JPH09135844A - 骨固定具および骨固定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】特定のネジ山に応力が集中することを防止し
て、強固な固定を得る。 【解決手段】本発明の骨固定システムは、ネジ切り部材
と、該ネジ切り部材１により形成されたネジ孔８に螺入
される骨固定具４とで構成されている。骨固定具４は、
先端側のネジ部５と、後端側の軸部６と、軸部６の後端
に形成された頭部７とで構成されている。ネジ部５に形
成された雄ネジ５１は、先行端から後行端に向かってそ
のネジ山径が漸減しており、また、雌ネジ８１との螺合
時に、雄ネジ５１のネジ山の後行端側に位置する圧力側
フランク面５２と、それに対応する雌ネジ８１のネジ谷
の後行端側に位置する圧力側フランク面８２との間に形
成される間隙９の間隙距離が先行端側から後行端側へ向
かって漸増するような形状をなしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、骨固定具および骨
固定システム、特に整形外科や口腔外科において、骨折
した骨同士の内固定や、骨切り術での骨片の内固定に用
いられる骨固定具および骨固定システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、整形外科や口腔外科において、骨
折治療や、変形関節の骨切り術の際の骨片固定、さらに
は人工臼蓋や人工関節等の器具を固定する際には、骨ネ
ジやプレート、ワイヤー、髄内釘等の内固定用具が一般
的に用いられている。

【０００３】これらの内固定用具としては、通常、金属
製のものが用いらているが、金属製内固定用具の多く
は、一般に、治癒後、体外に除去されるのが好ましい。
すなわち、金属製の内固定用具は、骨組織に比べ極端に
高剛性、高弾性率であるため、骨組織に作用すべき応力
の多くが内固定用具に作用し、内固定用具周辺の骨組織
の脆弱化を引き起こし易くなるからである。また、金属
アレルギーによる炎症反応や、骨組織からの突出による
周辺軟組織の損傷、破壊等のおそれもある。

【０００４】一般に、内固定用具を体外に取り出す手術
手技は、抜去術（抜釘術）と呼ばれるが、この抜去術で
は、組織が複雑化した手術部位を再度切開するため、手
術部位によっては、神経束や血管系等を損傷するおそれ
がある。また、２度の手術を行うため、これによる患者
への精神的、肉体的な負担も大きい。

【０００５】ところで、内固定用具のうちの骨ネジは、
通常、ステンレス鋼やチタン合金等の金属で構成されて
おり、二骨片の固定、骨プレートや髄内釘等の内固定用
具の固定、さらには、腱、靭帯等の固定を行う器具とし
て使用されている。二骨片の固定は、骨折治療、骨移
植、骨切り術等の際に行われる。

【０００６】これらの治療で重要なことは、骨癒合が起
こるまでの間、骨片を宿主の骨に確実に固定することで
ある。骨ネジによる二骨片の固定は、先行端側骨片に螺
入したネジ部と、後行端側骨片の表面に係止したネジ頭
との間に生じる引張力が骨片間に圧縮力として作用し、
二骨片を固定するものである。

【０００７】しかし、金属製の骨ネジを用いた場合、骨
との剛性、弾性率の極端な相違により、特に、脆弱な骨
や骨粗鬆症のようにネジ部を支持するのに十分な骨量や
強度がない場合には、骨側に形成されたネジ山の破壊を
招き易く、よって、強固な固定ができない。

【０００８】また、金属に比べより剛性（弾性率）が低
い樹脂材料で構成された骨ネジを用いて二骨片を固定し
た場合、金属製骨ネジに比べて、骨の破損、破壊は生じ
難いが、逆に、応力に対するネジ部の変形が大きいため
に、骨折面に最も近い特定のネジ山（後行端側のネジ
山）に応力集中が起こり易く、固定力の低下とともに、
治癒の遅延を生じる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特定
のネジ山に応力が集中することを防止し、骨への負担を
軽減し、強固な固定が得られる骨固定具および骨固定シ
ステムを提供することにある。さらに、本発明の目的
は、生体吸収性材料を用いることにより、抜去術を不要
とする骨固定具および骨固定システムを提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（９）の本発明により達成される。

