JP2009273885A - 固定装置を備えたペディクルスクリュー - Google Patents

固定装置を備えたペディクルスクリュー Download PDF

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Abstract

【課題】予め定められた締結力を加えることができ、一定圧力下でのプラスティック材料の塑性流れの危険性を抑制することができるペディクルスクリューを提供する。
【解決手段】フレキシブルプラスティックにて形成されて脊椎を安定させるロッド４を受け入れて固定する固定装置付きペディクルスクリュー１は、ねじ込み部２、および、保持されるロッド４を挿入可能な２つのアーム６，７にて構成されたＵ字型凹部５を有する頭部３を備える。Ｕ字型凹部５はロック要素１５によって閉じられる。ロック要素１５に螺挿されるクランプネジ１６は、挿入物９をロッド４に押し付けるとともに、それを第１クランプ面１７と第２クランプ面１８との間に締め付ける。クランプネジ１６をねじ込んで挿入物９に伝達されるロッド４に対する締め付け動作は停止面１１，１２によって制限される。かくしてロッド４とペディクルスクリュー１との間の最適な接続が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブルプラスティック（弾性プラスティック）にて形成されて脊椎を安定させるロッドを受け入れて固定する固定装置を有するペディクルスクリュー（pedicle screw）に関する。ペディクルスクリューは、ねじ込み部、ねじ込み部上に設けられた頭部、頭部に配置され、２つのアームによって構成されて保持されるロッドを挿入することができるＵ字型凹部、Ｕ字型凹部を閉じることができるロック要素、クランプネジ、および、ロッドに接して設けられその少なくとも一部を取り囲む挿入物を備え、ロッドは第１クランプ面と第２クランプ面との間に締め付けられた状態で保持される。
フレキシブルプラスティックにて形成されたロッドを受け入れて固定する固定装置を有するこの種のペディクルスクリューについては種々のものが知られている（例えば、特許文献１）。複数のペディクルスクリューのそれぞれが患者の安定させる脊椎の椎骨にねじ込まれる。ロッドはそれら複数のペディクルスクリューに挿通される。ペディクルスクリューのロッドを受け入れる領域は固定装置によって閉じられる。クランプネジを固定装置に挿入することによって、ロッドは各ペディクルスクリューに堅固に留め付けられる。この目的のために、クランプネジとロッドとの間に挿入物を用いることが好ましい。フレキシブルプラスティックにて形成されたロッドを用いることによって、安定された脊椎の各椎骨が例えば鋼製のロッドを用いた場合のように完全に固定されるのを防止することができる。安定された各椎骨間の最小限の動きは可能であり、これによって脊椎が固定化されるのを防ぐことができる。
欧州特許第１,１１９,３０４号明細書
フレキシブルプラスティックにて形成されたロッドをペディクルスクリューに受け入れて固定することは、それが装着された脊椎を長期にわたって一定に安定して支持するのに重要である。フレキシブルプラスティックのロッドを用いる公知のシステムにおいては、ロッドは非常に大きな締結力によってペディクルスクリューに固定されて保持されている。弾性を有するロッドに対して作用する力は、クランプネジのねじ込みによるほとんど制御されていない方法にて加えられる。よく知られているように、一定圧力を加えられているフレキシブルプラスティックはへこんだり塑性流れを生じる傾向にある。このように、考え得るケースにおいて、最初に加えられていた締結力がプラスティック材料の塑性流れによって低下する可能性があり、脊椎を支持する装置の安定性が阻害されるという問題が生じる。
それ故、本発明は、フレキシブルプラスティックにて形成されて脊椎を安定させるロッドを受け入れて固定する固定装置を有するペディクルスクリューであって、予め定められた締結力を加えることができ、一定圧力下でのプラスティック材料の塑性流れの危険性を抑制することができるペディクルスクリューを提供することを目的とする。
