JP4488625B2 - ねじ - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は、請求項1の前文に定義されたねじに関する。
【0002】
(背景技術)
このようなねじは特に棒またはプレートシステムの中で使用され、背部で脊椎の不安定性を適切に固定する。全体として、これらのシステムは、縦の支柱およびこれに取り付けた固定要素から成る。これらの固定要素はホックあるいはペディクル(pedicle)を通り抜けるねじのどちらかであり、即ちこれらはいわゆるペディクルねじである。骨の中で安定して取り付けられるので、ペディクルねじはホックより本質的に有利である。
【0003】
基本的に、ペディクルねじは縦の支柱を連結する上部(頭)と、骨に固定する下部(軸)とに区別ができる。骨に固定する下部の設計は、取り付けの短期または長期安定に関して非常に重要である。短期安定性は、性質が厳密に機械的であり、ところが一方長期安定は、骨とねじの界面で機械工学と生物学の間の相互作用によって、またペディクルねじ自身の疲労強度によって大きく影響される。
【0004】
ペディクルねじは、曲げることおよび牽引により真っ先に圧力がかかる。過剰の曲げ応力は「外傷的に」あるいは「生物学的に」骨の中でペディクルねじを切断しおよび/またはねじの破損となる。ペディクルねじ破裂は常に疲労によって引き起こされた機械的な損傷である。過度の牽引は、ねじ自身でなく、骨−ねじ界面を単に危険にさらすのみである。
【0005】
原則として、3つの異なるねじ山設計を備えたねじが公知である:
1. 円筒状のねじ山を備えたねじ
中心部分およびねじ山の両方とも、このようなねじにおいて円形−円筒状である。この型のねじは、引き裂きによる引き抜きの最も高い耐性を提供する。更に、ねじが回転して戻った場合(全長さの<10%の距離以上)、引き裂きによる引き抜き耐性はほとんど影響されない。しかしながら、この種のねじは、他のねじ設計に比べて次の欠点こうむる:
−もし穴が注意深くあらかじめ骨にあけられなかったならば、骨のつかみが不完全であり、
−「不安定な」内部への回転(柔軟な部分によってかけられた横方向の圧力によって引き起こされた)によって入り口場所を広げることが償われず;そして
−ねじが内部へ回転した場合、骨の中のねじ山が磨耗し、ねじが長い程磨耗が大きい。
【0006】
2. 完全に円錐形のねじ山を備えたねじ
これらのねじでは、中心部およびねじ山の両方が円錐形である。この種のねじには、骨をつかみ、締めるという長所がある。しかしながら、これの欠点は比較的柔軟な海綿状の脊椎の骨を切断する可能性である。更に、このねじを回転して戻すことは緩む危険を増す。
【0007】
3. 部分的に円錐形のねじ山を有するねじ
これらのねじでは、中心部が円錐形で、ねじ山それ自身は円形−円筒状である。ちょうど円筒状のねじ山および中心部の両方を備えたねじのように、この最後のねじは、その円筒状のねじ山の為に引き裂きによる引き出しに非常に強い。しかしながら、緩むことが続いて起こるかもしれないので、これは回転して戻すことができない。切断の危険は完全に円錐形のねじ山に対してより小さいが、危険は残る。ねじが長ければ長いほど、骨を裂く危険が大きい。なぜなら、ねじ山の頂が頭部へ向かって広がるからである。このねじ山の頂が広がることはこのねじ山の本質的なものであり、従って、防いだりまたは制御したりできない。ねじが長ければ長いほど、ねじ山の頂がより広がる。
【0008】
上述1の型のねじは、ヨーロッパの特許公開公報A1 0,491,211号および米国特許第2,382,019号から公知であり、これらは、異なった中心部の二つの円形−円筒状中心部の部分と円錐形の移行部分で結合した外形を含む。前部はねじ山を欠く。この公知の骨ねじは、前部にねじ山がなく、大きな軸方向の圧力がないので、骨を不十分につかむのみであるという欠点を負う。脆い、硬化症の骨については、ねじ尖端のつかみが非常に貧弱なので、骨のねじ山は、硬化症の区域を通ってねじを通す試みをしたときにもぎ取られる。
【0009】
(発明の開示)
ここで本発明は解決策を講じる。本発明は、曲がりと切断への耐性を改良し、並びに引き裂きによる引抜への耐性を改良したねじを創り出し、更に骨の性質とは全く関係なく良好に骨を保持する。
本発明は、請求項1の特徴によって定められたねじによってこの問題を解決する。
【0010】
ねじ山のついたねじの軸の一定な外径は、引き裂きによる引抜への最適な耐性となり、この特徴は、特にペディクルねじの形状で骨ねじを用いるとき特に臨床的に重要である。
【0011】
尖端の方へ先細りになる、ねじ山のあるねじの前部は、従来技術に対して以下の長所がある:
−このねじは追加の軸方向圧力のない骨をつかみ、
