JP4994773B2 - 骨固定装置 - Google Patents

Description

この発明は、骨に固定される固定要素と、固定要素に接続されるようにロッドを受けるための受け部とを含む骨固定装置に関するものであり、受け部は長手方向の軸と同軸の第１のボアと第２のボアとを有し、固定要素は骨に差し込むための第１の端部と第２のボア内に位置決め可能な第２の端部とを有し、固定要素は受け部の長手方向の軸を中心として制限された角度範囲で受け部に対して動かすことができる。固定要素は、受け部の長手方向の軸を横切る単一の回転軸を中心に受け部に対して旋回可能である。したがって、固定要素は単一平面において受け部に対して調節可能である。

米国特許第５，００５，５６２号は、骨に固定されるねじ切りされたシャフトまたはフックと、シャフトと一体的に形成された頭部とを有する骨固定装置を開示し、頭部はロッドを受けるためのＵ字型の窪みを有する。このいわゆる単軸骨固定装置の負荷に対する抵抗は高い。しかしながら、頭部の位置を解剖学的条件に順応させる可能性は限定される。

米国特許第５，４４３，４６７号は、ロッドを受けるための受け部と、骨固定要素とを含む骨固定装置を開示し、骨固定要素は、ねじ切りされたシャフトと、受け部に旋回可能に保持される球形の頭部とを有する。このいわゆる多軸骨固定要素の場合、固定部材は、長手方向の軸を中心として３６０°の範囲の方向に、受け部の長手方向の軸を中心として概して最大約±２５°までの範囲で旋回されることが可能である。したがって、骨固定部材のねじ切りされたセクションを骨に捩じ込んだ後でさえ、ロッドを受けるために固定要素に対して受け部の向きを調節することが可能である。受け部の向きが解剖学的条件に順応され、ロッドが受け部に差し込まれた後、骨固定装置はロックされる。

特定の臨床上の用途の場合、たとえば頸椎の領域では、頸椎の寸法が小さいために、より大きな胸椎および腰椎の領域の場合よりも、１つの特定の側へより大きな程度に旋回させることが必要である。米国特許第６，７３６，８２０ Ｂ２号は、ねじ切りされたセクションを備えるねじ部材と、ロッドを受ける受け部に旋回可能に保持される頭部とを有する骨ねじを開示する。ねじ部材は、拡大した角度だけ少なくとも１つの側に旋回されることができる。これは、受け部の端縁に非対称の構造を与えることによって達成される。しかしながら、ねじ部材はそのねじの軸を中心として３６０°の角度範囲ですべての方向に依然として旋回可能である。
米国特許第５，００５，５６２号明細書 米国特許第５，４４３，４６７号明細書 米国特許第６，７３６，８２０ Ｂ２号明細書 欧州特許第０，８７９，５７９ Ａ号明細書 米国特許第６，８００，０７９ Ｂ２号明細書

図１７に示されるコズミック・ポステリア・ダイナミック・システム（Cosmic Posterior Dynamic System）は、ロッド１０１および骨ねじ１０２を受ける受け部１００を含む骨固定装置を開示し、骨ねじは横向きのピン１０５によって形成される旋回軸１０３を中心に受け部に旋回可能に保持され、旋回軸１０３は受け部の長手方向の軸１０４に対して垂直であり、ロッドに対して垂直である。したがって、骨ねじは、受け部の長手方向の軸を含む単一平面で旋回されることが可能である。受け部に対する骨ねじの位置はロックされることができず、したがって、骨ねじおよび受け部は常に互いに対して動かすことができる。

この発明の目的は、調節可能であり、負荷抵抗が改善され、取扱が容易であり、角度がついた骨ねじの位置を安全にロックする骨固定装置を提供することである。

この目的は、請求項１または請求項１０に従う骨固定装置によって解決される。さらなる展開が従属請求項においてもたらされる。

この発明に従う骨固定装置は、単軸骨固定装置の利点と多軸骨固定装置の利点とを組合せる。この発明に従う骨固定装置は、好ましくは受け部の長手方向の軸を含む単一平面での一平面の調節を可能にする。固定要素は、受け部の長手方向の軸を横切る１つの回転軸を中心に受け部に対して旋回可能である。したがって、たとえば、単一平面でのみ骨固定要素に対して受け部の位置を調節することが可能である。使用される際にしばしば矢状方向の面であるこの平面はたとえばロッドに平行に延在し得るが、ロッドを横切る方向への横方向の動きは妨げられる。代替的には、この平面はロッドを横切ってまたは別の規定された方向に延在し得る。したがって、骨固定装置全体はより安定的である。

