JP3732458B2 - 骨の固定装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、骨の骨折部の固定および骨の変形矯正等を行う整形外科用器具として使われる骨の固定装置に関する。例えば、人体の上下肢の骨折治療、変形矯正などに用いる骨の固定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
骨折を治療する場合、骨折部を固定するための整形外科用器具として骨の固定装置が使用される。また、この骨の固定装置は伸縮自在となっており、骨の伸長を調整するためにも使われる。
さらに、最近では、交通事故等により骨折した骨や先天性疾患等により変形した骨を矯正するために、骨の固定装置を用いることもある。
【0003】
従来から骨の固定装置として、骨を外部から固定するいわゆる創外固定器が用いられており、複数のリングとワイヤーにより骨を固定するリング式や、1本の支柱と複数のスクリューピンにより骨を固定する単支柱式など、種々の創外固定器が提案されている。
リング式の創外固定器は、比較的調整が容易で骨の変形矯正に適しているが、固定器がかさばるため、患者の負担が大きいという問題点があった。
単支柱式の創外固定器は、比較的外形が小さく患者の負担を軽減できるが、骨の変形矯正には複雑な調整が必要であった。
単支柱式の創外固定器に関する従来技術として、例えば、特開平3−94745公報に、骨を任意の角度で固定できるようにX,Y,Zの3軸の角度調整ができる骨の固定装置が提案されており、その固定装置を骨に装着した状態を図1に示す。
図1において、骨1は複数のピン3を挿入して固定されており、ピン3は固定部材4により、支柱2と傾動自在に固定されている。
図1の骨の固定装置には、X,Y,Zの各軸の旋回角を調整する機構が設けられており、骨1に対して任意な位置で固定することができるようになっている。
しかし、この従来の骨の固定装置を実際に使用すると、骨を固定するピンが旋回するときに、ピンの旋回中心が骨の軸芯から外れてしまうという問題点があった。
【0004】
図2に、特開平3−94745公報に開示された骨の固定装置において、骨を固定するピンが旋回する様子を示す。
図2において、固定部材4が支柱2の軸方向に移動するときに、骨を固定するピン3が矢印の方向に旋回するが、このときピン3が固定部材4の方向に引っ張られる力が働くため、ピン3の旋回中心は骨1の軸芯から固定部材4の側に外れてしまう。図2は、ピン3の旋回中心が、骨の軸芯からズレた状態を示している。
【0005】
このように、骨を固定するピン3の旋回中心が、骨の軸芯から外れた位置になると、ピン3が旋回したときに骨1の軸芯が平行的にズレてしまい、骨の固定や矯正に複雑な調整が必要となるという問題点があり、しかも、この調整は繰り返し行う必要があるため、医師と患者双方にとって大きな負担となっていた。
また、骨1の軸芯がズレてしまうと、骨1に余分な力やモーメントによる負荷がかかり、骨1にダメージを与える原因となっていた。
さらに、従来の骨の固定装置を骨の変形矯正に用いる場合に、骨の軸芯を中心に骨を旋回させて矯正することができなかった。
また、骨を固定するピンの旋回方法に関する従来技術として、特公平6−28668号公報には、ピンが旋回する円弧の中心を骨皮質内に位置させることによりピンと骨との接触面での応力集中を除去する方法が開示されている。
しかし、この従来技術は、骨が変形することによって受動的にクランプ側のピンが移動するものであり、クランプ側を能動的に移動させて骨の変形矯正を行うものでないうえ、ピンの旋回中心が骨の軸芯ではなく骨皮質であるため、骨の軸芯を中心に変形矯正を行うことができないという問題点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のような単支柱式の創外固定器における従来の問題点を解決し、骨の変形矯正等を行うために骨を固定するピンが骨と共に旋回する際に、骨の軸芯が平行的にズレない骨の固定装置を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を解決するために、鋭意検討した結果なされたものであり、支柱と骨を固定するピンとを傾動自在に固定する固定部材にピンの旋回中心が骨の軸芯上に位置するような動作を導く機構を設けることにより、骨を固定するピンが旋回する際に、骨に無理な力がかからない骨の固定装置を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
