JP5276799B2 - Longitudinal material for use in spine or trauma surgery and stabilizing device comprising such a longitudinal material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、背骨または外傷の外科手術において使用するための縦材およびそのような縦材を備えた安定化装置に関するものである。 The present invention relates to a longitudinal member for use in spine or trauma surgery and a stabilizing device comprising such a longitudinal member.
弾性材料からなる柔軟なロッドおよび脊椎にそのロッドを定着させるための定着具を備えた脊柱部のための力学的な安定化システムは、それぞれ、欧州特許1364622A2および欧州特許1527742A1において知られている。ロッドの材料は、拒絶反応を起こさずに生体に適合できるポリマー材料、たとえば、ポリウレタンを主成分とする材料である。ロッドは、ロッド軸に対して横切る方向において延びているコルゲーションを備えた波型の表面を有している。
通常、弾性部材は、射出成形によって製造される。それにより、溶融したプラスチック材料が高い圧力で所望の形状とは逆の形状である型の中に注入される。図1に示されるように、射出成形の後には、その材料のポリマー鎖100が絡み合っており、それらの中には充填粒子101および横断結合基102を含み得る。
Usually, the elastic member is manufactured by injection molding. Thereby, the molten plastic material is poured into a mold having a shape opposite to the desired shape at high pressure. As shown in FIG. 1, after injection molding, the
射出成形によって作られたロッド103は、ポリマー鎖の等方性構造を備えているため、その巨大分子構造における欠陥を備えているという意味において等質ではない。公知のエラストマーロッドは、骨定着要素の受け部の中のロッドを固定するプロセスにおいてその表面上に圧力がかけられたときに材料の局所的な流れを示す。この材料の局所的な流れは、骨定着要素内のロッドの固定の緩みを引起こし得る。
The
本発明の目的は、公知のポリマーロッドに比較して機械的な特性が改善されかつ製造コストが低減された背骨または外傷の外科手術において使用するための縦材およびそのような縦材を備えた安定化装置を提供することである。 The object of the present invention is to provide a longitudinal member for use in spine or trauma surgery with improved mechanical properties and reduced manufacturing costs compared to known polymer rods and such a longitudinal member. It is to provide a stabilization device.
前述の目的は、請求項1に従った縦材および請求項6に従った安定化装置によって達成される。さらなる発展は、従属請求項において達成される。
The foregoing objects are achieved by the according stabilizing apparatus vertically material and claim 6 according to
縦材は、骨定着装置に固定されたときの流れの傾向が公知の射出成形されたエラストマーロッドに比較して低減されているという利点を有している。また、押出成形されたエラストマーロッドの形態の縦材は、低い永久硬化性を示し、そのことは、変形応力が除去された後も変形が残存しているということを特徴付けており、かつ、同一の大きさのロッドであれば、射出成形に比較して弾性係数によって特徴付けられる高い剛性を示す。そのため、同一の荷重条件の下では、サイズが小さな射出成形されたエラストマーロッドが用いられ得る。また、機械的な引張りおよび/または圧縮荷重に対する強度および摩耗抵抗が向上している。製造コストは射出成形によって製造されるコストに比較して低価格である必要ツールおよび機器に関しては低減されている。 Longitudinal materials have the advantage that the tendency to flow when secured to a bone anchoring device is reduced compared to known injection molded elastomer rods. Also, the longitudinal material in the form of an extruded elastomer rod exhibits low permanent curability, which is characterized by the fact that deformation remains after the deformation stress is removed, and Rods of the same size exhibit a high rigidity characterized by an elastic modulus compared to injection molding. Therefore, under the same load conditions, a small size injection molded elastomer rod can be used. Also, the strength and wear resistance against mechanical tension and / or compression loads are improved. Manufacturing costs are reduced for the necessary tools and equipment, which is low in cost compared to the cost produced by injection molding.
