JP6774489B2 - 脊椎変形を治療するための伸長ロッド及び同装置を使用するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、脊椎変形を治療するための伸長ロッドに関し、より具体的には、患者の脊椎に固定され、患者の脊椎に伴って伸長するように手動で延長され得る伸長ロッドに関する。

脊椎側弯症は、脊椎のいずれの異常な、横向きの湾曲を説明するために使用される用語である。１０〜１８歳の患者に対する脊椎側弯症の最も一般的な形態は、思春期突発性側弯症（ＡＩＳ）と呼ばれる。この種類の脊椎側弯症の特定の原因はいまだ不明であるが、医療分野における進歩が、医者が脊椎側弯症をうまく治療する可能性を子供及び青年で増加させることを可能にする。

研究で、脊椎における湾曲は子供の急速な成長期に進行するということを示している。このことから、脊椎後湾症に苦しむ子供は、概して、湾曲の進行を防止し、いくつかの湾曲修正を得るために、医者から外科治療を受けることをすすめられる。

子供の脊椎側弯症を治療するための脊椎手術の一種が、脊椎の連続的な成長を可能にする移植可能なロッドの使用である。１つまたは２つのロッドが、脊椎の裏を通して子供に移植される。ロッドは、その後フックまたはねじを使用して湾曲の上下の脊椎に固定される。子供は脊椎手術の後も成長し続けるため、彼らの成長に合わせてロッドを伸ばすために、子供は、数か月毎に戻る必要があるであろう。

この種類の１つの先行技術発明が、Ｗａｌｋｅｒらの米国特許第８，４１９，７３４号において開示される。この先行技術発明は、対象者の骨格系上の１つ以上の場所に脊椎側弯症治療装置を固定することを記載する。脊椎側弯症治療装置は、第１の部分及び第１の部分に対して移動可能に取り付けられる第２の部分を有する。第２の部分は、回転可能に取り付けられた磁気要素によって第１の部分に対して移動するように適合され、つまり第２の部分を磁気要素の回転に応じて移動させるように構成される。磁気要素は、医者が患者の背中にいずれの切開もすることなく、移植された脊椎側弯症治療装置を伸ばすことを可能にする外部調節装置によって移動される。

しかしながら、この種類の脊椎側弯症治療装置の１つの欠点は、多くの要素及び多数の移動部品を必要とし、そのためこのような装置を特に部品の修理または交換が必要なとき、非常に複雑で、高価な、及び技術的に複雑な要因を招きやすくしている。別の欠点は、外部調節装置が、操作されるための電源を必要とすることである。このような前提条件は、停電のとき、不便で問題となり得る。

したがって、先行技術における欠陥のうちのいくつかを矯正することができる伸長ロッドを提供する必要がある。

本発明は、複雑さを低減した、ユーザにより手動で延長され得る伸長ロッドを提供することによって、先行技術における欠陥のうちのいくつかを矯正する。

本発明の例示的な実施形態の伸長ロッドは、患者の脊椎の長さ方向に沿って皮下に移植され、固定されるように適合される。伸長ロッドは、ベースロッド、ベースロッドに摺動可能に結合され、ギアラックを伴って配置された遠位部分を有する延長可能なロッド、及び伸延ユニットを備える。

伸延ユニットは、ベースロッドに対する延長可能なロッドの直線移動を容易にするために１つ以上の機械要素を提供する。一般に、伸延ユニットは、（ｉ）ベースロッドに取り付けられたハウジング、（ｉｉ）ハウジングの外側から外部ドライバによってアクセス可能な、回転可能なドライブインターフェース、及び（ｉｉｉ）回転可能なドライブインターフェースの回転が、ギアラックを通じて延長可能なロッドの直線移動をもたらすように、ハウジング内に収容され、回転可能なドライブインターフェース及びギアラックに結合されたドライブギア機構を備える。

患者は伸長ロッドの移植後も成長し続ける可能性があるので、患者は、患者の成長に合うように伸長ロッドを延長させるために医者の元へ（例えば、医者の各診察から２か月、４か月、６か月後等に）戻ることが必要となるであろう。これは、外部ドライバで回転可能なドライブインターフェースにアクセスするために患者の背中に小さな切開をすることによって達成され得る。回転可能なドライブインターフェースは、医者によって用いられた外部ドライバに物理的に結合され、外部ドライバによって手動で回転されるように適合される。医者が回転可能なドライブインターフェースを第１の方向（例えば、時計回り）において回転させる際、延長可能なロッドのギアラックを通る直線移動をもたらす。直線移動は、延長可能なロッドをベースロッドに対して直線的に移動させるために、ギアラックと連携するドライブギア機構においてギアの結果となる。ハウジング内に収容されたラッチ機構は、ドライブギア機構上に掛けるように構成され、回転可能なドライブインターフェースが延長可能なロッドを格納するために第２の方向（例えば、反時計回り）における回転を可能にすることを防止する。ラッチ機構はまた、例えば患者が上体を起こす、立つ、歩く等をしているとき、ドライブギア機構が、延長可能なロッドが脊椎の圧力下で格納されることを防止するための手段を提供する。

