JP2013512075A - 多軸小関節面固定ねじシステム - Google Patents
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Abstract
ねじシステム(10)は、ねじ部材(20)と、このねじ部材につなぎ止められる座金アセンブリー(40)とを含む。この座金アセンブリーは、ねじ部材に対して多軸的にピボット回転可能である。ねじ部材は、座金アセンブリーに対して自由に一方向に回転することができるが、第2の方向に回転した場合、摩擦で座金アセンブリーと結合する。
Description
本開示は、骨固定のための整形外科用ねじシステム、より詳細には、ねじ部材の意図しない抜け外れを阻止する抜け止めの特長を持った椎間関節固定ねじシステムを提供することに関する。
緩みは、ねじの固定に関して一般的に遭遇する問題である。ねじ部材は経時的に緩んでしまう可能性があり、固定が弱められるか、またはねじ部材の頭部が周囲の材料から望ましくない区域に突出するようになる。普通の生理的な動きがねじ部材の移動を助長し、またねじ部材が埋め込まれた骨は経時的に再造形する傾向が少なくとも部分的にあるので、緩みは、椎間関節固定または椎間関節癒合の如き整形外科の用途で見られる。骨表面の3次元トポグラフィーは、確実な固定を達成する上で付加的な問題を生じさせる。
本開示は、周囲の材料から抜け外れるねじ部材のあらゆる傾向を自動的かつ連続的に阻止する薄型で自立式の多軸一方向ねじ部材および座金システムを提供する。
さて、本発明の種々の実施形態が添付図面を参照して論じられよう。これらの図面が本発明の単なる代表的実施形態のみを示し、従ってその範囲を限定するように考慮すべきではないことが認識される。
本発明は、整形外科手術、特に椎間関節固定に用いられるシステムおよび方法に関する。当業者らは、ここに記述したシステムおよび方法を他の骨または関節固定措置に容易に適合させることができることを認識しよう。当業者らはまた、以下の説明が本発明の原理を単に例示するだけであって、多くの異なる代わりの実施形態を提供するために種々の方法で適用することができることも認識しよう。この説明は、この発明の一般原理を例示する目的のためになされ、添付した特許請求の範囲の発明概念を限定することを意図していない。
システムの一実施形態は、球形の頭部を含むねじ部材と、前記頭部を取り囲む座金であって、この座金を通って当該座金の第1の側からこの第1の側の反対の該座金の第2の側まで延在する開口を含み、前記頭部がこの開口内に配置され、該座金は前記開口を取り囲む側壁を含み、この側壁は当該側壁の周囲の少なくとも一部に延在する溝を含み、この溝が当該溝の浅い端と該溝の深い端との間に延在する座金と、前記側壁と前記頭部との間に配され、前記座金に対する前記頭部の回転に応じて前記溝に沿って移動するボールであって、前記溝がこのボールに対応した半円形断面を有するボールとを含み、前記頭部が第1の方向に回転した場合、前記ボールが前記溝に沿って前記深い端まで移動して前記深い端と前記頭部との間で緩み、前記頭部が前記座金に対して自由に回転するようになっており、前記頭部が前記第1の方向と反対の第2の方向に回転した場合、前記ボールが前記溝に沿って浅い端まで移動して前記浅い端と前記頭部との間に挟まれ、前記ねじ部材と前記座金と前記頭部とが相互に摩擦で固定されるようになっている。
一実施形態において、前記開口は前記頭部を収容してボールソケット形軸継手を形成するソケットを含み、前記側壁は前記ソケットから外側に変位した第1の端と前記ソケットに対して接線方向の第2の端との間で前記ソケットの周囲に部分的に延在する傾斜部を含み、前記溝がこの傾斜部に沿って延在している。
一実施形態において、前記座金が前記頭部につなぎ止められ、前記開口は前記頭部を収容するソケットを含み、前記側壁は前記ソケットから外側に変位した第1の端と前記ソケットに対して接線方向の第2の端との間で延在する傾斜部を含み、前記溝がこの傾斜部に沿って延在している。
