JPWO2018164034A1 - 固定具 - Google Patents

Abstract

人体へのリスクが軽減でき、構造が簡易な骨の固定具を提供する。固定具（１０）は、骨の第一、第二装着部（２４，２６）にそれぞれ固定されたペディクルスクリュ（１２，１４）と、第一、第二振動部材（１６，１８）と、ロッド（２０）を備える。第一振動部材（１６）は、右ねじである第一ねじ（１６ａ）を備え、振動可能にペディクルスクリュ（１２）に固定されている。第二振動部材（１８）は、左ねじである第二ねじ（１８ａ）を備え、振動可能にペディクルスクリュ（１４）に固定されている。ロッド（２０）は、一端に第一ねじ（１６ａ）と嵌合する第三ねじ（２０ａ）を、他端に第二ねじ（１８ａ）と嵌合する第四ねじ（２０ｂ）をそれぞれ備える。体外から発振された超音波を受けて第二振動部材（１８）が振動しながら形状変化し、第二振動部材（１８）に押圧されたロッド（２０）が回転することによって、ペディクルスクリュ（１２，１４）間の距離、すなわち第一、第二装着部（２４，２６）の距離が増減する。

Description

本発明は、主に骨を固定する固定具に関するものである。

脊柱が湾曲したり、ねじれたりする脊柱側弯症を放置すると、内臓器官に重大な障害が発生するおそれがある。脊柱の湾曲やねじれを矯正するため、人体内部の脊椎に、金属シャフトなどの補助具を固定する脊椎固定術が行われている。この補助具は、脊柱側弯症の状態が改善されるまで、長期にわたって体内に固定される。したがって、患者の成長や治療状況に合わせて、補助具の長さを変更する必要がある。従来は、メスで患部を開いて補助具を交換していたため、患者の負担が大きかった。

近年では、内視鏡などを使った低侵襲な補助具の長さの調整手法が提案されている。しかしながら、内視鏡手術のような負担の少ない手法でも切開が必要であるため、神経を覆う硬膜の破損や合併症などのリスクが存在する。若年性の疾患のように、補助具の長さの調整が複数回必要な場合には、許容しがたい大きなリスクとなる。このため、切開を行わずに補助具の長さを調整する手法が必要である。切開を必要としない非侵襲な補助具の長さの調整手法として、体外からの磁気照射により、体内の補助具を伸縮させる手法が知られている（非特許文献１）。このような磁気によって伸縮可能な補助具は、グローイングロッドなどとして諸外国で製品化され、使用されている。

Cheung KM, Cheung JP, Samartzis D, Mak KC, Wong YW, Cheung WY, Akbarnia BA, Luk KD: Magnetically controlled growing rods for severe spinal curvature in young children: a prospective case series, Vol.379, Issue 9830, pp.1967-1974, 2012

磁気照射の人体への影響は未解明な点が多く、そのリスクが報告されている。このため、磁気照射によって伸縮可能な補助具は、リスクのコントロールが難しい。また、磁気照射によって伸縮可能な補助具は、例えば、ペースメーカーのように、磁気の影響を極力排除すべき装置との併用が難しい。また、現在製品化されている伸縮可能な補助具は、構造がとても複雑で、故障リスクが高くなっている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造でありながら、人体へのリスクが軽減できる骨の固定具を提供することを目的とする。

本発明のある態様の固定具は、第一装着部に固定された第一支持部材と、第二装着部に固定された第二支持部材と、第一ねじを一端に備え、第一支持部材と第二支持部材との間にこの一端が配置されるように、第一支持部材に固定された第一連結部材と、第一ねじの向きと反対向きの第二ねじを一端に備え、第一支持部材と第二支持部材との間にこの一端が配置されるように、第二支持部材に固定された第二連結部材と、一端に第一ねじと嵌合する第三ねじを、他端に第二ねじと嵌合する第四ねじをそれぞれ備え、第一連結部材がこの一端に、第二連結部材がこの他端にそれぞれ嵌合され、振動波を受けて振動する振動部材とを有している。この固定具は、外から発振された振動波を受けて振動部材が振動しながら形状変化し、第一連結部材および第二連結部材に押圧された振動部材が回転することによって、第一支持部材と第二支持部材の距離が増加または減少する。

本発明の他の態様の固定具は、第一装着部に固定された第一支持部材と、第二装着部に固定された第二支持部材と、第一ねじを備え、振動可能に第一支持部材に固定され、振動波を受けて振動する第一振動部材と、第一ねじの向きと反対向きの第二ねじを備え、振動可能に第二支持部材に固定され、振動波を受けて振動する第二振動部材と、一端に第一ねじと嵌合する第三ねじを、他端に第二ねじと嵌合する第四ねじをそれぞれ備え、この一端が第一振動部材に、この他端が第二振動部材にそれぞれ嵌合された連結部材とを有している。この固定具は、外から発振された振動波を受けて第一振動部材および第二振動部材の少なくとも一方が振動しながら形状変化し、第一振動部材および第二振動部材の少なくとも一方に押圧された連結部材が回転することによって、第一支持部材と第二支持部材の距離が増加または減少する。

本発明の固定具は、医療現場での長期間の使用実績があり、低出力では人体に悪影響を与えない超音波等の振動波を利用して伸縮できるので、磁気を利用して伸縮させる固定具と比べて、人体へのリスクが軽減できる。また、本発明の固定具は、主にボルトやナットのような部材から構成することができるため、簡易な構造にでき、故障のリスクが低減できる。

