KR100500483B1 - 다중축 뼈 스크류 조립체 - Google Patents

다중축 뼈 스크류 조립체 Download PDF

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에스디지아이 홀딩스 인코포레이티드
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Abstract

다중축 뼈 스크류 조립체(10)는 부분적으로 구형인 헤드(22)를 가지는 뼈 스크류(11)를 포함한다. 뼈 스크류 헤드(22)는 공구 수용 리세스(25)가 한정되는 상부 표면(24)에서 절단된다. 조립체는 뼈 스크류(11)의 헤드(22)를 지지하는 수축 콜릿(13)을 수용하는 테이퍼진 리세스(35)를 한정하는 중앙 보어(34)를 가지는 수용 부재(12)를 포함한다. 수용 부재의 보어(34)는 리세스와 연통하며 척추 로드(R)를 그 내부에 수용하도룩 구성된 채널을 한정한다. 채널 부분(37)은 로드상에서 세트 스크류(14)를 수용하도룩 나삿니가 형성되어 있다. 조립체(10)는 로드(R) 및 뼈 스크류(11)의 헤드(22)사이에 배치된 수축 콜릿(13)을 포함한다. 콜릿(13)은 뼈 스크류의 헤드(22)를 수용하기 위하여 부분적으로 구형인 리세스(45)를 한정하며 실질적으로 스크류 헤드를 둘러싸도록 편향가능한 핑거(50)를 포함한다. 세트 스크류(14)가 리세스 부재(12)에 단단하게 조여질 때, 세트 스크류(14)는 로드(R)를 콜릿(13)에 그리고 콜릿(13)을 수용 부재(12)의 테이퍼진 리세스(35)에 압축하여 콜릿의 핑거(50)를 뼈 스크류 헤드에 대향하게 편향되도록 한다.

Description

다중축 뼈 스크류 조립체{Multi-axial bone screw assembly}
본 발명은 척추(spine)의 척주(vertebra)에 결합하기에, 특히 유용한 뼈 스크류 조립체에 관한 것이다. 특히 본 발명은 척추를 따라 연장된 긴 로드에 대해 다중 각도 방위를 달성할 수 있는 뼈 스크류 조립체에 관한 것이다.
척추를 보정하여 안정화시키고 척추의 여러 레벨에서 융합과정(fusion)을 용이하게 하기 위한 여러 기술 및 시스템이 개발되었다. 시스템중 어느 한 형태에서, 굽힘가능한 로드는 척추 또는 척주의 길이를 따라 세로로 배치된다. 로드는 바람직하게는 부재가 설치되는 특정 영역에서 척추의 수직 만곡부에 대응하도록 구부러진다. 예를 들어, 로드는 척추의 가슴 영역에 대한 수직 척주 만곡부 또는 요부 영역에 대한 척주 만곡부를 형성하도록 구부러질 수 있다. 이러한 시스템에 따르면, 로드는 복수의 고정 부재를 통해 중심 기둥의 길이를 따라 다양한 척주에 결합된다. 척주의 특정 부분과 결합되도록 구성된 다양한 고정부재가 제공될 수 있다. 예를 들어, 이와 같은 고정부재중 하나는 척주의 라미내(lamina ; 얇은 층)와 결합되도록 구성된 후크이다. 다른 통상적인 다른 고정부재는 여러 형태의 척주 뼈에 나사식으로 결합될 수 있는 척추 스크류이다.
굽힘가능한 로드를 이용하는 하나의 전형적인 수술 절차에서, 로드는 척추 또는 가시모양 돌기의 대향 측면 상에 배치된다. 복수의 뼈 스크류는 여러 척주 본체 부분에, 특히 이들 척주의 페디클(pedicle)에 매우 빈번하게 나사식으로 결합된다. 로드는 척추에 보정 및 안정력을 제공하기 위하여 복수의 뼈 스크류에 부착된다.
로드형 척추 고정 시스템의 일례는 다넥 메디컬 인코포레이티드(Danek Medical, Inc)에 의해 판매되는 TSRHR 척추 시스템이다. TSRHR 시스템은 긴 로드 및 여러 후크, 스크류 및 척추를 통해 세그먼트형 구성을 생성하도록 구성된 모든 볼트를 포함한다. TSRHR 시스템의 한 형태에 있어서, 척추 로드는 아이볼트(eyebolt)를 통해 다양한 척주 고정부재에 결합된다. 이러한 구성에서, 고정부재는 로드에 인접하여 척추 로드에 측면으로 결합된다. TSRHR 시스템의 다른 형태에 있어서, 가변 각도 스크류는 아이볼트를 통해 척추 로드에 맞물린다. 가변 각도 스크류는 척추 로드의 평면에 평행한 단일 평면에서 뼈 스크류의 선회를 허용한다. 가변 각도 스크류의 상세한 설명은 본 발명의 양수인에게 양도된 서터린(Sutterlin) 씨 등의 미국 특허 제5,261,909호에 개시되어 있다. TSRHR 시스템에 의해 달성되는 한 목적은 외과의사가 척추 후크 또는 뼈 스크류와 같은 척주 고정부재를 적절한 해부 위치의 척추에 적용할 수 있다는 것이다. TSRHR 시스템은 또한 외과의사가 최종 고정을 위해 굽혀진 척추 로드를 각각의 고정부재에 용이하게 결합할 수 있도록 한다.