【００１１】（１） プラスチック材料で構成され、ネ
ジ切り部材により形成された等ピッチの雌ネジに螺合さ
れる螺旋状のネジ山からなる雄ネジを有する骨固定器具
であって、前記雄ネジと前記雌ネジとの螺合時に、前記
雄ネジのネジ山の後行端側に位置する圧力側フランク面
と、それに対応する前記雌ネジのネジ谷の後行端側に位
置する圧力側フランク面との間に間隙が形成され、その
間隙距離が先行端側から後行端側へ向かって漸増する部
分を有するような形状をなしていることを特徴とする骨
固定具。

【００１２】（２） 前記雄ネジのネジ山の頂部におけ
る該ネジ山の圧力側フランク面と、これに対応する前記
雌ネジのネジ谷の圧力側フランク面とのネジ軸方向の距
離をａとし、前記雄ネジのネジ山の基部における該ネジ
山の圧力側フランク面と、これに対応する前記雌ネジの
ネジ谷の圧力側フランク面とのネジ軸方向の距離をｂと
したとき、ａ＜ｂの関係を満足する上記（１）に記載の
骨固定具。

【００１３】（３） 前記雄ネジのネジ山の圧力側フラ
ンク面と、これに対応する前記雌ネジのネジ谷の圧力側
フランク面との距離が、前記雄ネジのネジ山の頂部付近
において最も小さい上記（２）に記載の骨固定具。

【００１４】（４） 前記ａが骨固定具の先行端側から
後行端側に向かって漸増する部分を有する上記（２）ま
たは（３）に記載の骨固定具。

【００１５】（５） 前記雄ネジのネジ山径が骨固定具
の先行端側から後行端側に向かって漸減する部分を有す
る上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の骨固定
具。

【００１６】（６） ネジ軸に対する前記雄ネジのネジ
山の圧力側フランク面の後行端側の角度が９０°以下と
なるネジ山を有する上記（１）ないし（５）のいずれか
に記載の骨固定具。

【００１７】（７） 前記雄ネジの形成部分の弾性率が
１〜２０GPa である上記（１）ないし（６）のいずれか
に記載の骨固定具。

【００１８】（８） 前記骨固定具が生体吸収性材料で
構成されている上記（１）ないし（７）のいずれかに記
載の骨固定具。

【００１９】（９） 上記（１）ないし（８）のいずれ
かに記載の骨固定具と、前記骨固定具の雄ネジと同一ピ
ッチの雌ネジを切るためのネジ切り部材とからなること
を特徴とする骨固定システム。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の骨固定具および骨
固定システムを添付図面に示す好適実施例に基づいて詳
細に説明する。

【００２１】図１は、本発明の骨固定システムにおける
ネジ切り部材（タップ）の実施例を示す縦断面図、図２
は、本発明の骨固定システムにおける骨固定具の実施例
を示す縦断面図、図３は、図２に示す骨固定具のネジ部
を拡大して示す縦断面図である。以下の説明では、図１
〜図３中の左側を「後端」または「後行端」、右側を
「先端」または「先行端」という。また、その他の図に
おいても同様とする。本発明の骨固定システムは、図１
に示すネジ切り部材１と、図２に示す骨固定具４とで構
成されている。

【００２２】ネジ切り部材１は、先端側のネジ部２と、
後端側の軸部３とを有する。ネジ部２の外周には、螺旋
状の雄ネジ２１が等ピッチで形成されている。雄ネジ２
１のネジ山の形状は、ネジ部２の各所においてほぼ一定
である。また、軸部３の後端には、ネジ切り部材１を回
転操作するためのハンドル３１が形成されている。

【００２３】ネジ切り部材１は、例えば、ステンレス
鋼、チタン、チタン合金、アルミニウム合金等の金属材
料で構成されている。このようなネジ切り部材１を用い
て、骨片１０、１１に対し、骨片１０の後行端側からネ
ジ孔８を形成する。ネジ切り部材１により形成されたネ
ジ孔８は、その雌ネジ８１のピッチおよびネジ谷の形状
が一定となる（図２参照）。