この目的を達成するため、本発明は、クランプネジを締め付けることで挿入物に伝達されてロッドに対して作用する締め付け動作を制限する停止面を挿入物に備える。
このように構成することによって、停止面が接触する点に挿入物が柔軟にロッドを変形させるため、ロッドに作用する締結力を予め定められたものとすることができる。また、これにより、クランプネジの過剰な力による締め付けが防止され、ロッドに作用する締結力が一定となる。
挿入物は、Ｕ字型凹部の２つのアームの間に案内されて挿入可能な摺動部として構成することができる。２つのアームのそれぞれには、内側に向けて突き出た肩部が設けられ、摺動部の停止面は肩部によって支持される。第１クランプ面は、ロッドに対向する摺動部の面によって形成され、第２クランプ面は、頭部のＵ字型凹部の底部によって形成される。その結果、ロッドが最適に固定される。
挿入物は、ロッドを挿通可能な実質的に中空の円筒形状のスリーブ管によって形成することもできる。スリーブ管は、クランプネジによって互いに締め付け可能な第１ハーフシェルおよび第２ハーフシェルにて構成され、第１ハーフシェルに設けられた停止面は、第２ハーフシェルに対応して設けられた支持面によって支持可能である。こうすればペディクルスクリューを非常に簡易に構成することができる。ここでは、第１ハーフシェルの内側面が第１クランプ面を形成し、第２ハーフシェルの内側面が第２クランプ面を形成する。
好ましくは、第１ハーフシェルと第２ハーフシェルとは１本の分離線に沿って蝶着され、第１ハーフシェルの回動によって開けられる側には少なくとも１つのタブが設けられ、当該タブは第２ハーフシェルの回動によって開けられる側に対応して設けられた凹部に嵌合する。これにより、スリーブ管を簡便に操作することができる。
好ましくは、第１クランプ面および／または第２クランプ面の中央領域に、ペディクルスクリューに挿入されたロッドに向けて突き出る少なくとも１つの突出部を設ける。これにより、ロッドの張力領域の端部に張力が集中するのを防止することができる。
本発明の他の有利な形態は、第１クランプ面および／または第２クランプ面に少なくとも部分的に凸状部および／または凹状部を設けるものである。クランプ領域におけるロッドの選択された領域をより大きく変形させてより良く固定することができる。
好ましくは、ペディクルスクリューに挿入されるロッドは、少なくとも一部においてクランプ面と相補的にかみ合う表面を備える。これにより、少なくとも部分的にはかみ合った接続を得ることができる。
本発明の他の有利な形態は、クランプ面に設けられた凸状部の幅はロッド方向に沿って端縁領域に向かって減少し、および／または、クランプ面に設けられた凹状部の幅はロッド方向に沿って端縁領域に向かって増大するものである。これによって、ロッドの張力負荷が挿入物のクランプ面に最適に伝達され、端縁領域において張力が集中することは無い。
好ましくは、ロッドはポリウレタン基の生体適合性プラスティックにて形成され、ロック要素を備えたペディクルスクリューおよび挿入物はチタン合金にて形成される。
好ましくは、ペディクルスクリューに挿入されるロッドは加熱することができる。これにより、一方では、曲げ剛性の低減を達成することができる。また、他方では、平滑な表面を有するロッドが締め付け状態においてクランプ面の表面構造から塑性変形を受けることとなり、これによってかみ合った接続が得られる。
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態についてより綿密に例示して説明する。