本発明の第一実施形態に係る固定具の断面図。 本発明の第一実施形態に係る固定具の斜視図。 本発明の第一実施形態に係る固定具の分解図。 本発明の第一実施形態に係る固定具の第一振動部材を示す図で、（ａ）は左からの斜視図、（ｂ）は環状断面図。 本発明の第一実施形態に係る固定具の第一振動部材の変形を説明するための断面図。 本発明の第一実施形態に係る固定具が伸びる機構を説明するための側面図。 本発明の第一実施形態に係る固定具が縮む機構を説明するための側面図。 本発明の第二実施形態に係る固定具の断面図。 本発明の第二実施形態に係る固定具の斜視図。 本発明の第二実施形態に係る固定具の分解図。 本発明の第二実施形態に係る固定具の振動部材の断面図。 本発明の第二実施形態に係る固定具のロッドを示す図で、（ａ）は右からの斜視図、（ｂ）は右側面図。 本発明の第二実施形態に係る固定具が伸びる機構を説明するための断面図。 本発明の第二実施形態の変形例に係る固定具のロッドの右側面図。

以下、本発明の固定具について、脊椎固定術に用いる実施形態と、振動部材の動作を確認した実施例に基づいて、図面を参照しながら説明する。なお、図面は、固定具、固定具の構成部材、および固定具の周辺部材を模式的に表したものであり、これらの実物の寸法および寸法比は、図面上の寸法および寸法比と必ずしも一致していない。また、特にことわらない限り、本明細書では、便宜上、図１および図８に示す固定具の向きを基準に上下方向と左右方向を表す。なお、重複説明は適宜省略し、同一部材には同一符号を付与することがある。

上述のように、本発明は、骨を固定する固定具に関するものである。本発明の固定具の利用としては主に脊椎骨折の治療や脊柱の湾曲の矯正などで脊椎を固定するための固定具がある。以下の説明においては脊椎を固定する脊椎固定術に利用される形態を例として説明する。なお、脊椎や椎骨に限定されず他の骨の固定にも利用は可能である。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態に係る固定具１０の断面図である。図２は、固定具１０の斜視図である。図３は、固定具１０の分解図である。固定具１０は、第一支持部材であるペディクルスクリュ１２と、第二支持部材であるペディクルスクリュ１４と、第一振動部材１６と、第二振動部材１８と、柱形状を備える連結部材であるロッド２０とを備えている。ペディクルスクリュ１２は、チタン、チタン合金、またはコバルトクロム合金等の生体適合性に優れている金属から構成され、人体の脊椎２２の椎骨２４（第一装着部）にねじ止め固定されている。ペディクルスクリュ１４も同様に、生体適合性に優れている金属から作製され、脊椎２２の他の椎骨２６（第二装着部）にねじ止め固定されている。

第一振動部材１６は、生体適合性に優れている金属から作製され、体外から発振された振動波を受けて振動する。なお、各実施形態では、振動波が超音波である場合を例に説明する。第一振動部材１６は、外径が約６ｍｍで長さが約３ｍｍの筒形状を備え、右ねじの第一ねじ１６ａがこの筒の内表面に形成されているナット状部材である。第一振動部材１６は、振動可能にペディクルスクリュ１２に固定されている。具体的には、図１に示すように、第一振動部材１６の開口部がペディクルスクリュ１４の方を向くように、第一振動部材１６がペディクルスクリュ１２に載せられ、第一振動増幅部材２８を介して、生体適合性に優れている金属から作製されたロッド固定具３０で上から固定されている。このとき、第一振動部材１６が容易に移動しないように、かつ超音波を受けてその場で振動できるような強さで固定されている。

第二振動部材１８は、生体適合性に優れている金属から作製され、体外から発振された超音波を受けて振動する。第二振動部材１８は、外径が約６ｍｍで長さが約３ｍｍの筒形状を備え、第一ねじ１６ａの向きと反対向きの左ねじの第二ねじ１８ａがこの筒の内表面に形成されているナット状部材である。すなわち、内表面に形成されているねじの向きを除いて、第二振動部材１８の形状は、第一振動部材１６の形状と同じである。なお、第一ねじ１６ａが左ねじで、第二ねじ１８ａが右ねじであってもよい。

第一ねじ１６ａと第二ねじ１８ａは、一般的ならせん状の雌ねじとは異なる特殊な形状を備える雌ねじである。第一ねじ１６ａと第二ねじ１８ａの詳しい構造については後述する。第二振動部材１８は、第一振動部材１６と同様に、容易に移動せずにその場で振動できるような強さで、第二振動増幅部材３２を介して、生体適合性に優れている金属から作製されたロッド固定具３４でペディクルスクリュ１４に固定されている。ロッド固定具３０，３４は、図示するようなねじ（第五ねじ、第六ねじ）としてもよい。

ロッド２０は、生体適合性に優れている金属から作製され、ねじが両端に形成されている。すなわち、ロッド２０は、第一ねじ１６ａと嵌合する第三ねじ２０ａを一端の外表面に備えており、第二ねじ１８ａと嵌合する第四ねじ２０ｂを他端の外表面に備えている。第三ねじ２０ａと第四ねじ２０ｂは、一般的ならせん状の雄ねじである。そして、固定具１０では、この一端が第一振動部材１６に、この他端が第二振動部材１８にそれぞれ弱く接触するように嵌合されている。

第一振動部材１６および第二振動部材１８の少なくとも一方は、超音波発振器などによって体外から発振された超音波を受けて振動する。詳細は後述するが、第一振動部材１６および第二振動部材１８の少なくとも一方のこの振動により、ロッド２０が回転する。このロッド２０の回転方向によって、ペディクルスクリュ１２とペディクルスクリュ１４の距離が増加または減少する。こうして、患者の成長や症状に合わせて、椎骨２４と椎骨２６の距離が調整できる。