ロッドは、外科手術の前およびその間においては所望の長さに切断され得る。
本発明のさらなる特徴および効果は、付随する図面に関連している実施の形態の詳細な説明を参照することによって明確に理解される。
The rod can be cut to a desired length before and during surgery.
Additional features and advantages of the present invention will be clearly understood by reference to the detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
図3〜5は、背骨ロッド1として用いられる本発明の実施の形態を示している。ロッドは、実質的に円形断面および少なくとも2つの脊椎の間の距離にわたって作られるのに適した長さを有している。ロッドの直径は、公知の金属背骨ロッドの直径と互換性があるように選択され得る。この場合には、ロッド1は、公知の骨ねじに接続され得る。示される実施の形態においては、ロッドの断面は、ロッドの長さ全体にわたって一定である。
3 to 5 show an embodiment of the present invention used as the
ロッドは、押出成形によって形作られ得るような生体適合性のあるプラスチック材料からなっている。たとえば、その材料は、たとえば、ポリアリルエーテルエーテルケトン(PEEK)のような熱可塑性材料であってもよい。その材料は、エラストマーのように柔軟であることが好ましい。適当なエラストマーとしては、たとえば、ポリウレタン、ポリカーボネートウレタン(PCU)またはシリコーン(珪素樹脂)を主成分とするポリマー材料がある。ロッドは、ロッドの当初の形状を回復させる荷重下にロッドが置かれた場合に回復力が作用するような態様で三次元弾性を示す。 The rod is made of a biocompatible plastic material that can be shaped by extrusion. For example, the material may be, for example, a thermoplastic material such as polyallyl ether ketone (P EEK). The material is preferably flexible, such as an elastomer. Suitable elastomers include, for example, polymer materials based on polyurethane, polycarbonate urethane (PCU) or silicone (silicon resin). The rod exhibits three-dimensional elasticity in such a manner that a restoring force acts when the rod is placed under a load that restores the original shape of the rod.
特に、図3および図4から分かるように、ロッド1の巨大分子構造は、ロッド1の長さ方向に実質的に整列している弾性材料のポリマー鎖2によって特徴付けられる。そのため、ロッドの巨大分子構造は、長さ方向において実質的に均一である。ポリマー鎖2は、繊維が長さ方向において配向されそのため荷重配向されている状態で、繊維状構造を構成している。
In particular, as can be seen from FIGS. 3 and 4, the macromolecular structure of the
ロッド1は、好ましくは、押出成形によって製造される。周知の押出成形の製造プロセスにおいては、固形または流動性のある原材料が押出機の中に充填され、その後、開口を通過するように押出される。押出成形プロセスの間の温度および圧力のようなパラメータは、当業者によって用いられかつ認識されるであろう材料に依存している。
The
それゆえに、ロッド1は、たとえは、図2に示されるように、同一の材料からなっているが射出成形によって製造された従来のロッドとは区別され得る。押出成形によって形成されたロッドは、射出成形によって同一の材料を用いて製造されたロッドに比較して機械的な強度が向上している。たとえば、機械的な引張りおよび/または圧縮荷重に対する強度が高められている。また、摩耗抵抗が高められている。そのため、ロッド移植片は寿命が延びている。
Therefore, the
ロッドは、円形断面以外の他の形状を有していてもよい。図6a〜gにおいて見られ得るように、たとえば、円形(図6a)、正方形(図6b)、角が丸みを帯びた正方形(図6c)、楕円形(図6d)、長方形(図6e)、角が丸い長方形(図6f)、または、星型(図6g)、または三角形のような異なった断面形状が可能である。断面がロッドの長さの全体にわたって一定であることが好ましい。ロッドの断面が円形でない場合には、ロッドが接続される骨定着要素の中でのロッドの回転が防止され得る。また、断面の形状は、互いに異なり得る屈曲/延び運動および横方向曲げにおける曲げ特性を達成するために用いられ得る。 The rod may have a shape other than the circular cross section. As can be seen in FIGS. 6a-g, for example, a circle (FIG. 6a), a square (FIG. 6b), a square with rounded corners (FIG. 6c), an ellipse (FIG. 6d), a rectangle (FIG. 6e), Different cross-sectional shapes are possible, such as a rectangle with rounded corners (FIG. 6f), a star (FIG. 6g), or a triangle. The cross section is preferably constant over the entire length of the rod. If the cross-section of the rod is not circular, rotation of the rod within the bone anchoring element to which the rod is connected can be prevented. Also, the cross-sectional shape can be used to achieve bending properties in bending / extending motion and lateral bending that can be different from each other.