一実施形態において、前記座金が前記頭部につなぎ止められている。
一実施形態において、前記開口が前記頭部に対応した球形のソケットを含み、前記座金が前記頭部のまわりを多軸的にピボット回転可能である。
一実施形態において、前記ボールは前記浅い端の方に連続的に偏倚され、前記第1の方向への前記頭部の回転は、前記ボールを前記深い端の方に付勢して前記偏倚を一時的に克服する。
一実施形態において、前記ボールが前記浅い端と前記頭部との間に挟まれた場合、前記ボールは前記頭部に対して変形する。
一実施形態において、このシステムはキャップを含み、このキャップは、前記座金に固定されたリングを含み、このリングの内径は前記頭部の赤道径よりも小さく、前記頭部が当該リングと前記開口との間に挿入されて前記座金が前記頭部につなぎ止められて保持されるようになっている。
一実施形態において、このシステムはキャップを含み、このキャップは、片持ち梁を含み、この梁は当該梁の固定端と自由端との間に延在し、前記固定端が前記リングに結合され、前記自由端は前記ボールを前記浅い端に向けて連続的に偏倚させ、前記第1の方向への前記頭部の回転が前記梁を撓ませて前記偏倚を一時的に克服する。
一実施形態において、前記ねじ部材は前記座金を通って前記頭部から延在する軸部を含み、前記座金は前記軸部に沿って前記頭部から離れて尖ったスパイクを含む。
図1Aおよび図1Bを参照すると、上および底からの立体投影図は、ねじ部材20と座金アセンブリー40とを具えた小関節面固定ねじシステム10を図示する。座金アセンブリーはねじ部材の頭部につなぎ止められる。この座金アセンブリーは、ねじ部材が座金アセンブリーに対して一方向に自由に回転することを可能にするが、ねじ部材を逆方向に回転させた場合、ねじ部材を座金アセンブリーに拘束する抜け止め機構を含む。
ねじ部材20は、球形の頭部22および軸部24を含む。この軸部24は、当該軸部の一部に沿って延在するねじ部26を含む。軸部の全長に亙り、またはその大部分あるいは一部にねじを切ることができる。ねじのピッチは、ねじ部に沿って一定であってよく、または変更することが可能である。好ましくは、軸部24はガイドワイヤーを介したねじ部材の設置を可能にするためにカニューレ挿入部25を含むが、カニューレを挿入しない実施形態もまた提供することができる。頭部22にある駆動機能28は、このねじ部材の設置,多軸的調整および/または回転駆動を容易にするため、駆動器具と協力し合う形状である。図示実施形態において、この駆動機能は犬の骨または蝶ネクタイの形状を含み、しかしながら他の駆動機能形状が可能であり、六角形,五角形,矩形,三角形,長方形,十字形,星形またはこの分野で知られた他の駆動形状を含むが、これらに限定されない。駆動機能28は図示のような窪みであってよく、他の実施形態において、この駆動機能28は突出することができ、これに対応して窪んだ駆動機能を有する駆動器具と協力し合う。頭部22は球形の支承面30をさらに含む。ねじ部材20は、頭部22が位置する基端であってよい第1の端32と、軸部24の尖端36が位置する末端であってよい第2の端34とをさらに含む。
座金アセンブリー40は、座金42およびキャップ44を含む。この座金アセンブリーは、当該座金アセンブリーを図1Aおよび図1Bのようにねじ部材20と有効に組み立てた場合、座金42およびキャップ44と頭部22との間に収容される(図4Aおよび図4Bに最も良く見られるような)ボール46をさらに含むことができる。このシステム10を製造中に有効に組み立て、この有効に組み立てた形態にて末端消費者に無菌包装状態で提供することができる。