다른 로드형 고정 시스템은 소파모 다넥 그룹 인코포레이티드(Sofamor Danek Group, Inc)에 의해 판매되는 코트럴-두보셋(Cotrel-Dubosset)/CD 척추(Spinal) 시스템이다. TSRHR 시스템과 마찬가지로, CDR 시스템은 긴 로드 및 척추 사이를 결합하기 위하여 다양한 고정부재를 제공한다. CDR 시스템의 한 형태에 있어서, 고정 부재 그 자체는 척추 로드가 수용되는 슬롯을 한정하는 몸체를 포함한다. 슬롯은 나사형 플러그가 고정부재의 몸체내에 로드를 체결하도록 결합되는 나사형 보어를 포함한다. CDR 시스템은 "오픈-백(open-back)" 구조를 가진 뼈 스크류 및 후크를 포함한다. 이러한 기술의 상세한 설명은 닥터 코트렐(Dr. Cotrel)의 미국 특허 제5,005,562호에 개시되어 있다. CDR 시스템의 특징중 한 장점은 고정부재가 긴 로드 바로 아래에 배치된다는 점이다. 이는 이식 구조의 전체 부피를 감소시키며 주위 조직에 대한 외상을 최소화시킨다.
다른 한편으로, 이들 CDR 시스템의 고정부재는 로드에 대한 가변 각도 위치를 달성하도록 척추 로드에 대해 단지 선회될 수 있다. 상대 각도 위치설정의 제한된 범위가 많은 척추 병리학에 허용되는 반면에, 많은 다른 경우는 예를 들어 척추 로드에 대한 뼈 스크류의 새로운 방위를 필요로 한다. 이들 임의의 형태의 문제점은 미국 특허 제5,261,909호에 개시된 바와 같이 TSRHR 시스템의 가변 각도 스크류에 의해 처리된다. 그러나, 척추 로드에 대한 다중 평면에서 각도 배향할 수 있는 뼈 스크류가 요구되었다. 바람직하게, 뼈 스크류는 척추 로드에 대해 다양한 3차원으로 배향될 수 있다. 이러한 형태의 스크류는 많은-축방향(poly-axial) 또는 다중 축방향(multi-axial) 뼈 스크류로서 언급되었다.
다양한 많은 축방향 스크류를 설계할 때의 상기 문제점에 대한 상기 해결방안에 대해서 다른 접근법이 있었다. 예를 들어, 비드(Byrd) 씨 등의 미국 특허 제5,466,237호에는 뼈 스크류의 상부 상에 구형 돌출부를 포함하는 뼈 스크류가 개시되어 있다. 전형적인 나사형 수용 부재는 구형 돌출부의 상부 상에 뼈 스크류 및 척추 로드를 지지한다. 외부 너트는 로드에 대한 뼈 스크류의 여러 각도의 방위를 수용하도록, 구형 돌출부에 척추 로드를 압축하기 위해 수용 부재 상에 단단히 조여진다. 이러한 해결방법은 최소의 부재를 이용하는 반면에, 로드에 뼈 스크류를 고정하는 안정도는 결여된다. 다시 말해서, 뼈 스크류 상의 작은 구형 돌출부와 척추 로드 사이의 결합부 또는 고정부는 부재들이 척추, 특히 요부영역의 큰 부하에 영향을 받을 때 쉽게 파열된다.
함스(Harms) 등의 미국 특허 제4,946,458호에 개시된 다른 방법에서는 구형 헤드 뼈 스크류가 수용 부재의 각 절반내에서 개별적으로 지지된다. 절반들의 바닥은 유지 링(retaining ring)에 의해서 함께 유지된다. 수용 부재의 절반은 나사형 척추 로드 상에 나사식으로 결합된 너트에 의해 뼈 스크류에 압축된다. 함스 등의 미국 특허 제5,207,678호에 개시된 다른 방법에서는 수용 부재가 뼈 스크류의 부분적인 구형 헤드에 가요성 있게 결합된다. 수용 부재의 대향 측면 상의 원추형 너트는 수용부(receiver)를 통과하는 나사형 로드 상에 나사결합된다. 원추형 너트가 서로를 향하여 나사식으로 결합되기 때문에, 수용 부재는 그 가변 각도 위치에서 뼈 스크류를 체결하도록, 뼈 스크류의 헤드 둘레에 가요성 있게 압축된다. 상기 함스 등의 특허에서는 척추 로드가 압축 너트를 나사식으로 결합하여야 하기 때문에 시스템이 손상되었다. 나사형 로드가 큰 척추 부하로 인해 약화되는 경향은 공지되어 있다. 더욱이, 상술한 함스 등의 특허에 개시된 뼈 스크류의 설계는 많은 부품을 필요로 하며 뼈 스크류를 완전히 고정하기 위해서는 매우 복잡하다.
따라서, 긴 척추 로드에 용이하게 그리고 견고하게 결합될 수 있는 여러-축방향 또는 다중 축방향 뼈 스크류에 대한 필요성이 당업계에서 제기되었다. 바람직하게, 척추 로드는 예를 들어 매끄럽고, 거칠며, 널링 또는 균일한 나사형의 임의의 구조일 수 있다. 이것은 다양한 각도 배향으로 뼈 스크류를 척추 로드에 결합하기 위해 사용된 임의의 부품의 프로파일 및 크기를 최소화하기 위한 필요성을 포함한다.
도 1은 긴 척추 로드에 결합된 본 발명의 일 실시예에 따른 다중축 뼈 스크류 조립체의 측단면도.
도 2는 도 1에 도시된 다중축 뼈 스크류 조립체의 단면도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 뼈 스크류 조립체에 사용하기 위한 뼈 스크류의 측단면도.
도 4는 도 1 및 도 2의 다중축 뼈 스크류 조립체에 도 3의 뼈 스크류를 지지하기 위해 사용된 수용 부재의 상부 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 수용 부재의 측단면도.
도 6은 도 1 및 도 2에 도시된 다중축 뼈 스크류 조립체에 관련하여, 도 3의 뼈 스크류 및 척추 로드 사이를 결합하는 수축 콜릿의 상부 단면도.
