JP5073964B2 - 骨固定要素のシャンクをロッドに接続するための受部、受部を備える骨固定装置、および、骨固定装置を備えるシステム - Google Patents

Description

本発明は、脊柱の外科または外傷外科で用いられる、骨固定要素のシャンクをロッドに接続するための受部およびそのような受部を備える骨固定装置に関する。

公知の多軸骨ねじ１００が図１１に示される。それはねじ要素１０２をロッド１０３に接続するための受部１０１を含み、受部の外壁は実質的に円筒状である。受部１０１は、ロッド１０３を挿入するためのチャネルを規定する２つの開いた脚部１０５，１０６を形成する実質的にＵ字型の断面を備えた凹部１０４を有する。内ねじ１０７は、チャネルに前記ロッドを固定するための固定ねじ１０８を受取るために、前記脚部に与えられる。内ねじ１０７はメートルねじである。

図１３に示されるように固定ねじ１０８をねじ込む場合、矢印Ａによって示される径方向に外向きに向けられる力が前記内ねじに作用し、それが前記脚部１０５，１０６が扇形に開く原因となる。このことがロッドの固定を緩め得る。

これまで、脚部が扇形に開く問題を解決するためにいくつかの手法がなされてきた。１つの解決法は管状の反保持具を与えることである。別の解決法は、例えばＥＰ ０ ６１４ ６４９ Ａに開示されるように、前記脚部の外ねじにねじ込まれる外ナットを与えることである。さらに、リング状の外部固定手段が公知である。しかしながら、外ナットまたはリングなどの固定手段は骨ねじのサイズを拡大し、したがって、臨床的応用範囲を限定する。

他の手法は、特定の種類のねじ形状を、内ねじ１０７および固定ねじの対応するねじ切り部に用いることにある。ＵＳ５，００５，５６２に開示されるようにのこ歯ねじを用いて、または、ＵＳ６，２９６，６４２Ｂ１またはＵＳ２００２／０１３８０７６Ａ１に開示されるように逆角度ねじを用いて、前記脚部に作用する外向きに向けられる背分力をなくすことが公知である。特に有利なねじ形状は、ＵＳ２００３／０１００８９６Ａ１に開示される、完全にそのような背分力をなくし、製造が容易な平らなねじである。これらの特定のねじ形状の使用によって、外ナットまたはリングなどのさらなる外部固定装置を用いることなく骨ねじの使用が可能になる。

しかしながら、上記の方策にもかかわらず、固定ねじを最終的に締める際に脚部が対角に扇形に開く問題が依然として存在する。扇形に開くことは、主として、最終的に締める際に前記脚部１０５，１０６に作用するトルクによって引起され、それがねじ逃げ面の間の摩擦により前記脚部の対角の横の変形を引起す。このような変形が図１４に示されるが、よりよく説明する目的で固定ねじは示されない。脚部が扇形に開く問題は多軸骨ねじに限定されず、２つの開いた脚部およびその間にロッド挿入のためのスリットを有する単軸ねじを含む、すべてのいわゆる頂部の開いた骨固定装置でも生じる。

図１２に示されるように、受部の両側にチャネルの横断方向に配向される平らにされた面１０９を与えることはこの課題を解決しないが、ロッドの長手方向の骨ねじのサイズを最小限にする一助となる。
ＥＰ ０ ６１４ ６４９ Ａ ＵＳ５，００５，５６２ ＵＳ６，２９６，６４２Ｂ１ ＵＳ２００２／０１３８０７６Ａ１ ＵＳ２００３／０１００８９６Ａ１

本発明の目的は、特に多軸骨固定装置のための受部、および、ロッドに接続される、使用において安全な、同時に小型の設計を有する骨固定装置を与えることである。さらなる目的は、そのような骨固定装置を保持し、かつ／または導くための工具を与えることである。