図2A〜図2Dは座金42をより詳細に示している。この座金42は環状であって第1の端48および第2の端50を有する。第1の端48は、座金42の中央に向けて僅かに突出することができる比較的肉薄の環状リップ49で終わっている。外周壁52が第1の端48と第2の端50との間の外側に延在している。内側の面54が第1の端48と第2の端50との間の内側に延在し、開口55に対する境界面を形成している。環状の球形凹部56は内側の面54の一部を占め、ねじ部材の頭部22を収容するためのソケットを形成することができる。環状の球形凹部56の一部は第1の棚部60により第1の端48に向けて境界を定められ、残りの部分は第1の棚部60から窪み、この第1の棚部よりも下にあるように記述できる第2の棚部62によって、第1の端に向けて境界を定められる。第1の棚部60と第2の棚部62との間の内側の面54の一部は傾斜部63を形成する。この傾斜部63は、ソケット、すなわち球形凹部56を部分的に取り囲み、ソケットから外方に変位した第1の端57とソケットに対して接線方向にある第2の端58との間を延在する。部分円形断面を有するアルコーブ64が内側の面54へと窪み、このアルコーブ64の少なくとも一部は図2Aおよび図2Dに示すように傾斜部63に重なっている。アルコーブ64は第1の浅い部分65および第2の深い部分66を含み、このアルコーブの深さおよび球形凹部56からのアルコーブの距離は、第1および第2の部分の間で増大する。この実施形態において、アルコーブ64はボール46の外径に対応した直径を持つ円弧を具えた断面を有する。この円弧の直径はボール46の外径よりも僅かに小さくて良く、ボール46がアルコーブ64の端縁に支持されるようになっている。アルコーブ64を半円形の皿形面、すなわち溝としてさらに記述することができる。
座金の第1の端48と第2の端50との間に少なくとも1つの穴67を縦に通って延在させることができ、例えば製造中または製造後の洗浄のためにアクセスをもたらすことができる。座金42の第2の端50は骨係合面68を含み、その少なくとも一部は、このねじシステムを埋設した時に骨材料に対して圧縮されることができる。少なくとも1つのスパイク69が第2の端50から突出している。このスパイク69は、補助的固定および/または回転阻止を与えるために骨に突き通すことができる。他の実施形態において、ペグ,釘,ピン,竜骨または他の骨穿通機能をスパイク69の代わりか、またはこれに加えて含めることができ、あるいは骨穿通機能を含めないこともできる。骨の表面成長または内部成長を促進させるために骨係合面68を粗くするか、多孔性にすることができ、骨の成長剤または他の治療薬を骨係合面68に与えられることもまた可能である。
図3A〜図3Eを参照すると、キャップ44はリング70を含み、このリングは第1の側72および第2の側74を、当該リングを通って第1および第2の側72,74の間に延在する開口75と共に有する。片持ち梁であってよい梁76が第2の側74から突出している。この梁の固定端78はリングに固定され、自由端80がリング70に隣接しているけれども、つながっていない。固定端78と自由端80との間に延在する梁本体82は、リング70の曲率に追随するように湾曲し、リング70と平行であってよい。この梁76は、リング70と同じ曲率半径を有することができ、これがリング70の一部に沿ってこれに重なって延在するようになっている。開口75は、ねじ部材の頭部22の赤道径よりも小径を有するリップ77を含むことができる。
図4A〜図4Bは分解図でねじシステム10を描写し、図5Bはこのシステムを有効に組み立てた形態での断面図である。システム10を組み立てる場合、ねじ部材20は、第2の端50と同じ一般的な方向に向けられた尖端36および第1の端48を向く頭部22と共に座金42を通って収容される。ねじ部材の頭部22は、環状の球形凹部56に対して支承する球形の支承面30と共に座金42により保持される。従って、頭部22および座金42は、図6に最も良く見られるように、座金42に対して多軸的にピボット回転可能な頭部22と共に玉継手を形成することができる。ボール46が座金42の内側の頭部22とアルコーブ46との間の第2の棚部62に配されている。キャップ44は、第1の棚部60に置かれるリング70の一部と共に座金42に配される。図7Bおよび図8Bに最も良く見られるように、梁76がキャップの第2の側74から延在し、頭部22と座金42の第2の棚部42および内側の面54との間に形成された間隙86に収容されている。