JP2014518646A - 髄内釘における先端ネジ孔位置決め装置 - Google Patents

Abstract

骨の髄管内に設置される髄内釘における少なくとも一つの先端ネジ穴を位置決めするための先端ターゲティング装置、該装置は該釘の内腔内に設置可能な細長くかつ再構成可能なプローブを含んでいる。
【選択図】図１１

Description

本願は２０１１年３月２５日出願、米国仮特許願第６１/４６７，６１４号の利益を主張し、該出願全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、Ｘ線を使用することなく髄内釘における先端ネジ孔位置決めを行うことに関する。特に、本発明は該先端ネジ孔の前後方向及び中間横方向の変位を計測しかつ外部ターゲティング治具を整列させるためにこの情報を利用することによって先端ネジ孔を位置決めするために使用される。

長い骨の骨折は髄内釘で処理される。髄内釘は、大腿骨のような処理される長い骨の構造に一致させるある手法で折曲された管状金属である。髄内釘は骨の髄管内に挿入されそして該釘の基部及び先端部に位置する孔を介して嵌合ネジによって基部及び先端部の骨片にロックされる。該釘は該骨の内部にありそして該ネジ孔は黙示できないために該髄内釘の両方の部位を適所にロックすることは難しいけれども、該骨の基部に該髄内釘をロックすることは該釘の基端部に取り付けられるターゲティング治具の助けによって幾分容易となる。何故ならば、該基部は該釘の挿入点に対して該先端部よりも近いからである。一方、先端部のロックは一層難しい。何故なら、該釘は骨への該釘の挿入点からさらに遠くかつ該釘の基端部に取り付けられたターゲティング治具は該骨に挿入される際に該釘が変形する場合該先端孔と誤整列することが起こりうるからである。

該先端ネジ孔を位置決めする一つの一般的な方法は、該ネジ孔を可視化しかつ手持ちドリルによって該骨を外側から目標とするために蛍光透視装置又はＣ−アームイメージ増倍管を使用することである。しかしながら、Ｃ−アームイメージ増倍管の繰り返しの使用によるＸ線被曝は外科医にとって彼らの職業上の経験を通して散在されたＸ線放射の相当量が蓄積されるという危険が生じる。さらに、Ｃ−アームイメージ増倍管は高価であり、全ての病院で一般的に入手できるものではない。

従来から、Ｘ線の使用なしに先端ネジ孔を位置決め用に幾つかのターゲティング治具が提案されかつ開発されてきた。しかしながら、これらの装置の多くは、釘が変形する際に引き起こされる誤整列のために安定して作動しない。従って、Ｘ線を使用することなく髄内釘において先端ネジ孔を位置決め装置及び方法の改良が必要である。

本発明の装置及び方法は、髄内釘において先端ネジ孔を正確に位置決めするためのものである。

本発明の第一の態様において、骨の髄管内に配置される髄内釘における少なくとも一つの先端ネジ孔を位置決めするための先端ターゲティング装置が提供される。該先端ターゲティング装置は、該釘の内腔の内部に配置されるように形成されている細長くかつ変形可能なプローブを有している。該変形可能なプローブは、プローブ軸に沿って長手方向に延びる複数個のセグメントを有することができ、該複数個のセグメントの各々はヒンジによって少なくとも一つの隣接するセグメントに可撓性を有して接続されている。特定のプローブの該複数個のセグメントは剛性又は可撓性を有することができ、また剛性及び可撓性セグメントの組み合わせを有することもでき、そして該ヒンジはピボットヒンジ又は可撓性ヒンジを含むことができる。該複数個のセグメントは、連係する延伸部材を設けた端部を有する１又は複数個のセグメントを含むことができ、該延伸部材は該セグメント端部よりも少なくとも一つのディメンションにおいて大であるが、位置決めされることになる髄内釘の内側の内腔よりも小である。

本発明の先端ターゲティング装置は、さらに前記プローブの少なくとも一つのデータ収集部材からの情報に応答して前記すくなくとも一つの先端ネジ孔の位置に対応する前後方向及び中間横方向の少なくとも一つの方向に調節可能である調節可能な外部治具をさらに有することができる。