上述したように、本実施形態では、固定具１０が第一振動増幅部材２８と第二振動増幅部材３２をさらに備えている。第一振動増幅部材２８および第二振動増幅部材３２は、生体適合性に優れている金属から作製され、縦が約１０ｍｍ、横が約６ｍｍ、厚さが約０．６ｍｍの板状部材で、体外から発振された超音波で共振する固有振動数を有している。第一振動増幅部材２８は、第一振動部材１６と接触するように、第二振動増幅部材３２は、第二振動部材１８と接触するようにそれぞれ設置されている。具体的には、第一振動増幅部材２８は、第一振動部材１６上に置かれ、その場で振動できるように上からロッド固定具３０で固定されている。同様に、第二振動増幅部材３２は、第二振動部材１８上に置かれ、その場で振動できるように上からロッド固定具３４で固定されている。なお、第一振動増幅部材２８と第二振動増幅部材３２とは必ずしも必須ではなく、これらがなくとも十分な振動が伝わる場合は、省略することも可能である。

第一振動増幅部材２８は、体外から発振された超音波で共振した振動を第一振動部材１６に伝達する。同様に、第二振動増幅部材３２は、体外から発振された超音波で共振した振動を第二振動部材１８に伝達する。すなわち、体外から発振された超音波は人体組織４０によって減衰するが、第一振動増幅部材２８が超音波で共振して、振動を増幅して第一振動部材１６に伝える。同様に、第二振動増幅部材３２は、超音波で共振して、振動を増幅して第二振動部材１８に伝える。第一振動部材１６または第二振動部材１８は、第一振動増幅部材２８または第二振動増幅部材３２から伝えられた振動により、ロッド２０を回転させる。第一振動部材１６および第二振動部材１８がロッド２０を回転させる機構は後述する。

図４は第一振動部材１６を示している。図４（ａ）は図１の左方向からの斜視図で、図４（ｂ）は第一振動部材１６を開口と平行に切断したときの図１の左方向からの断面図である。図４（ｂ）に示すように、第一ねじ１６ａは、第一振動部材１６の中心軸１６ｃからの距離が一定でない端部１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ，１６ｈをそれぞれ有する４つの突出部１６ｊ，１６ｋ，１６ｍ，１６ｎを備えている。第一振動部材１６が振動するとき、主に端部１６ｅのうち中心軸１６ｃから最短の位置で、突出部１６ｊが第三ねじ２０ａを押圧してロッド２０を回転させる。端部１６ｆ，１６ｇ，１６ｈについても同様である。

図４（ｂ）において、４つの突出部１６ｊ，１６ｋ，１６ｍ，１６ｎは同じ形状を有している。すなわち、第一振動部材１６の筒内壁には、周方向に沿って、突出部１６ｊ，１６ｋ，１６ｍ，１６ｎと、同じ形状を有する４つの円弧部１６ｒ，１６ｓ，１６ｔ，１６ｕが４５°ごとに繰り返して設けられている。なお、突出部の数量には特に制限がない。本実施形態では、第一ねじ１６ａが４つの突出部１６ｊ，１６ｋ，１６ｍ，１６ｎを備えているが、第一ねじ１６ａは、第一振動部材１６の断面直径方向で対向する少なくとも一対の突出部１６ｊ，１６ｍを備えていてもよい。本実施形態のように、第一ねじ１６ａは、直交する少なくとも二対の突出部１６ｊ，１６ｍおよび突出部１６ｋ，１６ｎを備えていることが好ましい。

また、本実施形態のように、端部１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ，１６ｈが斜めであることが好ましい。第一振動部材１６の振動を効率よくロッド２０の回転に変換できるからである。ここで、端部１６ｅが斜めであるとは、図４（ｂ）に示すような環状断面図で、中心軸１６ｃと端部１６ｅの中心を結ぶ直線Ｐと直交する直線Ｑに対して端部１６ｅが斜めであるこという。端部１６ｆ，１６ｇ，１６ｈが斜めであることも同様に規定できる。図４（ｂ）において、直線Ｑと端部１６ｅがなす角θの角度は約８°である。本実施形態のように、全ての端部１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ，１６ｈが斜めであることが好ましいが、本実施形態とは異なり、第一振動部材１６の少なくとも一部の突出部の端部が斜めでなくてもよい。

図５は、第一振動部材１６の振動による形状変化の様子を示している。図５（ａ）は、振動によって、開口に向かって上下方向に収縮しているときの第一振動部材１６の断面図である。図５（ｂ）は、振動によって、開口に向かって左右方向に収縮しているときの第一振動部材１６の断面図である。体外から発振された超音波を受けて、第一振動部材１６は様々な方向に振動する。

このとき、第一振動部材１６は振動しながら形状変化し、突出部１６ｊ，１６ｋ，１６ｍ，１６ｎが第三ねじ２０ａに強く接触しながら、ロッド２０が開口に向かって左回転するように押圧する。例えば、図５（ａ）に示すように、第一振動部材１６が振動して上下方向に収縮しているとき、突出部１６ｊが第三ねじ２０ａの頂上より左側の位置を反時計方向に押圧し、突出部１６ｍが第三ねじ２０ａの底部より右側の位置を反時計方向に押圧する。このため、第一振動部材１６に押圧されたロッド２０は左回転する。

また、例えば、図５（ｂ）に示すように、第一振動部材１６が振動して左右方向に収縮しているとき、突出部１６ｋが第三ねじ２０ａの右部より上側の位置を反時計方向に押圧し、突出部１６ｎが第三ねじ２０ａの左部より下側の位置を反時計方向に押圧する。このため、第一振動部材１６に押圧されたロッド２０は左回転する。図示しないが、第二振動部材１８も同様に、体外から発振された超音波を受けて、振動しながら形状変化し、突出部が第四ねじ２０ｂに強く接触しながらロッド２０を押圧する。ただし、第四ねじ２０ｂの向きは第三ねじ２０ａの向きと反対なので、第二振動部材１８に押圧されたロッド２０は、図１の左から見て右回転する。

