JP2013537834A - ラチェット式脊椎デバイス - Google Patents

Abstract

一方向における可変長さ部材の長さの変更を可能にし、逆の方向における可変長さ部材の長さの変更を防止する、作動構成を有するラチェット機構を備える可変長さ部材であって、２つ以上の枢動軸を中心とする装着部材の枢動が可能な、可変長さ部材が骨に装着するための多軸関節装着部材を備える、可変長さ部材を備える、ラチェット式脊椎デバイス。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的には脊椎インプラントおよび脊椎プロテーゼに関し、詳細にはラチェット機構を有し、さらにロック位置および解除位置を有する脊椎ロッドに関する。

側彎は、多数の人々に影響を及ぼす脊椎変形である。現行の外科治療は、椎弓根ねじにより脊椎に長尺癒合ロッドを取り付けることを要する。このロッドシステムは、変形した脊椎をより健全な位置へと強制するように意図される。

残念ながら、この手法には、変形が完全に矯正されることがまれであり、終身的な長期間にわたる癒合術は望ましい臨床的状況でなく、失敗が珍しくないといった深刻な欠点が存在する。

本発明は、ラチェット機構を使用して延伸または短縮することが可能な改良されたラチェット式脊椎デバイスを提供することを目的とする。本デバイスは、適切なコネクタを使用することにより、標準的な椎弓根ねじに対して、および他の脊椎ロッドに対して連結可能な、可変長さ部材を有する。また、可変長さ部材は、脊椎の骨要素に対して直接的に連結することも可能であり、または脊椎の骨要素により支持され得る。

本発明の一実施形態においては、このデバイスは、次の３つの異なる構成に設定することが可能である。
ａ．ラチェット機構が作動状態にあり、可変長さ部材が一方向における長さを変更する（延伸または短縮する）ことが可能である。
ｂ．ラチェット機構が非作動状態にあり、可変長さ部材が延伸方向および短縮方向に対する逆の方向に移動することが可能である。
ｃ．可変長さ部材の長さが固定されるロック位置。

本発明の一実施形態においては、これらの構成の選択は、アセンブリの内部要素を回転させることにより行うことが可能である。例えば、内部要素の回転は、ウォーム歯車機構を使用して行うことが可能である。ウォーム歯車は、シャフトにより、経皮的手法により、または電気モータ、磁石装置、もしくは当業者にとって公知の他の手段などの植え込み可能な機構により、作動させることが可能である。

本発明の別の実施形態においては、可変長さ部材は、異なる剛性を有する２つの部分を有することが可能である。例えば、可変長さ部材は、可撓性ケーブル、ロープ、可撓性機械継手、および当業者には公知である他の手段のような可撓性部分を有することが可能である（例えばラチェットが、ロッドの短縮のみが可能となるように作製される場合など）。

本発明の別の実施形態においては、ロッドが、脊椎の骨構造部により直接的に支持される場合には、骨に対して当接した状態を維持するフックは、最適な位置にロッドを固定するための第２のフックを有することが可能である。

したがって、本発明の一実施形態によれば、一方向における可変長さ部材の長さの変更を可能にし、逆の方向における可変長さ部材の長さの変更を防止する作動構成を有するラチェット機構を備える可変長さ部材であって、２つ以上の枢動軸を中心とする装着部材の枢動が可能な、骨に装着するための多軸関節装着部材を備える、可変長さ部材を備える、ラチェット式脊椎デバイスが提供される。

本発明の一実施形態によれば、ラチェット機構は、可変長さ部材が定位置にロックされる別の作動構成と、可変長さ部材が上記方向のいずれにおいても長さを自在に変更し得るように、ラチェット機構が中立化される、さらに別の作動構成とを有し、制御装置が、作動構成の中の１つの選択を制御する。

本発明の一実施形態によれば、制御装置は、ラチェット機構の爪を、ラチェット機構の歯との間において作動整列状態へとまたは非作動整列状態へと選択的に移動させ、ロック要素を、可変長さ部材との間においてロック係合状態へとおよびロック係合解除状態へと選択的に移動させる。爪およびロック要素は、制御装置により回転されるスピンドルの上に取り付けられてもよい。あるいは、爪およびロック要素は、制御装置により回転される偏心機構の上に取り付けられてもよい。