受け部は、多軸骨固定装置のための公知の受け部と同様に成形され得る。したがって、手術の際の実際の必要性に従って、所望の骨固定装置、つまり多軸の装置または一平面の装置のいずれかを予め組立てることが可能であり、これは骨固定装置の在庫管理のためのコストを低減することが可能である。

この発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面に関連して取り入れられる以下の詳細な説明を参照することによって明らかになり、最もよく理解される。

図１および図２に示されるように、骨固定装置は受け部１を含み、受け部１は、実質的には円筒形であり、第１の端部２と第１の端部に対向する第２の端部３とを有する。２つの端部は、長手方向の軸４に対して垂直に延在する。長手方向の軸４と同軸であり、第１の端部２から、予め定められた、第２の端部３からの距離まで延在するボア５が設けられる。第２の端部３には開口６が設けられ、その直径はボア５の直径よりも小さい。同軸のボア５は、セクション７において開口６に向かって先細りになり、たとえば球形にまたは円錐形に成形され得る。

受け部１はさらにＵ字型の窪み８を有し、Ｕ字型の窪み８は第１の端部２から始まり、第２の端部３の方向に、予め定められた、上記第２の端部３からの距離まで延在する。Ｕ字型の窪み８によって、第１の端部２の方に延在する２つの自由な脚部９、１０が形成される。第１の端部２に隣接して、受け部１は上記脚部９、１０上に雌ねじ１１を含む。Ｕ字型の窪み８は、ロッド１２を受けるのに役立ち、ロッド１２によっていくつかの骨固定装置が接続されることになる。

骨固定装置はさらに、骨ねじおよび一端に頭部１５を有するシャフト１４を含む骨固定要素１３を含む。図３から図６に示されるように、頭部１５は２つのセクション１６ａ、１６ｂを有し、２つのセクション１６ａ、１６ｂは互いに対向して位置し、球形の外面を有し、球の中心Ｍは頭部１５の中心にある。２つの対向する球形の面１６ａ、１６ｂの間に、頭部１５は２つの円筒形に成形された面１７ａ、１７ｂを含み、円筒の軸Ｃは骨固定要素１３の長手方向の軸Ｌに対して垂直であり、頭部の中心Ｍを通って延在する。ねじ切りされたセクション１４に対向する側で、頭部１５は平坦な面１８を含む。捩じ込み工具と係合させるための窪み１９が平坦な面１８に設けられる。円筒形に成形された面１７ａおよび１７ｂの円筒の半径は、球形の面１６ａ、１６ｂの半径よりも小さい。ねじ切りさ
れたセクション１４の直径は、受け部の開口６の直径よりも小さいため、固定要素１３は受け部１における第１の端部２から差し込まれることができ、球形の面１６ａ、１６ｂが受け部１の先細りするセクション７と接触するまで、ねじ切りされたセクション１４が下部開口６を通して誘導される。

図１および図７から図１５に見られることができるように、骨固定装置はさらに、頭部１５に作用し、受け部１において頭部１５の旋回運動を制限するために圧力要素２０を含む。圧力要素２０は実質的には円筒形に成形されており、第１の端部２１と第２の端部２２とを含む。圧力要素２０の外径は受け部１のボア５の内径よりも僅かに小さいため、圧力要素２０は受け部１に差し込まれることができ、ボア５内で摺動可能である。第１の端部２１に隣接して、圧力要素２０は円筒形の扇型の窪み２３を含み、その大きさはロッド１２が窪み２３に収まるような大きさである。第２の端部２２に隣接して、圧力要素２０は第２の円筒形の扇型の窪み２４を含み、その円筒の軸は第１の円筒形の扇型の窪み２３の円筒の軸に対して垂直である。

