JP2014046025A - 骨固定用メッシュプレート - Google Patents

Abstract

【課題】湾曲成形時においてスクリューホールの内周形状を維持できる、骨固定用メッシュプレートを提供する。
【解決手段】この骨固定用メッシュプレート１０は、三次元的に湾曲した形状をなす金属製のものであって、骨に締め付け固定するスクリュー５を挿入するためのスクリューホール２０と、スクリューホール２０を囲み、所定間隔で複数配列された枠状部３０と、枠状部３０どうしを連結するアーム４０とを有し、該アーム４０は、一端部４１が、隣り合う一対の枠状部３０の一方に、スクリューホール内周の接線方向に連結されると共に、他端部４３が、他方の枠状部３０の対角側の、スクリューホール内周の接線方向に連結され、Ｓ字状に屈曲した形状をなしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、頭蓋骨等の骨の欠損部を被覆したり、骨どうしを固定したりするために用いられる、骨固定用メッシュプレートに関する。

例えば、事故等によって頭蓋骨が損傷した場合に、その損傷部を被覆したり、或いは、脳腫瘍等の治療のため、頭蓋骨の一部を切除して開口させて、適宜手術を行った後、切除部を開口部に戻して固定したりするために、メッシュ状のプレートが用いられている。このようなメッシュ状のプレートは、スクリューホールを設けた複数の枠状部がアームで連結されたメッシュ状をなすと共に、頭蓋骨等の湾曲形状に適合するように、三次元的に湾曲した形状をなしている。

また、上記プレートは、例えば、Ｔｉやステンレス等の金属板材を打ち抜き加工してメッシュ状に形成した後、金属板材の周縁部を保持して、中央部を押し出しプレスすることで、所定の湾曲形状に成形される。

金属板材からなるプレートとして、例えば、下記特許文献１には、円形状の開口孔が形成された開口板が複数配置され、これらの開口板どうしが「くの字状」に屈曲したアームで連結されて網目状をなすと共に、頭蓋骨の形状に適合した湾曲形状とされた、Ｔｉ製のメッシュインプラントが記載されている。また、くの字状のアームの両端部は、開口孔内周の接線に対して直交するように、隣接する開口板に連結されている。

一方、樹脂製のプレートも存在しており、例えば、下記特許文献２には、スクリュー挿入用の開口部を設けた枠状部が複数配置され、これらの枠状部どうしがコネクタで結合されてなる生体吸収性ポリマーメッシュを具備した、生体吸収性ポリマーメッシュインプラントが記載されている。また、前記コネクタは、円弧状に湾曲した形状や、Ｓ字状に屈曲した形状をなすことが記載されている。

米国特許第５４６８２４２号明細書 特表２００５−５０７６８１号公報

しかしながら、従来の金属製プレートや、特許文献１のメッシュインプラントのように、金属板材を打ち抜き加工後、周縁部を保持しつつ中央部を押し出しプレスして、所定の湾曲形状に成形する場合には、金属板材の中央部に引張荷重が作用し、周縁部には圧縮荷重が作用するので、それらの荷重で枠状部や開口板が変形して、スクリューホールや開口孔の内周形状が維持できずに、スクリューを挿入できなくなることがあった。

特に特許文献１のメッシュインプラントでは、アームがくの字状をなし、その両端部が、開口孔内周の接線に対して直交するように開口板に連結しているので、金属板材の中央部の押し出しプレス時にアームが変形しにくく、開口板に引張荷重や圧縮荷重が付加されやすいため、開口部の内周形状が潰れやすいという問題がある。

一方、特許文献２においては、枠状部どうしを結合するコネクタが、円弧状やＳ字状をなすことが記載されているが、引用文献２の生体吸収性ポリマーメッシュは、樹脂で射出成形されるものであって、金属製プレートにおける上記問題点については何ら記載されていない。