ラッチ機構を外すために提供されたものは、ハウジングの外側に配置された回転可能なカムインターフェースである。医者は、外部カムドライバを使用することよって、回転可能なカムインターフェースにアクセスすることができる。ドライバを使用して回転可能なカムインターフェースを回転させることで、ハウジング内に使用されたカムがドライブギア機構からラッチ機構を外し、それによって医者が第２の方向において回転可能なドライブインターフェースを回転させることを可能にする。この特徴は、延長可能なロッドが延長されすぎている場合、医者が伸長ロッドの全体長を微調整することを可能にする。

例示的な実施形態の伸長ロッドのような、複雑さを低減した、手動で操作される移植装置を提供することによって、より少ない要素及び可動部品が、電源の必要性なく移植装置を延長及び格納するために使用され得る。

本発明の代替的な実施形態において、異なる種類のギア及びギア構成が、延長可能なロッドをベースロッドに対して延長させるために用いられる。

本発明のさらなる代替的な実施形態において、延長可能なロッドは、伸長ロッドの流体接続体に結合された流体導入口を通じて流体圧を適用する手段によって、ベースロッドに対して延長される。流体圧は、接続体に入り、延長可能なロッドを延長させるためにピストンを前方に押し進める。

さらに別の代替的な実施形態において、伸長ロッドは、患者の皮膚の表面上でトグルスイッチを増分的に押すことによって、延長されるように適合される。

本発明のこれらの利点は、以下の開示及び添付の請求項から明らかとなるであろう。
本発明の例示的な実施形態に従う、折り畳まれた構成における伸長ロッドの斜視図である。 本発明の例示的な実施形態に従う、完全に延長された構成における図１の伸長ロッドの斜視図である。 本発明の例示的な実施形態に従う、伸延ユニットのハウジングの外側を図示する。 本発明の例示的な実施形態に従う、伸延ユニットのハウジングの内側を図示する。 本発明の例示的な実施形態に従う、伸長ロッドのベースロッド上に配置された開口部を図示する。 本発明の例示的な実施形態に従う、伸延ユニットのハウジング上に配置された開口部を図示する。 伸長ロッドの延長可能なロッドが格納されることを可能にするためのカム及びラッチ構成を図示する。 本発明の代替的な実施形態に従う、複合ギアの一方の側面を示す、ギア列を有する延長可能なロッドを図示する。 本発明の代替的な実施形態に従う、図７Ａのギア列の他方の側面を図示する。 本発明の代替的な実施形態に従う、折り畳まれた構成における液圧伸長ロッドの斜視図である。 本発明の代替的な実施形態に従う、完全に延長された構成における図８Ａの液圧伸長ロッドの斜視図である。 本発明の代替的な実施形態に従う、流体圧力を通して延長可能なロッドを延長させるための流体接続体、流体導入口、及びピストンの分解組み立て図である。 本発明のさらに別の代替的な実施形態に従う、伸長ロッドの斜視図である。 図１０の伸長ロッドを形成する要素を図示する。 図１０の伸長ロッドの断面図である。 図１０の伸長ロッドを延長させるための一方向の、摺動するのこぎり歯状クラッチを図示する。

図１は、本発明の例示的な実施形態に従って、折り畳まれた構成における伸長ロッド１００を示す。伸長ロッドは、ベースロッド１０２、延長可能なロッド１０４、及び伸延ユニット１０６を備える。伸長ロッド１００を形成するこれらの要素の各々は、生体適合性プラスチック、金属、金属合金、またはそれらの組み合わせから構築され得る。生体適合性金属及び金属合金は、例えば、限定するものではないが、チタン、チタン合金、ステンレス鋼、コバルトクロム、またはそれらのいずれの組み合わせとなり得る。しかしながら、伸長ロッド１００の要素のうちのいくつかが、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の、耐久性のある熱可塑性ポリマーから作製される代替的な実施形態の作製及び使用方法が、本開示を読んだ後の当業者には明らかであろう。

例示的な実施形態に従って、延長可能なロッド１０４は、ベースロッド１０２に摺動可能に結合され、ギアラックを伴って配置された近位部分を有する。延長可能なロッドは、延長可能なロッドがベースロッド内へ、及びベースロッドから外へ伸縮自在に摺動することを可能にするために、ベースロッド１０２の直径よりもわずかに小さな直径を有するように構築され得る。ベースロッド１０２は延長可能なロッド１０４内に、及び延長可能なロッド１０４から外へ摺動するように適合され得る代替的な実施形態の作製及び使用方法が、本開示を読んだ後の当業者には明らかであろう。

図２は、本発明の例示的な実施形態に従う、完全に延長された構成における伸長ロッド１００を示す。この図において、延長可能なロッド１０４は、医者が伸延ユニット１０６の外側上に配置された回転可能なドライブインターフェースを手動で回転させることに応じて、ベースロッド１０２に対して完全に延長される。医者はまた、延長可能なロッド１０４を所望の伸延長さまで格納することによって、伸長ロッド１００の長さを微調整することができる。医者は、伸延ユニット１０６の外側上に配置された回転可能なカムインターフェースを反対方向において手動で回転させることによって、これを達成することができる。延長可能なロッド１０４の例示的な実施形態は、交換または取り外しが必要となる前に最低３年半の成長を可能にするように適合される。しかしながら、延長可能なロッド１０４が、交換または取り外しが必要となる前の３年半前後の成長に適合される代替的な実施形態の作製及び使用方法が、本開示を読んだ後の当業者には明らかであろう。本発明のこれらの特徴は、以下の図３及び４に関して、より詳細に記載されるであろう。