ロッドが挿通されてロック要素が装着されたペディクルスクリューの非締め付け状態を示す断面図である。 図１のペディクルスクリュー締め付け状態を示す断面図である。 挿入物が中空の円筒形状のスリーブ管とされてロッドが挿通されたペディクルスクリューの斜視図である。 図３のペディクルスクリューの断面図である。 閉じた状態の中空の円筒形状のスリーブ管を示す斜視図である。 ロッドに取り付けられるときの中空の円筒形状のスリーブ管を示す斜視図である。 中空の円筒形状のスリーブ管の断面図である。 クランプ面に突起を設けた中空の円筒形状のスリーブ管を示す斜視図である。 うねと溝とを設けた挿入物のクランプ面およびそれに相補的にかみ合う表面を備えたロッドを示す断面図である。 うねと溝とを設けた挿入物のクランプ面およびそれに部分的に相補的にかみ合う表面を備えたロッドを示す断面図である。 うねと溝とを設けた挿入物のクランプ面および平滑な表面を備えたロッドを示す断面図である。 うねと溝とを設けた挿入物のクランプ面およびそれに相補的にかみ合う表面を備え、クランプ面のうねの幅が挿入物の端部に向かって減少するロッドを示す断面図である。 図１２の挿入物のクランプ面に部分的に相補的にかみ合う表面を有するロッドを示す断面図である。 締め付け前には平滑な表面を備えるロッドとうねおよび溝を設けたクランプ面を備える挿入物とを示す断面図である。 ロッドを加熱してから図１４の挿入物によって締め付けた状態を示す図である。 図１４および図１５の挿入物が再び解放された状態を示す断面図である。
図１および図２に示すように、ペディクルスクリュー１は、ねじ込み部２（一部のみ図示）およびねじ込み部２の上に設けられた頭部３を公知の方法で備えて構成される。このペディクルスクリュー１は、公知の方法によって安定されるべき脊椎のそれぞれの椎骨にねじ込まれる。頭部３はロッド４を受け入れて固定するように構成されている。頭部３は、この目的のために、２つのアーム６，７にて構成されるＵ字型凹部５を備える。ロッド４はＵ字型凹部５の中に据えることができる。
２つのアーム６，７の上には固定装置８が設置される。固定装置８は公知の方法で２つのアームを組み合わせて構成される。本実施の形態においては、固定装置８とロッド４との間に挿入物９が挿入されている。挿入物９は、Ｕ字型凹部５の２つのアーム６，７の間に案内されるロッドに接して設けられる摺動部１０として構成される。この摺動部１０は２つの停止面１１，１２を備える。２つのアーム６，７のそれぞれには肩部１３，１４が設けられている。
ペディクルスクリュー１にロッド４を固定するために、固定装置８のロック要素１５に螺挿されるクランプネジ１６が固く締め付けられる。これによって、図２に示すように、摺動部１０がロック要素１５に対して押し下げられてロッド４に押し付けられる。摺動部１０の停止面１１，１２が２つのアーム６，７の肩部１３，１４にそれぞれ当接して停止するまでクランプネジ１６は回される。このようにしてロッド４は、摺動部１０に一体成形された第１クランプ面１７と、頭部３のＵ字型凹部５の底に形成された第２クランプ面１８との間に締め付けられる。
ロッド４を締め付けるこれら要素の構成によって達成されるのは、クランプネジを如何に強くねじ込んだかに関わらず、ロッドの締め付けが常に同じになるということである。重要なことは２つの停止面１１，１２が肩部１３，１４に支持されるということである。これによって、フレキシブルプラスティック、例えばポリウレタン基の生体適合性プラスティック（biocompatible plastic）にて形成されたロッドを過剰に締め付けることが防止される。
本発明の他の実施の形態を図３および図４に示す。以下の説明においては、上記実施形態と同一の部材を示すのに同じ参照符号を付している。ここに示すペディクルスクリュー１もねじ込み部２と頭部３とを備える。ねじ込み部２は安定されるべき脊椎のそれぞれの椎骨にねじ込まれる。頭部３には、２つのアーム６，７にて構成されるＵ字型凹部５が備わっている。保持されて固定されるロッド４はＵ字型凹部５の中に据えることができる。
Ｕ字型凹部５におけるロッド４の周囲には挿入物９として機能する中空の円筒形状のスリーブ管１９が配置されている。この中空の円筒形状のスリーブ管１９は第１ハーフシェル２０と第２ハーフシェル２１とで構成されており、その詳細についてはさらに説明する。
スリーブ管１９が巻着されたロッド４はペディクルスクリュー１の頭部３のＵ字型凹部５に挿入される。公知の方法によって２つのアーム６，７の間はねじ切りされており、そのねじ部分にクランプネジ１６がねじ込まれる。ロッド４は中空の円筒形状のスリーブ管１９の第１ハーフシェル２０と第２ハーフシェル２１との間に固定される。第１ハーフシェル２０の内側面が第１クランプ面１７を形成し、一方第２ハーフシェル２１の内側面が第２クランプ面１８を形成する。このように中空の円筒形状のスリーブ管１９が挿入物９を構成し、それによってロッド４がペディクルスクリュー１に保持される。