−このねじ山のついた前部は、過度のねじ山をつける障害に基づく引き裂きにより骨のねじ山が引き抜かれる危険を最小とすることにより、また骨を裂く危険を最小とすることにより、ねじを脆い、硬化症の骨へさえねじ込み、
−このねじ山をつけ、尖端をつけた前部は、センタリングを提供し、脊柱の適用でのペディクルの中のねじを案内し、これによりペディクルの中のねじが側面を貫通する危険を最小とする。
【0012】
ねじの中央部の小さな、一定の直径を有する中心部と、大きな、同様に一定の直径を有する中心部との組み合わせは、以下の有利さを提供する:
−ねじの「不安定な」内部への回転によって引き起こされる入り口位置の拡大は、大きな一定の直径を有する部分の広がった中心部直径によって補われ、
−骨の中のねじの最適な切断耐性は、ねじ先端の近くの良好な固定と共に入り口位置の近くの良好な固定により提供され、
−一定な中心部直径の二つの部分の円形−円筒状の設計により、骨内のねじの引き裂きと切断による引き出しに対する耐性は、合計ねじ長さのおよそ10%以下回転して戻るねじに全く関係なく、
−一定の中心部分直径の実質的な部分に渡って、ねじ山の頂の厚さは前記部分の全長さに渡って一定で、二つの円形−円筒状部分の中心部分直径の差異に依存し、
−この差異が大きければ大きいほど、大きな中心部分直径の円形−円筒状部分中のねじ山の頂はより厚くなり;従って、大きな中心部分直径を有する円形−円筒状部分の広がったねじ山の頂の骨への楔で固定する効果は、部分的に円錐形のねじ山を有する上述の3型のねじの場合に反して制御することができ、
−小さな中心部分直径を有する円形−円筒状の部分中でのみ合計ねじ長さを変えることにより、大きな中心部分直径を有する円形−円筒状の部分の長さは、一定に保持することができ;この方法で、大きな中心部分直径を有する円形−円筒状部分の骨の中での楔で固定する効果が最適化できる。
【0013】
二つの円形−円筒状部分の間に位置した円錐形中心部の部分は、小さなおよび大きな中心部直径の間の移行部で裂ける影響を最小にする。この円錐形中心部の部分は、骨に追加のねじの楔留めを生じさせる。この楔留めは、このねじの一切の戻り回転を非常に減少する。しかしながら、円錐形中心部分の長さは二つの円形−円筒状部分に比べて非常に短く、これの骨の中のねじの引き裂きと切断による引き抜きに対する耐性への影響は非常に小さい。
ねじ山が回転から回転で調和するとは、中央部(3)からヘッド部(2)への移行領域(9)のネジと中央部(3)のネジとは、ずれることなく互いに連続的に結合されることを意味する。
【0014】
本発明の好ましい更なる発展において、尖端へ向かって先細りとなる前部が直線−円錐形か、あるいは凸面(例えば、二乗、放物線の輪郭を有する)である。この設計は、ペディクル中でのセンタリングと案内および骨を裂く危険を減少することで、十分につかまえているねじ山の有利さを提供する。
【0015】
本発明の別の好ましい実施態様の形態は、前部の先端に軸方向のねじのない案内突出部を提供する。好ましくは、この案内突出部は骨中の穿孔と同じ直径を有し、ねじをこの穿孔内で案内し、これによりペディクルが側方へ貫通する危険を減少する。好ましくは、この案内突出部は円形−円筒状である。
【0016】
本発明の別の好ましい実施態様において、このねじ山は二重のねじ山である。この設計は骨組織における一定の保持力で、ペディクルねじがねじ軸に沿った一回転に等しい軸方向の変位を提供し、従って、先端技術の単独ねじ山のねじで可能なものより早く骨にねじ込むことができるという有利さを提供する。この二重ねじ山は更により椎骨を切り開く可能性は小さく、これはこれらの大きな斜面の為にねじ回転の側面が強化効果を提供するからである。最後に、ねじ山穴でのセンタリングもまた改良される。
【0017】
(発明を実施する為の最良の形態)
本発明およびその発展を、説明的な実施態様の部分概略図に関して以下に説明する。
図1と2に示すねじは、中央軸1、頭部2、ねじ山6を備えた中央部3および尖端5を有する前部4を含む。該中央部3は3つの異なる部分31、32および33、即ち円形−円筒状であり、前部4に結合する部分33の中心部、円形−円筒状であり、部分33の中心部より大きな直径を有する頭部2へ結合する部分31の中心部、および二つの部分31と33の間に位置し、尖端5の方向へ先細りとなっている部分32の中心部を含む。前記中央部3の部分31、32および33に、ねじ山6が連続的に取り付けられ、また連続的なねじ山6を備えた中央部3は実質的に一定の外径Dから成る。
【0018】
前部4はこの尖端5の方向に先細りとなり、ねじ山8を備えている。尖端5は、中央軸1の方向に走る、ねじ山のない、円形−円筒状の案内突出部7を含む。
頭部2は球を切り取った形状であり、いくつかの軸の中でねじを使用することを可能にする。この頭部は従来の、例えば適合する回転工具を受け取る六角形の凹みを含むことができる。
