JP4005643B2 - 骨の２つの部分を互いに引き離すための伸延装置 - Google Patents

Description

本発明は、２つの骨部分を互いに引き離すため、特に骨伸延のため、若しくは骨隙間をブリッジするための伸延装置であって、骨の骨髄腔内に導入可能な髄内釘を備えており、髄内釘が、それぞれ２つの骨部分の１つに取り付け可能でかつ軸線方向で互いに離反移動可能な２つの骨内釘部分を有しており、駆動軸を駆動する駆動ユニット及び、駆動軸の回転運動を髄内釘の２つの骨内釘部分間の相対的な軸線方向運動に変換するための装置を備えているものに関する。
このような伸延装置の一部として髄内釘を使用することは、ドイツ連邦共和国特許第３９２１９７２号明細書により公知である。この装置は、特に管状骨を伸延させるために、又は粉砕骨折(Truemmerbruechen)後、骨炎症後の、或いは長管骨の領域の腫瘤(Tumoren)を切除した後の欠損箇所をブリッジするために用いられる。この公知の装置は、骨部分が皮膚を通って、外側で調節可能なフレームに結合された、外部に設けられた伸延装置に対して既に相当な利点を有している。何故ならば、外部に設けられた伸延装置では、細菌が侵入することによって又は不都合な力が加えられることによって、常に感染の危険性があるからである。
公知の髄内釘の作用形式は次のようなものである。つまり、髄内釘の２つの部分が引き離されることによって、骨の２つの部分がゆっくりと引き離され、この際に、これによって形成された２つの骨端部間の隙間が、ゆっくりとした送り運動に基づいて連続的に、新たに形成される骨組織(Knochensubstanz)によってブリッジされる。このような形式で骨は、穿孔後及び髄内釘を骨髄腔内に導入後に骨が分断され、次いで引き離されることによってのみ伸張されるのではなく、隙間に隣接する骨端部から分離された骨片が隙間の一方の端部から他方の端部に向かって移動することによっても骨隙間がブリッジされる。相応に、骨断端(Knochenstumpf)の端部つまり欠損した骨端部を有する骨も伸張することができる。
冒頭に述べた形式の装置においては、骨組織の形成及び周囲の組織に適応させるために十分な時間が得られるようにするために、骨部分の引き離し運動をゆっくりと行うことが重要である。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の伸張装置で、高い機能確実性と、できるだけ小さい構造寸法でしかも駆動装置の高い効率とが得られるようなものを提供することである。
この課題を解決した本発明によれば、駆動軸がプラネタリローラを駆動するようになっており、プラネタリローラが、回転可能に支承されたケージによってプラネタリローラの循環路内に保持されており、プラネタリローラの外周に設けられた駆動溝が、プラネタリローラを取り囲む、骨内釘部分を形成する中空体の駆動溝に係合しており、少なくとも中空体の駆動溝若しくはプラネタリローラの駆動溝が、骨内釘部分を形成する中空体を駆動軸の回転に際して該駆動軸に対して相対的に軸線方向に移動させるために、ねじ溝として形成されている。
本発明による伸張装置は、その駆動装置が高い効率を有していることを特徴としている。これによって、一方では高い機能確実性が保証され、他方では装置の構造寸法を小さくすることが可能である。何故ならば、駆動装置は、強い力を必要とするにも拘わらず比較的小さい寸法で構成することができる。従って本発明による伸張装置は、治療する患者の体内にインプラント（植設）するために特に適している。
プラネタリローラを駆動するために、駆動軸は有利には、ピニオン外側歯列を備えており、これらの外側歯列は、各プラネタリローラに駆動溝の他に設けられた外側歯列に噛み合う。別の可能性として、駆動軸が、中空体内で回転可能に配置されたケージに相対回動不能に結合されていて、このケージ内にプラネタリローラが支承されていてもよい。この第２の変化実施例は、構造的に、より簡単であるが、歯車段の伝達比が省略されている。