図３は、本発明の例示的な実施形態に従う、伸延ユニット１０６の外側の斜視図である。伸延ユニットは、ハウジング３０２、回転可能なドライブインターフェース３０４、ガイド壁３０６、凹部３０８、回転可能なカムインターフェース３１０、及びカバープレート３１２を備える。伸延ユニット１０６のこれらの要素の各々は、生体適合性プラスチック、金属、金属合金、またはそれらの組み合わせから構築され得る。生体適合性金属及び金属合金は、例えば、限定するものではないが、チタン、チタン合金、ステンレス鋼、コバルトクロム、またはそれらのいずれの組み合わせとなり得る。

図において示されるように、回転可能なドライブインターフェース３０４は、ハウジング３０２の外側上に配置され、外部ドライバを介して医者にアクセス可能である。回転可能なドライブインターフェース３０４は、六角形形状であり、外部ドライバの対応する形状の凹部内で受容されるように適合される。回転可能なドライブインターフェース３０４は、例えば、限定するものではないが、３５ｍｍ六角形ドライブインターフェースとなり得る。回転可能なドライブインターフェース３０４は、六角形形状として図示されるが、回転可能なドライブインターフェース３０４が外部ドライバの凹部によって受容され得る限り、いずれの形状及び大きさをも有することができる代替的な実施形態の作製及び使用方法が、本開示を読んだ後の当業者には明らかであろう。

図においてさらに示されるように、回転可能なドライブインターフェース３０４は、ガイドされた壁の外面上に配置された一対の反対方向に位置決めされた凹部３０８を有する、ガイド壁３０６によって囲まれる。１つの凹部３０８のみが図において示されるが、ガイド壁３０６の片面は、ガイド壁の他方の片面の実質的な鏡像であることが、本開示を読んだ後の当業者には明らかであろう。例示的な実施形態に従って、各凹部３０８は、外部ドライバ上に配置された、対応する形状及び大きさの突起部、フック等を受容するように適合される。一旦受容されると、外部ドライバは、外部ドライバの横方向移動が防止されるようにガイド壁３０６に係止される。この機構は、外部ドライバが、医者がそれを回す際に回転可能なドライブインターフェース３０４から外れることを防止するために役立つ。ガイドされた壁３０６の物理的な構造はまた、回転可能なドライブインターフェース３０４が皮膚下に位置付けられるかどうかを医者が判定することに役立つという付加的な利点も有する。

ハウジング３０２はまた、ハウジング３０２内に収容されたカムに結合される回転可能なカムインターフェース３１０を含む。図は回転可能なカムインターフェース３１０を対応する形状の外部カムドライバを受容するための溝付きヘッドを有するとして図示するが、回転可能なカムインターフェース３１０が、外部ドライバを受容することができる限り、いずれの形状及び大きさをも有することができるということが、本開示を読んだ後の当業者には明らかであろう。以下により詳細に考察されるように、図４を参照すると、インターフェース３１０を回転させることで、医者が延長可能なロッド１０４を格納することができるように、ハウジング３０２内に収容されたカムがドライブ機構からラッチを係合解除させる。

図４は、本発明の例示的な実施形態に従う伸延ユニット１０６、つまりハウジング３０２の内部の断面図である。伸延ユニットの内部は、ドライブギア４０２、アイドラギア４０４、ピニオン４０６、カム４０８、及びラッチ４１０を備える。伸長ロッド１００を形成する全ての要素のように、要素４０２〜４１０は、生体適合性プラスチック、金属、金属合金、またはそれらの組み合わせから構築され得る。生体適合性金属及び金属合金は、例えば、限定するものではないが、チタン、チタン合金、ステンレス鋼、コバルトクロム、またはそれらのいずれの組み合わせとなり得る。

ハウジング３０２からカバープレート３１２を取り外すと、回転可能なドライブインターフェース３０４及びギアラック４１２に結合されたドライブギア機構が現れる。ギアラック４１２は、延長可能なロッド１０４の近位部分上に好ましくは配置されるが、ギアラック４１２が、延長可能なロッド１０４の長さ方向に沿って配置される本発明の代替的な実施形態の作製及び使用方法が、本開示を読んだ後の当業者には明らかであろう。

例示的な実施形態に従い、ドライブギア機構は、ドライブギア４０２、アイドラギア４０４、及びピニオン４０６を備える。これらのギアは、図において示されるように互いに結合し合い、「単一のギア列」を形成する。ドライブギア４０２とピニオン４０６との間のギア比は、好ましくは２−対−１（すなわち、２：１比）である。このことが意味することは、ピニオン４０４はドライブギア４０２の２倍の歯を有するということである。しかしながら、伸延ユニット１０６は、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の数のギア及び異なるギア比範囲を有するように構成されることができるということが、当業者は、本開示を読んだ後で理解するであろう。例えば、ギア比の範囲は、１．５の下限及び１０の上限を有することができる。