도 7은 도 6에 도시된 수축 콜릿의 측면 입면도.
본 발명의 양호한 일 실시예에 있어서, 척추 고정 조립체는 여러 3차원 각도 방위로 뼈 결합 파스너를 긴 부재에 결합하기 위한 다중축 조립체를 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 뼈 결합 파스너는 척추와 결합되도록 구성된 하부 부분과 적어도 부분적으로 구형인 헤드를 갖는 뼈 스크류이다.
다중축 조립체는 파스너의 헤드를 그 내부에 수용하도록 크기 설정된 부분적으로 구형인 리세스를 한정하는 수축 콜릿(collet)을 포함한다. 본 발명의 한 형태에 있어서, 콜릿은 헤드가 구형 리세스내에 배치될 때 실질적으로 파스너의 헤드를 둘러싸서 결합하도록 구성된 편향가능한 하부 부분을 포함한다. 편향가능한 부분은 슬롯에 의해 분할된 복수의 핑거(finger)에 의해 형성될 수 있다. 일 형태에서, 구형 리세스는 뼈 스크류에 대한 구형 헤드의 직경보다 작은 직경을 가진 콜릿의 바닥에서 리세스 개구부를 한정한다. 핑거는 리세스 개구부를 통해 스크류 헤드를 수용하도록 외부방향으로 편향되고, 그후 헤드가 구형 리세스내에 배치될 때 스크류 헤드 주위에서 수축된다.
조립체는 또한 상부 단부로부터 하부 단부까지 관통 보어(bore)를 한정하는 수용 부재를 포함한다. 보어는 구형 리세스내에 배치된 파스너의 헤드와 함께 콜릿을 수용하기 위한 테이퍼진 리세스를 포함한다. 수용 부재는 또한 파스너의 뼈 결합 부분이 연장되는 수용 부재의 하부 단부에서 하부 개구부를 가진다. 수용 부재의 보어는 리세스와 연통하면서 상부 개구부를 가지는 채널을 한정하고, 긴 부재 또는 척추 로드는 상기 수용 부재의 상부 단부의 상부 개구부를 통해서 삽입된다.
상부 개구부에서 수용 부재의 보어와 결합되는 압축 부재 또는 세트 스크류가 제공된다. 압축 부재는 로드를 콜릿에 압축하고 그에 의해서 수용 부재에서 콜릿을 테이퍼진 리세스 안으로 압축하도록 작동가능하다. 콜릿이 리세스 안으로 더 깊이 압축되기 때문에, 콜릿의 핑거 또는 편향가능한 부분은 콜릿의 구형 리세스내에 헤드를 고정하기 위하여 파스너의 헤드를 향하여 리세스에 의해 편향된다.
본 발명은 긴 부재에 대한 복수의 각도 방위에서 뼈 결합 파스너를 긴 부재에 고정하는 조립체를 제공한다. 다중축 뼈 스크류 조립체의 바람직한 실시예는 두 부품사이의 각도에 무관하게 척추 로드 및 뼈 스크류 사이를 견고하게 고정하는 장점을 제공한다.
본 발명의 다른 장점은 견고한 고정을 달성하는데 최소의 부품만을 필요로 한다는 점이다. 또 다른 장점은 부품 사이의 고정을 강화하는 수축 콜릿의 편향가능한 핑거에 의해 실현된다. 본 발명의 기타 장점 및 임의의 목적은 본 발명의 실시예를 기술하는 첨부된 도면을 참조로 하여 상세한 설명에 의해 명백해 질 것이다.
본 발명의 원리를 더 용이하게 이해하기 위해서 이하에서는 도면을 참조로 하여 실시예가 설명될 것이다. 그럼에도 불구하고, 이하에 기술된 실시예는 본 발명의 권리범위를 제한하지 않으며 기술된 장치의 변형 및 수정 뿐만 아니라 본 발명의 원리의 응용이 당업자에 의해 수행될 수 있다.
도 1 및 도 2에 있어서, 본 발명에 따른 다중축 뼈 스크류 조립체의 통상적인 부재가 도시되어 있다. 다중축 뼈 스크류 조립체(10)는 척주와 같은 뼈와 맞물리도록 구성된 뼈 스크류(11)를 포함한다. 조립체는 뼈 스크류를 지지하는 수용 부재(12)와, 뼈 스크류와 맞물리는 수축 콜릿(13)과, 조립체(10)내에 긴 부재 또는 척추 로드(R)를 고정하기 위하여 수용 부재(12)내에 배치된 압축부재 또는 세트 스크류(14)를 포함한다.
본 발명의 한 형태에 따르면, 뼈 스크류(11)는 도 3에 도시된 바와 같이 구성된다. 특히, 뼈 스크류(11)는 뼈 안에 뼈 스크류를 견고하게 고정시키도록 구성된 나사를 유지하는 나사형 생크(threaded shank;21)를 포함한다. 가장 양호하게는, 나사는 다공질(cancellous) 나사이거나, 척추 몸체의 다공질 뼈내에 견고하게 고정시키기에 적합하다. 나사형 생크(21)는 뼈 스크류(11)가 맞물리는 뼈의 특성에 따라 여러 구성을 가질 수 있다. 더욱이, 나사형 생크(21)의 길이는 스크류가 구동되는 뼈에 따라 조절될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 나사형 생크(21)는 약 4.49cm(1.75인치)의 길이를 가지며 요추(lumbar vertebra)의 페디클(pedicle)내에 맞물리도록 나사로 구성된다.
