JP3330383B2 - 骨折固定、四肢伸張および奇形矯正の装置、およびその製造方法 - Google Patents
骨折固定、四肢伸張および奇形矯正の装置、およびその製造方法Info
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Description
および骨奇形の矯正に有効な外部固定システムに関す
る。特に、この発明は改良された外部固定システムに関
するもので、ねじ込んだロッドとねじ込んだ締め具とワ
イヤロッドの要素が個々にあるリングを利用しており、
骨折の固定、四肢伸張、骨奇形の矯正の所謂イリザロフ
(Ilizarov)法と呼ばれるものに有効で、それは放射線透
過を使用する改良されたリング構造が軽量、高強力かつ
高弾性特性のプラスチック−カーボン複合体よりできて
いる。
結ばれているが相互に間が空けられて構造的に連結され
ている多くの曲ったリングや半リングを含んだ外部固定
装置を利用して実施される。この連結ロッドは選定され
た半リングまたはリングの各々における所定の周辺位置
に形成された種々の穴に1つに挿入され、ボルトで固定
される。いくつかのリングとロッドが外科医により患者
の腕や脚の全体枠を形成する時に利用される。横方向に
伸びたピンやワイヤがこれらリングに結ばれ、リングか
ら骨に横断して伸張される、そして枠と横断ピンが望ま
しい方法で骨小片を支えかつ/または負荷する。
ザロフ法を反映しており、重障害または重外傷骨の外部
固定の目的のため適用される。このイリザロフ法は各種
の先天性あるいは後天性短駆や骨格部材の他の欠点の伸
張に適用され、ここにリングと連結ロッドは圧縮−伸延
装置の部分を構成している。イリザロフ法は一般にパレ
ード マガジン(Parade Magazine)の
10月8日(1989)号の記事 ”Stretchi
ng the Body’s Power to Gr
ow”とガブエフ A イリザロフ等の米国特許第4,61
5,338 に記されている。同様技術の他の引例はソ連発明
者証No.848,011(cl.A61B 17/18 発明要約 No.27(1989)
に公告) やソ連発明者証No.865,284(cl.A61B 17/18 発
明要約 No.35(1989)に公告) である。これら文献は全
て、概してイリザロフの外部固定システムに関するもの
で、金属リング、ねじ込んだロッドとねじ込んだ締め具
および骨折の固定、四肢伸張、骨奇形の矯正のため他の
金属部材よりなっている。他の試みはイリザロフ法の改
良のため、リングと半リング構造の変更によりなされて
いる。クロナーによってランダムにカーボンファイバー
補強したナイロンを使ったサークルリングが開発され
た。しかし、この特殊な複合物はピンを安全に保持でき
ないという欠点が報告されている。
ーボンファイバー補強のプラスチック半リングがある。
米国特許第3,977,397 号は円形断面の線型含浸フェノー
ルリングを開示している。イリザロフシステムの他の特
許は米国特許第4,757,809 号や4,747,400 号がある。米
国特許第4,747,400 号では、枠はサイドレールをもち、
その各々は、熱可塑性または熱硬化性樹脂で含浸された
グラファイトまたはガラスファイバーの複合物で巻か
れ、ポリアミドのフォーム芯を有している。
第4,604,996 号は自然硬化樹脂を充填できるガラスファ
イバー補強ホースと接合部が用いられ、このような外部
固定は低価格でかつX線を妨害しない。米国特許第4,62
