JP5935218B2

JP5935218B2 - 椎弓根スクリュー用挿入穴作製ワイヤーの三次元ガイド具

Info

Publication number: JP5935218B2
Application number: JP2012528659A
Authority: JP
Inventors: 善治川口
Original assignee: Toyama University
Current assignee: Toyama University
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2031-08-05
Also published as: JPWO2012020707A1; US20130145812A1; WO2012020707A1

Description

本発明は、脊椎外科手術において使用される椎弓根スクリューを解剖学的に適切な部位に刺入するのに好適な椎弓根スクリュー用挿入穴作製ワイヤーの刺入ガイド具及び、その製造方法に関する。

脊柱の骨は、自在な方向に動くのを許容するだけでなく、体内の数多くの静脈、動脈及び神経等を内包保護する働きがある。
成人にあっては、脊椎は２０個余りの別個の骨からなり、隣接する椎骨の間に位置する後側椎間関節及び軟骨板（椎間板）を介して相互に連結されている。
脊椎の骨は解剖学的に四つに分類され、頚椎、胸椎、腰椎及び、仙椎と称されている。
また、これらの区域は特有の弯曲を形成していて、頚椎前弯、胸椎後弯、腰椎前弯及び仙椎後弯として知られている。

このような脊椎の外科手術においては、脊椎を固定することで治療効果を得るために、椎弓根スクリューが用いられる場合がある。
しかし、脊椎の形態は人それぞれによって大きく異なり、特に脊椎側弯症等の場合には大きな変形が生じていて、椎弓根スクリューの刺入の際に脊髄損傷による四肢麻痺や椎骨動脈損傷による死亡例が報告されるなど、重篤な合併症を引き起こす恐れもあった。
そこで、非特許文献１にＣＴ像を等倍に現像し、椎弓根スクリューを刺入する位置、角度をＣＴフィルム上に直接描き、そのラインを椎弓背側の輪郭を含むようにカットしたＣＴフィルムを使用するＣＴｃｕｔｏｕｔ法が提案されている。
しかし、同技術は刺入位置が正確に得られても、刺入方向の安定性に不安があった。

宮本裕史、日本脊椎脊髄病学会雑誌１９（１）２００８、Ｐ３１

本発明は、解剖学的に適切な位置に椎弓根スクリューを刺入するにあたり、この椎弓根スクリューを挿入するための挿入穴を作製するのに用いるワイヤーの三次元ガイド具及び、その製造方法の提供を目的とする。

本発明に係る三次元ガイド具は、脊椎を撮像したＣＴ画像に基づいて製作される椎弓根スクリュー用挿入穴作製ワイヤーの三次元ガイド具であって、三次元ガイド具は、刺入部位の骨形態面に面状に突き当て当接する当接面部と、当該当接面部から立設したガイドブロック部とを有し、ガイドブロック部は挿入穴作製ワイヤーの刺入方向を規制するガイド孔を有することを特徴とする。
椎弓根に椎弓根スクリューを刺入するためには、解剖学的に適切な方向及び深さで椎弓根スクリューの挿入穴を椎弓根に予め作製する必要がある。
そのような場合に椎弓根にＫワイヤーを刺入し、次にこの椎弓根に刺入したＫワイヤーをたよりに中心が中空のドリルを用いて椎弓根に下穴を作製する。
次に、ドリルを、Ｋワイヤーを残したまま抜き取り、中心が中空のタップを用いてこのＫワイヤーをたよりに前に作製した下穴の内周部にねじ山を形成することが必要となる。
本発明は、このＫワイヤーの刺入位置及び刺入方向の安定化に寄与する三次元ガイド具の提供に特徴がある。
この場合に、脊椎の椎弓には横突起、棘突起及び関節突起等が存在することから、外科手術の際に三次元ガイド具の位置が安定しやすいように、前記当接面部は、刺入部位の骨の形態面の他に椎弓の突起部に当接する突起当接部を有するようにするのが好ましく、また、刺入安定性からは、前記ガイド孔の長さは１５ｍｍ〜３０ｍｍ程度が好ましい。
ガイド孔の長さが１５ｍｍ未満では刺入の方向性が不安定になり、３０ｍｍを超えると刺入方向は安定するが、ガイドブロックの立設高さが高くなる。

