KR100958694B1 - 소정 윤곽의 리이머 치부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 요구되는 절삭 형상으로 절삭을 행하기 위한 관골구 리이머(10')에 관한 것이다. 상기 리이머(10')는 이중 곡선으로 형성되고, 절삭시에 발생하는 표준적인 파편의 크기를 작게 억제함과 동시에, 각 치부에 걸리는 절삭 압력을 실질적으로 저감하는 것이 가능한 복수의 절삭 치부(16')를 가지는 절삭 쉘(12')을 가진다. 실질적으로 전체 상기 절삭 치부는 절삭될 형상의 윤곽에 실질적으로 부합하는 절삭 윤곽을 가지는 상당한 길이의 원호상 절삭날부(20')를 가진다. 이와 같은 구조에 의해, 요구되는 형상으로 절삭하는 데 필요한 절삭 치부의 수를 감소시키는 것이 가능해진다.

관골구 리이머, 절삭 셀, 절삭 치형부, 이중 곡선, 호형 절삭 가장자리, 절삭 윤곽

Description

소정 윤곽의 리이머 치부{CONTOURED REAMER TEETH}

본 발명은 외과용 제품, 특히 뼈에 특정 형상의 공동을 절삭하기 위한 외과용 리이머에 관한 것이다.

매끄러운 벽부와 정확한 형상이 요구되는 고관절의 임플란트를 위하여 뼈에 요구되는 형상의 공동을 형성하기 위해서는 리이머의 쉘 또는 원형 절삭부가 반구상인 것이 유리하다. 또, 절삭 치부(teeth)가 적절히 배치되고, 배향되어야 한다. 또, 절삭 치부의 높이는 뼈의 파편의 크기에 관하여 중요하고, 따라서 리이머에 의해 절삭되는 형상의 정밀도에 관하여도 중요하다.

대부분의 경우, 고관절와(hip socket) 내의 임플란트는 오목한 반구형 공동 내에 가장 잘 고정된다. 그러나, 그와 같은 형상이 엄밀하게 필요한 것은 아니다. 기타 관골구용 절삭 쉘은 비구형이고, 본원에서 설명하는 원리는 그와 같은 다른 기하학적 형상을 포함하도록 적응될 수 있다.

특히 시멘트리스(cementless) 고관절 수술에 있어서는 뼈와 최종적인 (반구상의) 임플란트가 최대한으로 접촉하도록 정확한 형(대체로 반구형)으로 관골구가 절삭되는 것이 매우 중요하다.

또, 환자의 외상을 최소화하여 회복기간을 빠르게 하기 위해 절개부를 보다 작게 하는 것이 점점 더 강조되고 있다. 이와 같은 추가의 필요조건을 만족시키는 것은 의료기구 및 임플란트의 설계자들로서는 추가의 도전이 된다. 또 외과 수술법의 변화로서, 현재의 외과의는 기구 핸들부의 단부를 특정의 각도로 움직여 리이머 절삭부의 각도를 변화시켜 리이머의 절삭축을 연속적으로 변화시키는 공정을 행하기 보다 관골구용 리이머 핸들부를 단일축에 유지하는 공정을 행하는 경우가 더 많다. 종래의 리이머 핸들부를 일정의 축에 유지하는 실험을 실시해보면, 상량법(常量法; macro-scale)에서 반구와 유사한 일련의 동심원상의 환(rings)들이 절삭된다. 이와 같은 비균질성은 리이머의 핸들부의 축을 움직여주는 것에 의해 (연마공정과 유사한 방식으로) 제거되고, 그 결과 반구상의 표면이 형성된다.

동심원상의 환의 수를 최대화하고, 작동음이나 진동을 최소로 억제하고, 그 결과 축을 움직이지 않고도 매끄러운 반구상의 표면을 형성하려면 절삭 치부를 수를 증가시키는 것이 바람직하다. 그러나, 이와 같이 절삭 치부의 수를 증가시키면 기계적인 강도가 감소하게 된다. 또, 이 경우 각각의 절삭 치부의 절삭 윤곽을 확실하게 중첩되도록 하는 것이 더 어려워진다. 절삭 치부의 크기를 증대시키는 것도 시도되었으나, 파편의 크기 또는 절삭 응력이 지나치게 커지거나 리이머가 지나치게 복잡해졌다. 또, 그와 같이 절삭 치부의 크기가 증대하면 인접하는 개구가 크게 형성되므로 기계적 강도가 희생되었다.

세일러(Sayler)의 미국특허 제5,116,165에는 블레이드상(blade-like)의 불연속의 절삭 치부가 제한된 수만큼 구비된 리이머가 개시되어 있다. 이들 절삭 치부는 절삭되는 형상의 윤곽에 대응하는 단일의 곡선으로 형성된다. 다시 말하면, 이들 절삭 치부는 평면으로 형성된다. 따라서, 이와 같은 절삭 치부의 형상은 절삭 작업 중에 극히 높은 절삭압력이 걸리는 경우, 절삭 치부의 형상을 유지시키는데 도움을 주는 (절삭 치부 자신 이외의) 구조가 전혀 제공되어 있지 않으므로 어떤 것에도 지지되어 있지 않다. 또, 구형상 내에 대형의 슬릿이 제한된 수만큼 구비되어 있는 경우, 이것은 리이머의 구형태의 완전성에 악영향을 줄 수 있다. 이 악영향은 슬릿의 예리한 모서리부(sharp corners)에서 높은 응력이 발생하기 때문에 발생하는 것이다.