図１と図６を参照しながら、固定具１０が伸びる機構について詳しく説明する。図６は、ペディクルスクリュ１２とペディクルスクリュ１４の間の距離が増加する、すなわち固定具１０が伸びる機構を示している。第二振動部材１８の上方であって体外からの超音波を固定具１０が受けると、固定具１０全体が微細振動する。その後、第二振動増幅部材３２が超音波で共振して、第二振動部材１８の振動が特に増幅する。このとき、第二ねじ１８ａが第四ねじ２０ｂに強く接触する。そして、左ねじである第四ねじ２０ｂが、第二ねじ１８ａに沿って図６の矢印の向きに右回転して、ペディクルスクリュ１４が右方向に移動する。

一方、ロッド２０が図６の矢印の向きに回転すると、右ねじである第三ねじ２０ａが第一ねじ１６ａに沿って左回転して、ペディクルスクリュ１２が左方向に移動する。こうして、第二振動部材１８が振動して図６の矢印の向きにロッド２０が回転するような超音波を第二振動部材１８に加振すると、固定具１０が伸びる。換言すると、超音波を与えると図６の矢印の向きにロッド２０が回転するように、第二振動部材１８および第二振動増幅部材３２の材質、形状、および大きさ等を設定すればよい。

図１と図７を参照しながら、固定具１０が縮む機構について詳しく説明する。図７は、ペディクルスクリュ１２とペディクルスクリュ１４の間の距離が減少する、すなわち固定具１０が縮む機構を示している。第一振動部材１６の上方であって体外からの超音波を固定具１０が受けると、固定具１０全体が微細振動する。その後、第一振動増幅部材２８が超音波で共振して、第一振動部材１６の振動が特に増幅する。このとき、第一ねじ１６ａが第三ねじ２０ａに強く接触する。そして、右ねじである第三ねじ２０ａが、第一ねじ１６ａに沿って図７の矢印の向きに回転して、ペディクルスクリュ１２が右方向に移動する。

一方、ロッド２０が図７の矢印の向きに回転すると、左ねじである第四ねじ２０ｂが第二ねじ１８ａに沿って左回転して、ペディクルスクリュ１４が左方向に移動する。こうして、第一振動部材１６が振動して図７の矢印の向きにロッド２０が回転するような超音波を第一振動部材１６に加振すると、固定具１０が縮む。換言すると、超音波を与えると図７の矢印の向きにロッド２０が回転するように、第一振動部材１６および第一振動増幅部材２８の材質、形状、および大きさ等を設定すればよい。

なお、体外から発振された超音波は人体組織４０によって減衰するので、例えば第二振動部材１８の上方の体外から発振された超音波によって、第一振動部材１６と第一振動増幅部材２８はほとんど振動しない。第一振動部材１６と第一振動増幅部材２８が仮に振動したとしても、第二振動部材１８と第二振動増幅部材３２の振動の方が強いので、ロッド２０は図６に示すように回転し、固定具１０が伸びる。また、超音波の周波数や超音波を加振する位置等を調整することによって、ロッド２０の回転方向を制御することもできる。また上記説明において第一装着部、第二装着部をそれぞれ椎骨２４，２６として説明したが、本発明はこれらに限定することなく種々の骨に利用可能である。

（第二の実施形態）
図８は、本発明の第二の実施形態に係る固定具５０の断面図である。図９は、固定具５０の斜視図である。図１０は、固定具５０の分解図である。固定具５０は、第一支持部材であるペディクルスクリュ１２と、第二支持部材であるペディクルスクリュ１４と、柱形状を備える第一連結部材であるロッド５２と、柱形状を備える第二連結部材であるロッド５４と、振動部材５６とを備えている。ペディクルスクリュ１２，１４は第一の実施形態と同様、例えば椎骨２４，２６（第一、第二装着部）にそれぞれ装着される。なお、装着部はこれらの場所に限られないことは第一の実施形態と同様である

ロッド５２は、右ねじである第一ねじ５２ａを一端の外表面に備えている。そして、ペディクルスクリュ１２とペディクルスクリュ１４との間に、ロッド５２のこの一端が配置されるように、ロッド５２がペディクルスクリュ１２にロッド固定具３０で固定されている。ロッド５４は、第一ねじ５２ａの向きと反対向きの左ねじである第二ねじ５４ａを一端の外表面に備えている。本実施形態では、第二ねじ５４ａの向きが第一ねじ５２ａの向きと反対であり、第二ねじ５４ａと第一ねじ５２ａのそれぞれの形状は対称である。

そして、ペディクルスクリュ１２とペディクルスクリュ１４との間に、ロッド５４のこの一端が配置されるように、ロッド５４がペディクルスクリュ１４にロッド固定具３４で固定されている。すなわち、ペディクルスクリュ１２とペディクルスクリュ１４との間で、ロッド５２の第一ねじ５２ａが形成された一端と、ロッド５４の第二ねじ５４ａが形成された一端とが対向するように、ロッド５２がペディクルスクリュ１２に、ロッド５４がペディクルスクリュ１４に、それぞれ固定されている。

第一ねじ５２ａと第二ねじ５４ａは、一般的ならせん状のねじとは異なる特殊な形状を備えるねじである。第一ねじ５２ａと第二ねじ５４ａの詳しい構造は後述する。ロッド５２の他端は、平滑表面であってもよいし、ねじを形成して、複数の固定具５０を直列に連結できるようにしてもよい。複数の固定具５０が直列に連結できれば、脊椎２２の大部分に固定具５０が適用できる。このため、それぞれの椎骨に対応して固定具５０の距離が調整でき、安全に効率よく脊椎２２の治療や矯正が行える。

