JP4277282B2 - 係止釘の定位固定装置及び係止釘 - Google Patents

Description

本発明は、長手方向に沿って２つの発振回路を有している係止釘用の定位固定装置に関する。また、本発明は、係止釘に関する。

脛骨及び大腿骨に導入できる係止釘は、一般に、該係止釘を骨の溝内に安全に保持するために、骨固定用ねじが貫通させる複数の横穴を備えている。該横穴に骨固定用ねじを貫通する際の課題は、骨に埋め込まれた係止釘の横穴を見つけ出すことにある。この課題は、定位固定装置によって対処される。ある種の定位固定装置では、Ｘ線によって骨の放射線写真が撮影され、骨内の係止釘の横穴がモニタ上に表示される。さらに、目標物がＸ線画像内に示され、骨の外において、横穴の軸上に狙いをつけることができる。

他の種類の定位固定装置では、埋め込み可能な釘に装置が接続されて固定されている。該定位固定装置が取り付けられた状態において、ブラケット状の部位が、その軸が釘の横穴の軸と整列する少なくとも１つの孔を有している。穴あけ工具又は骨固定用ねじの案内のために、骨の外面まで前進する案内筒を、定位固定装置の孔を通して配置することも知られている。

米国特許第５，４１１，５０３号明細書には、髄様骨内の係止釘を目標物とする器具が開示されている。この方法では、尖頭棒が係止釘の中空の軸部分に導入される。尖頭棒の先端には、２つの発振回路が設けられている。尖頭棒は、基端にストッパを有している。尖頭棒の位置を合わせるために、導入された係止釘へ、ストッパが係止釘の自由端に当接するよう完全に挿入される。尖頭棒の端部にある２つの発振回路が励起され、放射された電磁界が定位固定装置の適切なセンサで検出される。定位固定装置が、発振回路による電磁界中に、定位固定装置に接続された穴あけ器用の案内溝が、骨用釘の横穴の軸と一致するように配置される。この装置の欠点は、係止釘が押し込まれる際に生じた係止釘の反りや波打ちを考慮に入れることができないという点にある。

米国特許第５，５８４，８３８号明細書には、１つの発振回路を１つ備えた部材が中空の軸部へ挿入される骨用釘が開示されている。該釘は、部材が挿入された状態で骨へ導入されるので、仮に釘が反っていたとしても前記の欠点は生じない。しかし、このように構成された係止釘の欠点は、発振回路が１つしか使用されていないため、穴あけ器を位置決めするために比較的高価な定位固定装置が必要となる点である。さらに、発振回路がまさに横穴の孔内に位置しているので、定位固定装置を位置決めした後に取り除かなければならないという不都合もある。

さらに、独国特許出願公開第３３３２６４２号明細書には、髄内埋込み具の横穴を見つけ出すための装置が開示されている。これは、横穴内の磁界の向き及び磁界測定装置による外部からの横穴の軸の測定に関するものである。

欧州特許出願公開第０５２３９０５号明細書には、案内筒の軸の位置決めのための定位固定装置が開示されており、案内筒に、釘内に配置され且つ横穴と整列したコイルの磁界を検出する二組の測定コイルが設けられている。位置決めのために、定位固定装置が、２つのコイルの各組が同じ強さの磁界を受け取るように配置される。