뼈 스크류(11)는 그 상부 또는 중앙 부분에서 헤드(22)를 추가로 포함한다. 헤드(22)는 부분적으로 외부 구형 표면(23)을 형성한다. 구형 표면은 뼈 스크류(11)의 위치가 척추 로드(R)에 대해 다중축 각도로 변형될 때 최적인 것으로 확인되었다. 특정 실시예에 있어서, 헤드(22) 그리고 특히 구형 표면(23)은 0.808cm(0.315인치)의 직경을 가진다. 도 3에 도시된 바와 같이, 헤드(22)는 상부 표면(24)에서 절단되기 때문에 완전한 구를 형성하지 않는다. 다시, 일 특정 실시예에 있어서, 헤드(22)는 절단된 상부표면(24) 및 변환 생크(27)에서 절단한 헤드의 하부사이를 측정하면 0.503cm(0.196인치)의 높이를 가진다.
헤드(22)는 상부표면(24)으로부터 헤드내로 돌출하는 공구 수용 리세스(25)를 한정한다. 일 실시예에 있어서, 리세스(25)는 종래에 공지된 바와 같이 육각 단부 구동 공구를 수용할 수 있도록 육각 리세스이다. 물론, 공구 수용 리세스(25)가 TORXR 구성과 같은 다양한 구성을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 헤드(22)는 변환 생크(27)를 통해 뼈 스크류(11)의 나사형 생크(21)에 맞물린다. 바람직한 실시예에 따라 도 3에 도시된 바와 같이, 변환 생크(27)는 헤드(22)의 직경보다 작은 직경을 가진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 감소된 직경을 가진 변환 생크(27)는 수용 부재(12)에 대해 가장 큰 각도로 배향될 때 뼈 스크류에 틈새를 제공한다. 특정 실시예에 있어서, 변환 생크(27)는 헤드(22)의 직경보다 작은 약 0.205cm(0.08인치)인 0.605cm(0.236 인치)의 직경을 가진다.
도 2를 다시 참조하면, 수용 부재(12)는 뼈 스크류 헤드(22) 및 척추 로드(R) 양자 모두를 지지하도록 제공된다. 수용 부재(12)는 도 4 및 도 5를 참조로 추가로 상세히 설명될 것이다. 본 발명의 특정 실시예에 있어서, 수용 부재(12)는 제 1 브랜치(31) 및 제 2 브랜치(32)를 한정하는 U자형 본체(30)를 포함한다. 상기 브랜치들은 서로의 사이에 채널(33)을 형성한다. 채널은 U자형 본체(30)의 대향 측면 상의 에지(33a)에서 종료된다. 바람직하게, 채널(33)은 뼈 스크류(11)가 맞물리는 척추 로드의 직경보다 약간 크다. 채널(33)은 척추 로드(R), 뼈 스크류(11) 및 콜릿(collet ; 13)을 삽입하기 위해 부재(12)의 상부에서 개구부(33b)를 가진다.
수용 부재(12)는 몸체(30)를 통해 척추 보어(34)를 추가로 한정한다. 보어(34)의 최하부는 도 2에 도시된 바와 같이, 뼈 스크류(11)와 콜릿(13)의 헤드가 잔류하는 약간 테이퍼진 리세스(35)를 한정한다. 중심 보어는 테이퍼진 리세스(35) 바로 위에 있는 콜릿 리세스(36)를 포함한다. 콜릿 리세스는 채널(33)의 상부 개구부(33b)로 연장하는 나사형 부분(37)내로 개구되어 있다. 수용 부재(12)는 척추상에서 최소 체적 및 최소 돌출을 위해 적합하게 크기설정된다. 특정 실시예에 있어서, 수용 부재는 약 1.53cm(0.597인치)의 높이를 가진다. 특정 실시예에 있어서, 채널(33)내에 배치된 로드는 수용 부재(12)가 뼈와 접촉할 때 척주의 표면상에서 0.51cm(0.2인치)의 면적을 점유할 수 있다.
수용 부재(12)의 한 형태에서, 대향 공구 리세스(38)는 각각의 브랜치(branche ; 31, 32)에 제공된다. 공구 리세스는 척추 후크를 척추내로 삽입하기 위해 사용된 삽입 공구와 같은 삽입 공구에 의해 결합되도록 구성된다. 수용 부재(12)는 몸체의 측방향 인접측에서 복수의 파지 구멍(gripping hole ; 39)을 한정할 수 있다. 특정 도시된 실시예에서, 상기 4개의 구멍들은 수용 부재(12)의 양측 상에 제공된다. 이들 파지 구멍은 뼈 스크류 및 뼈 스크류 조립체(10)의 다른 부품들을 단단하게 조이는 동안 수용 부재(12)를 지지하기 위해 적절히 구성된 파지 공구에 의해 맞물려질 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 중앙 보어(34)는 하부 개구부(34a)에서 U자형 본체(30)를 빠져나가게 할 수 있다. 하부 개구부(34a)는 스크류 헤드(22)에 결합될 때 뼈 스크류의 헤드의 직경보다 크지만 수축 콜릿(13)의 외경보다 작은 상부 직경을 가진다. 결과적으로, 뼈 스크류는 보어(34)의 하부 개구부(34a)를 통해 리세스(35)에 삽입될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 하부 개구부(34a)는 뼈 스크류 헤드(22)의 직경보다 약 0.0385cm(0.015인치) 만큼 더 큰 0.849cm(0.331인치)의 직경을 가진다. 바람직하게, 하부 개구부(34a)는 가장 크게 각진 기울기 A에서 뼈 스크류의 변환 생크(27)에 틈새를 제공하기 위하여 원추형으로 구성되거나 외부쪽으로 플레어(flare)로 된다. 특정 실시예에 있어서, 뼈 스크류(11)는 26°까지 각도 A의 범위에 걸쳐 이동할 수 있다.