髄内釘のための先端ネジ孔を設置するために現在用いられている外部ターゲティング治具は該釘を骨に挿入する際の該釘の曲げ変形に起因してしばしば不適切な状態となる。殆どの釘打ち作業にとって、外部治具の精度に悪影響を与える釘の最も重大な変形は前後方向において発生する曲りである。もしも前後方向における該ネジ孔の変位が計測可能であれば、該ネジ孔は外部治具を用いることによって正確に位置決めすることができる。本発明装置及び方法は、該髄内釘の内腔内に配置されるプローブを使用することによって先端ネジ孔の前後方向における変位を計測するために使用される。そして調節可能な外部治具はプローブ計測を用いて該先端ネジ孔と整列せしめられる。

従来技術の髄内釘の斜視図である。 本発明の計測プローブの斜視図である。 図２に図示したタイプの測定プローブの可撓性ヒンジの一つの拡大斜視図である。 前記ヒンジに取り付けられた一つのひずみゲージを有する計測プローブの可撓性ヒンジの詳細な斜視図である。 前記ヒンジに取り付けられた二つのひずみゲージを有する計測プローブの可撓性ヒンジの詳細な斜視図である。 計測プローブ及び外部治具を含む本発明の一つの実施の形態の斜視図である。 髄内釘と共に使用されている本発明の一つの実施の形態の斜視図である。 本発明の計測プローブの他の実施の形態の斜視図である。 図７の計測プローブのヒンジの拡大斜視図である。 本発明の計測プローブのもう一つの実施の形態の斜視図である。 本発明による外部治具のもう一つの実施の形態の斜視図である。 髄内釘と共に使用されている図１０の外部治具及び図９の計測プローブの斜視図である。

本発明は添付の図面を参照してさらに説明される。図面において、同様の構造が複数の図面全てにおいて同様の符号によって言及される。
図面を参照すると、構成部材は数枚の図面に亘って同様の符号で示され、まず図１を参照し、内腔２及び先端ネジ孔３ａ及び３ｂを有し該内腔の全長に亘って貫通する代表的な従来技術の髄内釘１が図示されており、これは髄内釘の一つの実施の形態である。しかしながら、異なる構成を有する他の髄内釘もまた本発明の位置決め装置について使用されるものである。

図２及び図３は、本発明の計測プローブ４を図示している。該計測プローブは、プローブ基体９、プローブセグメント６ａ及び６ｂ、及びプローブ基体９とセグメント６との間及びセグメント６ａ及び６ｂの間の二つの可撓性ヒンジ５を含む。ここでは二つのヒンジが図示されかつ説明されるが、特定の測定プローブは二つのヒンジより多い又は少ない数のヒンジを含むことができるものである。該可撓性ヒンジ５は、比較的薄い断面を有し、該断面は例えば長方形の形状でありうるものであり、そして該ヒンジは図３、図４ａ及び図４ｂに示されるように、一つの面においの曲げを可能とする。

操作において、可撓性ヒンジ５の曲げ面が髄内釘の曲げ面（例えば、大腿骨部のサジタル面に平行）に対応するように、計測プローブ４は髄内釘の内腔２内にその端部から挿入される。計測プローブ４が挿入されると、該可撓性ヒンジ５は該計測プローブが内腔２の屈曲又は湾曲形状に一致するように曲げることができる。プローブ基体９及びプローブセグメント６ａ及び６ｂは該可撓性ヒンジ５と比較して相対的に剛性を有している。該プローブ構造の隣接領域に比較しての可撓性ヒンジ５の相対的可撓性に起因して、該計測プローブ４が内腔２内に挿入される際の該計測プローブ４のいかなる変形も孤立されかつ該可撓性ヒンジ５の領域に主として又は独占的に集中せしめられることなる。プローブ基体９の該基体端部７ａ及びプローブセグメント６ａ及び６ｂのセグメント端部７ｂ、７ｃ、７ｄ及び７ｅは、内腔２の直径に殆ど一致しかつプローブ基体９及びプローブセグメント６ａ及び６ｂの中央部分の直径よりも大きい直径を有する球状端部部分として図示されている。この構造はプローブ４が比較的一定の態様で変形することができるようにする。何故ならば、該接触点は基端端部７ａ及びセグメント端部７ｂ、７ｃ、７ｄ及び７ｅにおける所定の位置に限定されるからである。プローブ基体９及びプローブセグメント６ａ及び６ｂの中央部分はまた内腔２の形状に一層近づけるため及び球状端部以外の内腔２との接触を排除するために、プローブ基体９及びプローブセグメント６ａ及び６ｂの中央部分はまた屈曲又は湾曲した形状を有するように形成されている。