したがって、本発明の目的は、湾曲成形時においてスクリューホールの内周形状を維持することができ、スクリューを確実に挿入することができる、骨固定用メッシュプレートを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、骨の固定又は骨欠損部の被覆のために用いられる、三次元的に湾曲した形状をなす、金属製の骨固定用メッシュプレートであって、前記骨に締め付け固定するスクリューを挿入するためのスクリューホールと、該スクリューホールを囲み、所定間隔で複数配列された枠状部と、該枠状部どうしを連結するアームとを有し、前記アームは、一端部が、隣り合う一対の枠状部の一方に、スクリューホール内周の接線方向に連結されると共に、他端部が、他方の枠状部の対角側の、スクリューホール内周の接線方向に連結され、Ｓ字状に屈曲した形状をなしていることを特徴とする。

本発明の骨固定用メッシュプレートにおいては、前記アームの端部は、プレート表側から見て、前記枠状部における前記スクリューホール内周の接線方向に沿って、反時計方向に伸びるように連結されていることが好ましい。

本発明の骨固定用メッシュプレートにおいては、前記スクリューホールは、三角形、四角形、五角形、六角形又はそれらの組み合せからなる角形パターンの頂点に位置するように配列されていることが好ましい。

本発明によれば、連結すべき骨どうしの間又は骨の欠損部を覆うように骨固定用メッシュプレートを配置した後、スクリューホールにスクリューを挿入して骨に締め付け固定することにより、骨どうしを骨固定用メッシュプレートで連結したり、骨の欠損部を骨固定用メッシュプレートで覆って固定したりすることができる。

この骨固定用メッシュプレートは、金属板材を打ち抜き加工等の方法で、スクリューホールが形成された複数の枠状部と、これらの枠状部を連結するアームとを有するメッシュ状に加工した後、プレス成形によって任意の湾曲形状に成形することにより製造することができる。

そして、上記のプレス成形の際、例えば周縁部を保持して中央部を押し出しプレスすると、中央部には引張荷重が作用し、周縁部には圧縮荷重が作用する。このため、引張荷重が作用する部分ではＳ字状のアームが引き伸ばされ、圧縮荷重が作用する部分ではＳ字状のアームが更に屈曲する。その結果、枠状部にも変形荷重がかかる。

しかし、本発明では、アームは、一端部が、一方の枠状部のスクリューホール内周の接線方向に連結されると共に、他端部が、他方の枠状部の対角側のスクリューホール内周の接線方向に連結されているので、アームを介して引張荷重や圧縮荷重が作用しても、枠状部が回転することによって、それらの荷重を逃がすことができ、枠状部の変形を防止して、スクリューホールの内周形状を維持することができる。その結果、スクリューホールが潰れて、スクリューが挿入できなくなるのを防ぐことができる。

本発明に係る骨固定用メッシュプレートの、第１実施形態を示す斜視図である。 同メッシュプレートの拡大斜視図である。 同メッシュプレートの湾曲成形前における展開図である。 （ａ）は同メッシュプレートの湾曲成形後における、中央部と周縁部との間の部分の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢示線における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視線における断面図である。 同メッシュプレートの湾曲成形後における、中央部の拡大図である。 同メッシュプレートの湾曲成形後における、周縁部の拡大図である。ている。 同メッシュプレートの湾曲成形工程を示しており、（ａ）は湾曲成形前の状態を示す説明図、（ｂ）は湾曲成形後の状態を示す説明図である。 同メッシュプレートの使用状態を示す斜視図である。 本発明に係る骨固定用メッシュプレートの、第２実施形態を示す斜視図である。 同メッシュプレートの湾曲成形後における、中央部と周縁部との間の部分の拡大図である。 同メッシュプレートの湾曲成形後における、中央部の拡大図である。 同メッシュプレートの湾曲成形後における、周縁部の拡大図である。ている。 本発明に係る骨固定用メッシュプレートの、第３実施形態を示す斜視図である。

以下、図１〜８を参照して、本発明に係る骨固定用メッシュプレートの、第１実施形態について説明する。

図１及び図２に示すように、この実施形態における骨固定用メッシュプレート１０（以下、「メッシュプレート１０」という）は、頭蓋骨１の骨欠損部３を被覆するために用いられるものであって、頭蓋骨１の湾曲形状に適合すべく三次元的に湾曲した形状をなしている。