梁76の自由端80が座金のアルコーブ64に隣接し、ボール46はこの自由端80と頭部22との間にある。自由端80は、ボール46を傾斜部63の第2の端に向けて連続的にばね付勢する。他の実施形態において、ばねクリップや保持輪,圧縮ばね,引張りばね,板ばねまたはねじりばねの如き他の種類の周知のばねにより、ボール46を傾斜部63の第2の端に向けて付勢することができる。追加の実施形態において、磁気バイアスや重力付勢または形状記憶付勢の如き他の周知の付勢手段により、ボール46を傾斜部63の第2の端に向けて付勢することができる。キャップ44は、このキャップが座金42へと記述した位置に押し付けられると座金のリップ49が変形することができる圧入結合によって、座金42に固定される。他の実施形態において、レーザー溶接やスナップ嵌合,テーパー嵌合,摩擦嵌合,ねじまたは他の周知の適当な結合手段によって、キャップ44を座金42に固定することができる。キャップ44を座金42に装着する前後共に、頭部22が座金42に対して相対的に多軸的にピボット回転可能であることを理解される。
図7Bおよび図8Bを参照すると、ねじシステム10が有効に組み立てられた場合、ねじ部材20は座金アセンブリー40に対して第1の方向に自由に回転することができるが、第2の方向に回された場合、座金アセンブリー40に対して強固に固定されるようになる。図7Bに示すように、時計回りであってよい第1の方向90に頭部22を自由に回転させることができる。頭部22が回転すると、ボール46は浅い部分65から深い部分66に向けて傾斜部63のアルコーブ64に沿って付勢される。ボール46が梁76の自由端80に衝突すると、この梁は深い部分66に向けて撓み、梁のばね付勢が一時的に克服されて頭部22の自由回転を可能にする。図7Bにおいては小さな間隙がボール46と頭部22との間に示されているけれども、ボール46と頭部22とが僅かな接触状態にあってよく、それでもなお頭部22が座金42に対して自由に回転できることを充分に理解される。
図8Bに示すように、反時計回りであって第1の方向の逆であってよい第2の方向92への頭部22の回転は、この頭部22と座金アセンブリー40との間に形成される摩擦固定を引き起こす。頭部22を第2の方向92に回転させると、ボール46が傾斜部63のアルコーブ64に沿って浅い端65へ向けて付勢される。ボール46は梁76のばね付勢により、浅い端65へ向けてさらに付勢される。ボール46は、妨害されたか、あるいはアルコーブ64と頭部22との間に閉じ込められるか、押し込まれるようになり、この押し込み動作の結果として頭部22に対して変形する可能性がある。本実施形態において、アルコーブ64の端縁に沿った2つの接点と、頭部22との単一の接点との間にボール46が押し込まれるようになり、頭部22に対するボール46の変形のため、単一の接点が接触面または接触領域に変わる可能性がある。第2の方向への頭部22のさらなる回転が阻止されるけれども、座金42は継続的に頭部22に対して多軸的にピボット回転可能であることができる。
使用の一方法において、関節の接合を阻止して関節の固定をもたらすため、椎間関節を横切ってねじシステム10を埋設することができる。関節を横切ってガイドワイヤーを挿入し、このガイドワイヤーによってカニューレを小関節面の基部に挿入することができる。参照することによってそのすべてをこの明細書中に組み入れられる米国仮特許出願第61/374862号に開示された如き組織拡張法およびカニューレ挿入法を与えるカニューレ挿入器具をカニューレの挿入のために用いることができる。このカニューレを小関節面の基部に一時的に合体させることができる。有効に組み立てられたねじシステム10を先導するねじ部材の第1の端34と共にカニューレを介して椎間関節に挿入することができる。ドライバーがねじ部材20を第1の方向90に回転させるために用いられ、小関節面を通って関節を横切るねじ部材20が駆動される。