このような三次元ガイド具の製造方法としては、脊椎をＣＴ画像として取り込むステップと、当該ＣＴ画像に基づいて椎弓根スクリューを刺入する部位を抽出するステップと、当該抽出した刺入部位の骨形態面に合致する当接面部を有するブロック状の方案を作成するステップと、当該方案に基づいて鋳型を製作するステップと、当該鋳型に基づいて成形することができる。

本発明に係る椎弓根スクリュー用挿入穴作製ワイヤーの三次元ガイド具は、骨の形態面に面で合致するように当接面部を有するとともに、当該ワイヤーの刺入方向を立体的にガイドするガイド孔を有するため、脊椎のあらゆる部位の適切な場所に安心して且つ安定的に刺入することができる。

頚椎の骨模型の例を示し、この骨の形態面に面状に突き当て当接するように製作した三次元ガイド具の例を示す。本発明に係る三次元ガイド具を頚椎に当接し、ガイド孔の位置決めをする例を示し、（ａ）は、三次元ガイド具を後方から見た頚椎に当接する前の状態であり、（ｂ）は突起当接部１４を骨の突起部２に当てがうことでガイド孔１３を位置決めした例を示す。頚椎を側方から見た状態を示し、椎骨動脈３に損傷を与えないためにガイド孔１３によりＫワイヤーの刺入方向を定めた例を示す。（ａ）は三次元ガイド具を頸椎に当てがう前で（ｂ）はその後を示す。椎弓根と三次元ガイド具との位置関係を椎弓根の断面図を用いて示す。（ａ）は三次元ガイド具を椎弓根に当てがう前であり、（ｂ）は三次元ガイド具に形成した凹部状の突起当接面１４ａを骨の突起２に当接させた状態を示す。（ｃ）は三次元ガイド具を下から見た図を示す。三次元ガイド具を椎弓根に当てがう正面図を示す。（ａ）は当てがう前で（ｂ）は当てあった状態の部分断面図を示す。三次元ガイド具に形成したガイド孔に沿ってＫワイヤーを刺入する状態を示す。（ａ）はＫワイヤーの刺入前、（ｂ）は刺入した状態を示す。（ｃ）はＫワイヤーから三次元ガイド具を外す状態を示す。Ｋワイヤーをたよりに中空ドリルを用いて椎弓根にドリリングする例を示す。（ａ）はＫワイヤーにドリルの中空部を通した状態、（ｂ）はドリリングした状態、（ｃ）は下穴Ｐ_１を形成した状態を示す。Ｋワイヤーをたよりに下穴の内周に中空タップを用いてタッピングする例を示す。（ａ）はタップをＫワイヤーに通した状態を示し、（ｂ）はタッピングした状態を示し、（ｃ）は椎弓根スクリューの挿入ねじ穴を形成した状態を示す。椎弓根に形成した挿入ねじ穴に椎弓根スクリューを専用ドライバーを用いて挿入する例を示す。（ａ）は椎弓根スクリューの挿入前、（ｂ）は挿入した状態を示し、（ｃ）はドライバーを外した状態を示す。複数の椎弓根スクリューをロッドで連結した例を示す。

１骨
２突起
１０三次元ガイド具
１１当接面部
１２ガイドブロック部
１３ガイド孔
１４突起当接部
２０椎弓根スクリュー

本発明に係る三次元ガイド具は、脊椎のあらゆる部位に適用できるが、頚椎を例に以下説明する。
まず、手術部位の骨の形態をＣＴ画像として撮像取り込みを行い、セッコウ等で図１に例として示した骨模型Ａを製作する。
骨は、椎弓が椎間板を介して連絡された複雑な形態を有しているので、この骨模型ＡとＣＴ画像から解剖学的に適切な椎弓根スクリューの刺入方向と深さを計画する。