테이퍼진 리세스(35)는 콜릿 리세스(36)에 인접하여 하부 보어(34a)의 직경에서 큰 직경으로 확장된다. 특정 실시예에 있어서, 이와 같은 큰 직경은 뼈 스크류(11)의 헤드(22)의 외경보다 큰 0.895cm(0.349인치)이다. 이러한 특정 실시예에 있어서, 리세스(35)는 하부 개구부(34a)에서 콜릿 리세스(36)까지 약 4°의 각도로 테이퍼져 있다. 다시, 특정 실시예에 있어서, 이와 같이 테이퍼진 리세스는 약 0.385cm(0.15인치)의 리세스에 대한 두 단부 사이의 높이를 가진다.
테이퍼진 리세스(35)는 수축 콜릿(13)이 지탱하는 표면을 제공한다. 콜릿(13)이 개구부(34a)쪽으로 가압되므로, 테이퍼진 리세스는 콜릿(13)이 스크류 헤드(11) 둘레로 수축되도록 실행한다.
수용 부재(12)는 바람직하게 최소 크기 및 최소 돌출부를 위한 크기를 가진다. 특정 실시예에 있어서, 수용 부재는 1.49cm(0.582 인치)의 높이를 가진다. 특정 실시예에 있어서, 채널(33)에 배치된 로드는 수용 부재(12)가 뼈를 수축할 때 척추상에서 약 0.487cm(0.19인치) 만큼 낮게 놓여질 수 있다.
U자형 본체(30)의 나사형 부분(37)은 세트 스크류(14)와 맞물리도록 구성된다. 특히, 도 2를 참조하면, 세트 스크류(14)는 수용 부재(12)의 나사형 부분(37)과 맞물리도록 구성된 나사를 가진 나사형 플러그(55)를 포함한다. 세트 스크류(14)는 또한 공구 리세스(57)를 한정하는 구동 헤드(56)를 포함한다. 이러한 특정 실시예에 있어서, 공구 리세스는 육각 리세스일 수 있다. 선택적으로, 구동 헤드(56) 그 자체는 구동 공구를 수용하기 위한 외부 구조를 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 세트 스크류(14)는 구동 헤드(56)가 전단 영역(58)에서 나사형 플러그(55)로부터 분리되는 "브레이크-오프 형(break-off type)" 세트 스크류이다. 당기술에서 공지된 바와 같이, 브레이크-오프 세트 스크류의 헤드는 소정 토크에 영향을 받으며, 토크는 수용 부재(12)와 세트 스크류(14) 사이에서 뼈 스크류의 헤드(22), 콜릿(13) 및 척추 로드(R)가 함께 압축될 때, 그들에 의해 제공된 저항력에 기초한다.
본 발명의 다른 형태에 있어서, 뼈 스크류 조립체(10)는 수축 콜릿(13)을 포함한다. 수축 콜릿의 상세한 구성은 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 특히, 수축 콜릿(13)은 중공이며 그 하부 단부에서 구형 리세스(45)를 한정한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 뼈 스크류(11)의 헤드(22)는 스크류 조립체(10)가 함께 부착될 때, 실질적으로 수축 콜릿의 구형 리세스(45)내에 잔류한다. 구형 리세스(45)는 바람직하게는 뼈 스크류 헤드(22)와 실질적으로 동일한 직경을 가진다. 특정 실시예에 있어서, 이 직경은 약 0.808cm(0.315인치)이다. 스크류 헤드(22)가 구형 리세스(45) 안으로 삽입되는 것을 허용하기 위하여, 리세스는 콜릿의 하부에 있는 리세스 개구부(45a)에서 절단된다. 바람직한 실시예에 있어서, 리세스 개구부는 스크류 헤드의 직경보다 작은 직경, 바람직하게 약 0.775cm(0.305인치)를 가진다. 스크류 헤드를 리세스(45)내로 삽입하려면, 개구부(45a)가 확장되어야 한다. 플레어(45b)는 스크류 헤드(11)가 콜릿(13)내로 삽입되는 것을 용이하게 한다. 또한, 콜릿(13)의 하부 부분 및 구형 리세스(45)는 축방향 슬롯(51)에 의해 분리된 복수의 탄성 핑거(finger ; 50)에 의해 형성된다. 탄성 핑거(50)는 헤드가 리세스(45)내로 삽입될 때까지, 스크류 헤드(11)로부터 멀리 이격되도록 가압될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 구형 리세스(45) 및 리세스 개구부(45a)는 콜릿(13)내에 헤드를 고정하기 위하여 스크류 헤드(11)의 구형 표면(23)에 일정한 압축력을 제공한다.
뼈 스크류가 수용 부재(12) 내에 위치될 때, 뼈 스크류(11)의 공구 수용 리세스(25)에 대해서 직접 배향될 수 있는 공구 삽입 보어(46)가 수축 콜릿(13)에 추가로 형성된다. 수축 콜릿(13)의 공구 삽입 보어(46)의 상부에는 원추형 공구 릴리프(47)가 형성된다. 이 릴리프(47)는 비록 수용 부재(12)가 뼈 스크류와 직접 정렬되지 않을 때에도, 구동 공구가 뼈 스크류(11)의 헤드내로 배치될 수 있는 각도로 배향된다.