なお、図３には、メッシュプレート１０の湾曲成形前の展開図が示され、図４（ａ）には、メッシュプレート１０の湾曲成形後の、中央部と周縁部との間の部分の拡大図が示され、図５には、メッシュプレート１０の湾曲成形後の中央部の拡大図が示され、図６には、メッシュプレート１０の湾曲成形後の周縁部の拡大図が示されている。

図２及び図３に示すように、このメッシュプレート１０は、前記頭蓋骨１に締め付け固定するスクリュー５（図４（ｂ）参照）を挿入するためのスクリューホール２０と、該スクリューホール２０を囲み、所定間隔で複数配列された枠状部３０と、これらの複数の枠状部３０どうしを連結するアーム４０とを有している。

なお、この実施形態におけるスクリュー５は、円盤状の頭部６と、該頭部６の裏面中央から延出し、外周に雄ネジが形成された軸部７とからなり、骨に対してねじ込むことで締め付け固定する、いわゆるタッピングネジとされ、その締付け回転方向は時計回りとなっている。

各スクリューホール２０は、円形の軸孔２２と、該軸孔２２の外周であって、前記枠状部３０のプレート表側から所定深さで形成された環状のザグリ部２４とからなり、前記軸孔２２には前記スクリュー５の軸部７が挿入され、前記ザグリ部２４には前記スクリュー５の頭部６が入り込んで支持する部分となっている。なお、上記「プレート表側」とは、メッシュプレート１０における骨との接触面とは、反対側の面を意味する（以下の説明においても同様）。

図３に示すように、メッシュプレート１０の湾曲成形前における、各スクリューホール２０の内径Ｄ１は、１．０〜３．０ｍｍであることが好ましく、１．６〜２．４ｍｍであることがより好ましい。

そして、複数のスクリューホール２０は、所定パターンで規則的に配列されるようになっている。図３に示すように本実施形態では、三角形の角形パターンの頂点に位置するように、各スクリューホール２０が配列されている。

また、図３に示すように、メッシュプレート１０の湾曲成形前における、隣接するスクリューホール２０，２０どうしのピッチＰ（スクリューホール２０の中心Ｃ，Ｃ間の距離）は、６〜８ｍｍであることが好ましく、６〜７ｍｍであることがより好ましい。前記ピッチＰが６ｍｍ未満の場合には、スクリューホール２０，２０間の距離が狭くなり、アーム４０を変形させにくくなり、ピッチＰが８ｍｍを超える場合には、メッシュプレート１０を骨に固定する際に、スクリュー５をねじ込む位置の選択の自由度が低くなり、適切な位置にねじ込みにくくなる。

図３の想像線で示すように、各枠状部３０の、スクリューホール２０の中心Ｃに対して最も近接した部分の外径Ｄ２は、４〜６ｍｍであることが好ましく、４〜５ｍｍであることがより好ましい。上記外径Ｄ２が４ｍｍ未満の場合、骨固定用として一般的に用いられるスクリュー５の頭部外径（２ｍｍ程度）に対応しにくくなり、外径Ｄ２が６ｍｍを超える場合には、枠状部３０，３０間の距離が狭くなり、アーム４０を変形させにくくなる。

一方、隣接する枠状部３０，３０どうしを連結する各アーム４０は、その一端部４１が、隣り合う一対の枠状部３０，３０の一方に、スクリューホール内周の接線方向Ｆに連結されると共に、他端部４３が、他方の枠状部３０の対角側の、スクリューホール内周の接線方向Ｆに連結され、Ｓ字状に屈曲した形状をなしている。各アーム４０は、それらの両端部４１，４３が互いに離れる方向に延出されて、対応する枠状部３０，３０に連結された形状をなしている。なお、本発明におけるアームの「Ｓ字状に屈曲した形状」とは、アームの両端部が、アーム中間部分に対して、例えば、直角又はそれに近い角度で屈曲した形状、すなわち、クランク状に屈曲して、全体としてＳ字状をなすような形状も含む意味である。

