JP2008515481A - 髄内釘装置および長骨を修理する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、長骨骨折の修理に有用な髄内釘を説明している。釘は、髄内管の中心からオフセットした任意数の切開を通じて釘の挿入を許容する柔軟状態と、適切な支持(サポート)を提供して長骨を修理する硬化状態とを有する。15℃のオーステナイト開始温度、35℃のオーステナイト終了温度を持つ形状記憶ニッケル・チタン合金を備える釘と、髄内管に適切に設置されたとき締め付けられて堅固になる緩やかにはまるマルチリンクを備える釘と、を含む髄内釘のいくつかの実施形態が記載されている。
【選択図】図13
Description
髄内釘は、上腕を修理するためのスミス・パターソン釘(Smith-Peterson nail)の採用により、1930年代以来、長骨を修理することに使用されてきた。その時以来、髄内釘の改善及び変形が成されてきた。釘を適切な場所に固定し、回転を防止するために、ねじが導入された。釘を適切な場所に固定し、髄管内での回転を防止する、くさび(wedges)、配置腕(deploying arm)、アンカー・ブレード(anchor blades)、中子(tangs)のような拡張装置(expansion device)を含む新しい装置が発展してきた。本発明に関連する髄内釘の技術の議論は、米国特許6,488,684号で議論されている。ここで、米国特許6,488,684号は、本明細書の一部として援用する。釘の設計および釘の髄内管内での固定方法に関わらず、現在までの全ての髄内釘は、該管の断面に同軸な長骨の近傍端部又は末端部を介して髄管内へ配置され、該管の軸に直接に直列する。
髄内釘は、生体適合性のある物質で形成される必要がある。髄内釘として最も一般的に使用される物質は、ステンレス鋼及びチタンである。生体適合性は、人体に異物を埋め込む(インプラントする)際に最も重要な懸案事項である。人体は、異物反応として知られる防御メカニズムとして、人体に入るいかなる未知の物質をも破壊しようと活発に試みる。物質の生体適合性は、物質の表面及び炎症宿主反応とに密接に基づいている。人体にインプラントされた全ての材質は、炎症宿主反応を引き起こすが、チタンのような特定の物質は、反応が少なく、生物学的に不活性であると考えられている。物質が生物学的に不活性であるほど、人体にインプラントすることがより安全である。
肩及び肘の複雑な筋骨格の生体構造のため、骨折した上腕骨の修理は、複雑な医療処置である。現在の処置は、時間を要し、侵襲的であり、術後問題を伴う。先ず、肩の皮膚を通して切開し、腱板を露出する。腱板は、上腕の近接部位を露出する働きをする。医療ドリルが、骨の骨化外層を切り開くのに使用される。ガイドワイヤが上腕骨管に入れられ、骨折を横切るように追従する金属ロッドの経路を提供する。髄質を抜き出し、管を拡張するのにリーマが用いられる。通常、チタン合金から成る髄内釘は、ガイドワイヤの経路に沿って骨の拡張された部分に打ち込まれる。適切に配置されると、医療ねじが、骨を通じて釘の予め開けられた穴に挿入され、釘の基端部及び末端部を保持する。その後、腱板及び皮膚を通じた初期切開が縫合される。
本髄内釘装置の一実施形態は、図2及び図3に図示されているが、単純なチェーン・リンク(chain link)システムに基づいている。システム全体は、任意の数のインプラントに適した医療承認された材料を含んで良い。例えば、医療用チタン、FDAでインプラント装置として承認されて既に使用されている金属である。2つのリンクのインターフェースが図2に示されている。各リンクは、雄側端部及び雌側端部(図3に図示)の両方を含む中空である。雄側端部は、Y軸上で雌側端部の平坦な内側にはめられる。Z軸上には、移動を許容するためのリンク間のスペースがある。この移動は、該リンクが切開部を介して骨内の穴に挿入されるのに十分である。