さらに、図４は３つのギアを有するとしてドライブギア機構を図示するのみであるが、ドライブギア機構が図示されたものより増減したギア数を有する本発明の代替的な実施形態の作製及び使用方法が、本開示を読んだ後の当業者には明らかであろう。例えば、限定するものではないが、ドライブギア機構は、本発明の範囲から逸脱することなく、１つのギア、２つのギア、１０のギア等を有することができる。また、他の種類のギア及びギア列が、本発明の範囲から逸脱することなく使用され得るということが、当業者には明らかであろう。他の種類のギアは、例えば、限定するものではないが、平歯車、斜歯歯車、ヘリングボーン歯車、フェースギア、ねじ歯車等、またはそれらの組み合わせを含み得る。他の種類のギア列は、例えば、限定するものではないが、複合ギア列、反転ギア列、遊星ギア列等、またはそれらの組み合わせを含み得る。最後に、伸延ユニット１０６が、本発明の範囲から逸脱することなく異なる数のギア及び異なるギア比を有するように構成され得る本発明の代替的な実施形態の作製及び使用方法が、本開示を読んだ後の当業者には明らかであろう。

上記で簡潔に記載されるように、回転可能なドライブインターフェース３０４は、ハウジング３０２の外側から外部ドライバによってアクセスされるように適合される。回転可能なドライブインターフェースはまた、延長可能なロッドをベースロッドに対して延長及び格納するため外部ドライバに物理的に結合され、外部ドライバによって手動で回転されるように適合される。より具体的には、インターフェース３０４を第１の方向（例えば、時計回り）において回転させることは、ドライブギア４０２を同じ方向で回転させる。ドライブギア４０２の回転移動に応じて、アイドラギア４０４はまた、反対方向において回転し始めるであろう、一方ピニオン４０６は、ドライブギア４０２と同じ方向において回転するであろう。このように、ギア４０２、４０４、及び４０６は、回転可能なドライブインターフェース３０４に結合され、このような方法で回転可能なドライブインターフェースの回転が、各々のギアを同時に回転させる。ギア４０２、４０４、及び４０６からの回転移動は、その後ピニオン４０６をギアラック４１２に結合することにより直線移動に転換される。

ピニオン４０６とギアラック４１２との間を結合することは、図２及び３において示されるように伸延ユニット１０６のハウジング３０２をベースロッド１０２に結合させることによって可能とされる。より具体的には、図５Ａにおいて示されるように、ベースロッド１０２の外面は、開口部５０２を伴って機械加工される。開口部５０２は、ベースロッド１０２の遠位部分において配置される。開口部５０２はまた、図４において見られることができる。同様に、ハウジング３０２は、ハウジングの一方の側面上に配置された開口部５０４を有する。ハウジング３０２の開口部５０４は、図５Ｂにおいて示される。例示的な実施形態に従い、ピニオン４０６の歯５０８は、ハウジング３０２の開口部５０４のわずかに外側に延在する。このことは、ハウジング３０２がベースロッド１０２に結合されるとき、ピニオン４０６の歯５０８がベースロッド１０２の開口部５０２を通じて延在することを可能にし、ギアラック４１２の歯５０６を係合し、それによってラックピニオン構成を形成する。上記で考察されたように、ピニオン４０６の回転移動は、延長可能なロッド１０４が、回転可能なドライブインターフェース３０４の回転される方向によって、延長されるかまたは格納されることができるように、ギアラック４１２によって直線移動に転換される。

図４に戻って参照すると、ハウジング３０２内に収容されたラッチ機構は、延長可能なロッド１０４を格納する方向（例えば、反時計回り方向）での回転可能なドライブインターフェース３０４の回転が禁止されるように、ドライブギア機構のギア上に掛けるように適合される。例示的な実施形態に従い、ラッチ機構は、ドライブギア機構を係止するように付勢されるラッチ４１０を備える。図において示されるように、ラッチ４１０は、アイドラギア４０４上に掛けるように付勢され、アイドラギア４０４を係止する。ラッチ４１０は、例示的な実施形態においてアイドラギア４０４を係止するように付勢されるが、ラッチ４１０が代わりにドライブギア４０２またはピニオン４０６を係止するように付勢される本発明の代替的な実施形態の作製及び使用方法が、本開示を読んだ後の当業者には明らかであろう。

例示的な実施形態で続けると、ラッチ４１０は、アイドラギア４０４の一対の隣接する歯の間に受容されるようにサイズ決定及び成形される。ラッチ４１０は、例示的な実施形態において、ばね式であり、回転可能なドライブインターフェース３０４がロッド１０４を延長させるために時計回り方向において回転される際、前後に歯止めで動かすように適合される。しかしながら、アイドラギア４０４の谷底部／ピッチに対するラッチ４１０の大きさ及び形状により、回転可能なドライブインターフェース３０４がロッド１０４を格納するための反時計回り方向において回転されるとき、ラッチ４１０が前後に歯止めで動き得ることを防止する。つまり、ラッチ４１０は、回転可能なドライブインターフェース３０４が延長可能なロッド１０４を格納する方向において回転されるとき、アイドラギア４０４の一対の隣接する歯の間から外れないはずである。本発明のこの特徴は、伸長ロッド１００の移植後に脊椎上に与えられた下向きの圧力（例えば、患者が上体を起こす、立つ等しているとき）は、ギア４０２、４０４、４０６がロッド１０４を意図的ではなく回転、及び不意に格納させないであろうという点において、有利である。