また、各アーム４０の両端部４１，４３は、プレート表側から見て、枠状部３０におけるスクリューホール内周の接線方向Ｆ（図４（ａ）参照ａ）に沿って、反時計方向に伸びるように連結されている。更にアーム４０は、各枠状部３０の外周に周方向に沿って均等な間隔をあけて連結されており、この実施形態では、各枠状部３０の外周に、均等な間隔で６本のアーム４０が連結された構造となっている。

なお、上述した、隣り合う一対の枠状部３０，３０の対角側とは、Ｓ字状をなしたアーム４０の両端部４１，４３が、隣接するスクリューホール２０，２０の内周の共通内接線Ｍ（図４参照）に沿った方向となるように連結する位置をいう。

また、各アーム４０の両端部４１，４３の、枠状部３０との連結部分には、アーム変形時の応力集中を緩和するための、円弧状のＲ状部４７が設けられている。

なお、図４（ｃ）に示すように、各アーム４０の厚さＴは、その幅Ｗよりも大きく形成されていることが好ましい。具体的には、アーム４０の幅Ｗを１としたとき、アーム４０の厚さＴは、１．０〜１．５であることが好ましく、１．１〜１．３であることがより好ましい。

また、図３に示すように、メッシュプレート１０の湾曲成形前における、アーム４０の長さ、すなわち、アーム４０の両端部４１，４３の、枠状部３０との連結位置Ｈ，Ｈとを結ぶ直線の長さは、５．０〜８．０ｍｍであることが好ましく、６．０〜７．０ｍｍであることがより好ましい。

更に、このメッシュプレート１０には、複数のアーム４０によって囲まれた開口部５０が画成されている。この開口部５０の、メッシュプレート１０の湾曲成形前における面積は、１０〜１００ｍｍ^２であることが好ましく、２０〜４０ｍｍ^２であることがより好ましい。上記面積が１０ｍｍ^２未満の場合は、アーム４０が変形しにくくなり、同面積が１００ｍｍ^２を超える場合には、頭蓋骨１の骨欠損部３をメッシュプレート１０で被覆する際に、脳を保護しにくくなる。

また、このメッシュプレート１０においては、メッシュプレート１０の全体の面積に対して、スクリューホール２０及び開口部５０の全面積の割合が、３０〜７０％であることが好ましく、４０〜６０％であることがより好ましい。上記割合が３０％未満の場合は、メッシュプレート１０を湾曲成形しにくくなり、同割合が７０％を超える場合には、メッシュプレート１０の剛性が確保しにくくなる。

以上説明したメッシュプレート１０は、Ｔｉや、Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ系、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｂ−Ｔａ系、Ｔｉ−Ｚｒ−Ｎｂ−Ｔａ系、Ｔｉ−Ｍｏ−Ｚｒ−Ａｌ系等のＴｉ系合金、ステンレス、Ｎｉ−Ｔｉ系合金、Ｃｏ−Ｃｒ系合金、その他の生体適合性金属等からなる金属からなる。

次に、上記メッシュプレート１０の作用効果について説明する。

このメッシュプレート１０は、例えば、次のようにして製造される。

まず、上記のような金属からなる金属板材を、例えば、打ち抜き加工等の方法によって、スクリューホール２０が形成された複数の枠状部３０と、これらの枠状部３０を連結するアーム４０とを有するメッシュ状に加工する（図３参照）。

次いで、メッシュ状の金属板材をプレス成形によって湾曲成形する。この際には、図７に示すような互いに近接離反可能とされた一対の型６０，６１が用いられる。一方の型６０の中央には、所定の湾曲形状とされた凹部６０ａが形成されていると共に、他方の型６１の中央部には、前記凹部６０ａに適合する湾曲形状の凸部６１ａが突設されている。

そして、図７（ａ）に示すように、金属板材１５の周縁部を固定ピン６３で型６０に所持固定した状態で、他方の型６１を近接させる。すると、金属板材１５の中央部表側が凹部６０ａにより支持されつつ、金属板材１５の中央部裏側が凸部６１ａによって押し出しプレスされて、図７（ｂ）に示すように、所定の三次元形状をなしたメッシュプレート１０を製造することができる。

