JP2005507282A - 骨固定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】骨スクリュの支持力を高めて動きを防止するだけでなく組立が容易な骨固定装置を提供する。
【解決手段】上記のような目的を達成するための本発明による骨固定装置は、ヘッドを有する骨スクリュと、前記骨スクリュのヘッドの上側を支持するキャップと、前記キャップが収容されると同時に前記骨スクリュのヘッドが係止されるボアを有し支持バーが収容されるU型のチャンネルを有するレシーバ部材と、前記レシーバ部材にねじ結合して前記支持バーを固定するバー固定ナットと、を備えており、前記ボアの下部内面には前記ヘッドの支持力を高めるように多重段差部が形成されてヘッドの下部外面に線接触されることを特徴とする。
【選択図】図3

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、脊椎などの骨を正常な状態に矯正した後、動くことなく固定するための骨固定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来脊椎などの骨を固定する骨固定装置として大韓民国特許公開第2000−48562号公報(特許文献1)、米国特許番号第6280442号(特許文献2)がある。
【0003】
上記の特許文献1は、図1に示すように球形であるヘッド12を有する骨スクリュ10と、骨スクリュのヘッド12を支持する収縮コレット14と、収縮コレット14を収容するテーパ状のリセス16を限定する中央ボアを有し、リセス16と連通して支持バー(R)をその内部に収容するU型のチャンネルを有するレシーバ部材18と、レシーバ部材18にねじ結合して支持バー(R)を固定するセットスクリュ20と、を含む。
【0004】
骨スクリュのヘッド12には工具を収容する工具収容リセス22が形成され、工具収容リセス22は平らに切断した上部表面24に限定され、レシーバ部材18のチャンネル部分にはセットスクリュ20がねじ結合するように内部ねじ26が形成され、収縮コレット14の背面にはヘッド12が密着するリセス28が形成される。収縮コレット14の下部部分及びリセス28には複数のスロットが形成されて骨スクリュのヘッド12に一定の圧縮力を提供するようになる。
【0005】
セットスクリュ20を締めれば、支持バー(R)が収縮コレット14を圧縮し、収縮コレット14はレシーバ部材のテーパ状のリセス16に圧着しながら骨スクリュ10を垂直または所定の角度に傾いた状態で固定するようになる。
【0006】
前記特許文献2は、図2に示すように骨スクリュ30のヘッド32に複数の突出帯34を形成し、レシーバ部材36のボアの下側内面に支持リング38を嵌合してヘッド32の下側が係止されるようにし、ヘッド32の上側にはキャップ40を被せて、キャップ40の上側にはレシーバ部材36のチャンネルに支持バー(R)を挿入してバー固定ナット42で固定する構造である。
【0007】
そして、レシーバ部材36でキャップ40が挿入される部分の内径は、バー固定ナット42がねじ結合される部分の内径より大きく形成され、バー固定ナット42を弛めて支持バーRを分離した場合、キャップ40が上側に離脱しないようになっているが、その組立時にはレシーバ部材36の下側を通じてキャップ40を挿入した後、骨スクリュ30のヘッド32をレシーバ部材36の下側に挿入した後、支持リング38を骨スクリュ30の下端から外挿してレシーバ部材36のボアの下側内面に嵌合されるようになる。
【0008】
一方、レシーバ部材の内部にはその下側まで内部ねじが形成されてキャップ40をねじ結合することによって離脱しないようにする構造も開示されている。
【特許文献1】
大韓民国特許公開第2000−48562号公報
【特許文献2】
米国特許第6280442号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところが、前記特許文献1のような従来の骨固定装置は、支持力が弱くてテーパ状のリセス16に安着するヘッド12が外部撹乱によって動くため最初の支持状態で維持することができなくなる。
【0010】
前記特許文献2は前記特許文献1の問題点を改善したものではあるが、支持リング38を嵌合して組み立てることが容易でないだけでなく、骨スクリュの支持力も満足するに値しないという問題点があった。
【0011】