図５および図６に中空の円筒形状のスリーブ管１９を示す。第１ハーフシェル２０と第２ハーフシェル２１とは公知の方法によって１本の分離線２２に沿って蝶着されている。これにより、図６に示すように、第１ハーフシェル２０と第２ハーフシェル２１とは関節を軸に回動して開放される。このように回動して開くため、中空の円筒形状のスリーブ管１９を容易にロッド４に装着することができる。
第１ハーフシェル２０の回動によって開けられる側にはタブ２３が設けられる。一方、第２ハーフシェル２１にはそれに対応する凹部２４が設けられる。中空の円筒形状のスリーブ管１９が回動して閉じられた状態においては、タブ２３が凹部２４に嵌合する。タブ２３と凹部２４とはある種の止め金開閉機構（snap closure）が実現されるように構成することができる。それにより、中空の円筒形状のスリーブ管１９をロッド上に配置して止め金開閉機構がかみ合うまで回動させて閉じることができる。そのような嵌合式の止め金開閉機構として設計され得るため、中空の円筒形状のスリーブ管１９をロッド４の長手方向に沿って配置換えすることができる。
第１ハーフシェル２０の回動によって開けられる側には第１停止面１１が設けられている。それに対応する第２ハーフシェル２１の側には肩部１３が形成されている。ロッド４を締め付ける状態では停止面１１が肩部１３に当接する。この締め付ける状態においては、図３および図４に示すように、第１ハーフシェル２０の停止面１１が第２ハーフシェル２１の肩部１３に支持される。このようにしてロッド４の完全な締め付け状態が達成される。合金、特にチタン合金にて製作された、閉じられたスリーブ管に対するさらなる押圧は発生しない。このようにして、ロッドは所定の張力状態にて保持される。
図７に示すように、中空の円筒形状のスリーブ管１９の第１クランプ面１７および第２クランプ面１８の中央領域２５には挿入されたロッド４に向かって突き出す突出部２６が設けられている。これにより、締め付けられるロッド４は両端領域よりもこの中央領域２５においてより堅固に押圧されることとなり、さらには２つのクランプ面１７，１８の終端領域において過剰な張力が集中して作用するのを防止することができる。これら突出部２６の表面は平滑面とすることができる。図７に示すように、これら突出部２６は凸状部２７および凹状部２８とともに構成することもできる。これらの凸状部２７および凹状部２８はロッド方向を実質的に横切って伸びるうねおよび溝として構成することができる。
図８に示すように、中空の円筒形状のスリーブ管１９の第１クランプ面１７および第２クランプ面１８に突出する突起２９を設けることもできる。
図７および図８に示すような中空の円筒形状のスリーブ管１９の第１クランプ面１７および第２クランプ面１８の構造を図１および図２に示す実施形態の第１クランプ面１７および第２クランプ面１８に適用することができるのは勿論である。
図９に示すように、ロッド４は、それを保持する第１クランプ面１７および第２クランプ面１８と相補的にかみ合う表面３０を備えることができる。このようにすれば、２つのクランプ面１７，１８とロッド４との間に完全にかみ合った接続を得ることができる。
図１０に示すように、ロッド４の表面３０はクランプ面１７，１８と部分的に相補的にかみ合う構造を有することもできる。これによって、クランプ面１７，１８とロッド４との間に部分的にかみ合った接続を得ることができる。
図１１に示すように、ロッド４に滑らかな表面３０を残し、凸状部と凹状部とを備えるクランプ面１７，１８の凸状部が締め付け状態において元々は滑らかなロッド４の表面に少なくとも一部貫入するようにしてロッドの把持を改善するようにしても良い。この場合、クランプ面１７，１８の表面構造は、ロッド表面が凸状部から如何なる損傷を受けることもなく、圧力を受けるだけとなるように構成しなければならない。