1片のワイヤ又は他の柔軟材料がリンク末端部に取り付けられ、各リンクを通されて、基端部でねじヘッド(ねじ頭)に連結される。ワイヤに張力がないと、雄側端部部のピンが図3の位置“A”に存在する。ねじが回転されると、ワイヤはチェーン・リンクを通るワイヤは、きつくなり、リンクを結合する。これにより、該ピンが“A”から“B”(図3)に移動する。リンクが互いに締め付けられると、各ロッドの相対的な移動は防止され、硬いロッドを作り出す。この特定の例によれば、装置の端部部は、両端部が予め穴あけ加工された穴を持ち、該装置が骨内に配置された後、ねじが挿入されて固定される点において、上腕骨骨折で使用されている当該技術分野の現在の釘と非常に類似している。
人体温度ニチノルの一般的特性
例えば、ニッケル−チタン合金(例えば、ニチノル)のような材料の形状遷移は、オーステナイト状態とマルテンサイト状態との間で起こる。他の少量の金属とともにニッケル及びチタンの量を変更することにより、ニチノルの遷移温度範囲は変化する。生理学的に安全かつ有用な温度範囲で使用可能である、説明的な限定されないニチノル合金、即ち“人体温度ニチノル”は、15℃のオーステナイト開始温度及び35℃のオーステナイト終了温度を持つ。記憶能力を得るために、設定処理が続く必要がある。材料は、モールドに設置され、約500℃で約1時間の間、加熱処理され、その後急冷される。急冷処理に続いて、該金属は、圧縮/伸長、折り曲げ、又は捻りによって変形され、加熱されると元の設定形状に戻る。図1は、種々の温度で材料がどのように振舞うかを決める基本的な応力/ひずみ図である。
図4に描かれた画像は、形状記憶金属を含む単一髄内釘装置の基本的な寸法及び概観を示しており、オーステナイト状態が生理学的温度(例えば、37℃)であり、マルテンサイト状態が0℃から15℃である。装置の長さは、骨の髄内管、例えば、約254±50mmの長さを収容し、直径は、基端部から末端部までそれぞれ、例えば10mmから例えば9mmに徐々に細くなる(図4に描かれた説明的な装置を参照)。この特定の側面の装置は、セルフタッピングねじ(セルフタッピングねじ)用の約4mmの幅の予め穴あけ加工された穴を持つことがある。ねじは、治癒過程の間、上腕骨軸骨折を固定する。
図5は、骨内の装置を示している。図の左側の位置Aは、上腕骨の基端部すなわち肩端部を表す。図の右側の位置Dは、上腕骨の末端部すなわち肘端部を表す。ABは、肩から骨折部に至る領域を示す。BCは、骨折部を横切るロッドの領域を示す。CDは、骨折部から肘に至る領域を示す。上腕骨で使用される本説明的なニチノル釘の曲げ力をモデリングするために、基端部が全方向及び回転方向で固定され、肘(末端部)端部に負荷が加えられると仮定する(図6参照)。
外科手術での時間制約を小さくするために、出願人は、改良された釘挿入装置(別称、改良冶具)を発明した。この冶具は、髄内釘を冶具(図9)内にあるときオーステナイト開始温度未満の温度に保つことができる。この改良冶具は、現在使用されている冶具に類似している。しかしながら、改良冶具では、中実のロッドに穴があけられて環形状を形成している。この環形状の目的は、挿入処置中にニチノル釘に冷却された生理食塩水を注入する経路を提供することにある。改良冶具は、ニチノル釘に固定されてアセンブリを形成する。次に、アセンブリは、冷却食塩水槽に戻されて、ロッドをマルテンサイト状態(上述)に到達させる。ロッド内側の伝達境界を考慮した熱伝導計算に基づけば、冷却食塩水槽に完全に浸された場合、ロッドがマルテンサイト温度に到達するのに約10秒かかる(図10)。
他の実施形態では、ニチノル髄内釘は、体温ニチノルで構成される多数の小径のシリンダからなる束ねられたロッドを備える(図14)。この実施形態は、追加の異なるパラメータとともに、一体形成の釘(上記、実施例2)のパラメータと非常に類似したパラメータを含む。