本発明に従ったロッドを用いている安定化装置は、骨へのロッドの接続のために少なくとも2つの骨定着要素を備えている。図7および図8において見られ得るように、第1例に従えば、骨定着要素は、単一軸骨ねじ10,10′であり、単一軸骨ねじ10、10′のそれぞれは、脊椎に定着され得るねじ切りされたシャフト11と、ねじ切りされたシャフトに固く接続される受け部12とを備えている。受け部12は、ロッド1を受入れるた
めの実質的にU字型の凹部を有している。締付け要素、たとえば、凹部の中へ捩じ込まれる内側ねじ、または、示されるような外側ナット13が、凹部の中でロッド1を固定するように設けられている。本定着要素は、たとえば、チタンまたは金属合金のような生体適合金属のような生体適合性のある硬い材料からなっている。
The stabilization device using the rod according to the invention comprises at least two bone anchoring elements for the connection of the rod to the bone. As can be seen in FIGS. 7 and 8, according to the first example, the bone anchoring element is a single
使用時には、まず、骨定着要素10,10′は、安定化されるべき脊椎の中に捩じ込まれる。その後、ロッド1は、受け部12の中に挿入され、その位置決めのための調整の後、締付け要素13によって受け部の中で固定される。ロッドの均一に整列されていない巨大分子構造のために、ロッキング要素の圧力下で流れる傾向が低減される。そのため、ロッドと骨定着要素との間の固定の緩みのおそれが低減されている。ロッドが背骨部の屈曲、延び、および捩りの下で弾性を示すため、背骨部は、力学的に安定化され得る。ある用途のために要求され得る弾性は、押出成形によって作られたロッドの材料および/またはサイズおよび/または断面の形状を選択することによって得られる。
In use, first the
図7の安定化装置においては、ロッド1は、まっすぐな状態で用いられている。脊椎部は、ロッドの弾性によって制御されるすべての平面内における限定されだ動作を実行することができる。
In the stabilization device of FIG. 7, the
図8aは、押出成形されたロッド1を用いている安定化装置の第2の例を示している。安定化装置は、少なくとも2つの多軸骨定着要素14および14′を有しており、骨定着要素14および14′は、それぞれ、骨の中に定着されるべきねじ切りされたシャフト15と一端にある球形状のヘッド16とを有している。ヘッド16は、凹部の中でロッドを受入れる受け部の中で旋回可能に保持されている。圧力要素(図示せず)が設けられており、圧力要素が、その角ばった位置で、ヘッドが受け部の中で保持されるように、ヘッドに圧力をかけることが好ましい。締付け要素(図示せず)は、また、凹部の中でロッドを固定するように設けられている。
FIG. 8 a shows a second example of a stabilization device using an extruded
使用時には、第1の例と同様に、骨定着要素14および14′は、脊椎の中に捩じ込まれ、その後、ロッドの中に挿入される。ヘッド16は、受け部17の中で旋回可能に保持され、受け部の位置はヘッドに対して相対的に調整され得る。ヘッドに対する受け部の位置および受け部に対するロッドの位置の調整の後、締付け要素によって接続部が締め付けられる。
In use, as in the first example, the
図8bは、概観的に、図8aの中で示される背骨部の動作の間に軸方向荷重(A)および曲げ荷重(F)の下でロッドに作用している力を示している。図に見られ得るように、軸方向荷重および曲げ荷重からなる力成分は、主に、ポリマー鎖2の整列の方向に向けられている。これは、脊柱の力学的安定化における用途のために特に適した押出成形されたロッドを構成する。また、これは、一軸ねじを用いる図7に示される安定化装置に適用される。
FIG. 8b generally shows the forces acting on the rod under axial load (A) and bending load (F) during the movement of the spine shown in FIG. 8a. As can be seen in the figure, the force component consisting of the axial load and the bending load is mainly directed in the direction of the alignment of the
図9および10は、調整装置の医学的用途の一例を示している。2つの骨定着要素10および押出成形されたロッドを含む矯正装置は、脊椎側湾症の症状が見られる背骨部に対して適用される。弾性ロッドは、図9に示されるような背骨の奇形の曲線に適合するように、中立な真っ直ぐな形状から曲げられる。図9において矢印によって示されるような矯正装置のねじヘッド同士の間の距離を狭めることによって、予圧が図10に示されるような真っ直ぐな位置へ背骨の変形部を駆り立てるようにロッド内において発生される。骨定着要素のために一軸または多軸のねじが用いられ得る。多軸ねじは、シャフトおよびヘッドがロッドを受入れるために整列され得るという利点を有している。