米国特許第５，４１１，５０３号公報 米国特許第５，５８４，８３８号公報 独国特許出願公開第３３３２６４２号公報 欧州特許出願公開第０５２３９０５号公報

本発明の目的は、係止釘の横穴の位置を簡単な手段で可能なかぎり正確且つ信頼性高く検出できる、係止釘用の定位固定装置を提供することにある。

本発明によれば、前記目的が、請求項１の特徴を有する定位固定装置によって達成される。本発明の好ましい実施態様が、従属請求項２〜１３の主題を構成している。

本発明による定位固定装置は、挿入済みの係止釘の横穴に対して穴あけ器及び／又は骨用ねじを位置させるための案内筒の位置決めに適している。この目的のため、係止釘は、係止釘の長手方向に沿って配置された２つの発振回路を有している。定位固定装置が正しく位置決めされた状態にあるとき、案内筒の中心軸が横穴の中心軸と実質的に一致する。定位固定装置は、第１の平面内に３つ以上の発振回路を備えており、これら発振回路が、この平面内の第１の中心からそれぞれ等距離にある。３つ以上の発振回路が、前記第１の平面と平行に広がる第２の平面にも配置されており、これら発振回路が、第２の平面内に位置する第２の中心からそれぞれ等距離にある。第１の平面及び第２の平面は、両平面のうちの一方の面の法線が前記第１の中心及び第２の中心を通過して延びるように、対向して配置されている。さらに、１組の発振回路が、前記両中心を通って延びる直線から間隔をあけて設けられ、これら発振回路を接続する直線は、定位固定装置が係止釘と整列した状態において、係止釘の長手軸とほぼ直交する。前記第１の平面は、ｘｙ平面内における位置決めの役割を果たす。よりよい測定のためには、横穴の軸がｚ方向に延び、係止釘の長手方向がｘ方向である。本発明の定位固定装置は、係止釘の長手方向と横穴の軸とが互いに直交していない場合であっても使用できることは当然である。この幾何的配置によって、発振回路を備えた第１の平面は、ｘｙ平面における定位固定装置の位置を定めることができる。正しい位置を見つけ出すために、第１の平面の各発振回路が係止釘内の発振装置からの電磁界を同じ強度で受信する定位固定装置の位置が探索される。ｘｙ平面内における位置が固定されると、案内筒の軸が、即ち定位固定装置がｚ軸又は横穴の軸に対して傾いていないことを確認しなければならない。この目的のためには、発振回路を備えて前記第１の平面と平行に配置された第２の平面が役に立つ。これらの発振回路が、前記と同様に同じ強度の信号を検出すれば、案内筒の軸と横穴の軸が一致していると確認される。しかし、依然この軸を中心として定位固定装置を回転させることは可能である。この自由度をも固定するために、更に設けられた１組の発振回路が、係止釘からの第２の発振回路の信号の測定において役に立つ。この目的を達するために、更に設けられた１組の発振回路は、係止釘の長手方向と直交するように向けられる。この２つの発振回路が等しい強度の信号を受信すれば、定位固定装置は骨用釘に対して精密に定められた位置に完全に位置決めされ、この参照位置に関して横穴の位置が定められる。係止釘及び定位固定装置に設けられている発振回路は、それらの共振周波数で動作することが好ましい。

好ましい実施態様においては、第１の平面及び／又は第２の平面内に、４つの発振回路が互いに矩形に配置される。矩形として正方形を選択すると好ましい。定位固定装置の前記両平面における受信用発振回路の矩形配置は、位置決めにおける正確性を顕著に向上させる。

好ましい実施態様においては、発振回路が、第１の平面及び第２の平面に合同に配置される。合同とは、互いに平行に広がる両平面がそれらの法線に沿って一致されると、発振回路が両平面において互いに上下に配置されていることを意味する。

本発明の定位固定装置の可能な実施態様においては、発振回路から受信された信号を、外部又は内部の評価ユニットへと送ることができる。正確な位置を表示するため、その位置を定位固定装置自体に表示することもでき、外部の表示装置に表示することもでき、或いはこれらの両者に表示することもできる。

評価ユニットは、フィルタ・ユニット及び増幅ユニットを有し、これらが発振回路の動作周波数に同調されている。増幅回路は、増幅器及び帯域通過フィルタを備え、そのような増幅が事実上、能動帯域通過フィルタによって行なわれることが好ましい。

増幅されフィルタ処理された測定値は、整流され、Ａ／Ｄコンバータによってデジタル化される。デジタル化されたデータを、シリアル・インターフェイスを介して評価のためのコンピュータへと送ることができる。定位固定装置の位置決め状態を表示し、或いは定位置からの逸脱の方向及び／又は程度を表示するために、コンピュータが追加的又は独占的に評価したデータを示す。