さらに、骨スクリュのヘッドの上部をキャップでねじ結合して固定する構造はキャップを下側までねじ結合しなければならないだけでなく、バー固定ナットの固定力がヘッドに伝達することができないため、組立が容易でないだけでなく骨スクリュの支持力も低いという問題点があった。
【0012】
従って、本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は骨スクリュの支持力を高めて動きを防止するだけでなく組立が容易な骨固定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記のような目的を達成するための本発明による骨固定装置は、ヘッドを有する骨スクリュと、前記骨スクリュのヘッドの上側を支持するキャップと、前記キャップが収容されると同時に前記骨スクリュのヘッドが係止されるボアを有し支持バーが収容されるU型のチャンネルを有するレシーバ部材と、前記レシーバ部材にねじ結合して前記支持バーを固定するバー固定ナットと、を備えており、前記ボアの下部内面には前記ヘッドの支持力を高めるように多重段差部が形成されてヘッドの下部外面に線接触されることを特徴とする。
【0014】
前記キャップの背面にはリセス部が所定の深さで形成され、前記リセス部の下端角が前記ヘッドの上部外面に線接触されることが好ましい。
【0015】
前記ボアは、前記多重段差部と、前記キャップが収容されるように前記多重段差部の上側に形成されたキャップ収容部と、前記キャップがねじ移動する一方、前記バー固定ナットがねじ結合されるねじ部と、からなっており、前記キャップ収容部の内径は前記ねじ部の内径より大きく形成される。
【0016】
前記ねじ部は、前記キャップは通過して前記バー固定ナットは上側で係止されてそれ以上移動しないように、その上部のねじ山の深さはその下部のねじ山の深さより深く形成される。
【0017】
前記ねじ部のねじ山は、前記レシーバ部材の変形を防止する一方、力の伝達と締結力及び弛み防止面で最適な状態になるように台形ねじであることが好ましい。
【0018】
前記台形ねじは、前記キャップ及び前記バー固定ナットが容易に組立られる一方で弛まないように、そのねじ山の上側面の傾きはそのねじ山の下側面の傾きより大きく形成されることが好ましい。
【0019】
前記ねじ山の上側面の傾きは10゜であり、ねじ山の下側面の傾きは1゜であることがより好ましい。
【発明の効果】
【0020】
本発明による骨固定装置によれば、骨スクリュの支持力が高くて動きを防止するだけでなく組立が容易で、力の伝達力が大きく、弛みを防止する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明の実施例について添付図を参照しながら詳しく説明する。
【0022】
図3及び図4に示されるように、本発明の実施例による骨固定装置は、螺旋部52とヘッド54とを有する骨スクリュ50を備え、骨スクリュのヘッド54の上側をキャップ56が支持し、ヘッド54とキャップ56と支持バー(R)とを収容して固定するレシーバ部材58を備えた構造である。レシーバ部材58の上側には支持バー(R)を固定するバー固定ナット60がねじ結合される。
【0023】
骨スクリュ50の螺旋部52は、骨に打ち込む部分であり、その下端は骨に容易に打ち込まれるように尖っていて、その谷の径は下側に行くほど小さくなる反面、螺旋部の山の径は同一である。骨スクリュの螺旋部が同一の外経で同一の山の高さのねじ山が形成されていれば、外力などによって固定力が弱化されて骨スクリュががたつく問題があり、このような問題を解決するために螺旋部の端部に行くほど外径を小さくする構造があるが、このような構造は剛性が低下して骨スクリュが破損される問題点があり、本実施例のようにその谷の径が下側に行くほど小さくなる反面、螺旋部の山の径が同一である構造は螺旋部が堅く骨に固定されながら剛性の低下を防止することができる。
【0024】
骨スクリュ50のヘッド54は上部が平らに切断された球状で、平らな切断面にはレンチ等の工具を挿入して容易に回せるように六角溝62が所定の深さに形成される。六角溝は多様な角溝からなることができる。
【0025】
キャップ56は図6に示すように、外周面にねじ山64が形成された円筒状であり、その中央には六角溝62に連通する孔66が形成され、その背面にはリセス部68が所定の深さで形成されている。リセス部68はヘッド54の曲律半径より小さな曲律半径からなる曲面であり、この曲面の下端角(P3)がヘッド54の上部外面に線接触する。リセス部は傾斜面からなることもできる。ねじ山64は後述するボアのねじ部のねじ山形状である台形ねじである。
【0026】