0,533 号はピンと硬いバーに対する自在ボール継ぎ手を
具備するクランプで、骨折部を外部から固定する器具に
関している。この硬いバーは好ましくはエポキシ/カー
ボンまたはエポキシ/ファイバーガラスの複合物、また
クランプはナイロン/カーボンファイバー複合物であ
り、双方ともX線の半透過性である。
金属的性質は、金属部の強い放射線不透過故、患者の放
射線撮影評価で臨床上の困難をもたらす。引き起こされ
る最も一般的な問題の1つは骨の治癒や破損の監視が、
イリザロフシステムに使われている金属成分によって放
射線撮影の影部において妨害されることである。第2に
は、完全集積したイリザロフの枠は非常な重量があり、
小児科や上四肢の場合には問題である。
みでは、この発明で提供されるような、軽量で、高強力
で、高弾性率(即ち、鋼に近い)、放射線透過性を持
つ、望ましい肉体的な軽負荷性能のものは提供されなか
った。
固定、四肢伸張および奇形の矯正用の改良した方法、装
置及び放射線透過性をもつイリザロフ部品を提供するこ
とである。これには複合材料のリングおよび半リングと
を既存の金属状連結ロッド、ワイヤ、ピンと圧縮−伸延
用部材と共に使用して組み立てられる。この発明の更な
る目的は小児科の時は特に重要である動作性を改良する
ため、システムの重量を軽減することである。この発明
の半リングおよびリング複合材料の望ましい性能には、
軽量、高強力、高弾性率および放射線透過性が含まれ
る。
に間隔を有した上面と下面とを有する複数の略円形リン
グと、 (b)各リング中で上平面と下平面間に延長する円周方
向に間隔を有した複数の孔と、 (c)リング間でかつリング中の少なくともいくつかの
孔に貫通して延長するロッド具と、使用中リング間の間
隔を保持するためにロッドに脱着可能に取り付けうる締
め具を含む複数のロッド組立品とからなり、その中で少
なくとも1つのリングが放射線透過性で、カーボンファ
イバー補強複合プラスチックリングからなり、かつこの
カーボンファイバー補強複合プラスチックリングが成形
材であって、カーボンファイバーの補強が内湾曲面と外
湾曲面の少なくとも1つの近傍のリングの面に略平行に
配向されている1またはそれ以上のカーボンファイバー
補強ひも状部材を含み、このカーボンファイバー補強ひ
も状部材の直径がリングの厚みに等しい、骨折の固定、
四肢伸張および骨奇形の矯正のための骨固定装置を提供
する。
形矯正時に適用される放射線透過性リングを提供するこ
とであり、使用時にはロッドと締め具は2またはそれ以
上のリング間に空間を保持し、このリングはアーチ形を
し、プラスチックと、カーボンファイバーとしてのグラ
ファイトファイバーの複合体よりでき、0.5×106
Ncm2(2.0×104psi) の可撓剛性である。
の方法で作製される。この発明の1つの実施例によれ
ば、骨折補修の骨固定、四肢伸張や骨奇形矯正時に適用
される放射線透過性アーチ形状物の作製方法を提供す
る。ここで、使用時には連結ロッドと締め具は2または
それ以上のアーチ形状部材間に空間を保持しており、つ
ぎのステップで作製する。; (a)カーボン補強エポキシ材料の複数の板を積層す
る。 (b)積層板を所望アーチ形状に作製する。 (c)各積層板に間隔をあけ複数の円周の孔を空ける。
の骨固定、四肢伸張や骨奇形矯正時に適用される放射線
透過性アーチ形状部材の作製方法を提供する。ここで、
使用時には連結ロッドと締め具は2またはそれ以上のア
ーチ形状部材のリング間に空間を保持している。アーチ