【0019】
このねじの直径はまた円形−円筒状であってもよいが、中央部3から頭部2の移行範囲9において頭部へ向かって増加する。ねじ山10が、中央部3から頭部2までの移行範囲9に存在する。この移行範囲9におけるねじ山10の内径および外径は、中央部3から頭部2へ円錐形に拡大する。中央部3と頭部2の間の移行範囲9中におけるねじ山10と中央部3のねじ山6は関連しており、同じピッチを有する。
【0020】
ねじ山6は、10°と20°又は10°と22°の間、好ましくは14°と20°の間のねじ山角度を有する二重ねじ山の形状で設計することができる。これのピッチは3mmと5mmの間、好ましくは3.5mmと4.5mmの間にある。このピッチとねじ山の回転の数は、骨細胞の機械的に保護された休憩地帯を構成するねじ山間の間隙の最適な大きさを定め、生物学的固定を改良する結果となる。
【0021】
しかしながら、このねじ山6はまた単一のねじ山であることができる。この場合ねじ山6のねじ山角度が5°と18°の間、好ましくは8°と14°の間、そしてピッチは1.5mmと4.0mmの間、好ましくは1.75mmと3.50mmの間である。
【0022】
前記部分31の範囲のねじ山6の深さは、少なくとも0.2mm、典型的に0.4mmから0.6mm、好ましくは0.5mmである。替わりの設計では、該部分31の領域のねじ山6の深さは、少なくとも0.5mm、典型的に0.6mmから1.0mm、好ましくは0.85mmである。
【0023】
前記中央部3のねじ山6は前部4へ連続している。有利には前部4は尖端5へ向かって凸面状で、しかしまた円錐形状で先細りとなる。この凸面状の先細りは中央部3の芯へ接線方向に走り、この断面の半径は30mmから50mm、好ましくは38mmから42mmである。代わりに凸面状の先細りは中央部3の芯へ接線で走ることができ、断面的に放物線であることができる。
【0024】
前記前部4のねじ山8および中央部3のねじ山6は、同じピッチでありまたねじ山の回転数が同一である。中央部3のねじ山6は、前部4のねじ山8に連続的に合流し、これが今度は尖端5へ向かって凸面状または円錐形で先細りとなる(けれどもこのねじ山はまた円形−円筒状であってもよい)。断面的に、前部4のねじ山8の先細りの半径は20mmと40mmの間である。これはまた放物線であってもよい。
【0025】
適切には、前記前部4は、0.5mmから3.0mmの間、好ましくは1.5mmから2.0mmの間の球状半径で終結する。
前記部分32の中心部は、3°から7°の半円錐角度で円錐形に先細りとなる。前記部分31の中心部は、部分33の中心部より15から35%大きい。
【0026】
図2に詳細に示されるように、ねじ山6の頂11は部分33の領域でより部分31の領域において厚い。該部分33の中心部の直径と部分31の中心部の直径との間の差は、ねじ山6の頂11が、部分31の領域において0.3mmから0.5mmの間の幅Bであるような方法で選択される。
【0027】
前記部分33は、更に3つの副部分(図面から省略)を含んでもよく、これらは中央部3の3つの部分31、32および33と同様に形成され、同様に操作される。
【0028】
本発明のねじの操作を、ペディクルねじのその設計において以下に記載する。
ペディクルは適切な工具、例えば突き錐またはドリル、を使用して開けられる。この穿孔直径は、ねじの最小の中心部の直径、即ち部分33の直径、より小さくあるべきである。ねじを内部へ回転させる場合、凸面の前部4は部分33の中心部分直径に対する最も裂けの影響の小さい海綿状の骨の中で穿孔を広げる。この置き換えられた海綿状の骨は、ねじ山6の領域で圧縮される。
【0029】
しばしば、柔軟部はねじを内部へ回転させるのを阻止する。側部からの側面の圧力は最初に不安定な方法でねじを挿入することを課すこととなり、入り口場所近辺でねじ山の穴を広げることになるかもしれない。しかしながら、このねじは、挿入深さが増すことによりますます安定する。二つの円形−円筒状の部分33および31の連続は、ここでお互いに非常に調和し、ねじが完全に安定した後、大きな中心部直径の部分31のみがその後骨の内部に入り込む。この方法では、円錐形の中心部を有する部分32が、ねじ山穴の内径を部分31の中心部分直径へ広げる。この内径が増加すると、ねじ山の頂11の厚さは部分31まで一様に増加し、ここで厚さは再び一定となる。部分31の長さはペディクル中へ伸びるような方法で選択されており、従って、該部分31はペディクルの集中した端部領域中へ最適につかまることができるようになる。該部分31の長さは、45mmのねじ山長さを有するねじ用に10mmから30mmの間、好ましくは15mmであり、45mmを超えるねじ山長さを有するねじ用に20mmである。この部分31の領域におけるねじ山の頂の厚さは、前記部分33および31の二つの中心部直径の差異に依存する。ペディクルが裂ける危険を最小限にする為に、この二つの中心部直径は互いに非常に調和するので、ねじ山先端の厚さは0.2mmから0.5mm好ましくは0.3mmから0.4mmである。このねじの適切な長さ補償は、もっぱら前記部分33中で行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のねじの概略縦断面である。