第２の円筒形の扇型の窪み２４の円筒の扇型の半径は、頭部１５の円筒形に成形された面１７ａ、１７ｂの半径に基本的には対応する。第２の円筒形の扇型の窪み２４の幅Ｗは、固定要素１３および圧力要素が受け部１に差し込まれるとき、円筒形の扇型の窪み２４が面１７ａ、１７ｂを少なくとも部分的に覆うように、頭部１５の円筒形の面１７ａ、１７ｂの幅に対応する。圧力要素２０はさらに、第２の端部２２に隣接して、２つの対向する球形の窪み２５ａ、２５ｂを含み、２つの対向する球形の窪み２５ａ、２５ｂは、第２の円筒形の扇型の窪み２４の両側に延在し、それらの直径はたとえば頭部１５の対向する球形の面１６ａ、１６ｂの直径と等しいか、またはそれらの直径よりも大きく、そのため、図１４ａ、図１４ｂおよび図１５に見られることができるように、頭部１５の球形の面１６ａ、１６ｂは圧力要素２０によって覆われない。

さらに、圧力要素２０はその外面上に圧着ボア２６を含み、圧着ボア２６は好ましくは窪み２５ａ、２５ｂを有する側で互いに対向して位置し、受け部１における脚部上の対応する圧着ボア２７とそれぞれに係合する。圧着ボア２６、２７は、圧力要素２０が落下できないように、受け部内で圧力要素２０を緩く予め組立てるのに役立つ。このように、受け部に対する固定要素の旋回面も予め規定される。

さらに、圧力要素２０は、捩じ込み工具を頭部１５における窪み１９に近づけることができるようにするための同軸のボア２８を有する。

図１２および図１３では、圧力要素の修正された実施例が示される。圧力要素２０′は、円筒の軸が平行であるように第２の円筒形の窪み２４′が第１の円筒形の窪み２３に対して整列されるという点で、図７から図１１に示される圧力要素とは異なっている。その結果、固定要素の旋回運動のための回転の軸は、図７から図１１に示される圧力要素が使用される場合と比較して、９０°だけ回転される。

図１および図２に示されるように、骨固定装置は内部ねじ３０も含み、内部ねじ３０は、ロッド１２を据え付け、ロッド１２によって頭部１５に圧力をかけるように脚部９、１０の間に捩じ込まれることができる。

装置全体は、たとえばチタンなどの生体適合性の材料から作られる。
使用するとき、最初に、開口６に隣接したセクション７に頭部１５がよりかかるまで、受け部の第２の端部３における開口６を通して、ねじ切りされたシャフト１４を誘導することによって固定要素１３が受け部１に差し込まれる。次いで、圧力要素２０の第２の端部２２が頭部に面する状態で圧力要素２０が受け部１に差し込まれ、協働する圧着ボア２
６、２７によって、圧力要素の窪み２３が受け部１の窪み８と同軸である位置に緩く保持される。頭部１５の円筒形の面１７ａ、１７ｂは、圧力要素の窪み２４の円筒形の面で少なくとも部分的に覆われる。固定要素１３は、この態様で予め組立てられ、骨に捩じ込まれる。

この状態では、固定要素１３は依然として受け部１に対して旋回可能であるが、旋回の角度範囲は制限され、平面Ｐ内にある。平面Ｐは、受け部の長手方向の軸４を含み、受け部１の鏡面対称の平面を形成する。この実施例では、平面Ｐは図２に示される断面図の断面である。単一平面での旋回は、頭部１５に圧力をかけることなく、面１７ａ、１７ｂが第２の円筒形の扇型の窪み２４と協働することによってのみ頭部１５に作用する圧力要素２０によって達成され、これは円筒の軸Ｃを中心とした旋回運動を可能にするが、別の方向への旋回を妨げる。したがって、装置が使用されるときに、矢状方向の面において、つまりロッド１２に沿って、固定要素１３に対する受け部の位置を調節することが可能であるのに対して、装置が使用されるときに横方向への調節、つまりロッド１２を横切る調節が阻止される。受け部１の位置の調節の後、ロッド１２が差し込まれ、内部ねじ３０が脚部９、１０の間に捩じ込まれ、ロッドに圧力をかけるように締められ、ロッド自体が圧力要素２０に圧力をかける。圧力要素２０は次いで、最終位置に頭部１５をロックするように頭部１５に圧力をかける。したがって、長手方向の軸４を中心とした固定要素１３の回転は、頭部１５および圧力要素のそれぞれの円筒形の整合誘導面同士の協働によって妨げられるのに対して、頭部の角運動の、単一平面でのロッキングは、頭部１５と圧力要素２０との間に作用する摩擦力によって達成される。