外科手術に先立って、手術室には、髄内釘、殺菌冷却された生理食塩水、及び適切な寸法のガイドワイヤを含む外科手術に必要な全ての器具が供給される必要がある。患者の肢部分が測定され、適切な寸法の髄内釘が選択される。ニチノル釘、ドリルガイド及びねじ切りされた冶具(挿入装置)を含む釘挿入システムが組み立てられる。釘挿入システムは、外科手術前に少なくとも約10分の間、殺菌冷却された生理食塩水中に浸される。患者は、手術が実行される肢又は肢の部分に適切な位置になるように配置及び固定される。
Claims (25)
- 柔軟状態から硬化状態へ遷移することが可能であり、
生体適合性材料を含む、髄内釘。 - 柔軟状態から硬化状態へ遷移することが可能であり、
ニッケル・チタン合金を含む、髄内釘。 - 柔軟状態から硬化状態へ遷移することが可能であり、
55.5%のニッケル、0.05%のカーボン、0.005%の水素、0.05%の酸素、0.05%の銅、及び44.345%のチタンからなる合金を含む、髄内釘。 - 柔軟状態から硬化状態へ遷移することが可能であり、
体温ニチノル合金(body temperature Nitinol alloy)を含む、髄内釘。 - 柔軟状態から硬化状態へ遷移することが可能であり、
15℃±5℃のオーステナイト開始温度と、35℃±5℃のオーステナイト終了温度とを持つニッケル・チタン合金を備える、髄内釘。 - 柔軟状態から硬化状態へ遷移することが可能であり、
体温ニチノル合金を含み、
前記柔軟状態の髄内釘は20ksi±5ksi(1406.2kgf/cm2±351.6kgf/cm2)の降伏強さ(yield strength)を有する、髄内釘。 - 請求項1乃至6の何れかに記載の髄内釘であって、
前記髄内釘は、骨折した上腕骨の修理に有用である、髄内釘。 - 請求項7に記載の髄内釘であって、
前記髄内釘は、250mm±10%の長さと、基端部から末端部までそれぞれ、約10mm±10%から9mm±10%に次第に細くなる外径とを有する、髄内釘。 - 請求項8に記載の髄内釘であって、
前記髄内釘は、束ねられた複数の小径シリンダを備え、
該小径シリンダの各々はニッケル・チタン合金を含む、髄内釘。 - 請求項9に記載の髄内釘であって、
生体適合性樹脂材料からなり、前記複数の小径シリンダを包み込むスリーブを備える、髄内釘。 - 請求項8に記載の髄内釘であって、
前記髄内釘は中空であり、4mm±10%の内径を有する、髄内釘。 - 請求項1乃至10の何れかに記載の髄内釘であって、
前記硬化状態の髄内釘は、長骨の髄内管の長軸に対して0°より大きくかつ90°以下の角度を成す屈曲部を有しており、該屈曲部が、該長骨の端部近傍で中心からオフセットした切開部に適応している、髄内釘。 - 請求項1に記載の髄内釘であって、
前記釘は、
(a)より末端側の隣接するリンクの雌の基端部に、交互に、緩やかに及び堅くはまる雄側末端部を有する基端側リンクと、
(b)より基端側の隣接するリンクの雄の末端部に、交互に、緩やかに及び堅くはまる雌側基端部を有する末端側リンクと、を備え、
ここで、緩やかにはまるとは、リンクが隣接リンクの長軸に対して回転可能であることを意味し、堅くはまるとは、リンクが隣接リンクの長軸に対して回転不能であることを意味する、髄内釘。 - 請求項13に記載の髄内釘であって、
ワイヤを備え、該ワイヤは基端側リンク及び末端側リンクを通り、該末端側リンクに固定され、該基端側リンクにおいてねじで固定され、該ねじを回転させることで緊張させることが可能であり、
前記髄内釘は、該ねじが緩められてワイヤが緩められた場合に、柔軟状態になり、該ねじが締め付けられてワイヤが緊張された場合に、硬化状態になる、髄内釘。 - 請求項13又は14に記載の髄内釘であって、
基端側リンクと末端側リンクとの間に配置される1又は複数の髄内リンクを備え、
各髄内リンクは基端側雌側端部と末端側雄側端部とを備えている、髄内釘。 - 請求項13乃至15の何れかに記載の髄内釘であって、
生体適合性樹脂材料からなり、前記リンクを包み込むスリーブを備える、髄内釘。 - 釘挿入システムであって、