【００２４】図２は、骨片１０、１１に対しネジ切り部
材１により形成されたネジ孔８に本発明の骨固定具４が
螺入された状態を示している。骨固定具４は、先端側の
ネジ部５と、後端側の軸部６と、軸部６の後端に形成さ
れた頭部７とで構成されている。

【００２５】頭部７は、軸部６に対し拡径しており、そ
の外周面は、丸みを帯びた形状をなしている。これによ
り、頭部７が骨片１０の表面付近に係合したとき、周辺
の骨組織を損傷、破壊することが防止される。また、頭
部７の後端面には、例えばドライバーにより骨固定具４
を回転するための一文字状または十文字状の溝あるいは
六角の穴（図示せず）が形成されている。

【００２６】ネジ部５の外周には、螺旋状の雄ネジ５１
が形成されている。この場合、雄ネジ５１のピッチは、
それが螺合するネジ孔８の雌ネジ８１のピッチ、すなわ
ちネジ切り部材１の雄ネジ２１のピッチと同一である。
本発明は、この雄ネジ５１の形状等に特徴を有するもの
であり、以下に説明する。

【００２７】図２に示すように、雄ネジ５１は、先行端
から後行端に向かって、そのネジ山径（ネジ山の高さ）
が漸減（連続的または段階的に減少）している。また、
雄ネジ５１は、雌ネジ８１との螺合時に、雄ネジ５１の
ネジ山の後行端側に位置する圧力側フランク面５２と、
それに対応する雌ネジ８１のネジ谷の後行端側に位置す
る圧力側フランク面８２との間に間隙９が形成され、そ
の間隙距離が先行端側から後行端側へ向かって漸増（連
続的または段階的に増加）するような形状をなしてい
る。

【００２８】このように、雄ネジ５１のネジ山の高さの
変化と間隙９の間隙距離の変化とにより、雄ネジ５１の
ネジ山と雌ネジ８１のネジ谷との間に形成される空間
（間隙９を含む空間）の体積が先行端側から後行端側へ
向かって漸増する。

【００２９】雄ネジ５１の条件についてさらに詳述する
と、図３に示すように、雄ネジ５１のネジ山の頂部５３
における圧力側フランク面５２と、これに対応する雌ネ
ジ８１のネジ谷の圧力側フランク面８２とのネジ軸１０
０方向の距離をａとし、雄ネジ５１のネジ山の基部５４
における圧力側フランク面５２と、これに対応する雌ネ
ジ８１のネジ谷の圧力側フランク面８２とのネジ軸１０
０方向の距離をｂとしたとき、ａ＜ｂの関係が成立して
いる。

【００３０】この場合、雄ネジ５１の圧力側フランク面
５２と、これに対応する雌ネジ８１の圧力側フランク面
８２との距離は、雄ネジ５１のネジ山の頂部５３付近に
おいて最も小さい。すなわち、距離ａが最も小さい。

【００３１】そして、この距離ａは、骨固定具４の先行
端側から後行端側に向かって徐々に（ネジ山の１ピッチ
毎に）増加している。なお、ネジ部５の最も先端側のネ
ジ山、さらには、このネジ山から数ピッチ分後行端側の
ネジ山までは、頂部５３が圧力側フランク面８２に接触
しており（図１参照）、すなわち、距離ａ＝０である。

【００３２】また、本実施例では、ネジ軸１００に対す
る雄ネジ５１の圧力側フランク面５２の後行端側の角度
θは、９０°以上となっている。なお、上述した雄ネジ
５１に関する各条件は、ネジ部５の全体に渡って成立し
ている場合に限らず、ネジ部５の一部分においてのみ成
立していてもよい。

【００３３】例えば、雄ネジ５１のネジ山の高さに関し
ては、先行端側ネジ山の高さは一定であり、後行端側の
数ピッチ分だけ先行端から後行端に向かって徐々にネジ
山の高さが低くなるような構成でもあってもよい。

【００３４】また、間隙９の間隙距離、特に、距離ａお
よび／または距離ｂが、先行端側から後行端側へ向かっ
て連続的に増加する場合に限らず、段階的に増加するよ
うな構成またはそのような部分を有する構成であっても
よい。