수축 콜릿(13)은 또한 양호하게는 수용 부재(12)의 테이퍼진 리세스(35)에 순응하는 원추형 외부 표면(48)을 형성한다. 콜릿(13)은 또한 그 상단부에서 림(rim ; 49)을 포함한다. 본 발명의 한 형태에 따르면, 수축 콜릿(13)의 림(49)은 콜릿 리세스(36)의 직경보다 약간 작은 직경을 가진다. 콜릿 리세스(36)의 직경 및 수축 콜릿(13)의 림(49)의 직경은 수용 부재(12)의 나사형 부분(37)의 내경보다 약간 크다. 이러한 방식에서, 수축 콜릿(13)은 다중축 뼈 스크류 조립체(10)가 단지 느슨하게 결합될 때 콜릿 리세스(36)내에 유지될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 림(49)은 그것이 콜릿 리세스(36)내에 배치될 때까지 채널(33)의 상부 개구부(33b)로부터 수용 부재(12)의 나사형 부분(37)을 통해 나사식으로 결합될 수 있다. 림(49)에는 수축 콜릿(13)이 수용 부재(12)내로 용이하게 삽입되도록 나사 부분(37)의 암나사와 짝지어 결합되는 단일 나사가 제공될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 수축 콜릿은 림(49)에서 0.918cm(0.358 인치)의 외경을 가진다. 이 직경은 나사형 부분(37)의 내경보다 약 0.0231cm(0.009인치) 만큼 크고, 콜릿 리세스(36)의 직경보다 약 0.0308cm(0.012인치) 만큼 작다.
일 실시예에 있어서, 다중축 뼈 스크류 조립체(10)가 사용될 때, 뼈 스크류(11)는 스크류가 중앙 보어(34)의 하부 개구부(34a)를 통해 연장되도록 개구부(33b)를 통해 수용 부재(12)내로 삽입될 수 있다. 이 지점에서, 수용 부재(12)는 파지(gripping) 공구에 의해 공구 리세스(38)에서 지지될 수 있다. 뼈 스크류(11)의 공구 리세스(38)는 뼈 스크류(11)가 척주 뼈와 나사식으로 결합되도록 구동 부품에 의해 결합될 수 있다. 일단 뼈 스크류(11)가 소정 깊이로 뼈내로 삽입되면, 수축 콜릿(13)은 수용 부재(12)내에 배치될 수 있으며 테이퍼진 리세스(35)내에서 그리고 뼈 스크류(11)의 헤드(22) 주위에 배향된다. 이때, 수용 부재(12)는 조립체(10)의 여러 부품이 서로 단단히 조여질 때 수용 부재를 지지하도록 파지 공구에 의하여 파지 구멍(39)을 통해 결합될 수 있다. 척추 로드(R)는 채널(33)의 상부 개구부(33b)를 통해서 채널(33) 안으로 가압될 수 있다.
척추 로드(R)가 수축 콜릿(13)의 상부 표면에 지지될 때, 콜릿은 뼈 스크류(11)의 헤드(22)에 대해 최종 배향된다.
척추 로드(R)가 제위치에 있는 상태에서, 세트 스크류(14)는 수용 부재(12)의 나사형 부분(37)과 나사식으로 결합될 수 있다. 세트 스크류(14)가 수용 부재(12)에 더 단단하게 조여질 때, 수용 부재(12)의 테이퍼진 리세스(35) 및 세트 스크류(14)는 서로를 향하여 당겨진다. 이러한 과정이 계속됨에 따라서, 척추 로드(R)는 그때 콜릿(13)을 테이퍼진 리세스(35) 안으로 더욱 깊이 가압하는 수축 콜릿(13)의 상부 표면에 눌려진다. 콜릿이 테이퍼진 리세스(35)내로 전진할 때, 파지 핑거(50)는 스크류 헤드(22)의 구형 표면(23)에 탄성적으로 압축된다. 세트 스크류(14)는 콜릿(13) 및 핑거(50)가 스크류 헤드(22) 및 테이퍼진 리세스(35) 사이에 단단하게 결합될 때까지 단단하게 조여진다. 로드(R)를 콜릿(13)내로 구동시키기 위하여 세트 스크류(14)에 인가된 토크는 세트 스크류(14)의 헤드(56)가 전단 영역(58)에서 분리될 때까지 안정적으로 증가한다.
본 발명은 도면을 참조로 하여 상술한 상세한 설명에 의해 상세히 설명되었지만, 상술한 상세한 설명은 예시적인 것이고 본 발명의 요지를 제한하지 않으며, 본 발명의 정신 내에서의 모든 수정 및 변형은 보호되는 것이 바람직하다는 것을 이해할 수 있다..
예를 들어, 특정 실시예에 따른 다중축 뼈 스크류 조립체(10)는 척추의 임의의 레벨에 배치될 수 있는 크기를 가질 수 있다. 물론, 조립체의 부품들의 상대 크기는 사용될 특정 척주에 대해서 수정되는 것을 이해할 수 있다. 마찬가지로, 뼈 스크류 및 수용 부재의 상대 크기는 척추 로드에 대한 스크류의 각도를 크거나 또는 작게 할 수 있도록 수정될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 조립체(10)의 부재는 스테인레스 강으로 형성된다. 조립체(10)가 티타늄과 같은 다른 생체친화성 재료, 및 뼈 내부 성장을 허용하는 재료로도 형성될 수 있다는 것을 예상할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예가 뼈 스크류에 관한 것이지만, 본 발명의 다중 축방향 기능을 실행하기 위하여, 다른 뼈 고정 부재가 적합할 수 있다. 예를 들어, 척주 후크는 조립체(10)의 부품을 통해서 척추 로드에 체결되는 구형 헤드를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예는 뼈 스크류를 로드에 결합하는 것이지만, 다양한 종방향 부재를 고려할 수 있다는 것도 이해할 수 있다. 예를 들어, 콜릿 및 세트 스크류 사이에 체결될 수용 부재의 채널 내에 긴 바아(bar)를 배치할 수 있다. 본 발명은 매끄러운 로드 또는 바아, 또는 널링(knurling) 또는 나사형과 같은 다양한 표면 형태를 종방향 부재에 동일하게 잘 적용될 수 있다.

