド・アセンブリ１２の縦方向または摺動の動作
を制限することにより、ピン１８は近位骨皮質を通してしか穿孔されず、骨の髄
内杆体の中にある標的捕捉磁石までは穿孔されない。
図１から図５の装置の一般的操作は、以上の記述から明白なはずであるが、次
に図６ａ、図６ｂ、図７ａおよび図７ｂに関連して全体的な操作を考察する。図
６ａおよび図７ａでは、主な関心事は目標捕捉ユニット１４の操作なので、ドリ
ル１２および支持アセンブリ１６は概略的に図示されている。図６ａおよび図７
ａはそれぞれ左側に、標的磁石ＴＭを内部に有する髄内杆体または「釘」Ｎを配
置した長い骨Ｂの髄内管Ｃを示す。杆体Ｎは管Ｃの縦方向で骨Ｂに挿入され、Ｃ
に対応する一連の標的磁石は、例えば本明細書の発明者による上記の米国特許第
5,049,151号に記載されたように、棒Ｒに沿って配置される。
図６ａは、棒または釘Ｎの中に配置され、目標捕捉または標的捕捉磁石２６に
よって生成される対応の磁束線ＦＡと相互作用できる磁束線ＦＴを生成する標的
磁石ＴＭに近づく標的捕捉装置１０を示す。図示の状況では、ドリル１２に取り
付けられた目標捕捉または標的捕捉ユニット１４は、標的磁石ＴＭの磁界ＦＴの
中心軸と整列していない。したがって、図６ｂで概略的に示すように、保護ケー
スまたは筐体３８の覗き口４４を通してみるオペレータには、磁石２６の近位端
に設けた着色円４６の像４６’と鏡４２上の着色円との整列が不良、あるいは同
心円ではないのが見える。この着色円は、上述したもので、図６ｂおよび図７ｂ
では５０とする。また、ドリル１２のクラッチ・スリーブ１２ｆはガイド・ピン
１８の近位端と整列せず、したがってドリル１２をこの時点で前進させると、ガ
イド・ピン１８と嵌合しない。さらに、ガイド・ピン１８を前進させると、ピン
１８はケース３８の内壁に遭遇し、ケース３８の中心開口部４８を通って出るこ
とができない。
次に図７ａを参照すると、位置決めまたは標的捕捉装置１０が、この図では、
対応する磁界ＦＡとＦＴとが整列することにより、目標捕捉磁石２６の中心磁気
軸が、標的磁石ＴＭの中心磁気軸と共線的な位置で図示されている。特に、磁石
２６とＴＭとは３つの面で共線的である。ガイド・ピン１８とドリル・クラッチ
・スリーブ１２ｆとが共線的で、これによってピン１８がケース３８の中心開口
部４８を通って前進できるのはこの位置のみであることが理解される。さらに、
この方向づけは、角度のずれた覗き口４４を通して観察するオペレータにも、図
７ｂに示すように、鏡４２上の着色円５０が磁石２６の着色円の像４６’と同心
円上に整列するよう見えることによって明白になる。
図８を参照すると、位置決めプロセスのさらなるステップが図示され、ここで
はドリル１２のクラッチ・スリーブ１２ｆがガイド・ピン１８と嵌合して、ドリ
ルが（矢印Ａの方向に）前進し、したがってガイド・ピン１８の遠位端１８ａが
近位骨皮質Ｂを通って穿孔する。ドリル１２には止め具（図示せず）を設け、こ
れは調整可能で、したがってガイド・ピン１８が標的磁石ＴＭの手前で停止し、
これと当たったり接触したりしないよう、ガイド・ピン１８の浸透深さを制御ま
たは制限することができる。
ガイド・ピン１８を近位骨皮質３に配置することによって、標的磁石ＴＭの中
心軸を固定したら、ドリル１２を含む目標捕捉装置またはアセンブリ１０全体を
ピン１８から離して後退させ、ピン１８を後に残す。この時点で、図９ｂで示す
ように、例えば上記の米国特許第5,049,151号で開示された技術の一つを用いて
、標的磁石ＴＭを取り出す。次に、套管付きドリル要素５４を含むドリル５２を
さらに使用する。このドリル要素５４は、オーバーリーム・ガイド１８を囲むよ
う配置され、したがってドリル要素５４は最終的に、図９ａで示すように、取り
出す前に標的磁石ＴＭが配置されていた釘Ｎの開口部を通して挿入され、次に図
９ｃで示すように、骨Ｂを完全に穿孔する。
上記の穿孔操作は複数のステップで実行され、通常、ドリル要素５４を最初に
使用して、近位皮質を穿孔することが理解される。次にピン１８およびドリル要
素５４を取り出し、例えば套管（図示せず）を挿入する。次に、套管を通して棒
（図示せず）上の磁石を挿入し、標的またはガイド磁石ＴＭを取り出すことがで
きる。有利な実施例では、標的磁石ＴＭは、連結釘Ｎにねじ込むことができ、標
的磁石ＴＭを釘Ｎからねじを緩めて外せるように、取り出し用磁石の六角頭の合
い突起と協力する六角（六角頭）窪みを含む。あるいは、連係するスプラインを
使用して、標的磁石ＴＭを釘Ｎに装着することもできる。標的磁石ＴＭを取り出
した後に、ドリル要素５４を使用して骨Ｂを通る腔を完成する。
図１０に示す次の最終ステップでは、釘Ｎを所定の位置に保持するよう、釘Ｎ
を通してねじ締結具５６を骨Ｂにねじ込む。締結具５６は、言うまでもなくドリ
ル要素５４によって生成された腔にねじ込む。
上記から、本発明は、本明細書の発明者による米国特許第5,049,151号までも
含めた先行技術より、重要な利点を提供することが理解される。これらの利点と
は、実用性の範囲および使用の簡単さが改善されることで、これは関連の手持ち
式ドリル１２などの特徴を用い、ガイド・ピン１８を制御して侵入させられるよ
うな方法でドリル１２の前方に目標捕捉ユニット１４を配置することから得られ
る。この配置構成により、標的捕捉磁石Ｃと目標捕捉または探索磁石２６との磁
気軸が共線的な場合のみガイド・ピン１８を前進させることができる。軸がずれ
た覗き口４４を含む鏡アセンブリ４０も、正確な整列を可能にするよう補助する
。また、ケース３８を使用して目標捕捉機構１５を封入することにより、この機
構
の保護に関して明らかな利点が得られ、ドリル要素が移動すべき距離を短縮する
よう、軟組織を圧迫できるので、患者によっては装置１０を経皮的に使用する可
能性もある。
本発明を、特定の例証的な実施例に関して述べてきたが、本発明の範囲および
精神から逸脱することなく、これらの例証的な実施例を変更および改造できるこ
とが当業者には理解される。
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項
【提出日】平成１０年５月１５日（１９９８．５．１５）
【補正内容】
２５．外表面の背後の内部位置に配置し、標的磁界を生成するため、駆動ツー
ルおよび標的磁石とともに使用する標的捕捉装置で、
（ａ）目標捕捉磁界を生成する目標捕捉磁石と、
（ｂ）前記目標捕捉磁石を、前記目標捕捉磁石の前記目標捕捉磁界が前記標的
磁石の前記標的磁界と整列できるような方法で、前記駆動ツールに固定的に且つ
旋回し得るよう装着するための装着台を備える前記標的捕捉装置。