本発明の別の構成によれば、２つの骨内釘部分のうちの１つを形成する中空体が駆動ユニットをテレスコープ状に取り囲んでいる。これによって、伸張装置の、より小さい構造寸法が可能である。この伸張装置は、これによって得られる髄内釘の短い長さによって、小さく短い骨においても使用することができる。
本発明の別の構成によれば、駆動ユニットは、骨に対して固定可能であって、中空体が駆動ユニットに対して相対的に移動可能に構成されているか、又は中空体は骨に固定可能であって、駆動ユニットはプラネタリロータと、中空体に対して同軸的に支承された軸方向に負荷可能なピンと共に中空体に対して相対的に移動可能である。この第２の変化実施例は、直径のより大きい中空体を、管状骨の近位端部(proximalen Ende)に配置することができ、一方、直径のより小さいピンを、スペースが小さい遠位端部(distalen Ende)に配置することができる。これによって、髄内釘を設けることによる負荷は減少される。
駆動モータと中空体との間にカルダン継手を設けることによって、髄内釘を有利な形式で湾曲させて構成することも可能である。特に、髄内釘の一部を形成する中空体が湾曲部を備えていてもよい。髄内釘に湾曲部を設けることによって、髄内釘を骨の骨髄腔に自動的に合わせることができる。伸延装置による骨の損傷はこれによって減じられる。本発明によって可能な髄内釘の小さな構造寸法と一緒に、髄内釘は、骨組織の穿孔なしに髄内釘を骨髄腔に導入できるように、構成することができる。これによって骨の弱化は完全に回避されるか、又は少なくとも減じられる。
本発明の別の構成によれば、中空体が、髄内釘を駆動することができる液圧ポンプのピストンを駆動するようになっている。このようにすると、駆動装置は髄内釘から切り離して取り付けることができ、特に患者の身体に植設することができる。この構成もまた、湾曲部を備えた髄内釘の構成を可能にする。この場合髄内釘をピストンシリンダユニットとして構成すると有利である。この場合髄内釘の一部は、液圧ポンプによって駆動可能なピストンを形成している。
本発明の別の有利な構成によれば、駆動装置が電動モータを有しており、この電動モータは有利には誘導式に、特に高周波入力結合によってエネルギを供給可能である。しかしながらまた同様に、植設可能なエネルギ供給装置によって電動モータを駆動することも可能である。両方の場合において、外側から案内される伸延装置部分、例えば接続ワイヤによる感染のおそれは、確実に回避されている。
本発明の別の有利な構成によれば、患者の身体内に植設可能な、髄内釘の運動を検出するための力及び／又は距離測定装置が設けられている。この測定装置によって骨形成プロセスを監視及び記録することができ、しかもその場合に患者を例えばレントゲンで透視する必要はなく、したがってそれによって生じる患者に対する負荷のおそれもない。
力測定装置としては、本発明の別の有利な構成によれば、有利には延び測定テープが設けられており、これに対して距離測定装置は例えばポテンシオメータ式に作動可能である。別の有利な可能性としては、電動モータに適応したエンコーダ又はホールセンサを使用することが挙げられる。外部への測定信号の伝達は、例えば遠隔操作系を用いて行うことができる。
駆動軸の回転数と中空体の軸方向運動距離との間の比のために基準となる、本発明による装置の可動部分のパラメータは、移動距離に基づいて解かれた下記の式においてまとめることができる：

式中、
Ｓax＝中空体の軸方向運動距離
Ｕa ＝駆動軸の回転数
Ｐｓ＝中空体の溝のピッチ
Ｐｒ＝プラネタリローラの溝のピッチ
ｄgs＝中空体の溝の直径
ｄgr＝プラネタリロータの溝の直径
ｄwa＝駆動軸ピニオンの歯列のピッチ円直径
ｄwr＝プラネタリロータの歯列のピッチ円直径
である。
上記式の使用下で、次に具体例を示す。
Ｕa ＝１回転
Ｐｓ＝１ｍｍ
Ｐｒ＝０
ｄgs＝１０ｍｍ
ｄgr＝ｄwr＝３ｍｍ
ｄwa＝４ｍｍ
上に記載の値によって、駆動軸の１回転に対して、Ｓax＝０．２８６ｍｍの中空体の軸方向移動距離が得られる。
駆動軸とケージとが直接的に結合されている場合において、Ｐｒ＝０に対しては