図１６では、ロッド１２によって接続される２つの骨固定装置５０、５０′が示される。第１の骨固定装置５０は、図７から図１１に示される圧力要素２０を含む。固定要素１３の回転の軸はロッドの軸Ａに対して垂直であり、これによって、受け部１の長手方向の軸４およびロッドの軸Ａによって規定される平面での調節が可能になる。第２の骨固定要素５０′は、図１２および図１３に示される圧力要素２０′を含む。骨固定要素１３の回転の軸はロッドの軸Ａに対して平行であり、これによって、ロッドの軸Ａに対して垂直であり、受け部の長手方向の軸４を含む単一平面での固定要素１３の調節が可能になる。

図１４ａ、図１４ｂ、図１５および図１６から見られることができるように、この発明に従う骨固定装置によって、単一平面での調節、つまり言い換えると１つの回動軸を中心とした回転が可能になる。したがって、固定要素は一平面の態様で受け部に接続される。この骨固定装置は、長手方向の軸を中心とした３６０°の範囲の旋回を可能にする多軸骨固定装置よりも安定的である。この骨固定装置は改善された負荷抵抗を有し、特定の臨床上の用途に十分な受け部の位置調節を可能にする。適切な圧力要素を選択することによって、実際の解剖学的要件に従って、ロッドに対する所望の平面で調節されることができる骨固定装置を組立てることが可能である。

この発明は、上に示された実施例に限定されるものではない。修正例が考えられる。圧力要素の第１および第２の円筒形の窪みの２つの円筒の軸を互いに対して任意に向き付けることが可能である。

圧力要素の円筒の扇型の窪み２３は省略されることができる。つまり、圧力要素の第１の端部２１は平坦な面を有し得る。この場合、圧力要素は、第２の円筒の扇型の窪みが任意の所望の方向に整列されるように受け部内で向き付けられることができる。

頭部１５の面１６ａ、１６ｂは球形の形状を有する必要はない。それらは平坦なものである可能性もある。

固定要素が旋回されることができる単一平面は、長手方向の軸を含む必要はない。単一平面は、長手方向の軸に対して平行に延在する可能性もある。

受け部は、長手方向の軸の一方の側で、他方の側でよりも大きな旋回角度を可能にするために、開口６において非対称の端縁を有する場合がある。旋回角度の非対称は、他の手段によっても達成され得る。

示される実施例では、ロッド１２によって圧力要素２０に圧力がかけられ、圧力要素２０自体が頭部に加圧する。しかしながら、圧力要素２０による頭部１５のロッキングをロッド１２のロッキングから分離することが可能である。この目的で、圧力要素２０における窪み２３は、差し込まれたロッド１２の上に延在する上向きに延在する脚部を含み、そのため、ロッドに加圧する内部ねじ３０を取囲む別個の内部ねじによって、これらの脚部に別個に加圧することが可能である。

さらなる修正例では、頭部が第２の端部３から受け部１に差し込まれる構造が可能である。この場合、開口６は頭部を導入するのに十分に大きいものでなければならず、頭部の落下を防ぐために手段が設けられなければならない。

別の修正例では、受け部の下部開口６は、固定要素のシャフト１４のねじ山と協働するねじ山を備える。この場合、固定要素１３のねじ切りされたシャフト１４は、開口に捩じ込まれることができ、さらには骨の中に捩じ込まれることができる。ねじ切りされたシャフトの直径は、第１のボア５の直径と同じぐらい大きい可能性がある。