形状部材はプラスチックとグラファイトファイバーを所
望のアーチ形状小孔のあるモールドに入れて作り、十分
な量のグラファイトファイバーが平板に配向され、少な
くとも0.5×106 Ncm2(2.0×104psi) の可撓剛性
である。
に環状の表面があり、空間を隔てて平行な上表面と下表
面がある。各リングはプラスチック−カーボン複合体で
作製され、単一構造または一対の半リングである。各半
リング対はボルト結合などで集合化され、一個のリング
となる。オフセット位置は各半リングの端にあり、2個
の半リングが共通の面となっている。半リングの端部は
リングの一部にはなるが、本体面とは段をつけて成型さ
れている。
カーボンファイバーよりなる。複合物のプラスチックス
とカーボンファイバーの好ましい比率は等量である。プ
ラスチック材料はエポキシ樹脂が適用可能である。病院
の通常作法に従って滅菌されたプラスチック材料もまた
適用可能である。カーボン複合リングおよび半リングは
各リングの面に略平行に配向したカーボンファーバーを
含んでいる。好ましくは、2つの円周状にカーボンファ
イバー補強部材またはカーボンファイバーを結んだり束
ねたりしてひも状にした"カーボンファイバーひも状部
材"は各リング/半リング表面の内外アーク湾曲表面を
補強する。リング状に複数の孔が間隔をあけて空けられ
ており、補強材は孔近くの半リングを補強するよう、孔
の近くに位置している。
は、リングと半リングの間を、リングおよび半リング上
にある幾つかの孔を貫通して設置されている。締め具は
リングまたは半リングを1またはそれ以上の連結ロッド
に固定するためにあり、使用時にはリングまたは半リン
グの間で、間隔を保持するため設けられている。
が、本体面とは段をつけて成型されている。各半リング
およびリングの材料は好ましくは、カーボンファイバー
補強エポキシの成型可能材料である。この発明の方法で
は放射線透過性リングおよび半リングが、骨折補修の骨
固定、四肢伸張や骨奇形矯正用に作製され、ここで連結
ロッドおよび締め具が使用時には、2またはそれ以上の
リングまたは半リング間で、空間を保持している。
キシ材料の複数の板を積層し、所望のアーチ形状に積層
板を加工することを含んでいる。そして半リングおよび
リングは、各リング上に間隔をあけて複数の円周状の孔
が空けられ、孔は多数のリング支持のため適用される。
半リングは自由端部になっていて、その自由端部はオフ
セット即ちオフセット段落部を含み、オフセット段落部
は各々のオフセット段落部で2つの半リングがオーバー
ラップして同一面の単一リングを形成しており、そして
さらに各々のオフセット段落部で段落付き穿孔部よりで
きている。
量の当該形状鋼リングより、このリングが実質的に強く
なるよう、リング/半リングの断面係数が選定される。
可撓剛性は弾性率と第2イナーシアモーメントの積であ
り、好ましくは複合物リングの可撓剛性は、現に使用さ
れている鋼リングのものと等しいか、または実質的に等
しいのがよい。
%であるため、複合物リングの可撓剛性を鋼リングと同
等にするためには、イナーシアモーメントが大きい必要
がある。同等の可撓剛性を得る単純な方法は、鋼リング
と同じ直径をもつなら、複合物リングの幅や厚さを増加
させることである。
直接移すためには、複合物リングの可撓剛性を金属リン
グに合せることである。例えば、鋼の弾性率は193G
Pa(28,000,000psi)である。現在、商業的使用可能な
鋼リングの第2イナーシャモーメントは0.15cm4 ( 約3.