このとき、図７（ｂ）に示すように、金属板材１５の中央部には引張荷重が作用し、周縁部には圧縮荷重が作用するため、引張荷重が作用する中央部では、図５に示すようにアーム４０が引き伸ばされる一方、圧縮荷重が作用する周縁部では、図６に示すようにアーム４０が更に屈曲して、アーム４０を介して各枠状部３０にも荷重が作用することとなる。なお、図４に示すように、金属板材１５の中央部と周縁部との間の部分は、アーム４０の変形量は少ないものとなっている。

しかし、このメッシュプレート１０においては、アーム４０の一端部４１が、一方の枠状部３０のスクリューホール内周の接線方向Ｆに連結されると共に、他端部４３が、他方の枠状部３０の対角側のスクリューホール内周の接線方向Ｆに連結されているので、アーム４０を介して引張荷重や圧縮荷重が作用した場合に、枠状部３０が所定方向に回転して荷重を逃がすことができる。その結果、枠状部３０の変形を防止して、スクリューホール２０が潰れることを防止し、スクリューホール２０の内周形状を円形状に維持することができ、同スクリューホール２０にスクリュー５が挿入できなくなることを確実に防ぐことができる。

そして、上記のように製造されたメッシュプレート１０を、図８に示すように、頭蓋骨１の骨欠損部３に配置して、そのプレート裏側を骨欠損部３の周縁部に当接させ、スクリューホール２０に適宜スクリュー５の軸部７を挿入して、該スクリュー５を時計方向に回転させて、その頭部６をザグリ部２４に当接させた状態で、軸部７を締め付け固定することで（図４（ｂ）参照）、メッシュプレート１０で骨欠損部３を被覆した状態で、頭蓋骨１に固定することができる。

このとき、この実施形態においては、アーム４０の両端部４１，４３は、プレート表側から見て、枠状部３０におけるスクリューホール内周の接線方向Ｆに沿って、反時計方向に伸びるように連結されている。そのため、上記のように、スクリューホール２０にスクリュー５を挿入して時計方向に回転させ、骨に締め付け固定するときに、枠状部３０外周のアーム４０を引き寄せることができるので、枠状部３０を骨に密着させやすくすることができ、骨に対してメッシュプレート１０をよりしっかりと固定することができる。

また、各枠状部３０の外径Ｄ２（図３参照）を４〜６ｍｍとした場合には、一般的な骨固定用のスクリュー５に問題なく対応することができると共に、枠状部３０，３０間の距離が適度に確保されて、金属板材１５をプレス成形する際に、アーム４０を比較的変形させやすくすることができる。

更に、スクリューホール２０，２０どうしのピッチＰ（図３参照）を６〜８ｍｍとした場合は、スクリューホール２０，２０間の距離が適度に確保され、金属板材１５のプレス成形時に、アーム４０を比較的変形させやすくすることができると共に、スクリューホール２０を適当な間隔で設けることができ、メッシュプレート１０を骨に安定して固定することができる。

また、メッシュプレート１０の開口部５０の面積を１０〜１００ｍｍ^２とした場合には、金属板材１５のプレス成形時にアーム４０を変形させやすく、かつ、頭蓋骨１の骨欠損部３を過不足なく被覆して、脳をしっかりと保護することができる。

更に本実施形態においては、図３に示すように、スクリューホール２０は、三角形の角形パターンの頂点に位置するように配列されているので、上述したような、枠状部３０の外径Ｄ２や、隣接するスクリューホール２０，２０どうしのピッチＰ、開口部５０の面積等を、適切な範囲にしやすくすることができる。

なお、上記実施形態では、頭蓋骨１の骨欠損部３を被覆するために、メッシュプレート１０を利用したが、これに限定されるものではない。例えば、脳腫瘍や脳血栓等の治療のために開頭手術を行う際に、頭皮を切開してバーホールを複数開け、これらを基点として頭蓋骨１の一部を切除して取外して開口させ、この開口部を通して適宜治療を行った後、切除部を開口部に戻して固定する場合や、或いは、腕や足の骨折時において骨どうしを固定する場合に、このメッシュプレート１０を利用してもよい。