脊椎の骨（椎弓）１には横突起、棘突起及び関節突起等の突起２が存在し、骨の表面は複雑な凹凸の有する形態になっている。
また、図３，図４に示すように椎骨動脈３が走っている。
これらを考慮して刺入する部位及び刺入方向が解剖学的に定まると、このＣＴ画像に基づいて複数の、例えば図１において３つの三次元ガイド具１０、１０Ａ、１０Ｂの形状（方案）を作定する。
三次元ガイド具１０、１０Ａ、１０Ｂの形状を作定するにあたり、刺入部位の骨の凹凸の形態に沿って面状に接触した状態で当接する当接面部１１、１１Ａ、１１Ｂの大きさ、及びガイドブロック部１２、１２Ａ、１２Ｂの形状、大きさを設定する必要がある。
以下、三次元ガイド具１０にて説明し、他は対応する符号を付けて説明を省略する。
その場合に三次元ガイド具１０を椎弓に当接するだけで位置決めできるように、当接面部は椎弓の突起（棘突起）２にも当接する突起当接部１４を設ける。
このようにすると、三次元ガイド具１０を刺入部位付近に当てがうだけで、刺入部位の骨の緩やかな凹凸曲面からなる当接面形状と、急激な斜面からなる突起当接部の形状にて三次元ガイド具１０の位置が必然的に正確に定まり、且つ、ずれない。
なお、詳細は後述するが、椎弓根スクリューを挿入するための挿入穴を形成するためにＫワイヤーを刺入後は、三次元ガイド具１０を後方から抜くように取り外す必要があることから、当接面部１１及び突起当接部１４の形状にアンダーカット部が生じないようにする。
本実施例では突起当接部１４に棘突起２の形状に合致した凹部形状の突起当接面１４ａを形成した例になっているが、三次元ガイド具１０の位置決めに有効な突起部であればこれに限定されない。

ガイドブロック部１２の形状は、ガイドブロック部１２に沿ってガイド孔１３を形成することでＫワイヤー２０の刺入方向を規制し、ガイドするものである。

三次元ガイド具１０の形状（方案）が定まると、この方案を有する鋳型を製作する。
鋳型に樹脂等を注入し、所定の形状の三次元ガイド具を製作する。
このようにして製作された三次元ガイド具１０は、脊椎の刺入部位に当てがうだけでＫワイヤーの刺入位置と方向が正確に定まる。

次に、このようにして製作された三次元ガイド具１０を用いて椎弓根スクリューの挿入穴を作製する手順を説明する。
図２は頸椎の後方から見た図であり、図３は側方から見た図を示す。
また、図４は椎弓根の断面図を示し、図５は棘突起２部分の拡大図を示す。
図２〜図５の（ａ）に示すように予めＣＴ画像に基づいて製作した三次元ガイド具１０には棘突起２の突起形状に合致した凹部形状の突起当接面１４ａを形成した突起当接部１４と、棘突起２から椎弓根スクリュー５０の挿入部位にわたって骨の形態面に沿った面で当接する当接面部１１と、ガイド孔１３を形成したガイドブロック部１２を有する。
ここで、当接面部１１は骨の形態面に沿って概ね面で接触するようにする趣旨であって、必ずしも当接面部１１の全面で接触する必要はない。