受信用の発振回路が電磁波信号を受信して発振できるようにするために、発振回路を係止釘内で励振できるようにする必要がある。これら発振回路を励振するために、定位固定装置内に、発振回路を励振すべく高周波パルスを係止釘内へと放射する励振コイルを設けることが好ましい。

本発明の目的は、請求項１４の特徴を有する係止釘によっても達成される。

本発明の係止釘は、中空の軸部に、骨用ねじを収容するための少なくとも１つの横穴、及び該横穴の領域に配置された細長い凹部を備えている。凹部は、好ましくはボートのような形状であり、内部に放射周波数の異なる２つの発振回路を軸部の長手方向に配置して備えている。発振回路は、電磁界の放射の方向が互いに平行に延びるよう凹部内に並べられている。

凹部は、軸部の壁の外側から設けられており、発振回路の係止釘への組み込みを容易にしている。ひとたび発振回路が組み入れられると、凹部はプラスチックで閉じられる。

好ましい実施態様によれば、発振回路の少なくとも１つが、横穴の周囲に配置されている。

このように、本発明に係る係止釘の定位固定装置及び係止釘によれば、係止釘の横穴の位置を簡単な手段で可能なかぎり正確且つ信頼性高く検出できるという利点がある。

本発明の実施の形態を、添付の図面を参照しつつさらに詳細に説明する。
図１は、係止釘１０の先端が示されており、先端１４に開口を有する軸部１２を備えている。軸部１２には、２つの横穴１６，１８が設けられている。図示の実施の形態においては、横穴１８が長穴として設計されている。軸部１２の壁面において、横穴１６，１８の間の領域で軸部１２の壁面が沈められて凹部２０とされている。図示されている２つの発振回路２２，２４は、凹部２０内に設けられている。発振回路２２，２４はそれぞれコイル及びキャパシタを有し、これらが互いに電子的に同調されている。図示の実施の形態においては、両発振回路２２，２４が、電気的に接続されている。しかし、電気的に独立な２つの発振回路２２，２４を設けることも考えられる。発振回路２２，２４を励起するため、定位固定装置が短い高周波パルス（ＨＦパルス）を生成する。パルスの周波数が、係止釘１０内の励起を必要とする発振回路２２，２４の共振周波数と一致又は近接し、発振回路内で大きな減衰は生じない。生成されたＨＦ電磁界が、係止釘１０内の対応する発振回路２２，２４を励起する。ＨＦ発振電磁界がオフにされた後、発振回路２２，２４に蓄えられたエネルギーによって、発振回路２２，２４は減衰するＨＦ電磁界を自身で生成しつつ数ミリ秒のあいだ発振を続ける。この電磁界が、定位固定装置の発振回路で受信され、分析される。ＨＦパルスは定位固定装置の大表面コイルによって生成される。発振電磁界は、目標領域の全体にわたる一様な電磁界強度分布を有し、カバーする範囲のどこに係止釘１０が位置していようとも、係止釘１０内の発振回路２２，２４の強力な発振を確実に達成する。このようにして、係止釘１０内の発振回路２２，２４の発振が、独国実用新案出願公開第２０２０４６５５号明細書と異なり、ＨＦパルスを介して無線で生じる。この種の発振により、係止釘１０内に設けた発振回路２２，２４を、受信のための発振回路及び送信のための発振回路の両者として使用することが可能になる。

凹部２０内に設けられた発振回路２２，２４は、適切な生体適合性プラスチック２６で電気的に絶縁されている。コイルが軸部１２の壁面から絶縁されていることも、もちろん言うまでもない。

図２には、本発明の係止釘の他の実施態様が示されている。この実施の形態においては、係止釘２８が、先端の領域に２つの横穴３０，３２を有している。ここでも、横穴３２が長穴として構成されている。図１の実施の形態と異なり、２つの発振回路３６，３８のための凹部３４が横穴３０，３２の間には配置されておらず、横穴３０の周囲に位置している。２つの発振回路３６，３８が凹部３４内に設けられており、発振回路３６が横穴３０の周囲を巡って走っている。