本発明の一実施形態によれば、多軸関節装着部材は、可変長さ部材の両端部にまたは両端部付近に配置される。

本発明の一実施形態によれば、付勢デバイスが、可変長さ部材に対して付勢力を印加するように作動する。

本発明の一実施形態によれば、多軸関節装着部材の中の少なくとも１つが、玉継手を備える。追加的に、または代替的に、多軸関節装着部材の中の少なくとも１つが、フックを備える。

本発明の別の実施形態によれば、ラチェット機構は、歯無しである。

図面と組み合わせて以下の詳細な説明を参照することにより、本発明がさらに十分に理解および認識されよう。

本発明の一実施形態に従って構築され作動する脊椎デバイスの概略的な長手方向断面図である。 図１の断面に対して垂直な断面の概略図である。 本発明の別の実施形態に従って構築され作動する、付勢デバイスを備える脊椎デバイスの別の概略的な長手方向断面図である。 図４Ａは、図１のラチェット機構の制御位置の１つの概略図である。図４Ｂは、図１のラチェット機構の制御位置の１つの概略図である。図４Ｃは、図１のラチェット機構の制御位置の１つの概略図である。 可撓性部分を有する、短縮化のみがなされるように設計された、本発明の別の実施形態に従って構築され作動する脊椎デバイスの概略図である。 図６Ａは、本発明の一実施形態による、最適な変形矯正のために本デバイスと共に使用し得る追加的な手段の概略図である。図６Ｂは、本発明の一実施形態による、最適な変形矯正のために本デバイスと共に使用し得る追加的な手段の概略図である。 本発明の一実施形態による、脊椎の骨要素に対して直接的に配置された脊椎ロッド支持要素の概略図である。 本発明の一実施形態による、脊椎の骨要素に対して直接的に配置された脊椎ロッド支持要素の概略図である。 図９Ａは、本発明の一実施形態による、脊椎の骨要素に対して直接的に配置された脊椎ロッド支持要素の概略図である。図９Ｂは、本発明の一実施形態による、脊椎の骨要素に対して直接的に配置された脊椎ロッド支持要素の概略図である。 ２つの骨ねじに連結された、本発明の別の実施形態に従って構築され作動する脊椎デバイスの概略図である。 図１０の脊椎デバイスの概略断面図である。 図１０の脊椎デバイスの制御機構の概略拡大図である。 骨ねじに対して図１０のデバイスを連結するためのアイ・ジョイントの概略図である。 本発明の実施形態による脊椎デバイス用の歯無しラチェット機構の概略図である。 本発明の実施形態による脊椎デバイス用の歯無しラチェット機構の概略図である。

まず図１を参照すると、本発明の非限定的な一実施形態に従って構築され作動するラチェット式脊椎デバイス１０が図示される。

ラチェット式脊椎デバイス１０は、可変長さ部材１２を備える。この図示する実施形態においては、可変長さ部材１２は、ロッドである。「ロッド」という用語は、ロッド、バー、およびワイヤ等の（それらに限定されない）任意のサイズおよび断面形状の任意の細長要素を包含する。

ラチェット式脊椎デバイス１０は、ラチェット機構１４を備える。このラチェット機構１４は、以下においてさらに説明されるように、一方向における可変長さ部材１２の長さの変更を可能にし、逆の方向における可変長さ部材１２の長さの変更を防止する、作動構成を有する。

図１に図示する実施形態においては、ラチェット式脊椎デバイス１０は、可変長さ部材１２の軸方向部分に沿って形成されたラチェット歯１６と、歯１６の中の１つを捕捉するように構成された爪１８とを有する、ラチェット機構１４を備える。爪１８は、スピンドル２２に対して装着されたドラム２０の上に取り付けられる。スピンドル２２は、制御装置により回転される。制御装置は、スピンドル２２の端部に形成された歯車歯２６と噛合するウォーム歯車駆動装置２４であってもよい。