ねじ切りされたシャフト１４の代わりに、釘またはフックなどの他の骨固定手段が考えられる。

骨固定装置は、手術で使用される前に予め組立てられる必要はない。骨固定装置は手術中に組立てられることも可能である。

この発明の実施例に従う骨固定装置の分解斜視図である。 組立てられた状態の図１の骨固定装置の、ロッドの長手方向の軸に沿った断面の断面図である。 骨固定装置の骨固定要素の斜視図である。 図３の骨固定要素の上面図である。 図３の骨固定要素の部分側面図である。 図３の骨固定要素の、９０°だけ回転された部分側面図である。 骨固定装置の圧力要素の上面図である。 骨固定装置の圧力要素の側面図である。 骨固定装置の圧力要素の、底部からの斜視図である。 図９の圧力要素の別の斜視図である。 骨固定装置の圧力要素の底面図である。 圧力要素の別の実施例の側面図である。 図１２の圧力要素の斜視図である。 圧力要素とともに示される、ある角度位置にある骨固定要素の側面図である。 圧力要素とともに示される、別の角度位置にある骨固定要素の側面図である。 圧力要素とともに示される骨固定要素の斜視図である。 ロッドとともに示される、この発明に従う２つの骨固定要素を示す図である。 公知のコズミック・ポステリア・ダイナミック・システムを示す図である。

符号の説明

１ 受け部
４ 長手方向の軸
１２ ロッド
１３ 固定要素

Claims (9)

1. 骨固定装置であって、
   ロッドを受けるための受け部（１）を含み、受け部は長手方向の軸（４）と同軸の第１のボア（５）と第２のボア（６）とを有し、前記骨固定装置は、さらに、
   骨に差し込むための第１の端部（１４）と第２のボア（６）内に位置決め可能な頭部（１５）を形成する第２の端部とを有する固定要素（１３）と、
   前記固定要素（１３）は、長手方向の軸（４）を中心として制限された角度範囲で受け部（１）に対して動かすことができ、この角度範囲は単一平面（Ｐ）内にあり、前記骨固定装置は、さらに、
   前記受け部（１）に対して固定要素（１３）をロックするように前記受け部（１）と協働する据付要素（３０）を含み、
   ロッドを受けるように成形された窪みを有する圧力要素（２０）が、前記受け部（１）に対して前記固定要素（１３）の角度位置をロックするように設けられ、ロッキング前の前記固定要素（１３）の動きは、前記頭部（１５）と前記圧力要素（２０）との間のそれぞれの誘導面（１７ａ,１７ｂ；２４）間の整合によって単一平面内に制限されることを特徴とする、骨固定装置。
2. 単一平面は長手方向の軸（４）を含む、請求項１に記載の骨固定装置。
3. 平面（Ｐ）での前記受け部（１）に対する前記固定要素（１３）の動きの角度は、長手方向の軸（４）について対称である、請求項１または２に記載の骨固定装置。
4. 前記固定要素は前記頭部（１５）を含み、この頭部は単一平面（Ｐ）において第２のボア（６）の中で旋回可能である、請求項１から３のいずれかに記載の骨固定装置。
5. 前記頭部（１５）は、鏡面対称であり、前記受け部（１）内に位置する、整合誘導面（２４）と協働する誘導面（１７ａ、１７ｂ）を有する、請求項１から４のいずれかに記載の骨固定装置。
6. 前記誘導面（１７ａ、１７ｂ、２４）は円筒形に成形され、円筒の軸は前記受け部（１）の長手方向の軸（４）に対して垂直である、請求項１から５のいずれかに記載の骨固定装置。
7. 前記受け部における前記固定要素（１３）の角運動のロッキングは、摩擦力によって達成される、請求項１から６のいずれかに記載の骨固定装置。
8. 前記受け部（１）の内側面は、長手方向の軸（４）を中心とした回転に対して実質的に対称である、請求項１から７のいずれかに記載の骨固定装置。
9. 前記固定要素（１３）が、前記受け部の長手方向の軸（４）を横切る単一の回転軸を中心に前記受け部（１）に対して旋回可能である、請求項１〜８のいずれかに記載の骨固定装置。

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