図１１は、振動部材５６を長手に二分割したときの断面図である。振動部材５６は、生体適合性に優れている金属から作製され、体外から発振された超音波を受けて振動するナット状部材である。図１１に示すように、振動部材５６は筒形状を備え、この筒の一端の内表面に第一ねじ５２ａと嵌合する第三ねじ５６ａを、この筒の他端の内表面に第二ねじ５４ａと嵌合する第四ねじ５６ｂをそれぞれ備えている。第三ねじ５６ａと第四ねじ５６ｂは、一般的ならせん状のねじである。振動部材５６の一端にロッド５２が、振動部材５６の他端にロッド５４がそれぞれ嵌合されている。

なお、本実施形態の第一ねじ５２ａ、第二ねじ５４ａ、第三ねじ５６ａ、および第四ねじ５６ｂの構造に代えて、ロッド５２，５４の一端がそれぞれ筒形状を有し、これらの筒の内表面に第一ねじと第二ねじがそれぞれ形成され、振動部材５６が柱形状を有し、振動部材５６の両端の外表面に第三ねじと第四ねじがそれぞれ形成されていてもよい。そして、体外から発振された超音波を受けて振動部材５６が振動しながら形状変化し、ロッド５２，５４に押圧された振動部材５６が回転することによって、ロッド５２とロッド５４の距離が増加または減少する。

本実施形態では、固定具５０は、筒状の振動増幅部材５８をさらに備えている。振動増幅部材５８は、生体適合性に優れている金属から作製され、長さが約４０ｍｍ、外径が約８ｍｍ、厚さが約１ｍｍの筒状部材で、体外から発振された超音波で共振する固有振動数を有している。振動増幅部材５８は、振動部材５６と接触するように、振動部材５６を覆っている。具体的には、振動部材５６の外側に振動増幅部材５８が装着されている。

振動増幅部材５８が振動部材５６を覆っているので、振動部材５６、第一ねじ５２ａ、および第二ねじ５４ａ等に人体組織４０が癒着しにくい。振動増幅部材５８は、体外から発振された超音波で共振した振動を振動部材５６に伝達する。すなわち、体外から発振された超音波は人体組織４０によって減衰するが、振動増幅部材５８が超音波で共振して、振動を増幅して振動部材５６に伝える。振動部材５６は、振動増幅部材５８から伝えられた振動によって回転する。

図１２はロッド５２を示している。図１２（ａ）は図８の右からの斜視図であり、図１２（ｂ）は右側面図である。図１２（ｂ）に示すように、第一ねじ５２ａは、端部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇ，５２ｈをそれぞれ有する４つの突出部５２ｊ，５２ｋ，５２ｍ，５２ｎを備えている。振動部材５６が振動すると、第三ねじ５６ａが、突出部５２ｊ，５２ｋ，５２ｍ，５２ｎの端部５２ｅ，５２ｆ，５２ｇ，５２ｈをそれぞれ押圧し、その反作用で振動部材５６が回転する。

図１２（ｂ）に示すように、本実施形態では、４つの突出部５２ｊ，５２ｋ，５２ｍ，５２ｎが同じ形状を有している。突出部５２ｊ，５２ｋ，５２ｍ，５２ｎは、第一ねじ５２ａの周方向に沿って４５°間隔で繰り返し設けられている。なお、突出部の数量には特に制限がない。本実施形態では、第一ねじ５２ａが４つの突出部５２ｊ，５２ｋ，５２ｍ，５２ｎを備えているが、第一ねじ５２ａは、ロッド５２の中心軸５２ｃと直交する断面の直径方向で対向する少なくとも一対の突出部５２ｊ，５２ｍを備えていてもよい。本実施形態のように、第一ねじ５２ａが、直交する少なくとも二対の突出部５２ｊ，５２ｍおよび突出部５２ｋ，５２ｎを備えていることが好ましい。

図８、図１２、および図１３を参照しながら、固定具５０が伸びる機構について詳しく説明する。図１３は、ペディクルスクリュ１２とペディクルスクリュ１４の間の距離が増加する、すなわち固定具５０が伸びる機構を示している。まず、図１３（ａ）に示すように、ペディクルスクリュ１２の上方であって体外からの超音波を固定具５０が受けると、固定具５０全体が微細振動する。その後、振動増幅部材５８が超音波で共振して、振動部材５６の振動が特に増幅する。このとき、第三ねじ５６ａが第一ねじ５２ａに、第四ねじ５６ｂが第二ねじ５２ｂにそれぞれ強く接触する。

そして、その反作用で、第三ねじ５６ａが第一ねじ５２ａに、第四ねじ５６ｂが第二ねじ５２ｂにそれぞれ押圧されて、図１３（ｂ）の回転を示す矢印の向きに振動部材５６が回転する。すなわち、第三ねじ５６ａが右ねじである第一ねじ５２ａに対して左回転し、第四ねじ５６ｂが左ねじである第二ねじ５４ａに対して右回転する。こうして、図１３（ｂ）の移動を示す矢印のように、ペディクルスクリュ１２が左方向に、ペディクルスクリュ１４が右方向にそれぞれ移動する。

換言すると、超音波を与えると図１３（ｂ）の回転を示す矢印の向きに振動部材５６が回転するように、振動部材５６、第一ねじ５２ａ、および第二ねじ５４の材質、形状、および大きさ等を設定すればよい。なお、超音波の周波数や超音波を加振する位置等を調整することによって、図１３（ｂ）の回転を示す矢印の向きと反対の向きに振動部材５６を回転させることができる。この場合、ペディクルスクリュ１２とペディクルスクリュ１４の間の距離が減少する、すなわち固定具５０が縮む。