6 ×10-3inches 4)である。
Paであり、リングおよび半リングの第2イナーシャモ
ーメントは0.05cm4 ( 約1.15×10-3inches4)である。そ
れ故、この両リングの弾性率と第2イナーシアモーメン
トの積は2.9 ×106 Ncm2(約1.01×105psi)であり、こ
の弾性率と第2イナーシアモーメントの積がリングの可
撓剛性である。
値は約0.5 ×106 から1.4 ×106 Ncm2( 約2.0 ×104
から5.0 ×105psi) である。この方法の他の実施例で
は、放射線透過性リングおよび半リングは、モールドキ
ャビテイー内で、リングや半リングの所望形状に、プラ
スチックとグラファイトファイバー複合物のリング原料
から、成型(例えば圧縮成型)加工される。
性値にするため、十分量のグラファイトファイバーが
(好ましくは円周状に”ひも状部材”に展開された形状
で)リング/半リング面に平行に配置される。この方法
の選択的なステップとして、成型時に、モールドキャビ
テイー内に配置された複数の円筒形突起物が、リングの
周上に間隔をおいて配置された複数の孔製造のため利用
される。
部円周端部のリング近似形状をもつものが良く、成型プ
ロセス時に、2本のグラファイト補強ひも状部材が複数
の突起物をはさんで向かいあっている外周線にそれぞれ
配置されている。成型段階の前に、リングの孔は各突起
物に配置された高分子のスリーブで補強される。
数のリングが製造される。圧縮成型する前に、多数のリ
ングは、例えばポリテオラフルオロエチレン(PTF
E)の積層間にモールドを積さねることで、自動的に製
造される。
がら詳述する。図1ないし図3は数字10で全体的に示し
ているようにこの発明である器具の好ましい実施例を一
般的に示している。骨固定器具10は骨折の固定、四肢伸
張、及び骨の奇形の矯正に役立てられる。当該器具10
は、端と端とが連結されて全リングを形成する多数の半
リング12,13からなる。各半リング12,13及びリング11
には、複数の連結ロッド24の取り付けられる孔14が一定
間隔で多く設けられている。
をそれぞれ有している。端部15,16及び19,20はオフセ
ット段部17,18及び21,22をそれぞれ有し、そのオフセ
ット段部で一対の半リング12,13が例えばボルト連結23
により互いに連結される。各半リング12,13及び各リン
グ11における多数の孔14は複数の連結ロッド24を貫通さ
せるためにある。各連結ロッド24にはナット26がはめ込
まれている。これらのナット26は、図1及び図2に示す
ように、リング11及び半リング12,13の双方又はいずれ
か一方の上下にそれぞれ配置されて、リング11及び半リ
ング12,13を一定間隔に離す目的を果している。このよ
うに、リング11、半リング12,13及び連結ロッド24は、
ボルト連結23及びナット26と共に図1に示すような構造
の全体フレームになる。そして、外傷の治療や例えば先
天的な奇形の伸ばしのために骨のまわりに取付けられ
る。
27に使用している状態を示している。骨27は図示の骨折
部30で上部28を下部29に分かれている。リング11と半リ
ング12,13とには、横断状に伸びるワイヤーまたはピン
31が多数、確実に取付けられている。リング、連結ロッ
ド、ボルト連結及びワイヤー又はピンからなるこの器具
全体の代表的なものは、従来の技術では網又は合金のよ
うな金属材料から製造されていた。
くはエポキシ−ファイバー又はカーボンファイバーのよ
うなプラスチック−カーボン配合物の放射線透過材料で
製造れた2つの半リング12,13により組立てられる。こ
の発明の製造方法及び器具にあっては、プラスチック−
カーボンファイバーからなるひも状部材45,46が一般的
にはリングの平面に平行に並べて配置してある(図10及
び11参照)。多数の孔14がリング11及び半リング12,13
の円周上に一定間隔で空けられている。そして、半リン
グ12,13の孔14付近を強化するために、それらの孔14の
周辺に補強部材(図10及び11に示すファイバー47)が施
されている。多くの連結ロッド14と連結ロッド用ナット
26が用いられている。これらによって、半リング12,13
及びリング11を一定間隔に保って使用できるように、半
リング12,13及びリング11の孔14で半リング12,13及び
リング11が保持されている。
(図4,5)及び側面図(図6,7)である。半リング
12,13は半リング形状に成形されるが、図8及び図9に
示す全リング構造11に成形して、両図に示す破線36に沿
って切断することによって成形してもよい。その場合、
一本のリングをモールド(図10及び11)で製造し、それ
を切断して半リングにする。従って、成形されたリング
11は、その上面38と同じ水平高さになる下面37で定まる