図６は、例示的な実施形態に従うアイドラギア４０４の一対の隣接する歯の間から外されたラッチ４１０を示す。ラッチ４１０を外すために、回転可能なカムインターフェース３１０が、提供される。回転可能なカムインターフェースは、ハウジング３０２の外側から外部カムドライバによってアクセス可能である。回転可能なカムインターフェース３１０は、回転可能なカムインターフェースの回転により、ラッチ機構が、延長可能なロッド１０４を格納する、または延長させる方向において、ドライブギア機構が回転することを禁止、または可能とするように、カム４０８に結合される。

具体的に、回転可能なカムインターフェース３１０は、回転可能なカムインターフェース３１０の回転により、カム４０８の先端がラッチと係合するか、またはラッチ４１０との物理的な接触から自由となるように、外部カムドライバ３１０に物理的に結合され、外部カムドライバ３１０によって手動で回転されるように適合される。回転可能なカムインターフェース３１０は、カム３１０の先端が、ラッチ４１０のレバー６０２に抗して当接し、ストッパ６０４に抗してそれを固定するまで、第１の方向（例えば、反時計回り）においてハウジング３０２の外側から回転可能となる。このことは、ラッチ４１０がアイドラギア４０４の一対の隣接する歯の間から外されることをもたらす。このことはまた、医者が延長可能なロッド１０４を所望の長さまで格納するためにインターフェース３０４を回転することができるように、外された位置においてラッチ４１０を保持する。所望の長さに達した後、医者は、ラッチ４１０をアイドラギア４０４の一対の隣接する歯の間に位置決めし、それによって延長可能なロッド１０４を格納する方向における回転から、ギア４０２、４０４、及び４０６を係止するため、第２の方向（例えば、時計回り）においてインターフェース３１０を回転させるように外部カムドライバを使用することができる。

伸長ロッド１００の要素が特に詳細に説明されてきたが、伸長ロッド１００を使用する実施例がこれより説明されるであろう。伸長ロッド１００が患者の体内に移植された後、患者は、患者の成長に合うように伸長ロッド１００を延長させるため医者の元へ数か月毎に戻ることが必要となり得る。伸長ロッド１００を延長させるために、医者は伸延ユニット１０６がどこに位置付けられるか、特にガイド壁３０６が患者の皮膚の下のどこに位置付けられるかについて探るために手を使用する。一旦位置付けると、小さな切開を、ガイド壁３０６近くの患者の背中に作る。外部ドライバを小さな切開を通じて挿入し、ハウジング３０２の外側から回転可能なドライブインターフェース３０４に物理的に結合する。一旦結合されると、医者は、結合された外部ドライバを使用して回転可能なドライブインターフェース３０４を手動で回転させ得る。上記で考察されるように、図３〜６に関して、インターフェース３０４を回転させることはまた、ドライブギア４０２、アイドラギア４０４、及びピニオン４０６を回転させ、つまりこれらのギアの各々は、回転可能なドライブインターフェース３０４に物理的または間接的いずれかで結合されるからである。これらのギアの回転移動は、その後ピニオン４０６をギアラック４１２に結合することによって作成されたラックピニオン構成を通じて直線移動に転換される。ギアラック４１２の直線移動は、延長可能なロッド１０４をベースロッド１０２に対して直線的に延長させる。同様に、インターフェース３０４を反対方向において回転させることは、図３〜６に関して、上記で考察されるように、延長可能なロッド１０４をベースロッド１０２に対して直線的に格納させる。

「手動の」回転可能なドライブインターフェース３０４の回転は、例えば、限定するものではないが、外部ドライバを回転可能なドライブインターフェース３０４に物理的に結合させ、その後医者が物理的に結合された外部ドライバを時計回りまたは反時計回り方向において手動で回転させることを含むということが注目されるべきである。この実施形態において、外部ドライバは、例えば、限定するものではないが、電動ではないソケットレンチと類似している。

代替的な実施形態において、「手動の」回転可能なドライブインターフェース３０４の回転は、例えば、限定するものではないが、外部ドライバを回転可能なドライブインターフェース３０４に物理的に結合させ、その後物理的に結合された外部ドライバに給電するために１つ以上のボタンを作動させることを含む。この実施形態において、電源は、手動でインターフェース３０４を回すために物理的に結合された外部ドライバの電力を提供する。

図７Ａ及び７Ｂは、上記で考察された延長可能なロッド１０４の代替的な実施形態を図示する。図７Ａは、カバープレート３１２が取り外された伸延ユニット１０６のハウジング３０２の一方の側面を図示する。代替的な実施形態におけるハウジング３０２内に収容されるのは、４つのギア、すなわちドライブギア７０２、大きなギアの一方の側面上に結合された小さなギア７０６を有する、大きなギア７０４によって形成された複合ギア、及びピニオン７０８である。小さなギア７０６は、図７Ｂにおいて示される。