レシーバ部材58は図5に示すように、キャップ56が収容されると同時に骨スクリュのヘッド54が係止されるように長手方向に形成されたボア70と、支持バー(R)が貫通して安着して形成されたU型のチャンネル72とを備える。
【0027】
ボア70の下部内面にはヘッド54の支持力を高めるように2段からなる多重段差部74が形成され、多重段差部の各突出角(P1)(P2)がヘッド54の下部外面に線接触する。多重段差部は3段、4段等に形成されることもできる。多重段差部74で上側にある突出角(P2)は下側にある突出角(P1)よりその内径が大きくなり、球形のヘッド54の下部外面が線接触するようになる。
【0028】
ボア70は多重段差部74と、キャップ56が収容されるように多重段差部74の上側に形成されたキャップ収容部76と、キャップ56がねじ移動する一方、バー固定ナット60がねじ結合されるねじ部78とからなる。
【0029】
キャップ収容部76の内径はねじ部78の内径より大きく形成される。従って、ねじ部78に乗ってキャップ収容部76に挿入されたキャップ56は離脱されない。
【0030】
ねじ部78は、キャップ56は通過し、バー固定ナット60は上側で係止されてそれ以上移動しないように、その上部のねじ山の深さ(H1)はその下部のねじ山の深さ(H2)より深く形成される。上部と下部のねじ山のピッチは同一である。従って、バー固定ナット60は支持バー(R)が締められる深さまでだけ入って行くため、支持バー(R)が差し込まれない状態でその位置を維持するようになり、組立を迅速にすることができる。
【0031】
ねじ部78のねじ山は、レシーバ部材58の変形を防止する一方で、力の伝達と締結力及び弛み防止の面で最適な状態になるように台形ねじからなっている。即ち、三角ねじである場合バー固定ナット60を締結するようになれば締結力は優れているが、長手方向に力の伝達力が小さく、締結後のレシーバ部材が半径方向に広がるため外側に別途のキャップを結合しなければならない短所がある。そして、四角ねじは長手方向に力の伝達力が優れているが締結後に弛む可能性があるという短所がある。しかし、台形ねじは締結力及び力の伝達力が同時に適正な値で維持されるようになり、レシーバ部材の外側にキャップを結合しなくともよい。
【0032】
そして、台形ねじはキャップ及びバー固定ナットが容易に組立られる一方、弛まないようにそのねじ山の上側面(F1)の傾きはそのねじ山の下側面(F2)の傾きより大きく形成することが好ましい。具体的にねじ山の上側面(F1)の傾きは10゜であり、ねじ山の下側面(F2)の傾きは1゜であることがより好ましい。即ち、上側面の角度が下側面の角度より大きくなれば、バー固定ナット60及びキャップ56を上側で初期締結する時に簡単に締結することができ、逆方向に力が作用する時にも変形が最小化され、ねじ部78とバー固定ナット60との差し込みを大きくしてねじの精密度を向上させて弛みを防止する。
【0033】
バー固定ナット60は、レシーバ部材のねじ部78にねじ結合されるねじ山80がその外周面に形成された円筒状であり、その中央には六角溝82が形成されると同時に孔84が形成された構造である。
【0034】
このように構成された本発明による骨固定装置の組立は次の通りである。
【0035】
まず、レシーバ部材58の上側で骨スクリュ50をレシーバ部材58のボア70内に挿入して多重段差部74にヘッド54を安着させ、キャップ56がねじ部78を通じて上側から下側に移動するようにし、キャップ56をキャップ収容部76に位置させる。この時、キャップ収容部76に収容されたキャップ56が上側に外れないようにキャップ56の上面に傷跡を残すパンチング作業をすることもできる。
【0036】
次にキャップ56の孔66を通じてヘッド54の六角溝62にレンチを挿入して骨スクリュ50を骨に固定させ、支持バー(R)をU型のチャンネル72を横切ってキャップ56の上側に安着させた後、バー固定ナット60を締めて骨スクリュ50を固定する。
【0037】
バー固定ナット60の締結力は支持バー(R)とキャップ56とを順番に通ってヘッド54に伝達されるが、レシーバ部材の多重段差部74の各突出角(P1)(P2)がヘッド54の下部外面に線接触し、キャップ56の下端の角(P3)がヘッド54の上部外面に線接触して、骨スクリュ50が動かないように堅く固定して支持される。
【0038】
骨スクリュ50は図7に示すように、中心軸を中心に約26゜の旋回角度内で傾いて固定される。
【0039】