段部34,35からなるオフセット部を有する。このよう
に、1の半リングの上面とこれに組み合わされる半リン
グの下面とは同じ高さになるので、リング11が図1及び
図2で示すように組立てられた場合、リング11の平面は
単一の平面となる(即ち、2つの半リング12,13は同一
平面上にある)。図10及び11は、プラスチック又はカー
ボン−ファイバーを使用してリング11を圧縮成形する、
この発明の好ましい製造方法を図示している。
ダイ部材41と上部ダイ部材42とから成っている。モール
ドキャビティ(型の空隙)43には、成形リング11の孔14
を開けるための柱部材44が多数ある。上部ダイ42は、多
数の柱44にはまる多数のソケット44Aを有する突起部分
42Aを最下部に備えている。多数の柱44は最終成形リン
グ11に必要な孔を得るためのものである。
ァイトのひも状部材45,46が成型キャビティ43の中にあ
って、多数の柱44の反対側に配置されている。最外周に
おかれたカーボングラファイトのひも状部材45は、図10
及び11に示すように、リング11の最外周の湾曲表面に敷
かれている。また最内周におかれたカーボングラファイ
トのひも状部材46は、内側の湾曲表面49に敷かれるのが
好ましい。そのひも状部材の直径はリング又は半リング
の厚みと等しくするのがよい。
ラファイトファイバー47を置いてリングを成形する。こ
のように、この成形物は、リング11の最内部や最外部の
湾曲面49,48の円周に内部及び外部用カーボングラファ
イトのひも状部材46,45を有し、成形後に孔14が完成し
ているような柱44の付近は、ランダムグラファイトファ
イバーを有するプラスチック(好ましいのはエポキシ)
から成っている。
は最終成形リング11の上部表面38を形成する。キャビテ
ィ43の底面52は成形リング11の最下面51を形成する。キ
ャビティ43はリング11の最外周面48の形状を形成するた
めの垂直な湾曲側壁53を有している。ダイ部材41の垂直
な湾曲面54は一般に、リング11の最内周49を形成するた
めのものである。リング11及び半リング12,13は0.5 ×
106 〜1.4×106 Ncm2 (2.0 ×104 〜5.0 ×105 lb
−in2 )の曲げ剛性を有することが好ましい。
正時に適用される放射線透過性リングを提供する。しか
も軽量、高強力で、高弾性率(即ち、鋼に近い)、放射
線透過性を持つ、望ましい肉体的な軽負荷性能のものを
提供する。
に重要である動作性を改良するため、システムの重量を
軽減することである。
である。
い実施例の部分斜視図である。
部分を示す好ましい実施例の部分斜視図である。
実施例の平面図である。
実施例の平面図である。
の製造方法を示す断面正面図である。
正面図である。
Claims (23)
- 【請求項1】 (a)各リングが内湾曲面と外湾曲面と
ほぼ平らな平行に間隔を有した上面と下面とを有する複
数の略円形リングと、 (b)各リング中で上平面と下平面間に延長する円周方
向に間隔を有した複数の孔と、 (c)リング間でかつリング中の少なくともいくつかの
孔に貫通して延長するロッド具と、使用中リング間の間
隔を保持するためにロッドに脱着可能に取り付けうる締
め具を含む複数のロッド組立品とからなり、 その中で少なくとも1つのリングが放射線透過性で、カ
ーボンファイバー補強複合プラスチックリングからな
り、かつこのカーボンファイバー補強複合プラスチック
リングが成形材であって、カーボンファイバーの補強が
内湾曲面と外湾曲面の少なくとも1つの近傍のリングの
面に略平行に配向されている1またはそれ以上のカーボ
ンファイバー補強ひも状部材を含み、このカーボンファ
イバー補強ひも状部材の直径がリングの厚みに等しい、
骨折の固定、四肢伸張および骨奇形の矯正のための骨固
定装置。 - 【請求項2】 カーボンファイバー補強複合プラスチッ
クリングが1つの面を区画するリング形成のため結合さ
れている一対の半リングからなる請求項1項の装置。 - 【請求項3】 カーボンファイバー補強複合プラスチッ
ク半リングが成形材である請求項2項の装置。 - 【請求項4】 各半リングの端部がリングと共に成形さ
れているが、リングの平面からは外れている請求項3項
のいずれか1つに記載の装置。 - 【請求項5】 補強手段が、孔近傍のリングを補強する
ため、少なくとも1つのカーボンファイバー補強複合プ
ラスチックリングの孔近傍に備えられている請求項1か
ら4項のいずれか1つに記載の装置。 - 【請求項6】 孔近傍の補強手段が、ランダムのカーボ
ンファイバーからなる請求項1から5項のいずれか1つ
に記載の装置。 - 【請求項7】 カーボンファイバー補強複合プラスチッ
クリングが0.5×106 から1.4×106 Ncm2(2.