9 and 10 show an example of the medical use of the adjustment device. A correction device comprising two
図11は、脊椎に定着された1つの骨定着要素の背骨の長手方向軸の方向における概観
図を示している。押出成形されたロッドは、定着要素13によって受け部12の中でクランプされる。ポリマー鎖2は、実質的に、ロッドの長さ方向において整列されている。要求されるのであれば、骨の中での付加的な固定がクランプ20によって与えられ得る。
FIG. 11 shows a schematic view in the direction of the longitudinal axis of the spine of one bone anchoring element anchored in the spine. The extruded rod is clamped in the receiving
図12は、ロッドが受け部の凹部の中へ挿入された状態にある骨定着要素の変形例を示している。受け部18は、ロッドの断面とは異なっている断面を有する凹部19を備えている。示される例においては、凹部の断面は、楕円形であるが、一方、ロッドの断面は、凹部の直径よりも小さな直径を有する円形である。締付け要素(図示せず)を介して直接的にまたは締付け要素とロッドとの間の充填片(図示せず)を伴って固定が達成され得る。
FIG. 12 shows a variant of the bone anchoring element with the rod inserted into the recess of the receiving part. The receiving
本発明は、上述された実施の形態および用途の例に限定されない。上述された例の特徴が互いに結合されてもよい。ロッドは、2つの骨定着要素に接続されるように示されているけれども、2以上の骨定着要素に接続されるような十分な長さを有していてもよい。ロッドは、エラストマーから作られているので、その長さは、ロッドをカットすることによって、外科手術の前またはそのときに適合され得るものである。 The present invention is not limited to the embodiment and application examples described above. The features of the examples described above may be combined with each other. Although the rod is shown connected to two bone anchoring elements, it may have a sufficient length to connect to two or more bone anchoring elements. Since the rod is made of an elastomer, its length can be adapted before or at the time of surgery by cutting the rod.
ロッドは、すべてまたはその部分的にポリマー材料から作られ得る。ある用途のために、ロッド全体の一部が押出成形されたポリマー材料からなっていることが十分に考えられる。断面の長さは、特定の用途および要求される柔軟性に依存している。たとえば、長方形のような非等方性の断面は、方向に依存して異なっている弾性特性を備えたロッドを提供するために用いられ得る。 The rod may be made entirely or partially of a polymeric material. For some applications, it is fully contemplated that a portion of the entire rod is made of an extruded polymeric material. The length of the cross section depends on the specific application and the required flexibility. For example, an anisotropic cross section such as a rectangle can be used to provide a rod with elastic properties that vary depending on direction.
ロッドは中空であってもよく、さらなる特性を得るためにその中空の内側にコアを含んでいてもよい。 The rod may be hollow and may include a core inside the hollow to obtain additional properties.