改良冶具と、ガイドワイヤと、ねじ挿入装置と、中空髄内釘とを備え、
(a)前記改良冶具は、前記髄内釘の中空中心と連通する中空筒を有し、(b)前記髄内釘は、体温形状記憶ニッケル・チタン合金を含む、釘挿入システム。 - 骨折を処置する方法であって、
骨折部を有する上腕骨の近傍で三角胸筋切開(deltopectoral incision)を行い、
柔軟状態で、切開箇所及び髄内管に適合する形状に髄内釘をモールドし、
前記釘を前記髄内管に挿入して骨折部を繋ぎ、
前記髄内釘を骨軸に固定し、
前記切開した部分を縫合して閉じ、前記骨折が治療(mend)される、
ステップを含む骨折処置方法。 - 骨折を処置する方法であって、
釘挿入システムを組み立て、
前記釘挿入システムを冷却生理食塩水に浸し、
骨折部を有する上腕骨近傍で三角胸筋切開(deltopectoral incision)を行い、
表面組織を分割すると共に、三角胸筋の溝を深くし、
前記上腕骨の基端側領域に、髄内釘の幅にはまるように十分大きい穴を穴あけ加工し、
上腕骨管にバルブ終端ガイドワイヤを挿入し、
柔軟性リーマ装置を前記バルブ終端ガイドワイヤに亘って配置して、前記上腕骨管内の軟組織を除去し、
前記リーマを前記上腕骨管から取り除き、
スリップカバーをバルブ終端ガイドワイヤに亘って配置して該スリップカバーを上腕骨管に挿入し、
前記上腕骨管から前記バルブ終端ガイドワイヤを取り除き、
標準的なガイドワイヤを前記スリップカバーを通じてかつ上腕骨管へ挿入し、
前記スリップカバーを前記管から取り除き、
前記釘挿入システムを前記冷却生理食塩水槽から取り出し、
前記釘挿入システムを挿入ポイントに供給して、前記髄内釘を前記ガイドワイヤに亘って前記上腕骨管に打ち込み、
冷却生理食塩水を前記髄内釘に注入し、
前記髄内釘が前記骨折部を通過した後、前記ガイドワイヤを取り除き、
前記釘挿入システムに取り付けられたドリルガイドを介してチタン・ねじを挿入し、前記上腕骨を介してかつ該釘の予め加工された穴へ該ねじをねじ込むことによって、前記髄内釘を固定し、
前記切開した部分を縫合で閉じて前記長骨を修理し骨折を治療する、
ステップを含む骨折処置方法。 - 骨折を処置する方法であって、
釘挿入システムを組み立て、
前記釘挿入システムを冷却生理食塩水に浸し、
骨折部を有する上腕骨近傍で三角胸筋切開(deltopectoral incision)を行い、
表面組織を分割すると共に、三角胸筋の溝を深くし、
前記上腕骨の基端側領域に、前記上腕骨の長軸に対して略30°と35°との間の角度で、髄内釘の幅にはまるように十分大きな穴を穴あけ加工し、
上腕骨管にバルブ終端ガイドワイヤを挿入し、
柔軟性リーマ装置を前記バルブ終端ガイドワイヤに亘って配置して、前記上腕骨管内の軟組織を除去し、
前記リーマを前記上腕骨管から取り除き、
スリップカバーをバルブ終端ガイドワイヤに亘って配置して該スリップカバーを上腕骨管に挿入し、
前記上腕骨管から前記バルブ終端ガイドワイヤを取り除き、
標準的なガイドワイヤを前記スリップカバーを介してかつ前記上腕骨管へ挿入し、
前記スリップカバーを前記管から取り除き、
前記釘挿入システムを前記冷却生理食塩水槽から取り出し、
前記釘挿入システムを挿入ポイントに供給して、前記髄内釘を前記ガイドワイヤに亘って前記上腕骨管に打ち込み、
冷却生理食塩水を前記髄内釘に注入し、
前記髄内釘が前記骨折部を通過した後、前記ガイドワイヤを取り除き、
前記釘挿入システムに取り付けられたドリルガイドを介してチタン・ねじを挿入し、前記上腕骨を介してかつ該釘の予め穴あけ加工された穴へ該ねじをねじ込むことによって、前記髄内釘を固定し、
前記切開した部分を縫合で閉じて前記長骨を修理し骨折を治療する、
ステップを含む骨折処置方法。 - 骨折を処置する方法であって、
骨折部を有する上腕骨の近傍で三角筋分割切開(deltoid splitting incision)を行い、