図９〜１２には、本発明に係る骨固定用メッシュプレートの、第２実施形態が示されている。前記実施形態と実質的に同一部分には同符号を付してその説明を省略する。

この実施形態における骨固定用メッシュプレート１０ａ（以下、「メッシュプレート１０ａ」という）は、前記実施形態に対して、スクリューホール２０の配列パターンが異なっている。

すなわち、この実施形態では、四角形の角形パターンの頂点に位置するように、複数のスクリューホール２０がそれぞれ配列されている（図９参照）。

そして、この実施形態においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、金属板材の周縁部を保持しつつ中央部を押し出しプレスすると、金属板材の中央部に引張荷重が作用して、アーム４０が引き伸ばされ（図１１参照）、金属板材の周縁部に圧縮荷重が作用して、アーム４０が更に屈曲し（図１２参照）、金属板材の中央部と周縁部との間の部分ではアーム４０の変形量が抑制された状態で（図１０参照）、プレス成形される。

このとき、アーム４０の一端部４１が、一方の枠状部３０のスクリューホール内周の接線方向Ｆに連結されると共に、他端部４３が、他方の枠状部３０の対角側のスクリューホール内周の接線方向Ｆに連結されているため、枠状部３０を所定方向に適宜回転させて、荷重を逃がすことができるので、枠状部３０の変形を防止して、スクリューホール２０の潰れを防止することができる。

図１３には、本発明に係る骨固定用メッシュプレートの、第３実施形態が示されている。前記実施形態と実質的に同一部分には同符号を付してその説明を省略する。

すなわち、この実施形態における骨固定用メッシュプレート１０ｂ（以下、「メッシュプレート１０ｂ」という）においては、五角形の角形パターンの頂点に位置するように、複数のスクリューホール２０がそれぞれ配列された構造となっている。この配列パターンであっても、湾曲成形時に、枠状部３０を所定方向に適宜回転させて、その荷重を逃がして、枠状部３０の変形を防止でき、スクリューホール２０の潰れを防止することができる。

なお、以上説明したように、第１実施形態では、三角形の角形パターンの頂点に各スクリューホール２０が配列され、第２実施形態では、四角形の角形パターンの頂点に各スクリューホール２０が配列され、第３実施形態では、五角形の角形パターンの頂点に各スクリューホール２０が配列されているが、これ以外にも、六角形の角形パターンの頂点に各スクリューホール２−を配列してもよく、更に、一つの骨固定用メッシュプレートに対して、三角形、四角形、五角形、六角形を適宜組み合わせてもよい。

１ 頭蓋骨
３ 骨欠損部
５ スクリュー
１０，１０ａ，１０ｂ 骨固定用メッシュプレート（メッシュプレート）
２０ スクリューホール
３０ 枠状部
４０ アーム
５０ 開口部

Claims (3)

1. 骨の固定又は骨欠損部の被覆のために用いられる、三次元的に湾曲した形状をなす、金属製の骨固定用メッシュプレートであって、
   前記骨に締め付け固定するスクリューを挿入するためのスクリューホールと、
   該スクリューホールを囲み、所定間隔で複数配列された枠状部と、
   該枠状部どうしを連結するアームとを有し、
   前記アームは、一端部が、隣り合う一対の枠状部の一方に、スクリューホール内周の接線方向に連結されると共に、他端部が、他方の枠状部の対角側の、スクリューホール内周の接線方向に連結され、Ｓ字状に屈曲した形状をなしていることを特徴とする骨固定用メッシュプレート。
2. 前記アームの端部は、プレート表側から見て、前記枠状部における前記スクリューホール内周の接線方向に沿って、反時計方向に伸びるように連結されている請求項１記載の骨固定用プレート。
3. 前記スクリューホールは、三角形、四角形、五角形、六角形又はそれらの組み合せからなる角形パターンの頂点に位置するように配列されている請求項１又は２記載の骨固定用プレート。