なお、本明細書において、「球状端部部分」又は「球状部材」における用語「球状」の使用は実際上の球として形成された端部部分のみを包含することを意味するものではない。むしろ、本発明における該端部部分に関して本明細書において用語球状の使用は、それよりも異なる形状、例えば、楕円形、立方形、三角形及びそれらの類似形状を含むものである。しかしながら、これらの部材と髄内釘の内腔の内部との接触に関して本明細書に記載した利点を提供するためには、プローブセグメントの端部における「球状」部材の次元の少なくとも一つは対応するプローブセグメントの外面の次元の少なくとも一つよりも大であることが必要である。それ故、これらの球状部材は本明細書においてはまた「延伸部材」と呼ばれることもある。

図４ａ及び図４ｂは可撓性ヒンジ５の実施の形態をさらに詳細に図示している。図４ａの実施の形態において、ひずみゲージ８は可撓性ヒンジ５の一側面に取り付けられた状態で示されている。オプションとして、図４ｂに示されるように、可撓性ヒンジ５の各側面に一つずつ２つのひずみゲージを取り付けることも可能である。計測プローブ４は内腔２の内部に挿入されている間は、１又は複数のヒンジ５の周りで変形するので、各可撓性ヒンジ５の曲げ変形はひずみゲージ８によって計測される。可撓性ヒンジ５の曲げ応力が弾性範囲内に保持されている限り、この曲げ変形は隣接するセグメントに関するプローブ４の各セグメントの角変位、例えばプローブ基体９に関しプローブセグメント６ａの角変位、と直線状の相関関係を有するであろう。該セグメントの長さを角変位に掛けることによって、該隣接するセグメントの軸に関する各セグメント端部の変位、例えば軸９´に関しセグメント端部７ｃの変位、の計算を行う。該軸９´は図３に示されている。基体端部７ａに関するセグメント端部７ｂの変位はそれらの互いの近接性に起因して無視可能であり、又はある補正係数を計算で考慮することが可能である。同様に、軸６ａ´に関するセグメント端部７ｅの変位（図２及び図３参照）はセグメント６ａ及び６ｂ間の角変位から算出可能である。これらの変位を一緒に加えることによって、計測プローブ４の基体９に関するセグメント端部７ｅの全ての変位の計算を行うこととなる。操作においては、セグメント端部７ｅは先端孔３ａ又は３ｂのどちらかに近く位置せしめられ、その結果セグメント端部７ｅの位置はプローブ基体９に関して先端孔の位置に近接して対応することとなる。

図５は外部治具１０に取り付けられた基体９を図示している。外部治具１０は釘取付部１１を有し、該釘取付部は釘１の基端端部、枢着ジョイント１２、及び案内孔１４ａ、１４ｂを備えた延長アーム１３に強固に取り付けられている。該釘の軸に沿って測定される際、該釘１の基端端部から該案内孔１４ａ、１４ｂの距離が釘１の基端端部から該先端孔３ａ、３ｂの距離にそれぞれ対応するような態様で延長アーム１３は調整される。上述したように、セグメント端部７ｅの位置はひずみゲージの目盛から計算可能なので、そのセグメント端部７ｅの既知の位置を使用することによって、図６に示されるように、案内孔１４ａ、１４ｂが髄内釘１の先端孔３ａ、３ｂと一列となるように、使用者は前後方向における延長アーム１３を位置決めすることができる。