【００３５】また、角度θは、ネジ部５の全体に渡って
一定であっても、変化していてもよく、特に、先行端側
から後行端側へ向かって角度θが徐々に減少または増加
する構成またはそのような部分を有する構成であっても
よい。

【００３６】骨固定具４のネジ部５を以上のような構成
としたことにより、次のような作用、効果が生じる。ネ
ジ部５の先端部を骨片１０、１１に形成されたネジ孔８
の後端側から挿入し、骨固定具４を所定方向に回転させ
て雄ネジ５１を雌ネジ８１に螺入していくと、骨固定具
４が先行端側へ進行するとともに、雄ネジ５１は、その
先行端側のネジ山から雌ネジ８１のネジ谷の圧力側フラ
ンク面８２と接触して行く。

【００３７】雄ネジ５１の先端がネジ孔８の最奥部付近
に到達した後、すなわち、雄ネジ５１と雌ネジ８１との
螺合がほぼ完了したら、さらに骨固定具４を回転させて
締め付けると、回転トルクの増加に伴い、軸力（ネジ軸
１００方向の引張力）が増加し、雌ネジ８１の圧力側フ
ランク面８２と接触する雄ネジ５１のネジ山が、後行端
へも移行して行く。

【００３８】すなわち、雄ネジ５１の圧力側フランク面
５２と雌ネジ８１の圧力側フランク面８２との接触圧
は、先行端から後行端に向かって徐々に減少するような
分布を持つ。これにより、本来、応力集中が生じ易かっ
た後行端側のネジ山、ネジ谷へ作用する応力が緩和（相
殺）され、応力が均一に分散される。

【００３９】頭部７は、骨片１０の表面付近に係合して
おり、雌ネジ８１の圧力側フランク面８２に圧着する雄
ネジ５１のネジ山、すなわちネジ部５との間に引張力が
作用している。この引張力が骨片１０と骨片１１との圧
縮力となり、骨片１０と骨片１１とがその境界面（骨折
面）１２において圧着され、固定される。

【００４０】骨固定具４における各部の寸法は、固定す
べき物（例えば二骨片）の大きさや症例等に応じて適宜
設定されるので、特に限定されないが、通常は、以下の
ような寸法であるのが好ましい。

【００４１】骨固定具４の全長は、２０〜１００mm程度
であるのが好ましい。ネジ部５の長さは、５〜９０mm程
度であるのが好ましい。雄ネジ５１のピッチは、０．３
〜３．５mm程度であるのが好ましい。雄ネジ５１のネジ
山の最大山径は、１．５〜６．５mm程度であるのが好ま
しい。

【００４２】雄ネジ５１のネジ谷の谷径は、１．０〜
４．５mm程度であるのが好ましい。雄ネジ５１の圧力側
フランク面５２のネジ軸１００に対する後行端側の角度
θは、８０〜１２０°程度であるのが好ましい。軸部６
の外径は、１．０〜６．０mm程度であるのが好ましい。

【００４３】骨固定具４の構成材料としては、その用途
に応じ、例えば、高密度ポリエチレン、ポリエステル、
ポリテトラフルオロエチレン等の各種樹脂材料等を用い
ることができるが、特に、ポリグリコール酸、ポリ乳
酸、ポリジオキサノン、ポリヒドロキシ酪酸等の生体吸
収性材料（生分解性ポリマー）で構成されているのが好
ましい。骨固定具４を生体吸収性材料で構成することに
より、骨片の固定後、骨固定具４を抜去する抜去術が不
要となり、患者の負担が軽減される。

【００４４】骨固定具４におけるネジ部５の弾性率は、
１〜２０GPa 程度であるのが好ましく、２〜８GPa 程度
であるのがより好ましい。このような範囲であれば、骨
の破損、吸収をより有効に防止することができる。

【００４５】図４は、本発明の骨固定具の他の実施例を
示す縦断面図である。同図に示す骨固定具４０は、前記
角度θが異なる以外は骨固定具４と同様である。すなわ
ち、骨固定具４０における角度θは、９０°以下であ
り、好ましくは８０〜９０°程度である。

【００４６】このような構成の骨固定具４０でも、前述
した骨固定具４と同様の作用、効果を有するとともに、
角度θが９０°以下であるため、組織との摩擦力が増え
るので、より強固に固定されるという利点がある。