Ｓax＝Ｕa・Ｐｓである。
プラネタリローラはその駆動溝の範囲において、駆動軸との形状結合的及び／又は摩擦力結合的な接触部を有していない。プラネタリローラは特に自由回転可能なケージ内に支承されることができ、このケージ自体は駆動軸のケーシングに軸方向固定されて転がり軸受けによって支承されている。回転運動を軸方向運動に変換するための装置の摩擦は、これによって実質的に有利な形式で転がり摩擦に減じられる。
ケージは、プラネタリローラを案内するため及び該プラネタリローラからの軸方向力を受け止めるために働く。プラネタリローラの軸方向力は、しかしながらまた駆動軸によって直接的に受け止めることもできる。この場合駆動軸は、軸方向において固定されて駆動装置ケーシングに支承されることができる。
プラネタリローラから駆動軸に軸方向力を伝達するために、プラネタリローラはその駆動溝に加えて支承溝を備えていてもよく、この支承溝は駆動軸の対応する支承溝に、軸方向において力を支持するように係合している。
プラネタリローラの支承溝切り成形部に係合する対応溝切り成形部は、駆動軸の構成部分である必要はない。この対応溝切り成形部は、単に回転可能であってかつ駆動装置ケーシングに対して軸方向で位置固定されているだけでよい。
原則的には、プラネタリローラの駆動溝切り成形部が同時に、プラネタリローラの循環路の半径方向内側に位置する回転する支承体にプラネタリローラを軸方向で支持するための支承溝切り成形部として働くことも可能である。
支承体は、この場合でも駆動軸に固く結合されていてよく、ただしその場合、プラネタリローラの駆動溝切り成形部並びに支承体の支承溝切り成形部はそれぞれピッチなしに形成されていると望ましい。さらに、このような構成では、支承体の溝切り成形部の平均直径の値と、駆動軸の駆動ピニオンとプラネタリローラとの間の歯列の転動円の平均直径の値とが一致していると望ましい。
中空体の内側溝切り成形部は特に多条のねじ山であってよい。駆動装置の、回転可能に互いに内外に係合する部分の規定の溝切り成形部組合せにおいては、特に中空体の溝切り成形部に関して多条のねじ山が必要となる。
本発明による装置には次のような利点がある。すなわち、予めガイド体を設けておく必要のない区間にわたって中空体を管の形で引き出すことができる。中空体が管として形成されていることに基づき、この中空体は高い耐座曲性を有している。さらに、管の内部に位置する駆動エレメントは簡単にかつ確実にシール可能となる。
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
第１図は本発明による伸延装置を、髄内釘が引き合わされた状態で示す部分的な断面図であり、
第２図は第１図のＳＩ−ＳＩ線に沿った横断面図であり、
第３図は本発明による伸延装置の第２実施例による髄内釘を部分的に断面して示す図であり、
第４図は第３図のＳＩ−ＳＩ線に沿った横断面図であり、
第５図は第３図のＳＩＩ−ＳＩＩ線に沿った横断面図であり、
第６図は本発明による伸延装置の第３実施例の一部を示す図であり、
第７図は本発明による伸延装置の第４実施例の一部を示す図であり、
第８図は本発明による伸延装置の第５実施例の一部を示す図であり、
第９図は本発明による伸延装置の第６実施例の一部を示す図であり、
第１０図は第９図のＳＩ−ＳＩ線に沿った横断面図であり、
第１１図は本発明による伸延装置の第７実施例の一部を示す図である。
本発明による伸延装置は、骨の髄腔内に導入可能な髄内釘１を有している。この髄内釘１は、軸方向で互いに引き離し可能で、かつそれぞれ両骨部分の一方に固定可能な２つの部分２，３と、髄内釘１の両部分２，３を互いに引き離すための駆動ユニット４とを有している。この駆動ユニット４は髄内釘１の内部に配置されている。この駆動ユニット４には、患者の体内にインプラント可能な誘導コイル５と、電気的な導線６とを介して外部から誘導的にエネルギが供給される。また、エネルギ供給を、インプラントされたバッテリを介して行うことも可能である。