可撓性ヒンジ５のひずみを計測するために、ひずみゲージ８の幾つか又は全ては適当な電気回路及び装置に接続可能とされている。該ひずみの値は、計算によって、又は当業者にとって公知である適当な式及び変換係数を用いることによって、順次変位データに変換可能とされている。図面には図示されていないが、ひずみゲージへの電気配線のためのスペースは、例えば、セグメント６ａ、６ｂ及び／又は基体９の長さに沿って空洞を形成するか又は溝を切ることによって形成することができる。

図７は本発明の計測プローブ１５のもう一つの実施の形態を図示している。この実施の形態において、上記した実施の形態に関して議論した可撓性ヒンジによって接続された剛性セグメントを有するよりもむしろ、図７は、剛性基体部材１６、可撓性ヒンジ１７、及び可撓性セグメント１８からなるプローブ１５を提示している。基体部材１６は、略円筒形部１６ａと、プローブ１５が配置される髄内釘１の内腔２の直径に略一致する直径を有する二つの球状部分１６ｂ、１６ｃとから構成されている。また、該球状部分１６ｂ、１６ｃの直径は円筒形部分１６ａの直径よりも大である。可撓性ヒンジ１７は、図８に示されるように、基体部材１６に取り付けられ、かつまた可撓性セグメント１８に取り付けられている。可撓性ヒンジ１７は薄い長方形断面を有し、そしてまた一つ又は複数のひずみゲージ、例えばひずみゲージ１９、を具備している。可撓性セグメント１８は可撓性部分１８ａ及びその先端端部の球状部分１８ｂから構成され、該球状部分１８ｂは釘１の内腔２の直径に略一致する直径を有し、そしてそれは可撓性部分１８ａの直径よりも大である。可撓性部分１８ａは剛性基体部材１６よりもより大きい可撓性を有するように構成されている。その結果、同一の曲げモーメントが掛けられた場合には、剛性基体部材１６の変形は可撓性部分１８ａの変形よりも著しく小さくなる。

プローブ１５が髄内釘１内に挿入されると、可撓性ヒンジ１７は及び可撓性セグメント１８を有するプローブ１５の部分は片持ち梁のように作動しそして釘１の先端部分の輪郭に近接するように曲がり、一方剛性基体部材１６は実質的に直線状を維持し、それによって釘取付部１１及び釘１の基端部分の直線状輪郭に近接する。このように、プローブ１５と、釘取付部１１及び内腔２の内面壁との接触は球状部分１６ｂ、１６ｃ、１８ｂの主として又は独占的に限定されている。ひずみゲージ１９による計測は、基体１６に関して球状部分１８ｂの変位に直接比例しており、そして髄内釘１の先端孔３ａ、３ｂを設置するために使用される。可撓性部分１８ａは、またそれが曲がる際に、例えばその長さに沿って一定の円筒形断面の替わりにテイパー状の断面をもたせることによって、又は所定の態様でそれを予め折曲させておくことによって、釘の輪郭に比較的近接するように設計されている。

図９は本発明における計測プローブのもう一つの実施の形態を図示している。同図に図示されているように、プローブアセンブリ２０は実質的に互いに同様の構造を有する二つのプローブ２１，２４から構成されており、そしてそれらのプローブは接続部材２８を介して互いに強固に接続されている。プローブ２４の基体２５がプローブ２１の基体２２の二つの球状部分２２ａ、２２ｂに比較してただ一つの球状部分２５ａを有している点を除いて、プローブ２１，２４はプローブ１５の構造に関して上述したように一般的には形成される。これは余分な支持体を除きそして図１０に示した典型的な外部治具２９について基体２２，２５の安定的かつ繰り返し可能な方向付けを提供することを意図している。

プローブ２１，２４は構造においては実質的に同様であり、該プローブアセンブリ２０が使用される場合には、該プローブへの接触は球状部分２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２５ａｍ及び２６ａに主として又は独占的に限定されるので、基体２２及び基体２５に関して前後方向における球状部分２３ａ、２６ａの位置は、もしもプローブ２１，２４に対する該ひずみゲージの目盛の読みが同一であるならば、同一となるであろう。計測ファクタはプローブ２１，２４間のいかなる変動にも適用するように使用される。