ねじ部材20が駆動されると、座金42は、小関節面の骨材料と接触状態にある骨係合面68の少なくとも一部と共に小関節面の基部と接触状態になる。ねじ部材に対する座金アセンブリーの多軸調整能力は、座金がねじ部材に対して傾いた位置に着座することを可能にし、この傾いた位置は小関節面の表面トポグラフィーおよび/または周囲の環境によって規定することができる。ねじ部材20がさらに駆動されると、スパイク69が小関節面の表面を突き刺すことができ、強化された固定と回り止めとを与える。関節の望ましい固定および小関節面に対する座金の加圧が達成された場合、ねじ部材20の回転が終わる。第2の方向92へのねじ部材20のあらゆる回転がねじ部材20および座金アセンブリー40を相互に固定するという結果をもたらすので、ねじシステム10の意図しない抜けおよび/または意図しない緩みが阻止される。座金アセンブリー40はスパイク69によって小関節面に対して安定しているので、ねじ部材20の抜けまたは緩みが効果的に阻止される。
関節の固着または固定を与えるため、2つの骨片を固定または相互に加圧する他の用途においてねじシステム10を用いることができる。このシステムはまた、例えば人口装具またはインプラントを骨に装着するため、抜け止めの能力が望まれるあらゆる整形外科の用途にも用いることができる。実例は、椎骨に関節接続するための椎間関節人口装具の装着と、椎間板置換人口装具の装着と、脊椎杆の装着と、骨板の装着と、ひざ,股関節,肩,手首および/または足首の人口装具を含む他の関節人口装具の装着とを含むが限定しない。ねじシステム10はまた、縫合糸か、あるいは筋肉や腱または靱帯の如き天然または人工組織を固定するための固定具を提供することもできる。当業者は、例えば座金アセンブリー40を座金42に関して上述した特長のいくつかまたはすべてを含むことができる座金42に代わりの部品と共に交換することによって、変更可能であることを理解することができる。
システム10の部品は、チタンまたはチタン合金から好ましくは形成される。他の実施形態において、システム10またはその構成部品のいくつかは、コバルトクロームおよびその合金か、ステンレス鋼か、チタンおよびその合金か、炭化チタンか、窒化チタンか、イオン注入チタンか、拡散硬化金属か、ダイヤモンド状コーティングか、ダイヤモンド状炭素か、窒化ジルコニウムか、ニオブか、オキシニウムすなわち酸化ジルコニウムか、アルミナおよびジルコニアの如きセラミックスか、重合体か、あるいは他の生体適合材料を具えることができる。すべての部品は列挙した材料のあらゆる組み合わせを具えることができ、このシステム10は異なる材料で作られた部品を具えることができる。
ここに開示された部品のすべては、抗菌や鎮痛または反炎症特性の如き有益な効果を与えるため、表面処理剤または添加剤を1つ以上の部品材料に含むことができる。ここに開示された部品のすべては、特にローレット加工または多孔質コーティングを含むがこれに限定されない表面の粗面化を与えるためのコーティングまたは処理を含むことができる。このような処理は、部品間の一方向への移動を促進および/または他方向への部品間の摩擦を増大させるため、方向性を以て適用することができる。
本発明をその精神または本質的な特性から逸脱することなく他の特定の形態にて具体化することができる。例えば、参照することによってそのすべてをこの明細書中に組み入れられる米国仮特許出願第61/265614号は、小関節面固定ねじシステムの追加の実施形態を開示している。いろいろな他の組み合わせおよび代案を構成するため、上述した例示および実施形態のさまざまな特長を組み合わせて整合させることができることを認識される。このシステムを椎間関節固定に単に限定すべきではないこともまた、認識される。それとして、記述された実施形態はすべての点で単なる例示であって限定ではないように考慮されるべきである。従って、本発明の範囲は前述の説明によるのではなく、むしろ添付した特許請求の範囲によって示されている。請求項の均等の意味および範囲内となるすべての変更は、その範囲内に包含されるべきである。