【0008】
(1)骨の長さ方向に沿って配置される支柱と、該骨を固定するピンと、前記支柱と前記ピンとを傾動自在に固定する固定部材とを有する骨の固定装置であって、前記固定部材における前記支柱の軸方向への移動と、前記骨の軸芯方向への移動を組み合わせることにより、前記ピンが骨の軸芯上の仮想軸を中心として旋回することを特徴とする骨の固定装置。
ここに、骨の軸芯上の仮想軸とは、骨の軸芯上に交差するように仮想的に設けられる軸であって、骨折や変形した骨を固定または矯正する際に、骨を固定するピンが骨に装着された状態で旋回する中心となる軸をいう。
(2)前記固定部材には、前記ピンが骨の軸芯上の仮想軸を中心として旋回するように、前記支柱と前記ピンとの旋回方向の相対運動を導く第1の案内溝および第1のカムと、前記支柱と前記ピンとの半径方向の相対運動を導く第2の案内溝および第2のカムとが設けられていることを特徴とする(1)に記載の骨の固定装置。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図3乃至図13を用いて詳細に説明する。
<第1の実施形態>
図3は、本発明の骨の固定装置において、骨を固定するピンが旋回する様子を示す。
図3において、固定部材4が支柱2の軸方向への移動に伴って、骨を固定するピン3が矢印の方向に旋回する際に、支柱2とピン3との旋回方向の相対運動を導く第1の案内溝5と、支柱2とピン3との半径方向(ピン3の軸方向)の相対運動を導く図示されていない第2の案内溝とが設けられていることにより、ピン3が矢印の方向に例えば3´まで旋回すると同時に、固定部材4から骨1の軸芯の方向に押し出されるため、ピン3の旋回中心は骨1の軸芯からズレることがなく、骨1の軸芯を中心として旋回することができる。
これにより、骨を固定するピンが旋回しても骨軸がズレないので、骨の固定のために複雑な調整を必要としない。
【0010】
さらに、この骨の固定装置を用いて、変形した骨を矯正する場合には、骨の軸芯上の仮想軸を中心として骨を旋回することができる。
なお、図3において、10および10´は第1の案内溝と勘合してピン3を旋回させる第1のカムを示し、11および11´は第2の案内溝と勘合してピン3を軸方向(旋回の半径方向)に押し出す第2のカムを示す。
【0011】
図4は、本発明に用いる固定部材4の平面図である。
図4において、支柱2に固定部材4の本体8が軸支されており、この本体8にピン3と共に旋回する座部材7が枢支されている。
さらに、座部材7にはピンの保持部材9が軸支されており、ピンはネジ18により保持部材9に固定されている。
図4において、14は座部材7を本体8に枢支するネジを示し、10は本体8に設けられている第1の案内溝と勘合してピンを旋回させる第1のカムを示し、11は同じく本体8に設けられている第2の案内溝と勘合してピンを軸方向(旋回の半径方向)に押し出す第2のカムを示す。
【0012】
図5は、本発明に用いる固定部材4の立面図である。
図5において、支柱2に固定部材4の本体8がネジ16および17により軸支されており、この本体8にピン3と共に旋回する座部材7が枢支されている。
さらに、座部材7にはピン3の保持部材9が旋回軸15に軸支されており、調整ネジ13によりピンの軸における周方向の位置調整を行うことができるようになっており、ピン3はネジ18により保持部材9に固定されている。
図6は、本発明に用いる固定部材4の側面図である。
図6において、本体8に設けられている第1の案内溝と勘合してピン3を旋回させる第1のカム10は、第1の案内溝5を貫通する構造となっている。
【0013】
図7は、本発明に用いる固定部材を構成する本体8の平面図および側面図である。
図7において、左側の図が本体8の平面図を示し、右側の図が側面図を示す。
本体8には、支柱2と図示されていないピンとの旋回方向の相対運動を導く第1の案内溝5と、支柱2とピンとの半径方向(ピンの軸方向)の相対運動を導く第2の案内溝6とが設けられている。
図7に示すように第1の案内溝5は円弧より鋭角な曲線形状の穴であり、第2の案内溝6は平行部と半円部とからなる図8に示す第2のカム11と勘合する深さを有する凹状となっている。
【0014】