図１４は、第二の実施形態のロッド５２の変形例に係るロッド６２の右側面を示している。なお、本変形例の第一連結部材に形成された第一ねじ６２ａおよび第二連結部材に形成された第二ねじの形状が、第二の実施形態の第一ねじおよび第二ねじの形状と異なるだけで、本変形例の固定具の他の部材は、第二の実施形態の固定具の他の部材と同じである。本変形例では、第一ねじ６２ａおよび第二ねじが、ペディクルスクリュ１２とペディクルスクリュ１４の距離を増加するのに適した形状をしている。脊椎固定術用の固定具は、体内で伸ばして使用することが多いので、固定具の縮む機能を重視せずに、効率的に固定具を伸ばしたいときに、本変形例のロッド６２が採用できる。

図１４に示すように、ロッド６２の第一ねじ６２ａは、ロッド６２の中心軸６２ｃからの距離が一定でない端部６２ｅ，６２ｆ，６２ｇ，６２ｈをそれぞれ有する４つの突出部６２ｊ，６２ｋ，６２ｍ，６２ｎを備えている。振動部材５６が振動するとき、ロッド６２の突出部６２ｊ，６２ｋ，６２ｍ，６２ｎの端部６２ｅ，６２ｆ，６２ｇ，６２ｈのうち、中心軸６２ｃからそれぞれの最長の位置を第三ねじ５６ａが強く押圧し、その反作用で振動部材５６が、図１４の矢印の向きである反時計回りに回転する。

図１４に示すように、本変形例では、４つの突出部６２ｊ，６２ｋ，６２ｍ，６２ｎが同じ形状を有している。すなわち、第一ねじ６２ａの周方向に沿って、突出部６２ｊ，６２ｋ，６２ｍ，６２ｎが９０°ごとに繰り返し設けられている。端部６２ｅ，６２ｆ，６２ｇ，６２ｈは斜めであってもよい。端部５２ｅが斜めであるとは、図４に示す端部１６ｅのときと同様に、端部５２ｅの中央と中心軸６２ｃを通る直径と直交する直線に対して端部６２ｅが斜めであるこという。端部６２ｆ，６２ｇ，６２ｈが斜めであることも同様に規定できる。

本変形例では、振動部材５６が振動すると、第三ねじ５６ａが第一ねじ６２ａの所定の位置で、第四ねじが第二ねじの所定の位置でそれぞれ強く接触する。このため、その反作用で、第三ねじ６６ａが第一ねじ５２ａに、第四ねじが第二ねじにそれぞれ強く押圧されて、振動部材５６が図１４の矢印の向きである反時計回りに回転しやすい。こうして、第三ねじ５６ａが右ねじである第一ねじ５２ａに対して左回転し、第四ねじ５６ｂが左ねじである第二ねじに対して右回転する。そして、ペディクルスクリュ１２が左方向に、ペディクルスクリュ１４が右方向にそれぞれ移動し、固定具が伸びる。

本発明は、上述の第一および第二の実施形態において説明したような実施の形態に限ることなく種々の実施形態を取ることができる。本発明は、第一装着部に固定された第一支持部材と第二装着部に固定された第二支持部材とに固定された支持部材間結合部材を備え、この支持部材間結合部材が振動部材と連結部材とを具備し、外から発振された振動波を受けて振動部材が振動しながら形状変化し、その形状変化によって振動部材が回転し、第一支持部材と第二支持部材の距離を可変と（増加または減少）する固定具と捉えることができる。

また、本発明は、図１および図８に示したような二対の互いに嵌合するねじ（第一ねじと第三ねじ、第二ねじと第四ねじ）を必ずしも必要とはしない。場合によっては一対の互いに嵌合するねじ（第一ねじと第三ねじ）としてもよい。一対の互いに嵌合するねじのみとする場合は、例えば他方（第二ねじと第四ねじを嵌合させる部分）は２重リングとして回転のみを許容する構成に置き換えることができる。

したがって、本発明の一形態においては、本発明の固定具は、第一装着部に固定された第一支持部材と第二装着部に固定された第二支持部材とこの第一支持部材および第二支持部材に固定された支持部材間結合部材とを備え、支持部材間結合部材は、一つまたは複数の連結部材と振動波を受けて振動する一つまたは複数の振動部材とを有し、少なくとも一つの前記連結部材および少なくとも一つの前記振動部材は互いに嵌合するねじを備え、外から発振された振動波を受けて前記振動部材が振動しながら形状変化し、連結部材に押圧された振動部材が回転することによって、支持部材間結合部材が第一支持部材と第二支持部材の距離を可変とするように構成されている。

例えば、図１に示す第一の実施形態においては、本発明の固定具１０は、椎骨２４（第一装着部）に固定されたペディクルスクリュ１２（第一支持部材）と椎骨２６（第二装着部）に固定されたペディクルスクリュ１４（第二支持部材）とペディクルスクリュ１２，１４に固定された支持部材間結合部材とを備え、この支持部材間結合部材は、ロッド２０（連結部材）と、振動波を受けて振動する第一振動部材１６、第二振動部材１８（振動部材）とを有し、ロッド２０（連結部材）および第一振動部材１６は互いに嵌合するねじ（２０ａと１６ａ）を備え、外から発振された振動波を受けて第一振動部材１６が振動しながら形状変化し、ロッド２０（連結部材）が回転することによって、この支持部材間結合部材がペディクルスクリュ１２（第一支持部材）とペディクルスクリュ１４（第二支持部材）の距離を可変とするように構成されている。つまり支持部材間結合部材が、第一振動部材１６、第二振動部材１８（振動部材）とロッド２０（連結部材）とから構成されている。そして支持部材間結合部材が振動波によって支持部材間の距離を可変とする。