Claims (10)
- 球形の頭部を具えたねじ部材と、
前記頭部を取り囲む座金であって、この座金を通って当該座金の第1の側からこの第1の側の反対の該座金の第2の側まで延在する開口を具え、前記頭部がこの開口内に配置され、該座金は前記開口を取り囲む側壁を具え、この側壁は当該側壁の周囲の少なくとも一部に延在する溝を具え、この溝が当該溝の浅い端と該溝の深い端との間に延在する座金と、
前記側壁と前記頭部との間に配され、前記座金に対する前記頭部の回転に応じて前記溝に沿って移動するボールであって、前記溝がこのボールに対応した半円形断面を有するボールと
を具え、前記頭部が第1の方向に回転した場合、前記ボールが前記溝に沿って前記深い端まで移動して前記深い端と前記頭部との間で緩み、前記頭部が前記座金に対して自由に回転するようになっており、
前記頭部が前記第1の方向と反対の第2の方向に回転した場合、前記ボールが前記溝に沿って浅い端まで移動して前記浅い端と前記頭部との間に挟まれ、前記ねじ部材と前記座金と前記頭部とが相互に摩擦で固定されるようになっていることを特徴とするシステム。 - 前記開口は前記頭部を収容してボールソケット形軸継手を形成するソケットを具え、
前記側壁は前記ソケットから外側に変位した第1の端と前記ソケットに対して接線方向の第2の端との間で前記ソケットの周囲に部分的に延在する傾斜部を具え、前記溝がこの傾斜部に沿って延在していることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記座金が前記頭部につなぎ止められ、
前記開口は前記頭部を収容するソケットを具え、
前記側壁は前記ソケットから外側に変位した第1の端と前記ソケットに対して接線方向の第2の端との間で延在する傾斜部を具え、前記溝がこの傾斜部に沿って延在していることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記座金が前記頭部につなぎ止められていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシステム。
- 前記開口が前記頭部に対応した球形のソケットを具え、前記座金が前記頭部のまわりを多軸的にピボット回転可能であることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載のシステム。
- 前記ボールは前記浅い端の方に連続的に偏倚され、前記第1の方向への前記頭部の回転は、前記ボールを前記深い端の方に付勢して前記偏倚を一時的に克服することを特徴とする請求項1から請求項5の何れかに記載のシステム。
- 前記ボールが前記浅い端と前記頭部との間に挟まれた場合、前記ボールは前記頭部に対して変形することを特徴とする請求項1から請求項6の何れかに記載のシステム。
- キャップを具え、このキャップは、
前記座金に固定されたリングを具え、このリングの内径は前記頭部の赤道径よりも小さく、前記頭部が当該リングと前記開口との間に挿入されて前記座金が前記頭部につなぎ止められて保持されるようになっていることを特徴とする請求項1から請求項7の何れかに記載のシステム。 - キャップを具え、このキャップは、
片持ち梁を具え、この梁は当該梁の固定端と自由端との間に延在し、前記固定端が前記リングに結合され、前記自由端は前記ボールを前記浅い端に向けて連続的に偏倚させ、前記第1の方向への前記頭部の回転が前記梁を撓ませて前記偏倚を一時的に克服することを特徴とする請求項1から請求項8の何れかに記載のシステム。 - 前記ねじ部材は前記座金を通って前記頭部から延在する軸部を具え、前記座金は前記軸部に沿って前記頭部から離れて尖ったスパイクを具えていることを特徴とする請求項1から請求項9の何れかに記載のシステム。
Applications Claiming Priority (5)
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