図8は、本発明に用いる固定部材を構成する座部材7の平面図および側面図である。
図8において、左側の図が座部材7の平面図を示し、右側の図が側面図を示す。
座部材7の端部には、図7に示した支柱とピンとの旋回方向の相対運動を導く第1の案内溝5と勘合する第1のカム10が設けられている。
また、座部材7の下部には、図7に示した支柱とピンとの半径方向(ピンの軸方向)の相対運動を導く第2の案内溝6と勘合する第2のカム11が設けられている。
図8における12は、座部材7を固定部材の本体8に枢支するための長穴を示す。
【0015】
図9は、骨を固定するピン、第1および第2の案内溝、第1および第2のカムの動作を示す図である。
図9において、ピンが骨の軸芯上の軸Oを中心にθだけ旋回したとき、支柱とピンとの旋回方向の相対運動を導く第1の案内溝5は支柱の軸芯方向に5´の位置に移動し、この第1の案内溝に沿って移動する第1のカム10は10´の位置に移動することにより、O点を中心とするピンの旋回運動を実現することができる。
【0016】
一方、支柱とピンとの半径方向(ピンの軸方向)の相対運動を導く第2の案内溝6は支柱の軸芯方向に6´の位置に移動し、この第2の案内溝に沿って移動する第2のカム11は11´の位置に移動することにより、ピンの旋回運動の中心は、旋回前のO点と一致させることができる。
この動作により、ピンが旋回しても、骨の固定装置の方にピンが引っ張られることがなく、骨の軸芯上の仮想軸を中心としてピンを旋回させることができ、ピンが旋回しても骨の軸芯がズレないので、骨の固定に複雑な調整の必要がなく、医師と患者双方の負担を著しく軽減することができる。
また、骨を固定するピンが旋回しても骨の軸芯が平行的にズレることがなく、骨に余分な力やモーメントがかからないので、骨にダメージを与える危険性が少ないうえ、神経や血管に損傷を与えることもない。
【0017】
さらに、本発明の骨の固定装置を、変形した骨の矯正に用いる場合には、このように、骨を固定するピン3の旋回中心を、骨の軸芯上の仮想軸とすることができ、この仮想軸を中心として骨を旋回することができるので、骨の矯正を容易に行うことができる。
なお、第1の案内溝10の形状は、図9におけるθの値を変化させて作図を行い、第1のカムの中心点をプロットして、この点を、スプライン曲線を用いてつなぐことにより決めることが好ましい。
また、9図では、ピンの旋回中心をピンの軸線と骨の軸線の交点としたが、実際の手術においては、ピンの旋回中心を骨折の箇所にするケースが多いため、
ピンの旋回中心を、骨の軸芯上であってピンの軸芯とは異なる位置にすることになるが、この場合であっても本発明における骨の固定装置を用いることによりピンの旋回中心を骨の軸芯上のズレない位置にすることができる。
【0018】
<第2の実施形態>
図10および図11は、本発明に用いる固定部材を構成する座部材にピンの保持部材の位置調整を行うための溝を設けた実施形態を示す図である。
図10において、座部材7に、ピン3の保持部材9を軸支する旋回軸15がスライドするピンの保持部材9の位置調整溝19が設けられている。
この位置調整溝19は、図10に示すように上に凸の円弧状となっているため、旋回軸15を位置調整溝19の中をスライドさせることにより、ピン3の保持部材9の位置を調整することができ、骨の固定装置を支える支柱と骨とか平行でなく捩れの位置関係にある場合であっても、ピンを骨に対して垂直に固定する位置に調整することができる。
【0019】
図11は、ピン3の保持部材9を、スライドさせる位置調整溝を設けることにより、保持部材9の位置調整を行う場合を示す図である。
この位置調整溝19は、図11に示すように下に凸の円弧状となっているため、ピン3の保持部材9を位置調整溝19の中をスライドさせることにより、ピン3の保持部材9の位置を調整することができ、骨の固定装置を支える支柱と骨とか平行でなく捩れの位置関係にある場合であっても、ピンを骨に対して垂直に固定する位置に調整することができる。
【0020】
<第3の実施形態>
図12および図13は、本発明の骨を固定するピンの旋回方向の移動を導く第1のカムの位置調整部材を有する実施形態を示す図である。
図12は、本発明に用いる第1のカムの位置調整部材を装着した骨の固定装置の平面図である。