代替的な実施形態に従って、ドライブギア７０２は、大きなギア７０４に（図７Ａにおいて示されるように）結合され、小さなギア７０６は、ピニオン７０８に（図７Ｂにおいて示されるように）結合される。ピニオン７０８は順に、図３〜５Ｂに関して、上記で考察されるように、ギアラック４１２に結合される。この代替的な実施形態におけるギア構成は、例えば、限定するものではないが、４−対−１（すなわち、４：１比）のギア比を有する。しかしながら、当業者は、伸延ユニット１０６が本発明の範囲から逸脱することなく異なる数のギア及び異なるギア比を有するように構成されることができるということを、本開示を読んだ後で理解するであろう。

延長可能なロッド１０４をベースロッド１０２に対して延長または格納させるために、回転可能なドライブインターフェース３０４は、図３〜５Ｂを参照して、上記で考察されるように、時計回りまたは反時計回りの方向においてそれぞれ回転されることができる。インターフェース３０４がドライブギア７０２を回転させる際、大きなギア７０４及び小さなギア７０６もまた、ドライブギア７０２とは反対方向において、回転する。小さなギア７０６とピニオン７０８との間の結合は、上記で考察されるように、ギアラック４１２を通じて延長可能なロッド１０４の直線移動をもたらす。図７Ａ及び７Ｂは、上記で考察されたラッチ機構（例えば、ラッチ４１０、回転可能なカムインターフェース３１０、カム４０８、ストッパ６０４等）を図示しないが、当業者は、この代替的な実施形態がラッチ機構を含むように構成され得ることを理解するであろう。複合ギアを含むギア列を有する利点は、延長可能なロッド１０４を延長させるために伸延力により容易に達する能力である。

図８Ａは、本発明の代替的な実施形態に従って、折り畳まれた構成における伸長ロッド８００を示す。伸長ロッドは、ベースロッド８０２、延長可能なロッド８０４、流体接続体８０６、流体導入口８０８、ピストン８１０、ばね式ボール８１２、流体シール８１４、端部シール８１６、入力管８１８、及びポート８２０を備える。

図８Ｂは、本発明の代替的な実施形態に従う、完全に延長された構成における伸長ロッド８００を示す。下記でより詳細に考察されるように、図９に関して、延長可能なロッド８０４は、流体導入口８０８を通じて流体圧力が適用されることに応じて、ベースロッド８０２に対して完全に延長され、ピストン８１２を前方に押し進める。

次に図９に移り、代替的な実施形態に従い、伸長ロッド８００は、患者の脊椎に沿って移植され、患者の成長に合わせて移植後に拡張されることができる。より具体的には、伸長ロッド８００は、流体導入口８０８上に配置された入力管８１８にアクセスするために患者の背中に小さな切開をすることによって拡張されることができ、流体導入口は伸長ロッド８００の接続体８０６に結合される。一旦アクセス可能となると、流体搬送装置に結合された流体ホースは、流体導入口８０８の入力管８１８に接続される。流体搬送装置は、その後流体導入口８０８を通じて流体圧（例えば、生理食塩水等）を適用するように操作される。流体圧は、ポート８２０を出て、ピストン８１２を前方に押し進め、それによってロッド８０４をベースロッド８０２に対して延長させる。３つの流体シールが図において示されるが、ピストン８１０が図示されたものよりも増減した流体シールを有する、本発明の代替的な実施形態の作製及び使用方法が、本開示を読んだ後の当業者には明らかであろう。伸長ロッド８００が、延長可能なロッド８０４があまりにも遠くに延長され、接続体８０６から分断され得ることを防止する端部シール８１６を有することもまた注目されるべきである。

一旦延長可能なロッド８０４が、所望の伸延の長さに達すると、延長可能なロッド８０４は、負荷圧力下となるであろう。この負荷圧力は、延長可能なロッド８０４自体を後方に格納するために押し進めるであろう。このとき、ばね式ボール８１２は、ピストン８１０の凹部内に配置された傾斜をせり上げる。このことは、ボール８１２を流体接続体８０６の側面に抗して押圧し、それによって延長可能なロッド８０４のいずれのさらなる格納を止める。一旦延長可能なロッド８０４がそれ自体の格納を止められると、流体圧は、流体接続体８０６の流体圧を空にするためにアクセスポートから抜かれ得る。

伸長ロッド８００の設計は、小径を有し、また設計の複雑さが最小限であることから有利である。伸長ロッド８００はまた、流体圧が移植中に効力がない、つまり、流体及び圧力が、延長可能なロッド８０４がベースロッド８０２に対して延長されているときのみ導入されるため、有利である。この設計から、伸長ロッド８００は、受動的な伸長機構となることができる。脊椎が成長する際、伸長ロッド８００は、外部の操縦による援助なく、患者の体内で前進されることができる伸長ロッド８００が、受動的及び容易な操作性の両方である（必要とされる場合）という事実は、患者にとって追加の手術の必要性を減らす。

図１０は、本発明のさらなる代替的な実施形態を図示する。伸長ロッド１０００は、延長可能なロッド１００２、連結具１００４、トグルスイッチ１００６、ばね１００８、及びベースロッド１０１０を備える。伸長ロッド１０００を形成するこれらの要素の各々は、生体適合性プラスチック、金属、金属合金、またはそれらの組み合わせから構築され得る。生体適合性金属及び金属合金は、例えば、限定するものではないが、チタン、チタン合金、ステンレス鋼、コバルトクロム、またはそれらのいずれの組み合わせとなり得る。しかしながら、伸長ロッド１０００の要素のうちのいくつかが、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の、耐久性のある熱可塑性ポリマーから作製されることができる代替的な実施形態の作製及び使用方法が、本開示を読んだ後の当業者には明らかであろう。