この課題は、請求項１による受部、請求項１６による骨固定装置、および請求項１７による工具によって解決される。さらなる発展形は従属請求項で与えられる。

本発明による受部は、いかなる外部固定手段も用いることなく脚部が扇形に開くことを防ぐ利点を有する。この受部は、前記ロッドの長手軸と平行な方向においてサイズが減じられている。したがって公知のねじよりさらに小型である。ロッドの長手軸と平行な方向において従来のねじと同じサイズでこの受部を設計する場合、従来のねじと比べてより直径の大きいロッドを用いることができる。

本発明のさらなる特徴および利点は図面を用いた実施例の記載から明らかになるであろう。

図１から図３ｂに示されるように、本発明による、骨固定要素５１のシャンク５０をロッドに接続するための受部１は、第１の端部２、第２の端部３、中心軸Ｍ、および実質的にＵ字型の断面を有する凹部４を含む。凹部４は第１の端部２から第２の端部３の方へ延在して第１の端部で開く２つの脚部５，６を形成する。凹部は、ロッド７の挿入のために、長手軸Ｌを有するチャネルを規定する。ロッドが挿入されると、長手軸Ｌはロッドの長手軸に対応する。凹部４の幅は、ロッドがちょうど入って凹部の底部８に嵌合することができる一方で、ロッドが固定されないときには凹部で滑り運動が実行できる程度の大きさである。脚部５，６は、ロッドが挿入されるとロッドの上部に突出し、かつ内ねじ９を有し、内ねじは、第１の端部２に隣接する位置から第２の端部３の方向に、ロッドを固定するために固定ねじ１０がねじ込まれることを可能にするよう予め定められた長さで延在する。内ねじ９およびそれに一致する固定ねじの外ねじは、好ましくは平らなねじであって、その上部逃げ面および下部逃げ面は、ねじ軸に対して９０度の角度をそれぞれ含む。

脚部５，６の外壁表面では、２つの対向する平らな面１１，１２が与えられ、それはチャネルの長手軸Ｌと平行かつ受部の中心軸Ｍと平行に延在する。平らな面１１，１２は互いに平行であって、第１の端部２の近くの第１の位置から、凹部４の底部８の下に位置する第２の端部３に向って第２の位置まで延在する。したがって平らな面１１，１２は、ロッドを両側から囲む前記脚部の部分に沿って延在する。受部１は、その凹部の長手軸Ｌを横切るように両側に２つの対向する平らな面１３，１４をさらに含み、平らな面１３，１４は第１の端部２から距離をおいた位置から凹部の底部８より下の位置へ延在する。平らな面１３，１４は、中心軸Ｍに対し、および互いに平行である。このように、平らな面１１，１２および平らな面１３，１４は９０度の角度をそれぞれ含む。示される実施例では、平らな面１１，１２，１３および１４の中心軸Ｍに直交する方向の幅Ｗは同じであり、そのため凹部の底部８の近くの受部の円周方向での外包部Ｅは実質的に方形である。

脚部５，６の側縁部では、平らな面１１，１２の領域の脚部の壁厚と比較して増大した
壁厚の部分１５，１６，１７，１８が与えられる。これらの部分は、対角に扇形に開くことによる脚部の曲げを防ぐ補強構造を形成する。増大した壁厚を有する部分１５，１６，１７，１８は、図１および図２に示されるような平らにされた外表面または丸みをつけた表面のいずれかを有する。それらは平らな面１１，１２，１３または１４の全長に沿って延在してもよく、または図１および図２に示されるように、第１の端部２に向って減少していく壁厚を伴って傾斜部分１９となってもよい。

図３ａおよび図３ｂは、多軸骨固定装置を形成するよう骨ねじ５１を伴う本発明による受部を示す。この場合、図３ａに示されるように、受部１は同軸のボア２０をさらに含み、ボア２０はチャネルの底部８を通って延在して部分２１において第２の端部３の方へテーパ状になり、ボア２０より直径が小さい開口部２２を第２の端部３に与える。前記ボア２０の直径はねじ要素５１のヘッド５２の直径より大きいため、骨固定ねじ５１のシャンク５０およびヘッド５２が前記ボアを通して導かれることが可能である。開口部２２の直径はねじヘッド５２の直径より小さいがシャンク５０の直径より大きい。したがって、テーパ部分２１およびねじヘッド５２はボールソケット形軸継手を形成し、骨固定ねじと受部とを柔軟に接続する。