図３は、２つの発信回路４２，４４を備える係止釘４０の概略図である。発振回路４２，４４のコイルは、主放射軸４６，４８が互いに平行に延びるよう軸部に配置されている。さらに、コイル４２，４４は、係止釘４０の長手軸に沿って配置されている。方向の確認を容易にするため、座標系５０が図示されており、ｘ軸が係止釘４０の長手軸に沿って走り、ｚ軸が主放射軸４６，４８の方向に走っている。４つの発振回路５４が、第１の平面５２において四角形に配置されている。第１の平面５２は、図示の座標系５０で言うところのｘｙ平面内を広がっている。第１の平面５２と平行に、第２の平面５６が設けられており、やはり４つの発振回路５８が四角形に配置されている。第１の平面５２及び第２の平面５６は互いに平行に配置され、発振回路５４，５８は、ｚ軸で示されるように、互いに上下となるように位置している。第１の平面５２における四角形の中心点は、符号６０で示され、一方、第２の平面５６における四角形の中心点は、符号６２で示されている。本実施の形態の発振回路５４，５８は、互いに上下に一致して示されているが、このような構成は必ずしも必要ではない。発振回路が、互いにずれるように配置されていてもよい。

図３には、第１の平面５２及び第２の平面５６について位置決めされた位置が示されており、主放射軸４８が中心６０，６２を貫いている。

第１の平面５２の４つの受信用発振回路５４のすべてが、等しい強さの信号を測定したのであれば、定位固定装置は、ｘｙ面内の正しい位置にある。定位固定装置が傾いていないよう、発振回路５８からも等しい強さの信号がもたらされる必要がある。この条件によって、ｘｙ平面の合致、及び傾斜の防止の両者が確保される。残る自由度として、軸４８周りの定位固定装置の回転がある。この自由度に関しても定位固定装置を位置決めするため、さらに１組の受信用発振回路６４，６６が設けられている。コイル（受信用発振回路）６４，６６は、「ｙ」で示されている方向に沿って整列しており、それぞれｘｙ方向に広がっている。コイル（受信用発振回路）６４，６６も等しい強さの信号を示すのであれば、定位固定装置の位置が軸４８に対して正しい位置にあり、案内筒（図示されていない）が横穴４２，４４のうちの１つの方向へと向いている。

評価用の電子機器は、２つのフィルタ及び増幅ユニットを備えており、それぞれ係止釘の送信用コイルの動作周波数に同調されている。コイル・ユニットには、２×８のマルチプレクサ・モジュールが接続されている。マルチプレクサは、どの測定コイルを増幅ユニットに接続するのかを決定するマイクロコントローラによって制御される。増幅ユニットは、増幅器及び帯域通過フィルタからなる。故障に対する耐性を向上させるため、増幅の大部分は、所定の特性とされた能動帯域通過フィルタによって実行される。この増幅及びフィルタ処理の後、信号は整流されてＡ／Ｄコンバータへと導かれる。好ましくは１２ビットであるＡ／Ｄコンバータが、マルチプレクサと同様、マイクロコントローラによって制御される。次いで、変換済みのデータが、マイクロコントローラによってシリアル接続を介してＰＣ（コンピュータ）へと運ばれる。ＰＣ（コンピュータ）が、データを評価し、係止釘の横穴に対する定位固定装置の位置を目視可能に表示する。

すでに述べたように、コイル（発信回路）４２，４４は定位固定装置内の励振コイル（不図示）を介して励振される。励振コイルは定位固定装置内に、ＨＦパルスが受信コイル５４，５８，６４，６６を妨害しないように配置される。

２つの発振回路を備える係止釘の先端を示した図である。 ２つの発振回路を備え、そのうちの１つが横穴の１つの周囲に広がっている係止釘を示した図である。 係止釘内の発振回路に対する発振回路の設置位置を示した図である。