代替的な実施形態に従って、延長可能なロッド１００２の外面は、ねじ山１０３０を伴って配置される。好ましくは、延長可能なロッド１００２の外面の一部のみが、ねじ山１０３０に螺合される。しかしながら、他の実施形態において、延長可能なロッドの全長は、ねじ山１０３０を伴って配置される。延長可能なロッド１００２の近位部分は、連結具１００４の遠位部分内に受容され、遠位部分内に螺合されるように適合される。

連結具１００４は、延長可能なロッド１００２及びベースロッド１０１０を受容するための貫通孔を有する。図１２において示されるように、連結具１００４の遠位部分の内面は、ねじ山１０４０を伴って配置される。連結具１００４のこれらのねじ山は、延長可能なロッド１００２が連結具１００４の遠位部分内に受容され、遠位部分内に螺合されることを可能とする。連結具１００４の近位部分または中間部分の内面は、溝１０１２を伴って配置される。溝は、ベースロッドが連結具１００４の貫通孔内及び貫通孔の外へ摺動することが可能になることを防止するために、ベースロッド１０１０に結合された保持リング１０１４を受容するように適合される。

図１１及び１３においてさらに示されるように、連結具１００４の近位部分は、一方向の、摺動する、のこぎり歯状クラッチを形成するためにトグルスイッチ１００６の歯１０６０に噛合するように適合された歯１０５０を伴って配置される。連結具１００４及びトグルスイッチ１００６の歯は、図において示されるように、対称の傾斜縁を有する面取りである。傾斜縁は、連結具１００４の歯１０５０がトグルスイッチ１００６上に配置された歯１０６０の傾斜縁に沿って摺動することを可能にする。要素１００４及び１００６の歯の傾斜縁の角度は、例えば、限定するものではないが、１０°、４５°、６５°等となり得る。下記でより詳細に考察されるように、一方向の、摺動する、のこぎり歯状クラッチは、連結具１００４が回転し、延長可能なロッド１００２の直線移動をもたらすことを可能にする。

トグルスイッチ１００６は、ベースロッド１０１０を受容するための貫通孔を伴って配置される。トグルスイッチ１００６の貫通孔の内面は、ばね１００８を受容するように適合される切り欠きを有する。トグルスイッチ１００６はまた、連結具１００４に対して延長可能なロッド１００２の直線移動をもたらすためにユーザ（例えば、医者、看護師等）によって操作されることができる第１のトグル１０１６及び第２のトグル１０１８を伴って配置される。

ベースロッド１０１０の遠位部分は、保持リング１０１４を受容するための溝１０２０を伴って配置される。上記で考察されるように、保持リング１０１４は、ベースロッド１０１０が溝１０１２内に着座したとき連結具１００４の貫通孔内及び貫通孔の外へ摺動することが可能になることを防止するように適合される。ベースロッド１０１０の近位部分は、ばね１００８に抗して当接するように適合される下面を有する円形突起部を伴って配置される。

伸長ロッド１０００を使用する方法を、これより記載する。伸長ロッド１０００が患者の脊椎に沿って移植された後、伸長ロッドを、患者の成長に合わせるために定期的に延長する必要がある。本開示において記載された他の実施形態とは異なり、この代替的な実施形態は、伸長ロッド１０００の長さを延長させるための機構にアクセスする患者の背中の切開をする必要がない。その代わりに、医者は、自分の手を単に使用して、患者の背中側からの皮膚の下でトグルスイッチ１００６が位置付けられる場所を探ることができる。一旦医者がトグルスイッチ１００６を位置付けると、第１のトグル１０１６または第２のトグル１０１８は、伸長ロッド１０００を伸ばすために操作されることができる。この考察の目的について、限定するものではないが、第１のトグル１０１６は、伸長ロッド１０００を伸ばすために使用されるであろう。

より具体的には、医者は、患者の皮膚の表面上で１回以上第１のトグル１０１６を押圧することができる。この押圧動作は、トグルスイッチ１００６を同じ方向において増分的に回転させ、第１のトグル１０１６は、例えば、時計回り方向において押圧される。トグルスイッチ１００６が増分的に時計回り方向に回転する際、トグルスイッチ１００６の歯１０６０は、連結具１００４の歯１０５０に抗して当接し、それによって連結具も同様に回転するように駆動するであろう。連結具１００４がベースロッド１００２に螺合されるため、この方法において回転する連結具１００４は、延長可能なロッド１００２を連結具の貫通孔から外へ戻り、そのため伸長ロッド１０００の長さが延長される。

しかしながら、第２のトグル１０１８を押圧することは、連結具１００４を反対方向、換言すると、反時計回りに回転させないということが注目されるべきである。これは、連結具１００４の歯１０５０及びトグルスイッチ１００６の歯１０６０が、一方向の、摺動するのこぎり歯状クラッチを協働して形成するからである。より具体的には、第２のトグル１０１８が医者によって押圧される際、トグルスイッチ１００６の歯１０６０の傾斜縁が、連結具１００４の歯１０５０の傾斜縁に沿って摺動する。このことが、トグルスイッチ１００６を連結具１００４から離れて押し出し、ばね１００８に抗して圧縮させる。ばね１００８はその後、トグルスイッチ１００６の歯１０６０が連結具１００４の歯１０５０と再度噛合するまで、円形突起部１０２２の下面に抗して圧縮される。