圧力要素２５が与えられ、圧力要素はボア２０において摺動可能であって、ねじ要素を受部に対して角位置に固定するため、圧力要素がヘッドに押し付けられるとヘッドに圧力をかけるよう機能する。圧力要素は実質的に円盤状でもよく、ねじヘッドの上部を取り囲むための凹部、およびロッド７の下側を収容するための凹部を有していてもよい。圧力要素は、ねじ込み具が中へ導かれ得るよう、さらに開口部を有してもよい。

図３ｂに見るように、増大した壁厚を有する受部の部分１５は、ロッドが受部に挿入され、ロッドが脚部５，６によって両側から囲まれる領域にわたって平らな面が延在する場合、ほぼロッドの長手軸の高さに位置する。

動作において、ねじ要素および圧力要素は受部に挿入される。その後、ロッドが置かれ、固定ねじによって固定される。示される実施例において、内ねじが締められるとロッドが圧力要素に押付けられ、ねじヘッドとロッドとが同時に固定される。

図２に矢印Ｂによって示されるように、脚部が対角に扇形に開くことほぼ完全に防ぐことができるよう、脚部に作用するトルクがより一様に分散される。

図４ａおよび図４ｂは、本発明による脚部５，６が剛性を増す原理を概略的に示す。図４ａに示される従来の受部では、中心軸Ｍを横切る方向の脚部の断面は円筒の断面形状のような形状を有する。平らな面１１，１２を生成するために凹部４の長手軸Ｌと平行な方向に脚部の外壁を平らにすることは、中心軸Ｍに最も近い位置で壁厚を値ｄにまで減少させる。厚さｄは、脚部の側縁部の領域の壁厚より小さい。平らな面１３，１４を生成するために凹部４の長手軸Ｌに直交する表面をさらに平らにすることは、鋭い端部３０をなくし、脚部の側縁部に増大した壁厚Ｄを有する部分１５を生成する。これは、脚部が対角に扇形に開くことを防ぐための補強構造を与える。以下の例は、本発明による受部で達成される効果を示す。直径ｄ_ｒｏｄが５．５ｍｍで内ねじ部の内径が７ｍｍのロッドを用いることにより、本発明による受部のロッドを横切る横方向の幅Ｗ_ｍａｘは、従来の受部で１３ｍｍであるのに比べて１１．５ｍｍにまで減じられる。逃げ面の剛性のための尺度である断面二次モーメントは、本発明による受部では、従来の場合での２４０ｍｍ^４と比べて３８０ｍｍ^４に増大される。

減じられた横方向の幅Ｗ_ｍａｘによって、より解剖学的な形状の骨固定装置の下側部の構築が可能となり、それは面関節への負荷および／または面関節との接触を減じる一因と
なる。

これに対して、本発明による受部が従来の円筒状の受部と同じ横方向の幅Ｗ_ｍａｘを有する場合、本発明による受部は、剛性を減じることなくより大きな直径のロッドが使用できるよう、より大きな凹部４を有し得る。

受部１は、円筒部分を与えること、およびフライス切削によって平らな面を生成することにより生産されてもよい。

本発明は、図３ａおよび図３ｂに示される骨固定装置における受部の使用に限定されるものではない。例えば、ヘッドとロッドとが別個に固定されるなど、他の多軸接続が可能である。この場合、別個のロッド固定手段およびヘッド固定手段が与えられる。
さらに、示される実施例において、ねじヘッドおよびテーパ状部分は球形であるが、骨固定ねじのヘッドとテーパ状部分とがボールソケット形軸継手として機能する限り、他のいかなる形状も可能である。例えば、テーパ状部分は円錐形に形成され得る。

本発明はさらに、多軸骨固定装置に限定されるものではなく、単軸の骨固定装置にも適用可能である。この場合、受部の第２の端部３は、骨に固定されるシャンクに固定的に接続される。