可変長さ部材１２の一方の端部２３は、ハウジング３０中に形成された孔２８を通り線形移動するように構成される。可変長さ部材１２は、２つの多軸関節装着部材３２を備える。この図示する実施形態においては、一方の多軸関節装着部材３２は、可変長さ部材１２の端部２３に、または端部２３の付近に位置決めされ、別の多軸関節装着部材３２が、ハウジング３０の上に位置決めされる。あるいは、可変長さ部材１２は、第２の多軸関節装着部材３２が、可変長さ部材１２の上に、端部２３の対向側の端部に、または端部２３の対向側の端部の付近に取り付けられるように、構築され得る。両多軸関節装着部材３２は、脊椎の使用可能な骨構造部に対してデバイス１０を装着する（図１０に示すように部材３２を貫通する椎弓根ねじを用いてなど）ために使用される。多軸関節装着部材３２により、軸３３（図１の図面に対して垂直な）ならびに軸３４および／または３５を中心とするなどの、２つ以上の枢動軸を中心とした枢動が可能となる。図１の実施形態においては、一方または両方の多軸関節装着部材３２が、玉継手を有する。追加的に、または代替的に、図３に示すように、一方または両方の多軸関節装着部材３２が、フック３６を備える。

典型的な治療計画においては、患者内にデバイス１０を設置した後に、患者は、ラチェット歯１６が爪１８を越えて１つの増分（または、医師からの指示がある場合には２つ以上の増分）だけクリック作動するまで、可変長さ部材１２の端部２３がハウジング３０からさらに外方へと移動される方向へと屈曲するように要求される。これにより、可変長さ部材１２の長さが延伸される。爪１８は、この漸増的な長さ変更の後に、可変長さ部材１２を定位置に保持する。このような態様で、可変長さ部材１２は、患者に対して外傷を加えることなく、漸進的に延伸させることが可能となる。

代替的には、ラチェット機構１４は、可変長さ部材１２の端部２３がハウジング内３０へとラチェット移動し得るように設定することも可能であり、これにより、特定の治療計画によって長さの短縮化が必要とされる場合には、患者の漸増的な各屈曲に対して可変長さ部材１２の長さを短縮することが可能となる。

本発明の一実施形態によれば、ラチェット機構１４は、可変長さ部材１２が定位置にロックされる、別の作動構成を有する。これは、図２に示すように例えば爪１８から９０°離れた位置においてドラム２０の上に位置決めされ得るロック要素３８によって実現され得る。制御装置（ウォーム歯車駆動装置２４）は、爪１８が、ラチェット歯１６から離れ、ラチェット歯１６との係合状態から解除されるように移動される一方で、これと同時にロック要素３８（爪１８と同様に形状設定されてもよい）が、ラチェット歯１６の中の１つまたは複数とのロック係合状態へと移動される（図４Ｂを参照）ように、ドラム２０／スピンドル２２を回転させることが可能である。

本発明の一実施形態によれば、ラチェット機構１４は、可変長さ部材１２が任意の方向において長さを自在に変更し得るように、ラチェット機構１４が中立化される、さらに別の作動構成を有する。これは、爪１８およびロック要素が共にラチェット歯１６から離れ、ラチェット歯１６との係合状態から解除されるように移動されるように（図４Ｃに図示）、スピンドル２２を回転させる、制御装置（ウォーム歯車駆動装置２４）によって実現され得る。ウォーム歯車駆動装置２４は、シャフト４０により、経皮的手法により、または電気モータ、磁石装置、もしくは当業者にとって公知の他の手段などの植え込み可能な機構により、作動させることが可能である。

次に図３を参照する。本発明の一実施形態によれば、付勢デバイス４２が、可変長さ部材１２に対して付勢力を印加するように作動する。付勢デバイス４２は、金属ばね、プラスチックばね、エラストマロッド、ガス作動式延伸可能ロッド、または緩衝装置であることが可能である。付勢デバイス４２は、ラチェット機構１４により指定される動作方向に従うように可変長さ部材１２を付勢する。

次に図５を参照する。この実施形態においては、可変長さ部材１２は、剛性部分４４および可撓性部分４６を備える。可撓性部分４６は、ケーブル、ロープ、プラスチックワイヤ、可撓性機械継手、または、牽引力を伝達するが、装着部材３２から剛性部分４４にモーメントを伝達しない任意の他の手段であってもよい。

次に図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、脊椎変形を最適に矯正するためにデバイス１０と組み合わせて使用し得るデバイスが図示される。図６Ａにおいては、撓曲制限要素４８が、２つ以上の椎骨４９の周囲に展開されて、患者が脊椎のこの部分において屈曲し得る屈曲量または撓曲量を制限する。撓曲制限要素４８は、可撓性バンド、ワイヤ、ストリング、または棘突起が過度に撓曲するのを防止する任意の他の手段であることが可能である。