【００４７】

【実施例】以下、本発明を具体的実施例に基づいてさら
に詳細に説明する。

【００４８】（実施例１）下記条件のネジ切り部材およ
び骨固定具（骨ネジ）を製造した。

【００４９】［ネジ切り部材］ 全長：７０mm ネジ部長さ：５０mm 雄ネジの形状：図１に示す形状 雄ネジのネジ山径：４．０mm 雄ネジのネジ谷径：１．９mm 雄ネジのピッチ：１．７５mm 軸部外径：３．５mm 構成材料：ステンレス鋼

【００５０】［骨固定具］ 種類：海綿骨用骨ネジ 全長：３５mm ネジ部長さ：１４mm 雄ネジの形状：図２に示す形状 雄ネジのネジ山径（最大値）：４．０mm（先行端側） 雄ネジのネジ山径（平均値）：０．８２mm 雄ネジのネジ谷径：１．９mm 雄ネジのピッチ：１．７５mm 角度θ：９５° 軸部外径：２．４mm 構成材料：ポリヒドロキシ酪酸（弾性率：３．１９GPa
）

【００５１】（実施例２）骨固定具における雄ネジの形
状を図４に示す形状とし、角度θを８７°とした（雌ネ
ジもこれに対応する形状とした）以外は、実施例１と同
様のネジ切り部材および骨固定具（骨ネジ）を製造し
た。

【００５２】（比較例１）実施例１と同様のネジ切り部
材と、図５に示す形状であり下記条件の骨固定具（骨ネ
ジ）１３とを製造した。

【００５３】［骨固定具］ 種類：海綿骨用骨ネジ 全長：３５mm ネジ部長さ：１２mm 雄ネジの形状：図５に示す形状（間隙９が存在しない） 雄ネジのネジ山径：４．０mm 雄ネジのネジ谷径：１．９mm 雄ネジのピッチ：１．７５mm 角度θ：１１５° 軸部外径：２．４mm 構成材料：実施例１と同じ

【００５４】＜実験および評価＞実施例１、２および比
較例１において、ネジ切り部材を用いて疑似海綿骨（弾
性率：４００MPa ）にネジ孔を形成し、該ネジ孔に骨固
定具を螺入した。

【００５５】軸力を１０kgf に調整し、２次有限要素法
により、疑似海綿骨に作用する応力の分布を解析した。
なお、解析システムは、ＡＮＳＹＳ５．１（Swanson An
alysis Systems. Inc.）を用いた。

【００５６】解析結果を図６（実施例１）、図７（実施
例２）および図８（比較例１）に示す。これらの図中
で、黒色部分が最も大きい応力が作用しており、これに
続き、濃度が大きい部分程、より大きな応力が作用して
いることを示す（凡例の下段にいくほど濃度が高い）。
濃度が同じ部分は、等応力領域である。図８に示すよう
に、比較例１の骨固定具では、後行端側のネジ山部分に
応力が集中することが確認された。

【００５７】これに対し、図６および図７に示すよう
に、実施例１および２の骨固定具では、応力が極端に集
中する部分がなく、応力の集中が解消または緩和され、
均一に分散される傾向にあることが確認された。

【００５８】すなわち、実施例１および２の骨固定具で
は、延性材料で作製した雄ネジの応力集中が原因で生じ
るネジ山の変形、損傷、破壊や、応力過多による骨吸収
という問題を解決し、雌ネジ側である骨組織の損傷、破
壊を防止し、骨のより強固な固定を可能にする。

【００５９】以上、本発明の骨固定具およびこれを含む
骨固定システムを図示の各実施例に基づいて説明した
が、本発明は、これらに限定されるものではない。ま
た、本発明の骨固定具および骨固定システムは、二骨片
の固定に用いるものに限らず、例えば、人工臼蓋、人工
関節、内副子等の器具の固定や、腱、靭帯等の骨以外の
組織の固定に用いることもできる。