シャンクは、図に示されるようなねじ切られたシャンクでありえるが、ピンもしくはフック、または骨に固定されることとなる別の装置であってもさらによい。

内ねじは、径方向に外向きに向けられる力を減じる形状が好ましいが、いかなる形状をも有し得る。

図５ａおよび図５ｂに受部の第２の実施例が示される。第２の実施例は、平らな面１１，１２に対応する表面１１’，１２’が平らではなく凹面に形成され、凹面１１’，１２’の外縁部である増大した壁厚を有する部分１５’が、第１の端部２までの脚部の全長に沿って延在する点で、図１から図３ｂに示される第１の実施例と異なる。第２の実施例の受部では、第１の実施例と比較して剛性は減じられるが、脚部が扇形に開くことはやはり著しく減じられる。第２の実施例の受部では、凹面によって外科医が受部をつかむことが容易になるという長所を有する。

受部の第３の実施例は図６ａおよび図６ｂに示される。第３の実施例は、平らな面１１，１２が、チャネルの長手軸Ｌを横切って受部の中心軸Ｍと平行である方向に平らな面の表面全体にわたって延在する縦リブ１１５を備える点において、図１から図３ｂに示される第１の実施例とは異なる。縦リブは、受部をつかむことを容易にする。

他の変形が可能である。リブは、脚部の外表面全体にわたって延在する必要はない。さらに、第２の実施例も凹面１１’，１２’でそのような縦リブを有してもよい。
公知の受部の従来の凸状の外表面にリブを与えることさえ考えられ得る。

他の変形では、補強構造は、基本材料を補強するために、受部が形成されている基本材料に１つ以上の追加的材料を加えることにより実現される。これは例えば、炭素繊維などのファイバを加えることにより、またはガラスのビードを加えることによりなされ得る。

図７は、多軸ねじの受部とともに使用するための従来の反保持具を示す。反保持具は、つかみ部分３０、ねじ込み具が中へ導かれるようにする中空軸３２、および従来の円筒状受部とともに使用するための環状の形状を有する保持部３３を有する。保持部は、ロッド
を嵌合する対向するスリット３４を有し、それは内ねじがねじ込まれるとき受部の反保持を可能にする。

本発明によれば、反保持具の保持部は受部の形状に適合される。図８は、本発明による反保持具の保持部４０を示す。保持部４０は、反保持具の中空軸に接続される開口部４３を有するくぼんだ内部を備えた実質的に方形の輪郭、および、ロッドが挿入されるときに受部に嵌合するべき２つの凹部４１を両側に有する。保持部４０はさらに、受部の平らな面１１，１２と協働して密着した接続を与える、対向する２つの平行な表面４２を有する。反保持具は、低侵襲手術における経皮的な適用に特に適する。保持部と受部との密着した接続によって、受部を精密に位置合わせすることが可能である。

図９は、環伏の断面を有する、低侵襲手術用のトロカールの従来の管部分を示す。図１０は、実質的に方形の受部の形状に適合した形状を有する、本発明によるトロカールの管部分を示す。図１０による管部分では、受部と管部分との密着した接続により、例えば、経皮的な導入によって骨固定装置を導入し精密に位置合わせすることが可能である。

本発明の第１の実施例による受部の斜視図である。 第１の実施例による受部の平面図である。 第１の実施例の受部を備えた骨固定装置の断面図である。 第１の実施例の受部を備えた骨固定装置の斜視図である。 受部の第１の実施例によって補強構造を与える原理を概略的に示す。 受部の第１の実施例によって補強構造を与える原理を概略的に示す。 本発明の第２の実施例による受部の開いた脚部の断面の概略図である。 第２の実施例による受部の斜視図である。 本発明の第３の実施例による受部の開いた脚部の断面の概略図である。 第３の実施例による受部の斜視図である。 反保持具の側面図である。 本発明による反保持具の保持部分の斜視図である。 従来のトロカール工具の斜視図である。 本発明によるトロカール工具の斜視図である。 従来の多軸骨ねじの斜視図である。 修正された従来の多軸骨ねじの斜視図である。 従来の受部で生じる問題を示す概略的断面図である。 従来の受部で生じる他の問題を示す概略図である。