押出成形の製造方法によれば、低コストで異なった断面形状および径を有しているロッドを生産することが可能である。それは、射出成形においてのように複雑な金型および高価な機器を使用する必要性がないからである。 According to the manufacturing method of extrusion molding, it is possible to produce rods having different cross-sectional shapes and diameters at low cost. This is because there is no need to use complicated molds and expensive equipment as in injection molding.
骨定着要素のために、すべての公知のタイプのロッドが用いられ得る。それは、典型的には、公知の金属ロッドを備えているものが用いられる。 All known types of rods can be used for the bone anchoring element. Typically, the one having a known metal rod is used.
また本発明は、背骨のための用途に限定されない。ロッドは、また、たとえば、フィクスチャのエキスターン(Externe)またはインターン(Interne)における金属ロッドの代わりに骨折した骨を安定化させるためにも用いられ得る。 Also, the present invention is not limited to applications for the spine. The rods can also be used to stabilize fractured bones instead of metal rods, for example in fixture externe or intern.
上述されたようなポリマー材料という用語は、単一のポリマー材料またはコポリマーおよび硬い部分と軟らかい部分とを有するいわゆるブロックコポリマーを含むポリマー材料の混合物を意味する。また、ポリマー材料は、充填粒子またはカーボンファイバまたはその他の強化繊維のような添加物を含んでいてもよい。強化繊維は、要求されるのであれば、その合成を高めるために用いられ得る。 The term polymer material as described above means a mixture of polymer materials comprising a single polymer material or copolymer and so-called block copolymers having hard and soft parts. The polymeric material may also contain additives such as filler particles or carbon fibers or other reinforcing fibers. Reinforcing fibers can be used to enhance their synthesis if required.
1 縦材、2 ポリマー鎖、12,17,18 受け部、19 凹部。 1 vertical member, 2 polymer chain, 12, 17, 18 receiving part, 19 concave part.
Claims (8)
前記縦材は、全長にわたって押出成形ポリマー材料からなり、
前記縦材は、曲げ弾性および軸方向弾性を示し、
前記材料のポリマー鎖(2)が前記縦材(1)の長手方向に実質的に整列されており、前記縦材は長手方向に均一の断面を有し、
前記ポリマー材料が、ポリウレタン、ポリカーボネートウレタン(PCU)、または、シリコーン(珪素樹脂)を主成分とするポリマーであり、前記縦材(1)は全長にわたってエラストマーのみからなる、縦材。 A longitudinal member (1) for use in spine or trauma surgery sized over a distance between at least two vertebrae or two bones,
The longitudinal member consists of an extruded polymer material over its entire length ,
The longitudinal member exhibits bending elasticity and axial elasticity,
The polymer chains (2) of the material are substantially aligned in the longitudinal direction of the longitudinal member (1), the longitudinal member having a uniform cross section in the longitudinal direction;
A vertical material in which the polymer material is a polymer mainly composed of polyurethane, polycarbonate urethane (PCU), or silicone (silicon resin), and the vertical material (1) is made of only an elastomer over the entire length.
骨の中に定着するためのシャフトと縦材に接続するための受け部とを有する少なくとも2つの骨安定化要素を備え、請求項1〜4のいずれかに記載の縦材が前記骨定着要素同士を接続するために設けられたことを特徴とする、安定化装置。 A stabilization device for stabilizing vertebrae or bones,
Comprising at least two bone stabilizing element having a receiving portion for connecting to the shaft and the longitudinal member for fixing in the bone, the longitudinal member is the bone fixing element according to any of claims 1-4 A stabilization device provided to connect each other.
生体適合性のエラストマからなるポリマー材料を供給するステップと、
前記縦材の形状に前記ポリマー材料を押出成形するステップとによって特徴付けられている、縦材の製造方法。 A method for producing the longitudinal member according to any one of claims 1 to 4 ,
Providing a polymeric material comprising a biocompatible elastomer;
Wherein the shape of the longitudinal member has a front Kipo Rimmer material characterized by the steps of extrusion molding method for manufacturing a longitudinal member.
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