図12において、斜線部で示した第1のカムの位置調整部材20の端部に設けられた調整ネジ21を旋回させることにより、第1のカムの位置を変更できるようになっており、骨を固定するピンの位置を微調整することができるうえ、骨の変形矯正を行うときにこの調整ネジ21を回すことによって骨の軸芯上の仮想軸を中心として骨の角度を変えることができる。
図13は、本発明に用いる第1のカムの位置調整部材を装着した骨の固定装置の立面図である。
図13において、第1のカムの位置調整部材を20´の位置に付け替えて調整ネジ21を回すことにより、第1のカムを20の時と逆方向に移動することができる。
【0021】
【実施例】
本発明の骨の固定装置を、人体の上下肢における骨の変形矯正用として、下記の仕様にて製作した。
1)固定部材(1本):外径16mm、長さ340mm
2)固定部材(2個):長さ70mm×幅60mm×厚み35mm
3)骨の固定用ピン(6本):スクリューピン、外径6mm、長さ180mm、ネジ切り部長さ70mm
この実施例のように、複数の固定部材を使用することにより、変形した骨を共通の仮想軸を中心として旋回させて矯正することができる。
上記の仕様にて製作した本発明の骨の固定装置を用いた結果、ピンの旋回角θが±20度までピンの旋回中心が骨の軸芯上からズレなかった。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、支柱と骨を固定するピンとを傾動自在に固定する固定部材にピンの旋回中心が骨の軸芯上に位置するような動作を導く機構を設けることにより、骨を固定するピンが旋回する際に、骨の軸芯がズレることがなく、骨の固定のための複雑な調整が不要となり、骨に余分な力やモーメントがかからないうえ、骨軸上の仮想軸を中心として骨の変形矯正ができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】骨に固定装置を装着した状態を示す図である。
【図2】従来の骨の固定装置において、骨を固定するピンが旋回する様子を示す図である。
【図3】本発明の骨の固定装置において、骨を固定するピンが旋回する様子を示す図である。
【図4】本発明に用いる固定部材の平面図である。
【図5】本発明に用いる固定部材の立面図である。
【図6】本発明に用いる固定部材の側面図である。
【図7】本発明に用いる固定部材を構成する本体の平面図および側面図である。
【図8】本発明に用いる固定部材を構成する座部材の平面図および側面図である。
【図9】骨を固定するピン、第1および第2の案内溝、第1および第2のカムの動作を示す図である。
【図10】本発明に用いる固定部材を構成する座部材にピンの保持部材の位置調整を行うための上に凸の溝を設けた実施形態を示す図である。
【図11】本発明に用いる固定部材を構成する座部材にピンの保持部材の位置調整を行うための下に凸の溝を設けた実施形態を示す図である。
【図12】本発明に用いる第1のカムの位置調整部材を装着した骨の固定装置の平面図である。
【図13】本発明に用いる第1のカムの位置調整部材を装着した骨の固定装置の立面図である。
【符号の説明】
1:骨、
2:支柱、
3:ピン、
4:固定部材、
5:第1の案内溝、
6:第2の案内溝、
7:座部材、
8:本体、
9:ピン保持部材、
10:第1のカム、
11:第2のカム、
12:長穴、
13:調整ネジ、
14:ネジ、
15:旋回軸、
16〜18:ネジ、
19:ピンの保持部材の位置調整溝
20、20´:第1のカムの位置調整部材
21、21´:調整ネジ

Claims (2)

  1. 骨の長さ方向に沿って配置される支柱と、該骨を固定するピンと、前記支柱と前記ピンとを傾動自在に固定する固定部材とを有する骨の固定装置であって、前記固定部材における前記支柱の軸方向への移動と、前記骨の軸芯方向への移動を組み合わせることにより、前記ピンが骨の軸芯上の仮想軸を中心として旋回することを特徴とする骨の固定装置。
  2. 前記固定部材には、前記ピンが骨の軸芯上の仮想軸を中心として旋回するように、前記支柱と前記ピンとの旋回方向の相対運動を導く第1の案内溝および第1のカムと、前記支柱と前記ピンとの半径方向の相対運動を導く第2の案内溝および第2のカムとが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の骨の固定装置。
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