符号の説明

１ 受部、２，３ 端部、４ 凹部、５，６ 脚部、７ ロッド、８ 底部、９ 内ねじ

Claims (12)

1. 骨固定要素（５１）のシャンク（５０）をロッドに接続するための受部（１）であって、
   第１の端部（２）および第２の端部（３）と、
   実質的にＵ字型の断面を有する凹部（４）とを含み、前記凹部（４）は、第１の端部（２）から第２の端部（３）の方向に延在して第１の端部（２）で開く２つの脚部（５，６）を形成し、前記凹部（４）は前記ロッド（７）を受取るためのチャネルを規定し、前記チャネルは長手軸（Ｌ）を有し、
   前記脚部（５，６）は、内ねじ（９）と協働する外ねじを有する固定要素（１０）を受取るための前記内ねじ（９）を有し、
   受部（１）は、骨固定要素（５１）に多軸的に接続可能であり、骨固定要素のシャンク（５０）を通すための第１の端部（２）から第２の端部（３）まで延在するボア（２０）を有し、該ボアは、前記長手軸（Ｌ）に垂直な中心軸（Ｍ）を有し、
   前記脚部（５，６）は、補強構造（１１，１２，１５；１１’，１２’，１５’；１１５）を備え、
   該補強構造は、
   （ａ）受部の中心軸（Ｍ）に最も近い位置における前記脚部（５，６）の、中心軸（Ｍ）に対して径方向に測定された壁厚（ｄ）よりも大きい、前記脚部（５，６）の外側面端縁部の増大された、中心軸（Ｍ）に対して径方向に測定された壁厚（Ｄ）によって形成されるとともに、
   （ｂ）それぞれが、前記受部から突き出して前記中心軸（Ｍ）から離れる方向を向いた、平らにされまたは丸みを付けた外表面（１５，１６，１７，１８）を含み、
   増大された壁厚（Ｄ）は、ロッドが受部に挿入されたとき、ロッドの長手軸（Ｌ）の高さに位置し、壁厚は、受部の第１の端部（２）に向かって減少する、受部。
2. 前記補強構造は前記脚部（５，６）の外壁に形成される、請求項１に記載の受部。
3. 前記補強構造は、対向する平らな面（１１，１２）を含み、平らな面の各々は前記脚部（５，６）の外壁に形成され、前記平らな面は前記チャネルの前記長手軸（Ｌ）と平行である、請求項１または２に記載の受部。
4. 前記平らな面（１１，１２）は前記Ｕ字型の凹部（４）の底部（８）の下に延在する、請求項３に記載の受部。
5. 前記平らな面（１１，１２）は実質的に第１の端部（２）まで延在する、請求項３または４に記載の受部。
6. 対向する平らな面（１３，１４）は、前記長手軸（Ｌ）に直交する側に与えられる、請求項１から５のいずれかに記載の受部。
7. 前記受部（１）の円周の外包部（Ｅ）は実質的に方形である、前記請求項１から６のいずれかに記載の受部。
8. 前記補強構造は増大した壁厚のリブ状の部分（１５；１５’；１１５）である、請求項１から７のいずれかに記載の受部。
9. リブ状の部分（１５’，１１５）は第１の端部（２）から第２の端部（３）への方向に実質的に延在する、請求項８に記載の受部。
10. 補強構造は前記ロッドを両側から囲むような位置に与えられる、請求項８または９に記載の受部。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の受部（１）と、
    骨固定要素（５１）と、
    前記ロッド（７）を固定するために前記脚部の前記内ねじ（９）にねじ込まれる固定要素（１０）と、
    ボア２０において摺動可能であって、骨固定要素を受部（１）に対して角位置に固定するため、骨固定要素（５１）のヘッド（５２）に圧力をかけるよう与えられた圧力要素（２５）とを含む、骨固定装置。
12. 請求項１１に記載の骨固定装置と、前記受部を保持し、かつ／または導くための工具とを含み、前記工具は前記受部を保持するかまたは導くよう適合された形状を有する保持部またはガイド部を有する、システム。

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