符号の説明

１０、２８ 係止釘
１６、１８、３０、３２ 横穴
２０、３４ 凹部
２２、２４、３６、３８、４２、４４、５４、５８、６４、６６ 発振回路（コイル）
２６ プラスチック化合物
４６、４８ 主放射軸（電磁界の放射の主方向）
５２ 第１の平面
５６ 第２の平面
６０ 第１の中心
６２ 第２の中心

Claims (16)

1. 長手方向に沿って配置された２つの発振回路（２２、２４；３６、３８；４２、４４）を有する係止釘（１０；２８）のための定位固定装置であって、該定位固定装置が正しく位置決めされたときに、横穴（１６、１８；３０、３２）へと向かう穴あけ器及び／又は骨用ねじを設置するための案内筒を有し、且つ、前記係止釘内の発振回路（２２、２４；３６、３８；４２、４４）を励振するためのＨＦパルスを放射する励振コイルが設けられており、
   ３つ以上の発振回路（５４）が、第１の平面（５２）内に配置されるとともに、該平面内に位置する第１の中心（６０）からそれぞれ等距離にあり、
   ３つ以上の発振回路（５８）が、前記第１の平面と平行に広がる第２の平面（５６）内に配置されるとともに、該第２の平面内に位置する第２の中心（６２）からそれぞれ等距離にあり、
   前記第１及び第２の平面（５２、５６）が、該面のうちの一方の面の法線が前記第１の中心及び第２の中心を通って広がるように互いに対向して配置され、
   １組の発振回路（６４、６６）が、前記両中心（６２、６０）を通過して延びる直線（４８）から間隔をあけて配置され、該１組の発振回路（６４、６６）を接続する直線が、係止釘と整列した状態において、前記係止釘の長手方向とほぼ直交することを特徴とする定位固定装置。
2. ４つの発振回路（５４）が、前記第１の平面（５２）内に互いに矩形に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の定位固定装置。
3. 前記発振回路（５４）が、互いに正方形に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の定位固定装置。
4. 前記発振回路（５８）が、前記第２の平面（５６）内に矩形として配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の定位固定装置。
5. 前記発振回路（５８）が、互いに正方形に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の定位固定装置。
6. 前記発振回路が、前記第１及び第２の平面（５２、５６）で合同に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の定位固定装置。
7. 前記発振回路が、内部の評価ユニットに接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の定位固定装置。
8. 前記発振回路が、外部の評価ユニットに接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の定位固定装置。
9. 前記評価ユニットが、フィルタ・ユニット及び増幅ユニットを有し、該フィルタ・ユニット及び該増幅ユニットがそれぞれ、前記発振回路の動作周波数へと同調されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の定位固定装置。
10. 前記増幅ユニットが、増幅器及び帯域通過フィルタを有し、増幅が事実上能動帯域通過フィルタによって行われることを特徴とする請求項９に記載の定位固定装置。
11. 増幅されフィルタ処理された前記発振回路の測定値が、整流され、Ａ／Ｄコンバータによってデジタル化されることを特徴とする請求項１０に記載の定位固定装置。
12. デジタル化されたデータが、シリアル・インターフェイスを介して評価のためのコンピュータへと送られることを特徴とする請求項１１に記載の定位固定装置。
13. 評価済みのデータが、前記コンピュータ上に図式的に示されることを特徴とする請求項１２に記載の定位固定装置。
14. 中空の軸部に、骨用ねじを収容する少なくとも１つの横穴（１６、１８；３０、３２）、及び該横穴の領域に配置された細長い凹部（２０；３４）を有する係止釘であって、
    前記凹部に、異なる共振周波数を有する２つの発振回路（２２、２４；３６、３８）が連続して配置され、該発振回路が、発する電磁界の放射の主方向（４６、４８）が互いに平行に延びるよう前記凹部に並べられ、前記凹部（２０；３４）は、前記軸部の壁面において半径方向外側を向いており、プラスチック化合物（２６）で封止されていることを特徴とする係止釘。
15. 前記発振回路（３６）の少なくとも１つが、横穴（３０）の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の係止釘。
16. 前記発振回路が、自身の共振周波数で動作させられることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の係止釘。

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