0×104 から5.0 ×104 psi)の可撓剛性である請求項1
から6項のいずれか1つに記載の装置。 - 【請求項8】 カーボンファイバー補強複合プラスチッ
クがカーボンファイバー補強エポキシ樹脂である請求項
1から7項のいずれか1つに記載の装置。 - 【請求項9】 請求項1の骨固定装置のカーボンファイ
バー補強複合プラスチックリングとして使用される放射
線透過性のアーチ状部材の製造方法であって、プラスチ
ックとカーボンファイバーとしてのグラファイトファイ
バーとの複合物からなるアーチ状部材を、モールドキャ
ビティ内で所望のアーチ状に成形することからなり、そ
の際十分な数のグラファイトファイバーが共存し、アー
チ状部材の平面内に配向され、少なくとも1つのグラフ
ァイトファイバー補強ひも状部材がモールドキャビティ
内に円周状に配置されてなり、かつグラファイトファイ
バー補強ひも状部材の直径がリングの厚みに等しい放射
線透過性のアーチ状部材の製造方法。 - 【請求項10】 カーボンファイバー補強複合プラスチ
ックリングが、少なくとも0.5×106 Ncm2(2.0×1
04psi)の可撓剛性を有する請求項9項の方法。 - 【請求項11】 モールドキャビティ内に複数の円筒形
突起物が、リング内の複数の円周状に間隔をおいて部材
の孔を決めるため配置されている請求項9または10項
のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項12】 複数の突起物をはさんで向かいあって
いる外周線にそれぞれ配置される2本のグラファイトフ
ァイバー補強ひも状部材がある請求項11項の方法。 - 【請求項13】 モールドキャビティが環形状をし、各
内外周端部をもち、グラファイトファイバー補強ひも状
部材がモールドの内周部と外周部に配置されている請求
項9から12項のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項14】 グラファイトファイバー材料がグラフ
ァイトファイバー補強ひも状部材間にランダムに配置さ
れている請求項9から13項のいずれか1つに記載の方
法。 - 【請求項15】 成形段階の前に、孔を補強するために
各突起物にスリーブをさしこみ、そのスリ−ブを、該部
材の一部としてアーチ状部材に成形する段階よりなる請
求項9から14項のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項16】 スリーブが高分子材料である請求項1
5項の方法。 - 【請求項17】 アーチ状部材がモールド内で、近傍積
層リング間にスペーサー層を配置することで作製される
請求項9から16項のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項18】 リングのいくつかが異なる大きさであ
る請求項9から17項のいずれか1つに記載の方法。 - 【請求項19】 全リングが2つの半リングに分割でき
るよう形成された請求項9から18項のいずれか1つに
記載の方法。 - 【請求項20】 請求項1の骨固定装置に使用される放
射線透過性リングであって、プラスチックとカーボンフ
ァイバーとしてのグラファイトファイバーとの複合体
と、内湾曲面と外湾曲面の少なくとも1つの近傍のリン
グの面に略平行に配向されたグラファイトファイバー補
強ひも状部材とからなり、かつこのグラファイトファイ
バー補強ひも状部材の直径がリングの厚みに等しい放射
線透過性リング。 - 【請求項21】 0.5×106 Ncm2(2.0×104psi)
の可撓剛性を有する請求項20に記載のリング。 - 【請求項22】 リングが単一構造物よりなる請求項2
0に記載のリング。 - 【請求項23】 リングが一対の半リングより構成され
ている請求項20に記載のリング。
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