図１０は外部治具２９を図示し、そして図１１は該外部治具２９に取り付けられた釘１を、釘１及び外部治具２９に挿入されたプローブアセンブリ２０とともに図示している。取付部分３２の内壁及び釘１の内腔２をシミュレーションしかつ球状部分２５ａ及び２６ａとの接触点を提供するために外部治具２９には案内壁３０，３１が設けられている。操作上では、プローブ２１は球状部分２３ａがターゲティングされる先端孔に位置し又は近傍に位置するように釘１に挿入され、一方プローブ２４は案内壁３０，３１を介して挿入される。プローブ２１、２４におけるひずみゲージの読みが同一になるまで、該工程におけるプローブ２４の可撓性セグメント２６及び可撓性ヒンジ２７を折曲している間、延長アーム３３はついで前後方向に調整される。この点において、基体２２及び基体２５に関して球状部分２３ａ，２６ａの位置はそれぞれ同一である。このように、案内孔３４ａ（及び／又は案内孔３４ｂ）はターゲティングされる対応する釘先端孔と一列となる。

ここに記載した本発明に従って、変形可能なプローブのいずれもが、髄内釘の内腔及び／又は釘保持部材と接触ことができるようにデザインされ、かつある数の所定点に限定可能とされている。この目的は測定の繰り返し性及び正確性を確保するためのものである。もしも、接触点が正確には知られていないならば、ひずみゲージからの表示は繰り返し可能性を有するものではない。言い換えれば、もしも接触点が異なれば、プローブの先端端部の同一位置に対する表示は異なる。

上記した概念は、多かれ少なかれ、図示された以外の可撓性ヒンジ（及び対応する数のセグメント）、剛性セグメント、及び可撓性セグメント、もし必要であれば、例えば、髄内釘のより鋭い又はより浅い折曲を調整する目的に対するようなものを用いることによって変形することが可能である。これらのヒンジはまた単一面よりも多くの面において折曲変形を調整するために単一面より多くの面において折曲できるようにデザインすることも可能である。

いくつかの本発明の実施形態を参照して本発明について記載してきた。ここで明示された特許又は特許出願のすべての開示は参照によって組み込まれる。前述の詳細な記述及び実施例は明確に理解する目的のためだけに与えられている。本明細書を理解するために不要な限定はされるべきではない。本発明の範囲から逸脱することなく記載された実施形態における多くの改変が可能であることは当業者にとって明白であろう。したがって、本発明の範囲は本明細書に記載される構造に限定されるべきではないが、クレームの文言によって記載される構造及びそれらの構造の均等物のみによって限定される。

１：髄内釘、２：内腔、３ａ，３ｂ：先端ネジ孔、４：計測プローブ，５：可撓性ヒンジ，６：セグメント、６ａ，６ｂ：プローブセグメント，セグメント，軸、７ａ：基体端部、７ｂ,７ｃ,７ｄ,７ｅ：セグメント端部、８：ひずみゲージ、９：プローブ基体、１０：外部治具、１１：釘取付部、１２：枢着ジョイント、１３：延長アーム、１４ａ，１４ｂ：案内孔、１５：計測プローブ、１６：剛性基体部材、１６ａ：円筒形部分、１６ｂ：球状部分、１７：可撓性ヒンジ、１８：可撓性セグメント、１８ａ：可撓性部分、１８ｂ：球状部分、１９：ひずみゲージ、２０：プローブアセンブリ、２１：プローブ、２２：基体、２２ａ，２２ｂ：球状部分、２３ａ：球状部分、２４：プローブ、２５：基体、２５ａ：球状部分、２６：可撓性セグメント、２６ａ：球状部分、２７：可撓性ヒンジ、２８：接続部材、２９：外部治具、３０，３１：案内壁、３２：取付部分、３３：延長アーム、３４ａ，３４ｂ：案内孔。

Claims (18)