同様に、図８に示す第二の実施の形態においては、本発明の固定具５０は、椎骨２４（第一装着部）に固定されたペディクルスクリュ１２（第一支持部材）と、椎骨２６（第二装着部）に固定されたペディクルスクリュ１４（第二支持部材）と、ペディクルスクリュ１２，１４に固定された支持部材間結合部材とを備え、この支持部材間結合部材は、ロッド５２，５４（連結部材）と、振動波を受けて振動する振動部材５６（振動部材）とを有し、ロッド５２，５４（連結部材）および振動部材５６は互いに嵌合するねじ（５２ａと５６ａ）を備え、外から発振された振動波を受けて振動部材５６が振動しながら形状変化し、ロッド５２，５４（連結部材）に押圧された振動部材５６が回転することによって、この支持部材間結合部材がペディクルスクリュ１２（第一支持部材）とペディクルスクリュ１４（第二支持部材）の距離を可変とするように構成されている。そして支持部材間結合部材が振動波によって支持部材間の距離を可変とする。

本発明では、振動部材（１６，５６）に形成された第一ねじ（１６ａ，５２ａ）とそれに嵌合する連結部材(２０，５２)に形成された第三ねじ（２０ａ、５６ａ）とが支持部材間可変機構を構成しているとも捉えられる。振動波によって振動部材（１６，５６）が振動しながら形状変化し、連結部材（２０，５２）、または連結部材(２０，５２)に押圧された前記振動部材が回転することによって、連結部材（２０，５２）と振動部材（１６，５６）の位置関係を変動させることにより、結果として支持部材間の距離を可変とする。また、同様に振動部材（１８，５６）に形成された第二ねじとそれに嵌合する連結部材(２０，５４)に形成された第四ねじ（２０ｂ、５４ａ）とが支持部材間可変機構を構成しているとも捉えられる。

図１の左側面が正面となるように基台に固定したペディクルスクリュ１２に、第一振動部材１６を載せ、第一振動部材１６上に第一振動増幅部材２８をさらに載せ、上面が円形であるロッド固定具３０をペディクルスクリュ１２に装着して、第一振動部材１６と第一振動増幅部材２８をペディクルスクリュ１２に固定した。そして、第一振動部材１６に市販のボルトを嵌合した。基台の正面を斜め上方に向け、第一振動部材１６の正面と水平面のなす角度が約１００°となるように基台を傾けた状態にした。

この状態で、超音波ウェルダ（精電舎株式会社、ＳＯＮＯＰＥＴ−３０２Ｓ）の発振部の先端をロッド固定具３０の上面に接触させて、周波数２８．２〜２８．８ｋＨｚの超音波をロッド固定具３０に加振して、ボルトの回転方向と角速度をカメラを用いて観測した。本実施例では、発振部の先端がロッド固定具３０の上面に接触する位置を変えた複数の加振実験を行った。ロッド固定具３０の上面の右奥に加振したときは、角速度の平均値が７．０２〔ｒａｄ／ｓ〕、分散値が２．３０〔（ｒａｄ／ｓ）^２〕でボルトが左回転した。

一方、ロッド固定具３０の上面の右手前に加振したときは、角速度の平均値が４．３７〔ｒａｄ／ｓ〕、分散値が４．４２〔（ｒａｄ／ｓ）^２〕でボルトが右回転した。また、ロッド固定具３０の上面の右奥と右手前の中間である右中央に加振したときは、角速度の平均値が２．６７〔ｒａｄ／ｓ〕、分散値が１．７３〔（ｒａｄ／ｓ）^２〕でボルトが右回転した。なお、ロッド固定具３０の上面の左側に加振したときは、ボルトの回転方向が定まらなかった。これらの結果から、超音波を加振する位置を調整することによって、ボルトの回転方向を制御できることもわかった。

１０，５０ 固定具
１２ ペディクルスクリュ
１４ ペディクルスクリュ
１６ 第一振動部材
１６ａ 第一ねじ
１６ｃ 中心軸
１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ，１６ｈ 端部
１６ｊ，１６ｋ，１６ｍ，１６ｎ 突出部
１６ｒ，１６ｓ，１６ｔ，１６ｕ 円弧部
１８ 第二振動部材
１８ａ 第二ねじ
２０ ロッド
２０ａ 第三ねじ
２０ｂ 第四ねじ
２２ 脊椎
２４，２６ 椎骨
２８ 第一振動増幅部材
３０，３４ ロッド固定具
３２ 第二振動増幅部材
４０ 人体組織
５２ ロッド
５２ａ 第一ねじ
５２ｃ 中心軸
５２ｅ，５２ｆ，５２ｇ，５２ｈ 端部
５２ｊ，５２ｋ，５２ｍ，５２ｎ 突出部
５４ ロッド
５４ａ 第二ねじ
５６ 振動部材
５６ａ 第三ねじ
５６ｂ 第四ねじ
５８ 振動増幅部材
６２ ロッド
６２ｃ 中心軸
６２ｅ，６２ｆ，６２ｇ，６２ｈ 端部
６２ｊ，６２ｋ，６２ｍ，６２ｎ 突出部

Claims (17)