【００６０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の骨固定具
および骨固定システムによれば、骨固定具に形成された
雄ネジの特定のネジ山に応力が集中することが防止され
るので、応力集中による骨組織の損傷、吸収が防止され
る。その結果、金属に比べて弾性率が低い材料を用いた
場合でも、特定のネジ山が変形、破損等を生じることが
なく、強固な固定が安定的に得られる。また、骨固定具
を生体吸収性材料で構成した場合には、抜去術が不要と
なり、患者の負担が軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の骨固定システムにおけるネジ切り部材
の実施例を示す縦断面図である。

【図２】本発明の骨固定具の実施例を示す縦断面図であ
る。

【図３】図２に示す骨固定具のネジ部を拡大して示す縦
断面図である。

【図４】本発明の骨固定具の他の実施例を示す縦断面図
である。

【図５】比較例１の骨固定具の構造を示す縦断面図であ
る。

【図６】実施例１における疑似海綿骨側の応力分布の解
析結果を示す模式図である。

【図７】実施例２における疑似海綿骨側の応力分布の解
析結果を示す模式図である。

【図８】比較例１における疑似海綿骨側の応力分布の解
析結果を示す模式図である。

【符号の説明】

１ ネジ切り部材 ２ ネジ部 ２１ 雄ネジ ３ 軸部 ３１ ハンドル ４、４０ 骨固定具 ５ ネジ部 ５１ 雄ネジ ５２ 圧力側フランク面 ５３ 頂部 ５４ 基部 ６ 軸部 ７ 頭部 ８ ネジ孔 ８１ 雌ネジ ８２ 圧力側フランク面 ９ 間隙 １０、１１ 骨片 １２ 境界面 １３ 骨固定具（比較例） １００ ネジ軸

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチック材料で構成され、ネジ切り
   部材により形成された等ピッチの雌ネジに螺合される螺
   旋状のネジ山からなる雄ネジを有する骨固定器具であっ
   て、 前記雄ネジと前記雌ネジとの螺合時に、前記雄ネジのネ
   ジ山の後行端側に位置する圧力側フランク面と、それに
   対応する前記雌ネジのネジ谷の後行端側に位置する圧力
   側フランク面との間に間隙が形成され、その間隙距離が
   先行端側から後行端側へ向かって漸増する部分を有する
   ような形状をなしていることを特徴とする骨固定具。
2. 【請求項２】 前記雄ネジのネジ山の頂部における該ネ
   ジ山の圧力側フランク面と、これに対応する前記雌ネジ
   のネジ谷の圧力側フランク面とのネジ軸方向の距離をａ
   とし、 前記雄ネジのネジ山の基部における該ネジ山の圧力側フ
   ランク面と、これに対応する前記雌ネジのネジ谷の圧力
   側フランク面とのネジ軸方向の距離をｂとしたとき、 ａ＜ｂの関係を満足する請求項１に記載の骨固定具。
3. 【請求項３】 前記雄ネジのネジ山の圧力側フランク面
   と、これに対応する前記雌ネジのネジ谷の圧力側フラン
   ク面との距離が、前記雄ネジのネジ山の頂部付近におい
   て最も小さい請求項２に記載の骨固定具。
4. 【請求項４】 前記ａが骨固定具の先行端側から後行端
   側に向かって漸増する部分を有する請求項２または３に
   記載の骨固定具。
5. 【請求項５】 前記雄ネジのネジ山径が骨固定具の先行
   端側から後行端側に向かって漸減する部分を有する請求
   項１ないし４のいずれかに記載の骨固定具。
6. 【請求項６】 ネジ軸に対する前記雄ネジのネジ山の圧
   力側フランク面の後行端側の角度が９０°以下となるネ
   ジ山を有する請求項１ないし５のいずれかに記載の骨固
   定具。
7. 【請求項７】 前記雄ネジの形成部分の弾性率が１〜２
   ０GPa である請求項１ないし６のいずれかに記載の骨固
   定具。
8. 【請求項８】 前記骨固定具が生体吸収性材料で構成さ
   れている請求項１ないし７のいずれかに記載の骨固定
   具。
9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかに記載の骨
   固定具と、 前記骨固定具の雄ネジと同一ピッチの雌ネジを切るため
   のネジ切り部材とからなることを特徴とする骨固定シス
   テム。