図１２に示す形態においては、ロッド４の表面３０がクランプ面１７，１８の構成と相補的にかみ合う形状を備えている。クランプ面１７，１８の凸状部２７の幅は、ロッド方向に沿ってクランプ面１７，１８の端部領域に向かって減少する。このようにすれば、ロッド４の引張負荷が締め付け体の端部領域に集中して伝達されることは無くなり、その代わりに締め付け体の比較的長い領域にわたって分散させることができる。
図１３に示す形態においては、クランプ面１７およびクランプ面１８は同様の構成を備えているものの、ロッド４はクランプ面１７，１８と部分的にのみ相補的にかみ合う表面３０を備えている。このようにしても、図１２の構成に関して説明したのと同様の効果を得ることができる。
図１４は平滑な表面３０を備えたロッド４を示している。クランプ面１７およびクランプ面１８にはうねと溝とが形成されている。ここではロッド４は未だクランプ面１７とクランプ面１８との間に締め付けられていない。脊椎にねじ込まれたペディクルスクリューに挿通するまえに、ロッド４を例えば水浴、水蒸気、オーブン等にによって予め加熱することができる。このようにすれば、加熱されたロッドはより容易に曲がり易くなってペディクルスクリューにより簡易に挿通させることができる。そのロッドをうねと溝とが形成されているクランプ面１７とクランプ面１８との間に締め付けると、そのうねが加熱されたロッド４のより柔軟な表面３０に貫入する。このようにして、図１５に示す如く、クランプ面１７，１８とロッド４との間のかみ合った接続を実用的に得ることができる。
このロッド４が冷却されてクランプ面１７，１８がロッドの表面３０から離れると、クランプ面１７，１８の表面構造に実質的に対応する構造がロッドの表面３０に残留する。このことは、ロッドの加熱によってクランプ面とロッドとの間の大まかなかみ合った接続が得られることを示している。ポリウレタン基の生体適合性プラスティックにて形成されたロッドを加熱する際に、材質が根本的に変化する可能性があるため、いわゆるガラス転移点（ビカット軟化温度）を超えてはならない。よく知れれているように、このガラス転移点は材質によって異なる。
本発明に係るこのような構成によって、フレキシブルプラスティックにて形成されたロッドと各ペディクルスクリューとの間の最適な接続を得ることができる。
１ ペディクルスクリュー
２ ねじ込み部
３ 頭部
４ ロッド
５ Ｕ字型凹部
６，７ アーム
８ 固定装置
９ 挿入物
１０ 摺動部
１１，１２ 停止面
１３，１４ 肩部
１５ ロック要素
１６ クランプネジ
１７ 第１クランプ面
１８ 第２クランプ面
１９ スリーブ管
２０ 第１ハーフシェル
２１ 第２ハーフシェル
２６ 突出部
２７ 凸状部
２８ 凹状部
２９ 突起
３０ 表面

Claims (12)

  1. フレキシブルプラスティックにて形成されて脊椎を安定させるロッド(4)を受け入れて固定する固定装置(8)を有するペディクルスクリューであって、
    ねじ込み部(2)と、
    前記ねじ込み部上に設けられた頭部(3)と、
    保持されるロッドが挿通可能に前記頭部に配置され、２つのアーム(6,7)にて形成されたＵ字型凹部(5)と、
    前記Ｕ字型凹部を閉じることができるロック要素(15)と、
    クランプネジ(16)と、
    前記ロッドに接して据えることができ、前記ロッドの少なくとも一部を囲む挿入物(9)と、
    を備え、
    前記ロッドは第１クランプ面(17)と第２クランプ面(18)との間に締め付けられた状態で保持され、
    前記クランプネジを締め付けることで前記挿入物に伝達されて前記ロッドに対して作用する締め付け動作を制限する停止面(11,12)を前記挿入物に備えることを特徴とするペディクルスクリュー。
  2. 請求項１記載の固定装置を有するペディクルスクリューにおいて、
    前記挿入物は、前記Ｕ字型凹部の前記２つのアームの間に案内されて挿入可能な摺動部(10)として構成され、
    前記２つのアームのそれぞれには、内側に向けて突き出た肩部(13,14)が設けられ、
    前記摺動部の前記停止面は前記肩部によって支持され、