Claims (25)

  1. 척추에 인접하여 척추의 길이방향을 따라 배치되도록 구성된 긴 부재와,
    척추 및 확대된 헤드를 결합하도록 구성된 하부 부분을 가진 뼈 결합 파스너와,
    적어도 상기 파스너의 헤드 부분을 수용하도록 크기 설정된 리세스를 한정하며, 상기 헤드가 상기 리세스 내에 배치될 때 상기 파스너의 헤드 부분을 실질적으로 둘러싸서 결합하도록 편향가능한 하부 부분을 포함하는 콜릿과,
    상기 보어와 결합되며 상기 긴 부재를 상기 콜릿에 압축하고 그에 의해서 상기 콜릿을 상기 수용 부재의 하부 리세스에 압축하므로써, 상기 콜릿이 상기 수용부재의 하부 리세스 안으로 압축될 때 상기 콜릿의 편향가능한 부분은 상기 헤드를 상기 콜릿의 리세스내에 고정하기 위하여 상기 하부 리세스에 의해 상기 파스너의 헤드에 대해 편향되는 압축 부재와,
    상부 단부에서부터 하부 단부까지 관통 보어를 한정하는 수용 부재를 포함하며,
    상기 보어는 상기 리세스내에 배치된 상기 파스너의 헤드와 함께 상기 콜릿을 수용하는 하부 리세스를 구비하고, 상기 하부 리세스는 상기 파스너의 하부부분이 관통하여 연장되는 상기 수용 부재의 하부 단부에서 하부 개구부를 가지며, 상기 수용 부재는 상기 하부 리세스와 연통하고 상기 리세스에 인접하여 상기 긴 부재를 수용하도록 구성된 채널을 구비하고,
    상기 수용 부재의 보어는 상기 압축 부재와 결합하는 부분과, 이 결합 부분과 하부 리세스 사이의 콜릿 리세스를 포함하며, 상기 결합 부분은 상기 콜릿 리세스의 내경 보다 작은 내경을 가지며,
    상기 콜릿은 상기 콜릿 리세스의 내경 보다 작으나 상기 보어의 상기 결합 부분의 내경 보다 큰 직경를 갖는 상부 림을 포함하는 척추 고정 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보어는 상기 상부 개구부에 인접한 암나사 부분을 포함하고,
    상기 압축 부재는 상기 암나사 부분과 결합되는 나사를 갖는 세트 스크류인 척추 고정 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 뼈 결합 파스너의 상기 헤드는 원추형 상부 표면을 포함하고, 상기 상부 표면을 통해 공구 수용 리세스를 한정하는 척추 고정 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 콜릿은 관통 보어를 구비하고, 상기 보어는 상기 콜릿의 보어를 통해 상기 파스너의 상기 헤드와 결합하기 위해 구동 공구를 수용하도록 구성된 공구 삽입 보어 및 상기 리세스를 포함하는 척추 고정 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 수용 부재의 상기 보어는 상기 압축 부재와 결합되기 위한 부분과, 상기 결합부분과 상기 하부 리세 스사이에 배치된 콜릿 리세스를 포함하며, 상기 결합부분은 상기 콜릿 리세스의 내경보다 작은 내경을 가지며,
    상기 콜릿은 상기 콜릿 리세스의 내경 보다 작으나 상기 보어의 상기 결합 부분의 내경보다 큰 직경을 가지는 상부 림을 포함하는 척추 고정 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 리세스는 상기 하부 단부에서 대경으로부터 소경까지 테이퍼진 척추 고정 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 콜릿은 상기 수용 부재의 상기 테이퍼진 리세스와 상호 보완관계로 결합되도록 구성된 원추형 외부면을 포함하는 척추 고정 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 수용 부재의 상기 하부 개구부는 테이퍼진 척추 고정 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 콜릿의 상기 편향가능한 부분은 복수의 편향가능한 핑거를 구비하는 척추 고정 조립체.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 콜릿은 상기 리세스의 일 단부에서 리세스 개구부를 포함하고, 상기 리세스 개구부는 상기 파스너의 상기 확대된 헤드의 직경보다 작은 직경을 가지며, 그에 의해서 상기 콜릿의 편향가능한 부분은 상기 리세스내에 상기 파스너 헤드를 수용하도록 편향되는 척추 고정 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 리세스 개구부는 테이퍼진 척추 고정 조립체.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 수용 부재는 그 내부에 상기 긴 부재를 삽입하도록 상기 채널과 연통하는 그 상부 단부에서 상부 개구부를 한정하는 척추 고정 조립체.
  13. 제 4 항에 있어서, 상기 공구 삽입 보어는 테이퍼진 척추 고정 조립체.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 수용 부재는 U자형 본체를 형성하며 브랜치 사이에 상기 채널을 한정하는 포함하는 척추 고정 조립체.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 브랜치는 외향으로 대향하는 표면을 포함하고, 상기 각 표면은 삽입 공구를 수용하기 위한 내부 공구 리세스를 한정하는 척추 고정 조립체.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 브랜치는 인접하는 측면을 포함하고, 상기 각 측면은 파지 공구에 의해 결합되도록 구성된 적어도 두개의 파지 구멍을 한정하는 척추 고정 조립체.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 브랜치는 부분적으로 원통형인 외향으로 대향하는 표면과, 실질적으로 편평한 상기 대향 표면 사이의 인접 측면을 포함하는 척추 고정 조립체.