三次元ガイド具１０を予め計画していた手術部位に対応した骨の形態面に当てがうと、凹部形状の突起当接面１４ａが骨の棘突起２の形状に合致し、棘突起２からガイド孔１３までの面当接部の凹凸面形状が骨の凹凸状の形態面に合致することで位置決めが行われ、図６（ａ）に示すように、Ｋワイヤー２０の刺入方向がガイド孔１３の貫通孔の方向により正確に定まる。
Ｋワイヤーは１〜２ｍｍの直径からなるワイヤーであり、ガイド孔１３はＫワイヤーの外径よりもわずかに大きい内径を有し、その長さは１５ｍｍ以上あるのが望ましい。
ガイド孔１３は長い方が刺入方向の安定性が向上するが、挿入作業性及びガイドブロック部１２の製作性を考えると３０ｍｍ以下でよい。
このようにＫワイヤー２０を三次元ガイド具１０のガイド孔１３に沿って刺入するので動脈３等の損傷の恐れもない。
図６（ｂ）に示すようにＫワイヤー２０が椎弓根に刺入されると、（ｃ）に示すように三次元ガイド具１０をＫワイヤー２０から取り外す。
次に図７に示すようにＫワイヤー２０をたよりに中心部が中空のドリル３０を椎弓根に回転しながら差し込むことで、図７（ｃ）に示すように下穴Ｐ_１が形成される。
その後に図８に示すようにＫワイヤー２０をたよりに下穴Ｐ_１に沿ってタップ４０（タッピングドリル）を回転させながら差し込むことでねじ溝が形成された椎弓根スクリューの挿入穴Ｐ_２が得られる。
次に、図９に示すように専用ドライバー６０を用いて椎弓根スクリュー５０の雄ねじ部５０ａを螺入する。
このようにして挿入された椎弓根スクリュー５０の頭部５０ｂの角度を調整し、図１０に示すようにロッド７０にて連結することで骨１が固定される。
椎弓根スクリュー５０の雄ねじ部外径は３．５〜４ｍｍが一般的である。

脊椎手術を実施している多くの施設にて利用できる。

Claims

脊椎を撮像したＣＴ画像に基づいて製作される椎弓根スクリュー用挿入穴作製ワイヤーの三次元ガイド具であって、
三次元ガイド具は、刺入部位の骨形態面に面状に突き当て当接する当接面部と、当該当接面部から立設したガイドブロック部とを有し、
ガイドブロック部は挿入穴作製ワイヤーのガイド孔を有し、
当該ガイド孔は挿入穴作製ワイヤーの外径よりもわずかに大きい内径を有し、孔の長さが１５ｍｍを超え、３０ｍｍ以下の範囲にすることで、当該挿入穴作製ワイヤーの刺入位置と刺入方向を規制するものであり、
前記当接面部は、緩やかな凹凸曲面からなる刺入部位の骨の形態面部と、急激な斜面からなる椎弓に有する横突起、棘突起及び関節突起のうちいずれかの突起部の突起形状に合致した凹部形状の突起当接部とを有することを特徴とする三次元ガイド具。
脊椎をＣＴ画像として取り込んだ当該ＣＴ画像に基づいて椎弓根スクリューを刺入する部位を抽出するステップと、
当該抽出した刺入部位に基づいて鋳型を製作するステップと、
当該鋳型に基づいて成形したものであり、刺入部材の骨形態面に面状に突き当て当接する当接面部と、椎弓根スクリュー用挿入穴作製ワイヤーの刺入の位置と方向を規制するためのガイド孔を有するガイドブロック部とを有し、
前記ガイド孔は挿入穴作製ワイヤーの外径よりもわずかに大きい内径を有し、孔の長さが１５ｍｍを超え、３０ｍｍ以下の範囲にすることで、当該挿入穴作製ワイヤーの刺入位置と刺入方向を規制するものであり、
前記当接面部は、緩やかな凹凸曲面からなる刺入部位の骨の形態面部と、急激な斜面からなる椎弓に有する横突起、棘突起及び関節突起のうちいずれかの突起部突起形状に合致した凹部形状の突起当接部とを有することを特徴とする椎弓根スクリュー用挿入穴作製ワイヤーの三次元ガイド具の製造方法。