第１図から判るように、髄内釘１の第１の部分２は管状の中空体７によって形成される。この中空体７はその内周面に溝切り成形部８を備えている。中空体７の一方の端部には、髄内釘１の第２の部分３が押し込まれている。この第２の部分３はやはり管状のケーシング９を有している。中空体７の他方の側には、端部材１０が挿入されている。この端部材１０には、貫通開口１１が設けられており、この貫通開口１１を通じて、固定手段（図示しない）、特にねじが貫通案内可能となる。この固定手段を用いて、髄内釘１の第１の部分２が骨または骨片に固定可能となる。
ケーシング９の、端部材１０とは反対の側の端部には、やはり端部材１２が挿入されている。この端部材１２はやはり貫通開口１３を備えており、この貫通開口１３には、髄内釘１の第２の部分３を骨または骨片に固定するための固定手段、特に固定用ねじが導入可能となる。端部材１２を介して案内された電気的な接続線材６は、ケーシング９の内部に設けられた電動モータ１４に接続されている。この電動モータ１４は、やはりケーシング９内に設けられた伝動装置１５を介して駆動軸１６を駆動する。この駆動軸１６の長手方向軸線は髄内釘１の長手方向軸線Ｉと合致している。
駆動軸１６はピニオン歯列１７を備えている。このピニオン歯列１７は４つのプラネタリローラ１９に設けられた対応する外側歯列１８と噛み合っている。これらのプラネタリローラ１９はピニオン歯列１７を均一に取り囲んでいて、ケージ２０によって位置固定されており、この場合、プラネタリローラ１９の長手方向軸線ＩＩは髄内釘１の長手方向軸線Ｉに対して平行に延びている。
プラネタリローラ１９は付加的にその外面に溝切り成形部２１を備えている。この溝切り成形部２１は中空体７の内周面に設けられた溝切り成形部８と係合している。中空体７の溝切り成形部８はこの実施例ではねじ山溝切り成形部として形成されていて、つまり長手方向軸線Ｉの方向にピッチを有している。こうして、ピニオン歯列１７からプラネタリローラ１９へ伝達された駆動軸１６の回転運動は、中空体７の対応する軸方向運動に変換される。それに対して、プラネタリローラ１９は駆動軸１６に対してケージ２０によって軸方向で位置固定されている。このケージ２０は有利には転がり軸受け２２によってケーシング９に対して支承することができる。
本発明による髄内釘の機能形式は以下の通りである、即ち、誘導コイル５を介して患者身体外部からエネルギを供給される電動モータ１４が伝動装置１５を介して駆動軸１６を回転せしめ、該駆動軸自体がピニオン歯列１７及び外側歯列１８を介してプラネタリローラ１９を回転せしめる。駆動軸１６に対して軸方向で固定されたプラネタリローラ１９の回転によって、中空体７は、プラネタリローラ１９の溝切り成形部２１と中空体７の溝切り成形部８との係合に基づき押し出される。この場合、中空体７に貫通開口１１を介して固定された一方の骨片は、貫通開口１３を介してケーシング９に結合されている第２の骨片から離反移動させられる。この場合このような運動は、本発明による駆動装置の高い効率に基づき、極めて低速にしかも極めて高い力をもって行われる。この場合このような高い効率は特に、髄内釘の可動構成要素間に殆ど転がり摩擦及び滑り摩擦が生じないことにより、得られる。互いに引き離される両骨片の間には、骨隙間を繋ぐ新たな骨組織が形成される。
つまりこのようにして骨を伸張させることができる。同様に、隙間の他端に向けて骨の一端から切り離された骨片を移動させることによって、骨内の存在する隙間を架橋することもできる。この場合、骨片を移動させるために中空体７が押し出されるのではなく引き込まれるように、本発明による装置を使用することもできる。
第３図乃至第８図及び第１１図で図示の実施例では、プラネタリローラ１９に作用する軸方向力はケージ２０によって吸収されない。これの代わりに、プラネタリローラ１９内に支承体２４が配置されていて、該支承体２４は、プラネタリローラ１９の溝切り成形部２１もしくは２７に形状結合式に係合する溝切り成形部２５を有している。