  18. 제 2 항에 있어서, 상기 세트 스크류는 나사형 플러그, 헤드, 및 상기 나사형 플러그와 상기 헤드사이의 전단 영역을 포함하고, 그에 의해서 상기 헤드는 이 헤드에 소정 토크를 인가할 때 상기 나사형 플러그로부터 분리될 수 있는 척추 고정 조립체.
  19. 척추에 인접하여 척추의 길이방향을 따라 배치되도록 구성된 긴 부재와,
    척추 및 확대된 헤드를 결합하도록 구성된 하부 부분을 가진 뼈 결합 파스너와,
    상부 단부에서부터 하부 단부까지 관통 보어를 한정하는 수용 부재와,
    상기 하부 리세스내에 수용되는 크기로 구성되며 상기 파스너의 헤드의 적어도 일부분을 그 내부에 수용하는 크기를 가진 리세스를 한정하고, 상기 헤드가 상기 리세스내에 배치될 때 상기 파스너의 상기 헤드 부분을 둘러싸며서 결합하도록 편향가능한 하부 부분과 상기 수용 부재의 상기 암나사 부분을 통해 상기 콜릿을 상기 하부 리세스에 결합하기 위해 상기 상부 부분 한정수단을 포함하는 콜릿과,
    상기 보어의 상기 암나사 부분 내에 결합되며, 상기 긴 부재를 상기 콜릿에 압축하여 상기 수용 부재에서 상기 콜릿을 상기 하부 리세스에 압축하는 나사형 압축 부재를 포함하며,
    상기 보어는 상기 파스너의 하부 부분이 연장하는 상기 수용 부재의 하부 단부에서 하부 개구부를 가지는 하부 리세스와 상기 하부 리세스 및 상기 상부 단부사이에서 암나사 부분을 포함하고, 상기 수용 부재는 상기 하부 리세스와 연통하며 상기 하부 리세스에 인접하여 그 내부에 상기 확대된 부분을 수용하도룩 구성된 채널을 포함하며,
    상기 콜릿이 상기 하부 리세스에 압축될 때 상기 콜릿의 편향가능한 부분은 상기 헤드를 상기 콜릿의 리세스내에 고정하기 위하여 상기 하부 리세스에 의해 상기 파스너의 헤드에 대향하게 편향된 척추 고정 조립체.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 나사형 결합 수단은 상기 콜릿 상에 한정된 상부 림을 포함하고, 상기 상부 림은 상기 수용 부재에 대한 상기 보어의 상기 암나사 부분의 나사들 사이를 통과하도록 구성된 척추 고정 조립체.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 나사형 결합 수단은 상기 콜릿 상에 한정되고 상기 수용 부재의 보어의 상기 암나사 부분과 맞물리도록 구성된 적어도 하나의 나사를 포함하는 척추 고정 조립체.
  22. 척추의 길이를 따라 연장하는 긴 부재에 결합되는 뼈 파스너 조립체에 있어서,
    상기 척추 및 확대된 헤드와 맞물리도록 구성된 하부 부분을 가진 뼈 결합 파스너와,
    상기 파스너의 헤드의 적어도 일부분을 그 내부에 수용하는 크기를 가진 리세스를 한정하며, 상기 헤드가 상기 리세스에 배치될 때 실질적으로 상기 파스너의 헤드에 대한 상기 부분을 둘러싸면서 상기 부분과 결합되도록 편향가능한 하부 부분을 갖는 콜릿과,
    상기 상부 단부에서 상기 하부 단부까지 관통 보어를 한정하는 수용 부재와,
    상기 보어와 결합되며, 상기 콜릿에 대해 상기 긴 부재를 압축하여 상기 수용 부재에서 상기 콜릿을 상기 하부 리세스에 압축하는 압축부재를 포함하며,
    상기 보어는 상기 리세스내에 배치된 상기 파스너의 헤드와 함께 상기 콜릿을 수용하는 하부 리세스를 포함하고, 상기 하부 리세스는 상기 파스너의 하부 부분이 연장되는 상기 수용 부재의 상기 하부 단부에서 하부 개구부를 가지며, 상기 수용 부재는 상기 하부 리세스와 연통하며 상기 하부 리세스에 인접하여 그 내부에 상기 긴 부재를 수용하도록 구성된 채널을 포함하고, 상기 보어는 상기 리세스와 상기 상부 단부 사이에서 암나사 부분을 구비하며,
    상기 콜릿이 상기 하부 리세스에 압축될 때 상기 콜릿의 편향가능한 부분은 상기 콜릿의 리세스에 상기 헤드를 고정하기 위하여 상기 하부 리세스에 의해 상기 파스너의 헤드에 대해 편향되며,
    상기 콜릿은 상기 보어의 상기 암나사 부분을 통해 상기 콜릿을 나사 결합하기 위한 수단을 한정하는 상부 부분을 포함하는 뼈 파스너 조립체.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 보어는 상기 리세스 및 상기 상부 단부 사이에 암나사 부분을 포함하며,
    상기 콜릿은 상기 보어의 상기 암나사 부분을 통해 상기 콜릿을 결합하기 위하여 상부 부분 한정수단을 포함하는 뼈 파스너 조립체.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 나사형 결합수단은 상기 콜릿상에 한정된 상부 림을 포함하고, 상기 상부 림은 상기 수용 부재에 대한 상기 보어의 상기 암나사 부분의 나사들 사이를 통과하도록 구성된 뼈 파스너 조립체.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 나사형 결합 수단은 상기 콜릿상에 한정되며 상기 수용 부재에 대한 상기 보어의 암나사 부분과 결합되도록 구성된 적어도 하나의 나사를 포함하는 뼈 파스너 조립체.
KR10-1999-7002480A 1996-09-24 1997-09-24 다중축 뼈 스크류 조립체 KR100500483B1 (ko)

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