【図2】 図1の本発明のねじのねじ山の、中央部先細り部分の領域での拡大切り欠き図である。
Claims (41)
- 中央軸(1)、頭部(2)、連続のねじ山を備えた中央部(3)および尖端(5)を含む前部(4)を有するねじであり、ここで前記中央部(3)は頭部(2)の方向へ中心部の広がったM部分(32)と円形―円筒状断面のN部分(31、33)へ分割されており、ここで
a)前記MとNは0より大きな整数であり、最大1の大きさで異なり;および
b)前記頭部(2)の方向へ広がっている中心部を有する前記部分(32)と交互に円形―円筒状中心部を有する部分(31、33)であり、
c)前記中央部(3)の前記部分(31、32、33)は連続のねじ山(6)を備えており、
d)該連続のねじ山を支える中央部(3)は実質的に一定の外径Dを含み、並びに
e)M≧1およびN≧2であり
ここで、
f)前記前部(4)が尖端(5)へ向かって先細りとなり、ねじ山(8)を含み;および
g)前記前部(4)が尖端(5)へ向かって凸面状で先細りとなる
ことを特徴とするねじ。 - 前記前部(4)はその尖端(5)に中央軸(1)の方向へ延びるねじ山のない案内突出部(7)を備えていることを特徴とする請求項1に記載のねじ。
- 前記頭部(2)が頭を切った球であることを特徴とする請求項1または2に一項に記載のねじ。
- 前記中央部(3)から頭部(2)への移行構造が円形―円筒状であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のねじ。
- ねじの直径が、前記中央部(3)から頭部(2)へのこの頭部(2)へ向かった移行範囲(9)で増加することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のねじ。
- 該ねじが前記中央部(3)から頭部(2)への移行範囲(9)でねじ山(10)を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記ねじ山(10)の内径と外径が中央部(3)から頭部(2)に向かった移行範囲(9)で円錐形に広がることを特徴とする請求項6に記載のねじ。
- 前記中央部(3)から頭部(2)への移行範囲(9)のねじ山(10)と該中央部(3)のねじ山(6)が同じピッチであることを特徴とする請求項6および7のいずれかに記載のねじ。
- 前記中央部(3)から頭部(2)への移行範囲(9)のねじ山(10)と該中央部(3)のねじ山(6)が回転から回転で調和することを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記ねじ山が二重ねじ山であることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記ねじ山(6)のねじ山角度が10°と22°の間にあることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記ねじ山(6)のねじ山角度が14°と18°の間にあることを特徴とする請求項11に記載のねじ。
- 前記ねじ山ピッチが3mmと5mmの間にあることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記ねじ山(6)ピッチが3.5mmと4.5mmの間にあることを特徴とする請求項13に記載のねじ。
- 前記ねじ山(6)が単一のねじ山であることを特徴とする請求項1から14のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記ねじ山(6)のねじ山角度が5°と18°の間にあることを特徴とする請求項15に記載のねじ。
- 前記ねじ山(6)のねじ山角度が8°と14°の間にあることを特徴とする請求項16に記載のねじ。
- 前記ねじ山(6)のピッチが1.5mmと4.0mmの間にあることを特徴とする請求項15から17のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記ねじ山(6)のピッチが1.75mmと3.50mmの間にあることを特徴とする請求項18に記載のねじ。