図６Ｂにおいては、１つまたは複数の撓曲制限要素５０が、２つ以上の椎骨４８の間に位置決めされて、患者が脊椎のこの部分において屈曲し得る屈曲量または撓曲量を制限する。撓曲制限要素５０（図６Ａにおいて使用されてもよい）は、金属、プラスチック、または任意の他の剛性材料もしくは半剛性材料から作製することが可能であり、矩形、円形、もしくは楕円形の断面、または解剖学的構造部に適合する任意の他の断面を有することが可能である。

次に図７および図９Ａを参照すると、脊椎の骨要素に対して直接的にデバイス１０を支持または保持するためのいくつかの支持要素が図示される。この支持要素は、図３に図示する単純なフックに追加するまたは代替するものであってもよい。数字７００は、脊椎骨の上面断面図である。支持要素５２は、デバイス１０（ここでは図示せず）に対してしっかりと連結される。支持要素５２は、横突起の上方または下方に配置され得る。通常は、ロッドの一方の端部が、ある横突起の上方に配置される支持要素を有し、第２の端部が、第２の横突起の下方に配置される支持要素を有する。フック５４が、同じ椎骨の椎弓板を保持し、連結要素５６が、フック５４に対して支持要素５２を固定する。この構成により、支持要素５２は、横突起の最も頑強な箇所であるその起始部に対して可能な限り近くに固定することが可能となる。

次に図８および図９Ｂを参照すると、脊椎ロッドが脊椎の骨要素に対して直接的に当接した状態を維持している場合の、別の支持手段が図示される。数字８００は、脊椎骨の上面断面図である。支持要素５８が、デバイス１０（ここでは図示せず）に対してしっかりと連結される。支持要素５８は、横突起の上方または下方に配置され得る。通常は、ロッドの一方の端部が、ある横突起の上方に配置される支持要素を有し、第２の端部が、第２の横突起の下方に配置される支持要素を有する。支持要素６０が、同じ椎骨の棘突起の対向側の側部に配置され、連結要素６２が、支持要素６０に対して支持要素５８を固定する。この構成より、支持要素５８もまた、横突起の最も頑強な箇所であるその起始部に対して可能な限り近くに固定することが可能となる。

次に図１０〜図１３を参照すると、本発明の別の非限定的な実施形態に従って構築され作動するラチェット式脊椎デバイス１００が図示される。

図１の実施形態と同様に、ラチェット式脊椎デバイス１００は、ラチェット機構１１４を備える。このラチェット機構１１４は、一方向における可変長さ部材１１２の長さの変更を可能にし、逆の方向における可変長さ部材１１２の長さの変更を防止する、作動構成を有する。ラチェット機構１１４は、可変長さ部材１１２の軸方向部分に沿って形成されたラチェット歯１１６と、歯１１６の中の１つを捕捉するように構成された爪１１８とを有する。爪１１８は、枢軸１２２の周囲に取り付けられ、偏心カム１２４を備える、制御要素１２０から延在する。偏心カム１２４が回転することにより、爪１１８は、次の３つの位置、すなわち、ａ）歯１１６とラチェット係合状態になることにより、可変長さ部材１１２が一方向に漸増的に移動し得る位置、ｂ）歯１１６とロック係合状態になることにより、可変長さ部材１１２が全く移動不可能となる位置、およびｃ）歯１１６との係合状態から解除されるように移動されることにより、可変長さ部材１１２が両方向に自在に移動し得る位置、の中の１つへと移動される。

可変長さ部材１１２の一方の端部１２３は、ハウジング１３０中に形成された孔１２８を通り線形移動するように構成される。可変長さ部材１１２は、２つの多軸関節装着部材１３２を備える。上述のものと同様に、両多軸関節装着部材１３２は、図１０に示すように部材１３２を貫通する椎弓根ねじ１３３を用いてなど、脊椎の使用可能な骨構造部に対してデバイス１００を装着するために使用される。図１３は、多軸関節装着部材１３２（例えばアイ・ジョイント）を貫通する椎弓根ねじ１３３の頭部１３５を図示する。ナット１３４が、椎弓根ねじ１３３を定位置位にしっかりと保持すると共に、多軸回転を可能にする。