1. 第一装着部に固定された第一支持部材と、
   第二装着部に固定された第二支持部材と、
   第一ねじを一端に備え、前記第一支持部材と前記第二支持部材との間にこの一端が配置されるように、前記第一支持部材に固定された第一連結部材と、
   前記第一ねじの向きと反対向きの第二ねじを一端に備え、前記第一支持部材と前記第二支持部材との間にこの一端が配置されるように、前記第二支持部材に固定された第二連結部材と、
   一端に前記第一ねじと嵌合する第三ねじを、他端に前記第二ねじと嵌合する第四ねじをそれぞれ備え、前記第一連結部材がこの一端に、前記第二連結部材がこの他端にそれぞれ嵌合され、振動波を受けて振動する振動部材と、
   を有し、
   外から発振された振動波を受けて前記振動部材が振動しながら形状変化し、前記第一連結部材および前記第二連結部材に押圧された前記振動部材が回転することによって、前記第一支持部材と前記第二支持部材の距離が増加または減少する固定具。
2. 請求項１において、
   前記第一装着部が脊椎のある椎骨であり、前記第二の装着部が前記脊椎の他の椎骨であり、前記外が体外である脊椎固定術に用いられる固定具。
3. 請求項１または２において、
   前記第一連結部材および前記第二連結部材が柱形状を備え、
   前記第一ねじおよび前記第二ねじが、前記第一連結部材および前記第二連結部材の外表面にそれぞれ形成されており、
   前記振動部材が筒形状を備え、前記第三ねじおよび前記第四ねじがこの筒の内表面に形成されている固定具。
4. 請求項３において、
   前記第一ねじおよび前記第二ねじが、前記第一連結部材の中心軸からの距離が一定でない端部を有する突出部をそれぞれ備え、
   外から発振された振動波を受けて前記振動部材が振動しながら形状変化し、前記第一連結部材および前記第二連結部材に押圧された前記振動部材が回転することによって、前記第一支持部材と前記第二支持部材の距離が増加する固定具。
5. 請求項４において、
   前記第一ねじおよび前記第二ねじが、前記第一連結部材および前記第二連結部材の断面直径方向に突出した少なくとも一対の前記突出部をそれぞれ備える固定具。
6. 請求項５において、
   前記第一ねじおよび前記第二ねじが、直交する二対の前記突出部をそれぞれ備える固定具。
7. 請求項１から６のいずれかにおいて、
   前記振動部材と接触するように前記振動部材を覆い、外から発振された振動波で共振した振動を前記振動部材に伝達する振動増幅部材をさらに有する固定具。
8. 第一装着部に固定された第一支持部材と、
   第二装着部に固定された第二支持部材と、
   第一ねじを備え、振動可能に前記第一支持部材に固定され、振動波を受けて振動する第一振動部材と、
   前記第一ねじの向きと反対向きの第二ねじを備え、振動可能に前記第二支持部材に固定され、振動波を受けて振動する第二振動部材と、
   一端に前記第一ねじと嵌合する第三ねじを、他端に前記第二ねじと嵌合する第四ねじをそれぞれ備え、この一端が前記第一振動部材に、この他端が前記第二振動部材にそれぞれ嵌合された連結部材と、
   を有し、
   外から発振された振動波を受けて前記第一振動部材および前記第二振動部材の少なくとも一方が振動しながら形状変化し、前記第一振動部材および前記第二振動部材の少なくとも一方に押圧された前記連結部材が回転することによって、前記第一支持部材と前記第二支持部材の距離が増加または減少する固定具。
9. 請求項８において、
   前記第一装着部が脊椎のある椎骨であり、前記第二装着部が前記脊椎の他の椎骨であり、前記外が体外である脊椎固定術に用いられる固定具。
10. 請求項８または９において、
    前記連結部材が柱形状を備え、
    前記第一ねじおよび前記第二ねじが、前記連結部材の外表面に形成されており、
    前記第一振動部材が筒形状を備え、前記第三ねじがこの筒の内表面に形成されており、
    前記第二振動部材が筒形状を備え、前記第四ねじがこの筒の内表面に形成されている固定具。
11. 請求項１０において、
    前記第三ねじが、前記第一振動部材の中心軸からの距離が一定でない端部を有する突出部を備え、
    前記第四ねじが、前記第二振動部材の中心軸からの距離が一定でない端部を有する突出部を備える固定具。
12. 請求項１１において、
    前記端部が斜めである固定具。
13. 請求項１２において、
    前記第三ねじおよび前記第四ねじが、前記第一振動部材および前記第二振動部材の断面直径方向で対向する少なくとも一対の前記突出部をそれぞれ備える固定具。
14. 請求項１３において、
    前記第三ねじおよび前記第四ねじが、直交する二対の前記突出部をそれぞれ備える固定具。
15. 請求項８から１４のいずれかにおいて、
    前記第一振動部材と接触するように設置され、外から発振された振動波で共振した振動を前記第一振動部材に伝達する第一振動増幅部材と、
    前記第二振動部材と接触するように設置され、外から発振された振動波で共振した振動を前記第二振動部材に伝達する第二振動増幅部材と、
    をさらに有する固定具。
16. 請求項１から１５のいずれかにおいて、
    前記振動波が超音波である固定具。
17. 第一装着部に固定された第一支持部材と、
    第二装着部に固定された第二支持部材と、
    前記第一支持部材および前記第二支持部材に固定された支持部材間結合部材と、
    を備え、
    前記支持部材間結合部材は、
    一つまたは複数の連結部材と、
    振動波を受けて振動する一つまたは複数の振動部材と、
    を有し、
    少なくとも一つの前記連結部材および少なくとも一つの前記振動部材は互いに嵌合するねじとを具備し、
    外から発振された振動波を受けて前記振動部材が振動しながら形状変化し、前記連結部材、または前記連結部材に押圧された前記振動部材が回転することによって、前記支持部材間結合部材が前記第一支持部材と前記第二支持部材の距離を可変とする固定具。

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