- 前記中央部(3)のねじ山(6)が前部(4)へ連続していることを特徴とする請求項1から19のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記凸面状の先細りが中央部(3)の中心部へ接するように走り、30mmと50mmの間の断面半径を有することを特徴とする請求項1から20のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記凸面状の先細りが中央部(3)の中心部へ接するように走り、38mmと42mmの間の断面半径を有することを特徴とする請求項21に記載のねじ。
- 前記凸面状の先細りが中央部(3)の中心部へ接するように走り、断面的に放物線であることを特徴とする請求項1から22のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記前部(4)のねじ山(8)と中央部(3)のねじ山(6)が同一のピッチと同数のねじ山の回転を含むことを特徴とする請求項1から23のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記中央部(3)のねじ山(6)が前部(4)のねじ山(8)と連続的に合流することを特徴とする請求項1から24のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記前部(4)のねじ山(8)が円形―円筒状であることを特徴とする請求項1から25のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記前部(4)のねじ山(8)が尖端(5)へ向かって凸面状で先細りとなっていることを特徴とする請求項1から26のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記前部(4)のねじ山(8)が尖端(5)へ向かって円錐形に先細りとなっていることを特徴とする請求項1から27のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記前部(4)のねじ山(8)の先細りが断面的に20mmと40mmの間の半径を有することを特徴とする請求項27および28のいずれかに記載のねじ。
- 前記前部(4)のねじ山(8)の先細りが断面的に放物線であることを特徴とする請求項27および29のいずれかに記載のねじ。
- 前記前部(4)が0.5mmと3.0mmの間の球半径で終ることを特徴とする請求項1から30のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記前部(4)が1.5mmと2.0mmの間の球半径で終ることを特徴とする請求項31に記載のねじ。
- 前記部分(32)の中心部が3°から7°の範囲の半円錐角度で円錐形に先細りとなっていることを特徴とする請求項1から32のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記部分(31)の中心部が部分(33)の中心部より15から35%大きいことを特徴とする請求項1から33のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記ねじ山(6)の頂(11)が部分(31)の領域で部分(33)の領域におけるより厚いことを特徴とする請求項1から34のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記部分(33)と部分(31)の中心部直径の差異が、前記ねじ山(6)の頂(11)が部分(31)の領域で0.3mmと0.5mmの間の幅Bであるような方法で選択されることを特徴とする請求項1から35のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記部分(33)自身が少なくとも三つの副部分を含み、これの形状と機能が中央部(3)の三つの部分(31、32、33)に同様に相当することを特徴とする請求項1から36のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記ねじ山(6)の深さが、前記部分(31)の領域で0.2mmを超えることを特徴とする請求項1から37のいずれか一項に記載のねじ。
- 前記ねじ山(6)の深さが、前記部分(31)の領域で0.4mmと0.6mmの間であることを特徴とする請求項38に記載のねじ。
- 前記ねじ山(6)の深さが、前記部分(31)の領域で0.5mmを超えることを特徴とする請求項39に記載のねじ。
- 前記ねじ山(6)の深さが、前記部分(31)の領域で0.6mmと1.0mmの間であることを特徴とする請求項40に記載のねじ。
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