    前記第１クランプ面は、前記ロッドに対向する前記摺動部の面によって形成され、
    前記第２クランプ面は、前記頭部の前記Ｕ字型凹部の底部によって形成されることを特徴とするペディクルスクリュー。
  3. 請求項１記載の固定装置を有するペディクルスクリューにおいて、
    前記挿入物は、前記ロッドを挿通可能な実質的に中空の円筒形状のスリーブ管(19)によって形成され、
    前記スリーブ管は、前記クランプネジによって互いに締め付け可能な第１ハーフシェル(20)および第２ハーフシェル(21)にて構成され、
    前記第１ハーフシェルに設けられた前記停止面は、前記第２ハーフシェルに対応して設けられた支持面によって支持可能であることを特徴とするペディクルスクリュー。
  4. 請求項３記載の固定装置を有するペディクルスクリューにおいて、
    前記第１ハーフシェルの内側面が第１クランプ面を形成し、
    前記第２ハーフシェルの内側面が第２クランプ面を形成することを特徴とするペディクルスクリュー。
  5. 請求項３または請求項４記載の固定装置を有するペディクルスクリューにおいて、
    前記第１ハーフシェルと前記第２ハーフシェルとは１本の分離線(22)に沿って蝶着され、
    前記第１ハーフシェルの回動によって開けられる側には少なくとも１つのタブ(23)が設けられ、当該タブは前記第２ハーフシェルの回動によって開けられる側に対応して設けられた凹部(24)に嵌合することを特徴とするペディクルスクリュー。
  6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の固定装置を有するペディクルスクリューにおいて、
    前記第１クランプ面および／または前記第２クランプ面の中央領域(25)に、前記ペディクルスクリューに挿入された前記ロッドに向けて突き出る少なくとも１つの突出部(26)を設けることを特徴とするペディクルスクリュー。
  7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の固定装置を有するペディクルスクリューにおいて、
    前記第１クランプ面および／または前記第２クランプ面に少なくとも部分的に凸状部(27)および／または凹状部(28)を設けることを特徴とするペディクルスクリュー。
  8. 請求項７記載の固定装置を有するペディクルスクリューにおいて、
    前記凸状部はうねとして構成され、
    前記凹状部は溝として構成され、
    前記うねおよび前記溝はロッド方向を実質的に横切って伸びることを特徴とするペディクルスクリュー。
  9. 請求項７または請求項８記載の固定装置を有するペディクルスクリューにおいて、
    前記ペディクルスクリューに挿入される前記ロッドは、少なくとも一部において前記クランプ面と相補的にかみ合う表面を備えることを特徴とするペディクルスクリュー。
  10. 請求項９記載の固定装置を有するペディクルスクリューにおいて、
    前記クランプ面に設けられた前記凸状部の幅はロッド方向に沿って端縁領域に向かって減少し、および／または、前記クランプ面に設けられた前記凹状部の幅はロッド方向に沿って端縁領域に向かって増大することを特徴とするペディクルスクリュー。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の固定装置を有するペディクルスクリューにおいて、
    前記ロッドはポリウレタン基の生体適合性プラスティックにて形成され、
    前記ロック要素を備えた前記ペディクルスクリューおよび前記挿入物はチタン合金にて形成されることを特徴とするペディクルスクリュー。
  12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載の固定装置を有するペディクルスクリューにおいて、
    前記ペディクルスクリューに挿入される前記ロッドが加熱されることを特徴とするペディクルスクリュー。
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