図8は本発明の骨固定装置と従来の骨固定装置の骨スクリュの支持力を試したグラフであり、同一の締結トルク(14 N.m)でバー固定ナット60を締めた後、静荷重を加えた時ヘッド54が降伏して変位されるグラフである。
【0040】
試験装備は万能圧縮試験機(MTS 793)であり、試験方法はASTM F1717によって行われた。
【0041】
図9は試験状態を示した概路図である。図示するように、骨スクリュ50を上下物体(M)に76mm間隔でそれぞれ打ちこんだ後、支持バー(R)を連結してバー固定ナット(図示なし)を締めた後、骨スクリュのヘッドから40mm離れた所に荷重(F)を加えて物体(M)が変位する状態を図8のグラフで表わしたものである。
【0042】
グラフでAは本発明の実施例の製品に対するグラフであり、Bは特許文献2によって製造された製品のグラフであり、Cは特許文献1によって製造された製品のグラフである。
【0043】
グラフに示すように、本発明の実施例の製品の降伏点が約550Nであるのに比べて、従来製品の降伏点は約450N及び300Nであるため、本発明の骨固定装置の支持力が著しく高いことが分かる。
【0044】
本発明は上記の実施例に限定されることなく、多様に変形して実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【0045】
本発明による骨固定装置は、骨スクリュの支持力が高くて動きを防止するだけでなく組立が容易で、力の伝達力が大きく、弛みを防止する効果があるため、脊椎などの骨を正常な状態に矯正した後、動くことなく固定するための骨固定装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】従来の骨固定装置の一例を示す断面図である。
【図2】従来の骨固定装置の別の例を示す断面図である。
【図3】本発明による骨固定装置を示す断面図である。
【図4】本発明による骨固定装置の分離図である。
【図5】図3のレシーバ部材を示す断面図である。
【図6】図3のキャップを示す断面図である。
【図7】本発明による骨固定装置の使用状態図である。
【図8】本発明による骨固定装置と従来の骨固定装置の支持力をテストしたグラフである。
【図9】骨固定装置の試験状態を示した概路図である。
【符号の説明】
【0047】
50 骨スクリュ
52 螺旋部
54 ヘッド
56 キャップ
58 レシーバ部材
60 バー固定ナット
68 リセス部
70 ボア
72 U型のチャンネル
74 多重段差部
76 キャップ収容部
78 ねじ部

Claims (7)

  1. ヘッドを有する骨スクリュと、前記骨スクリュのヘッドの上側を支持するキャップと、前記キャップが収容されると同時に前記骨スクリュのヘッドが係止されるボアを有し支持バーが収容されるU型のチャンネルを有するレシーバ部材と、前記レシーバ部材にねじ結合して前記支持バーを固定するバー固定ナットと、を備えており、前記ボアの下部内面には前記ヘッドの支持力を高めるように多重段差部が形成されてヘッドの下部外面に線接触されることを特徴とする骨固定装置。
  2. 前記キャップの背面にはリセス部が所定の深さで形成され、前記リセス部の下端角が前記ヘッドの上部外面に線接触されることを特徴とする請求項1に記載の骨固定装置。
  3. 前記ボアは、前記多重段差部と、前記キャップが収容されるように前記多重段差部の上側に形成されたキャップ収容部と、前記キャップがねじ移動する一方、前記バー固定ナットがねじ結合されるねじ部と、からなっており、前記キャップ収容部の内径は、前記ねじ部の内径より大きく形成されたことを特徴をする請求項1または請求項2に記載の骨固定装置。
  4. 前記ねじ部は、前記キャップは通過して前記バー固定ナットは上側で係止されてそれ以上移動しないように、その上部のねじ山の深さはその下部のねじ山の深さより深く形成されたことを特徴とする請求項3に記載の骨固定装置。
  5. 前記ねじ部のねじ山は、前記レシーバ部材の変形を防止する一方、力の伝達と締結力及び弛み防止面で最適な状態になるように台形ねじであることを特徴とする請求項4に記載の骨固定装置。
  6. 前記台形ねじは、前記キャップ及び前記バー固定ナットが容易に組立られる一方で弛まないように、そのねじ山の上側面の傾きはそのねじ山の下側面の傾きより大きくなっていることを特徴とする請求項5に記載の骨固定装置。
  7. 前記ねじ山の上側面の傾きは10゜であり、ねじ山の下側面の傾きは1゜であることを特徴とする請求項6に記載の骨固定装置。
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