第３図で図示の変化実施例は第１図で図示の実施例とは、中空体７が骨に固定可能であるのに対して、装置作動時に駆動ユニット４が駆動軸１６によってプラネタリローラ１９、支承体２４及び軸方向で負荷可能なピン２３を軸方向で押し出すことによって、異なっている。前記ピン２３は、スラスト軸受け２８を介して支承体２４に結合されている。この場合、髄内釘の両部分２，３の間に設けられる、髄内釘長手方向に延びる嵌合片２６によって、両構成部分２，３は互いに回動不能に固定される。貫通開口１３を介してピン２３は、押出し時にずらされる骨片に固定可能である。
第６図で図示の変化実施例では、駆動軸１６は支承体２４を貫通している。ピニオン歯列１７は、駆動軸１６の、駆動ユニット４とは反対側に配置されている。軸方向力を吸収する支承体２４は、転がり軸受け２２を介してケーシング９に対して支承されている。
第７図で図示の変化実施例は第３図及び第６図で図示の実施例とは次の点で異なっている、即ち、プラネタリローラ１９が２つの異なる溝切り成形部２１もしくは２７を有し、これら溝切り成形部のうち溝切り成形部２１が中空体７の溝切り成形部８に係合するのに対して、溝切り成形部２７が支承体２４の溝切り成形部２５に係合することによって、異なっている。このような形式でプラネタリローラ１９の溝切り成形部２１は所定の傾き（リード）をもって形成できるのに対して、溝切り成形部２７並びに２５は傾き（リード）を持たずに形成され、これにより、プラネタリローラ１９は駆動軸１６に対して軸方向で固定される。
第８図による実施例は第３図、第６図及び第７図による実施例とは、支承体２４が駆動軸１６に対して軸方向で固定されているが、自由回転可能に支承されていることが、異なっている。このために球転がり軸受けとして構成された２つのスラスト軸受け２８が設けられていて、これら軸受けのうちそれぞれ一方が支承体２４の両端面のそれぞれに設けられている。この構成に基づき、駆動軸１６のピニオン歯列１７の転がり円直径を支承体２４の溝切り成形部２５の平均直径とは無関係に選ぶことができる。
第９図で図示の変化実施例では、駆動軸１６はプラネタリローラ１９のケージ２０に直接結合されていて、プラネタリローラ１９は、溝切り成形部２１のみを備え、外側歯列を備えていない。従ってプラネタリローラ１９は、ケージを介してその回転軌道に沿って運動する。軸方向力は、ケージ２０から転がり軸受け２２を介してケーシング９に導入される。
第１１図による変化実施例では、第９図の実施例の場合のように、プラネタリローラ１９のケージ２０が直接駆動される。軸方向力は支承体２４を介して支持され、該支承体の溝切り成形部２５は、プラネタリローラ１９の溝切り成形部２１に形状結合により係合する。支承体２４は、スラスト軸受け２８を介して駆動軸１６に支持されていて、該駆動軸は矢張り、転がり軸受け２２を介してケーシング９内に支承されている。
いずれにせよピニオン歯列１７もしくはケージ２０は、カップリングを介してカルダン式に駆動され得るので、駆動軸１６と中空体７の軸線との間で所定の旋回角を得ることができる。

Claims (23)

1. ２つの骨部分を互いに引き離すため、特に骨伸延のため、若しくは骨隙間をブリッジするための伸延装置であって、骨の骨髄腔内に導入可能な髄内釘（１）を備えており、髄内釘が、それぞれ２つの骨部分の１つに取り付け可能でかつ軸線方向で互いに離反移動可能な２つの骨内釘部分（２，３）を有しており、駆動軸（１６）を駆動する駆動ユニット（４）及び、駆動軸（１６）の回転運動を髄内釘（１）の２つの骨内釘部分（２，３）間の相対的な軸線方向運動に変換するための装置を備えているものにおいて、
   駆動軸（１６）がプラネタリローラ（１９）を駆動するようになっており、プラネタリローラが、回転可能に支承されたケージ（２０）によってプラネタリローラの循環路内に保持されており、プラネタリローラ（１９）の外周に設けられた駆動溝（２１）が、プラネタリローラ（１９）を取り囲む、骨内釘部分を形成する中空体（７）の駆動溝（８）に係合しており、少なくとも中空体（７）の駆動溝（８）若しくはプラネタリローラ（１９）の駆動溝（２１）が、骨内釘部分を形成する中空体（７）を駆動軸（１６）の回転に際して該駆動軸に対して相対的に軸線方向に移動させるために、ねじ溝として形成されていることを特徴とする、骨の２つの部分を互いに引き離すための伸延装置。