上記で注目されるように、この代替的な実施形態は、伸長ロッドを延長させるために切開を必要としないという点で有利である。

本開示は、いくつかの実施形態を記載し、本発明の多くの変化が、本開示を読んだ後の当業者によって容易に考案されることができ、本発明の範囲が、下記請求項によって決定されるということが理解される。

Claims (13)

1. 脊椎の変形を治療するために前記脊椎の長さ方向に沿って固定されるように適合された伸長ロッドであって、
   ベースロッドと、
   前記ベースロッドに摺動可能に結合され、ギアラックを伴って配置されている近位部分を有する延長可能なロッドと、
   伸延ユニットであって、
   （ｉ）前記ベースロッドに取り付けられたハウジングと、
   （ｉｉ）前記ハウジングの外側から外部ドライバによってアクセス可能な、回転可能なドライブインターフェースと、
   （ｉｉｉ）前記回転可能なドライブインターフェースの回転が、前記ギアラックを通じて前記延長可能なロッドの直線移動をもたらすように、前記ハウジング内に収容され、前記回転可能なドライブインターフェース及び前記ギアラックに結合されたドライブギア機構と、を有し、前記ドライブギア機構が、ドライブギア及び前記回転可能なドライブインターフェースに結合されたピニオンを含み、これによって前記回転可能なドライブインターフェースの回転が、前記ドライブギア及び前記ピニオンを回転させる、伸延ユニットと、を備える、伸長ロッド。
2. 前記ドライブギア機構が、１．５のギア比下限を有し、
   及び、前記ドライブギア機構が、１０のギア比上限を有する、請求項１に記載の伸長ロッド。
3. 前記ピニオンが、前記ピニオンの回転が前記ギアラックを通じて前記延長可能なロッドの前記直線移動をもたらすように前記ギアラックに結合されている、請求項１に記載の伸長ロッド。
4. 前記ドライブギア機構が、前記ドライブギア及び前記ピニオンに結合され、それらの間に位置決めされたアイドラギアを含み、これによって簡単なギア列を形成している、請求項１に記載の伸長ロッド。
5. 前記ドライブギア及び前記アイドラギアが、同じ大きさであり、同じ数の歯を有する、請求項１に記載の伸長ロッド。
6. 前記ベースロッドが、前記ハウジング上に配置された第２の開口部と実質的に同じ大きさ及び形状である第１の開口部を有し、
   前記第１及び第２の開口部が、互いに重なり合って、前記ピニオンの歯が前記ギアラックの歯と噛合することを可能にする、請求項１に記載の伸長ロッド。
7. 前記回転可能なドライブインターフェースが、前記ハウジングの外側から前記外部ドライバによってアクセスされ、前記延長可能なロッドを前記ベースロッドに対して延長及び格納するために前記外部ドライバに物理的に結合され、かつ前記外部ドライバによって手動で回転されるように適合されている、請求項１に記載の伸長ロッド。
8. 前記伸延ユニットが、
   前記延長可能なロッドを格納する方向での前記回転可能なドライブインターフェースの回転が禁止されるように、前記ハウジング内に収容され、前記ドライブギア機構のギア上に掛けられるように適合されたラッチ機構をさらに含む、請求項１に記載の伸長ロッド。
9. 前記ラッチ機構が、前記ドライブギア機構を係止するように付勢されるラッチを含む、請求項８に記載の伸長ロッド。
10. 前記ラッチが、前記ギアの一対の隣接する歯の間に受容されて、前記回転可能なドライブインターフェースの前記延長可能なロッドを格納する方向における回転を禁止するようにサイズ決定及び成形されている、請求項９に記載の伸長ロッド。
11. 前記伸延ユニットが、
    前記ハウジングの外側から外部カムドライバによってアクセス可能な、回転可能なカムインターフェースと、
    前記回転可能なカムインターフェースの回転により、前記ラッチ機構が、前記延長可能なロッドを格納する、または延長させる方向において、前記ドライブギア機構が回転することを禁止する、または可能とするように、前記ハウジング内に収容され、前記回転可能なカムインターフェースに結合されたカムと、をさらに含む、請求項８に記載の伸長ロッド。
12. 前記回転可能なカムインターフェースが、前記回転可能なカムインターフェースの回転により前記カムの先端が前記ラッチと係合するか、または前記ラッチとの物理的な接触から自由となるように、前記外部カムドライバに物理的に結合され、前記外部カムドライバによって手動で回転されるように適合されている、請求項１１に記載の伸長ロッド。
13. 前記ハウジングが、
    前記回転可能なドライブインターフェースを囲むガイド壁をさらに含み、
    前記ガイド壁が、一対の反対側に位置決めされた凹部を有し、それらの各々が、前記外部ドライバの横方向の移動を防止するために前記外部ドライバの対応する突起を受容するように適合されている、請求項１に記載の伸長ロッド。

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