1. 骨の髄管内に設置される髄内釘における少なくとも一つの先端ネジ穴を位置決めするための先端ターゲティング 装置であって、該釘の内腔内に設置可能な細長くかつ再構成可能なプローブを含んでいる先端ターゲティング装置。
2. 前記再構成可能なプローブがプローブ軸に沿って長手方向に延伸する複数個のセグメントを有し、該複数個のセグメントの各々がヒンジによって少なくとも一つの隣接するセグメントに可撓性をもって接続されている、請求項１記載の先端ターゲティング装置。
3. 前記複数個のセグメントの各々が剛性を有する請求項２記載の先端ターゲティング装置。
4. 前記複数個のセグメントの複数個のセグメントの少なくとも一つが可撓性を有する請求項２記載の先端ターゲティング装置。
5. 前記少なくとも一つのヒンジがピボットヒンジを含む、請求項２記載の先端ターゲティング装置。
6. 前記少なくとも一つのヒンジが可撓性ヒンジを含む、請求項２記載の先端ターゲティング装置。
7. 前記変形可能なプローブが少なくとも一つのセグメントの少なくとも一つの変形を計測する手段を有する、請求項２記載の先端ターゲティング装置。
8. 前記計測手段が少なくとも一つのひずみゲージを有する、請求項７記載の先端ターゲティング装置。
9. 少なくとも一つの前記ヒンジがひずみゲージを有する、請求項２記載の先端ターゲティング装置。
10. 前記プローブの少なくとも一つのデータ収集部材から得られた情報に対応して前記少なくとも一つの先端ネジ孔の位置に対応するために前後方向及び中間横方向の少なくとも一つの方向に調整可能である調整可能な外部治具をさらに有する、請求項１記載の先端ターゲティング装置。
11. 少なくとも一つのデータ収集部材から得られた情報に関連して前記治具の位置の相関関係が、前記治具に設けられた機械的変位計及び電気的変位計の少なくとも一つを用いて計測される、請求項１０記載の先端ターゲティング装置。
12. 少なくとも一つのデータ収集部材から得られた情報に関連して前記治具の位置の相関関係が、前記内部プローブに実質的に同一の外部プローブを用いることによって計測され、該外部プローブは前記外部治具に接続され、その結果第１の治具位置が内部プローブ及び外部プローブの間の表示の一致によって示されるようにした請求項１０記載の先端ターゲティング装置。
13. 前記複数個のセグメントは第１セグメントを有し、該第１セグメントは第１端部と該第１端部に位置する第１延伸部材を有し、そして該第１延伸部材は該第１セグメントの該第１端部の外面を越えて少なくとも一方向に延伸している、請求項２記載の先端ターゲティング装置。
14. 前記延伸部材は球状部材を有する、請求項１３記載の先端ターゲティング装置。
15. 前記第１セグメントの第１端部は外部直径を有し、そして前記延伸部材は該第１セグメントの第１端部の外部直径よりも大きい外部直径を有する球体を有している、請求項１３記載の先端ターゲティング装置。
16. 前記第１セグメントは該第１セグメントの第２端部に第２延伸部材をさらに有し、該第２延伸部材は該第１セグメントの第２端部の外面を越えて少なくとも一方向に延伸している、請求項１３記載の先端ターゲティング装置。
17. 細長部材と、該細長部材の長さの少なくとも一部を介して延伸する内部内腔と、及び該細長部材を介して該内部内腔に延伸する少なくとも一つの先端ネジ孔と含む髄内釘；及び該髄内釘の該内腔内に配置可能な再構成可能なプローブを有し、
    該プローブがプローブ軸に沿って長手方向に延伸する複数個のセグメントを有し、かつ該複数個のセグメントの各々が少なくとも一つの隣接するセグメントに可撓性を有して接続されており、
    該複数個のセグメントの少なくとも一つが、第１端部、第２端部及び少なくとも一つの接触部材を有し、該接触部材は前記釘の内部内腔と接触するように形成された外面を有する、先端ターゲティングシステム。
18. 前記釘の内部内腔と接触するように形成された所定数の接触部材をさらに有する、請求項１７記載の先端ターゲティングシステム。

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