2. プラネタリローラ（１９）の駆動のための駆動軸（１６）がピニオン外側歯列（１７）を備えており、該外側歯列が、各プラネタリローラ（１９）に駆動溝（２１）のほかに設けられた外側歯列（１８）と噛み合っている請求項１記載の伸延装置。
3. プラネタリローラ（１９）の駆動のための駆動軸（１６）が、中空体（７）内に回転可能に配置されて内部にプラネタリローラ（１９）を支承するケージ（２０）に相対回動不能に結合されている請求項１記載の伸延装置。
4. ２つの骨内釘部分（２，３）のうちの１つを形成する中空体（７）が駆動ユニット（４）をテレスコープ状に取り囲んでいる、請求項１から３のいずれか１項記載の伸延装置。
5. 駆動ユニット（４）が骨に対して固定可能に形成され、かつ中空体（７）が駆動ユニット（４）に対して相対的に移動可能に形成されている請求項４記載の伸延装置。
6. 中空体（７）が骨に固定可能であり、駆動ユニット（４）がプラネタリローラ（１９）及び、中空体（７）に対して同軸的に支承されて軸線方向に負荷可能なピン（２３）と一緒に、中空対（７）に対して相対的に移動可能である請求項４記載の伸延装置。
7. 駆動ユニット（４）と中空体（７）との間にカルダン継ぎ手が設けられている請求項１から６のいずれか１項記載の伸延装置。
8. 駆動ユニット（４）が液圧ポンプより成っており、該液圧ポンプによって２つの髄内釘部分（２，３）のうちの１つが駆動可能である請求項１から３のいずれか１項記載の伸延装置。
9. 液圧ポンプが患者の体内にインプラント可能である請求項８記載の伸延装置。
10. 駆動ユニット（４）が電動モータ（１４）である請求項１から９のいずれか１項記載の伸延装置。
11. 電動モータ（１４）が誘導的に、特に高周波入力結合によってエネルギを供給されるようになっている請求項１０記載の伸延装置。
12. 電動モータ（１４）がインプラント可能なエネルギ供給装置によって駆動可能である請求項１０記載の伸延装置。
13. 髄内釘（１）の運動を検出するための、患者の体内にインプラント可能な力及び／又は距離測定装置が設けられている請求項１から１２のいずれか１項記載の伸延装置。
14. 力測定装置が伸び測定テープを有している請求項１３記載の伸延装置。
15. 距離測定装置がポテンシオメータを有している請求項１３又は１４記載の伸延装置。
16. 距離測定装置として、電動モータに取り付けられたエンコーダが設けられている請求項１３又は１４記載の伸延装置。
17. 駆動軸（１６）の回転の回転数を記録するホールセンサが設けられている請求項１３又は１４記載の伸延装置。
18. 患者の体内から測定信号を無接触に伝達するための遠隔操作装置が設けられている請求項１３から１７のいずれか１項記載の伸延装置。
19. プラネタリローラ（１９）が回転可能なケージ（２０）内に支承されており、ケージが駆動軸（１６）のケーシング（９）に、軸線方向で位置固定して転がり支承されている請求項１から１８のいずれか１項記載の伸延装置。
20. プラネタリローラ（１９）内に付加的な支承溝（２７）が設けられており、該支承溝が、駆動軸（１６）の軸線（Ｉ）上で回転する支承体（２４）の軸線方向移動不能な対向支承溝（２５）内に係合している請求項１から１８までのいずれか１項記載の伸延装置。
21. 支承体（２４）が駆動軸（１６）に堅く結合されており、プラネタリローラ（１９）及び支承体（２４）の支承溝（２７，２５）がそれぞれ傾きを有していない請求項２０記載の伸延装置。
22. 支承体（２４）の支承溝（２５）の平均的な直径の値と、駆動ピニオン（１７）とプラネタリローラ（１９）との間の歯列の転がり円直径の値とが互いに合致している請求項２１記載の伸延装置。
23. 支承体（２４）が軸線方向で位置固定されているものの、しかしながら回転可能に駆動軸（１６）に支承されている請求項２１記載の伸延装置。

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