上記の実施形態においては、ラチェット機構は、ラチェット歯を有する。本発明の別の実施形態によれば、ラチェット機構は、歯無し（連続「ラチェット」）であり、これは、離散的な漸増ステップとは対照的に、無制限の位置決めを可能にする。図１４および図１５に、２つの例を示す。図１４においては、ロッド１４０は、矢印１４１の方向において線形運動するように構成される。ディスク１４２が、枢軸１４４の周囲に偏心的に取り付けられる。ディスク１４２は、ロッド１４０に対して垂直であり枢軸１４４の中心を貫通する線１４８の上方の点１４６にて、ロッド１４０に接触する。ロッド１４０は、点１４６においてディスク１４２に対して当接状態で嵌め込まれるため、下方（矢印１４１に対する逆の方向）へは移動することができない。

図１５においては、ウェッジ１５０は、ロッド１４０に接触する。ロッド１４０は、ウェッジ１５０に対して当接状態で嵌め込まれるため、下方（矢印１４１に対する逆の方向）へは移動することができない。

米国特許第５１５２１９７号の歯無しラチェットおよびクラッチ機構などの（これに限定されない）、他の歯無しラチェット機構を使用することが可能である。

本発明は、本明細書において上記に具体的に示し図示したものに限定されないことが、当業者には理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、本明細書において上記で説明した特徴の組合せおよび下位組合せ、ならびに、前述の説明を読むことにより当業者に想起され、先行技術の範囲には含まれない、それらの変更形態および変形形態を共に含む。

Claims (13)

1. 一方向における可変長さ部材の長さの変更を可能にし、逆の方向における前記可変長さ部材の長さの変更を防止する、作動構成を有するラチェット機構を備える可変長さ部材であって、２つ以上の枢動軸を中心とする前記装着部材の枢動が可能な、骨に装着するための多軸関節装着部材を備える、可変長さ部材
   を備える、ラチェット式脊椎デバイス。
2. 前記ラチェット機構は、前記可変長さ部材が定位置にロックされる別の作動構成を有する、請求項１に記載のラチェット式脊椎デバイス。
3. 前記ラチェット機構は、前記可変長さ部材が前記方向のいずれにおいても長さを自在に変更し得るように、前記ラチェット機構が中立化される、別の作動構成を有する、請求項１に記載のラチェット式脊椎デバイス。
4. 前記ラチェット機構は、前記可変長さ部材が定位置にロックされる別の作動構成と、前記可変長さ部材が前記方向のいずれにおいても長さを自在に変更し得るように、前記ラチェット機構が中立化される、さらに別の作動構成とを有する、ラチェット式脊椎デバイスであって、前記作動構成の中の１つの選択を制御する制御装置をさらに備える、請求項１に記載のラチェット式脊椎デバイス。
5. 前記制御装置は、前記ラチェット機構の爪を、前記ラチェット機構の歯との間において作動整列状態へとまたは非作動整列状態へと選択的に移動させ、ロック要素を、前記可変長さ部材との間においてロック係合状態へとおよびロック係合解除状態へと選択的に移動させる、請求項４に記載のラチェット式脊椎デバイス。
6. 前記爪およびロック要素は、前記制御装置により回転されるスピンドルの上に取り付けられる、請求項５に記載のラチェット式脊椎デバイス。
7. 前記爪およびロック要素は、前記制御装置により回転される偏心機構の上に取り付けられる、請求項５に記載のラチェット式脊椎デバイス。
8. 前記多軸関節装着部材の中の１つが、前記可変長さ部材の端部にまたは端部付近に配置される、請求項１に記載のラチェット式脊椎デバイス。
9. 前記可変長さ部材に対して付勢力を印加するように作動する付勢デバイスをさらに備える、請求項１に記載のラチェット式脊椎デバイス。
10. 前記可変長さ部材は、異なる剛性を有する２つの部分を備える、請求項１に記載のラチェット式脊椎デバイス。
11. 前記多軸関節装着部材の中の少なくとも１つが、玉継手を備える、請求項１に記載のラチェット式脊椎デバイス。
12. 前記多軸関節装着部材の中の少なくとも１つが、フックを備える、請求項１に記載のラチェット式脊椎デバイス。
13. 前記ラチェット機構は、歯無しである、請求項１に記載のラチェット式脊椎デバイス。

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