柔軟状態で、切開箇所及び髄内管に適合する形状に髄内釘をモールドし、
前記釘を前記髄内管に挿入して骨折を繋ぎ、
前記髄内釘を骨軸に固定し、
前記切開した部分を縫合して閉じ、前記骨折が治療される、
ステップを含む骨折処置方法。 - 骨折を処置する方法であって、
釘挿入システムを組み立て、
前記釘挿入システムを冷却生理食塩水に浸し、
骨折部を有する上腕骨近傍で三角筋分割切開(deltoid splitting incision)を行い、
前記上腕骨の基端側領域に、髄内釘の幅にはまるように十分大きい穴を穴あけ加工し、
上腕骨管にバルブ終端ガイドワイヤを挿入し、
柔軟性リーマ装置を前記バルブ終端ガイドワイヤに亘って配置して、前記上腕骨管内の軟組織を除去し、
前記リーマを前記上腕骨管から取り除き、
スリップカバーをバルブ終端ガイドワイヤに亘って配置して該スリップカバーを上腕骨管に挿入し、
前記上腕骨管から前記バルブ終端ガイドワイヤを取り除き、
標準的なガイドワイヤを前記スリップカバーを通じてかつ上腕骨管へ挿入し、
前記スリップカバーを前記管から取り除き、
前記釘挿入システムを前記冷却生理食塩水槽から取り出し、
前記釘挿入システムを挿入ポイントに供給して、前記髄内釘を前記ガイドワイヤに亘って前記上腕骨管に打ち込み、
冷却生理食塩水を前記髄内釘に注入し、
前記髄内釘が前記骨折部を通過した後、前記ガイドワイヤを取り除き、
前記釘挿入システムに取り付けられたドリルガイドを介してチタン・ねじを挿入し、前記上腕骨を介してかつ該釘の予め穴あけ加工された穴へ該ねじをねじ込むことによって、前記髄内釘を固定し、
前記切開した部分を縫合で閉じて前記長骨を修理し骨折を治療する、
ステップを含む骨折処置方法。 - 骨折を処置する方法であって、
釘挿入システムを組み立て、
前記釘挿入システムを冷却生理食塩水に浸し、
骨折部を有する上腕骨近傍で三角筋分割切開(deltoid splitting incision)を行い、
前記上腕骨の基端側領域に、前記上腕骨の長軸に対して略30°と35°との間の角度で、髄内釘の幅にはまるように十分大きな穴を穴あけ加工し、
上腕骨管にバルブ終端ガイドワイヤを挿入し、
柔軟性リーマ装置を前記バルブ終端ガイドワイヤに亘って配置して、前記上腕骨管内の軟組織を除去し、
前記リーマを前記上腕骨管から取り除き、
スリップカバーをバルブ終端ガイドワイヤに亘って配置して該スリップカバーを上腕骨管に挿入し、
前記上腕骨管から前記バルブ終端ガイドワイヤを取り除き、
標準的なガイドワイヤを前記スリップカバーを通じてかつ上腕骨管へ挿入し、
前記スリップカバーを前記管から取り除き、
前記釘挿入システムを前記冷却生理食塩水槽から取り出し、
前記釘挿入システムを挿入ポイントに供給して、前記髄内釘を前記ガイドワイヤに亘って前記上腕骨管に打ち込み、
冷却生理食塩水を前記髄内釘に注入し、
前記髄内釘が前記骨折部を通過した後、前記ガイドワイヤを取り除き、
前記釘挿入システムに取り付けられたドリルガイドを介してチタン・ねじを挿入し、前記上腕骨を介してかつ該釘の予め穴あけ加工された穴へ該ねじをねじ込むことによって、前記髄内釘を固定し、
前記切開した部分を縫合で閉じて前記長骨を修理し骨折を治療する、
ステップを含む骨折処置方法。 - 請求項18乃至23の何れかに記載の骨折処置方法であって、
前記髄内釘は、中空のコアを備え、体温ニチノルを含む、骨折処置方法。 - 請求項19、20、22又は23の何れかに記載の骨折処置方法であって、
冷却生理食塩水槽は、5℃±1℃の温度を有し、
前記釘挿入システムは、改良冶具と、ガイドワイヤと、ねじ挿入装置と、中空髄内釘とを備え、(a)前記改良冶具は、前記髄内釘の中空コアと連通する中空筒を有し、(b)前記髄内釘は、中空コアを備え、体温形状記憶ニッケル・チタン合金を含む、骨折処置方法。
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