많은 경우, 절삭 치부의 형태는 시이트의 재료 또는 반구체의 기부(base)의 직경과 같은 원재료의 형태에 관련되거나 또는 제조공정에 관련된다. 많은 경우, 절삭표면의 형상은 고려되지 않는다. 따라서, 하나의 절삭 치부에 의한 절삭은 종종 요구되는 구체의 형상 또는 반구체의 형상에 근접한 정도에 불과하다. 예를 들면, 상기와 같은 절삭 치부는 평평한 표면을 형성하거나, 또는 요구되는 반경과는 다른 반경을 가짐으로써 전체적으로 불균일한 구체를 형성할 수 있다.

그러므로, 불연속적인 절삭표면을 최소화하고, 단일의 기하학적 형상을 형성하는 일련의 절삭을 행하는 리이머가 필요하다. 더욱, 원재료 형태와는 독립적으로 제어될 수 있는 절삭 치부의 형상이 필요하다.

상기 문제는 요구되는 절삭 형상의 절삭을 위한 관골구 리이머로서, 이 관골구 리이머는 절삭 쉘을 구비하고, 이 절삭 쉘의 상면에는 이중 곡선으로 형성된 다수의 절삭 치부가 배치되고, 절삭 치부의 갯수는 각 절삭 치부에 가해지는 절삭 압력을 실질적으로 감소시켜줄 뿐 아니라 절삭시 발생되는 파편의 크기를 감소시켜줄 수 있는 갯수인, 상기 관골구 리이머를 제공하는 것에 의해 해결된다. 실질적으로 모든 절삭 치부 각각은 절삭될 형상의 윤곽에 실질적으로 일치하는 절삭 윤곽을 가지는 상당 길이의 호형 절삭 날부(arc cutting edge)를 구비한다. 이와 같은 구조에 의해, 요구되는 형상으로 절삭하기 위해 필요한 절삭 치부의 수를 감소시킬 수 있다. 또, 소형의 절삭 치부를 다수 개 형성함으로써 리이머의 구형상을 유지하는 것이 더 용이해 진다.

따라서, 본 발명은 절삭표면의 질을 향상시켜주고, 사용되는 절삭 치부의 수를 감소시킬 수 있게 한다.

도 1은 종래의 리이머의 사시도이다.

도 2는 종래의 리이머의 절삭 치부의 평면도이다.

도 2B는 종래의 리이머의 절삭 치부의 측면으로부터의 단면도이다.

도 2C는 종래의 리이머의 절삭 치부의 정면도이다.

도 3A는 본 발명에 의한 리이머의 절삭 치부의 평면도이다.

도 3B는 본 발명에 의한 리이머의 절삭 치부의 측면으로부터의 단면도이다.

도 3C는 본 발명에 의한 리이머의 절삭 치부의 정면도이다.

도 4는 본 발명에 의한 리이머의 측면도이다.

도 1에는 종래의 기술에 의한 관골구용 전형적인 리이머(10)가 개시되어 있다. 리이머(10)는 표면(14)을 형성하는 절삭 반구부(cutting bowl) 또는 쉘(12)을 구비하고, 그 표면(14)에는 개구(18)와 그것에 인접하는 절삭 치부(16)가 배치된다. 베이스부(20)에는 기구 연결장치(도시생략)가 구비된다.

다음에 도 2A에는 리이머(10)의 절삭 치부(16)가 도시되어 있다. 절삭 치부(16)는 절삭 날부(edge; 20)를 지지하는 분기면(22)(또는 영역A로 표시되는 융기면)을 구비한다. 절삭 날부(20)의 어느 정도의 후방(도면에서 절삭 날부의 좌측)의 점선(26)이 위치하는 주변에서, 이 분기면(22)은 영역 B의 표면을 향하여, 그리고 리이머의 절삭 쉘의 표면(14)을 향하여 내측으로 만곡하기 시작한다. 표면 반사선(surface reflection lines; 28)은 이들 표면의 형상을 나타내는데 도움을 준다.

다음에 도 2B에서, 종래의 기술에 의한 리이머(10)의 절삭 치부의 윤곽(32)의 측단면도가 개시되어 있다. 분기면(22)의 윤곽(32)의 형상은 도시되는 바와 같이 비선형이다.

도 2C를 참조하면, 영역A의 분기면(22)은 종래의 리이머(10)의 절삭 치부(16)의 정면도를 검토하면 볼 수 있다. 도시되지 않았으나, 기타 종래의 기술의 리이머에서는 정점을 향하여 수렴하므로 분기면(22)의 대응 부분은 정면도에서는 보이지 않고 숨겨져 있다.

이들 분기면(22), 대응하는 절삭 날부(20) 및 개구(18)는 리이머의 절삭표면(14)에 나선상 또는 불규칙하게 배치된다. 용어 "나선상"이라 함은 절삭 치부(16)가 절삭될 전체 형상을 포함하도록 규칙적으로 배치되는 모든 형상을 포함한다. 바람직한 나선상의 배치는 어떤 가로방향의 원(circle of latitude)에서도 인접하는 절삭 치부가 각도를 가지고 균일하게 상호 어긋나게 배치되고, 즉 인접하는 절삭 치부는 상호 균일하게 간격을 두고 다른 세로방향의 원(circle of longitude)에 배치된다. 또, 인접하는 절삭환(각각의 절삭 치부(16)에 의해 일소(sweep out)되는 환)의 사이에서 일정의 중첩이 발생하는 것이 바람직하다.

이들 종래의 기술에 의한 리이머(10)는 대체로 폭이 좁은 정점으로 형성되는 정점(38)을 가진다.

다음에 도 3A 내지 도 3C를 참조하면, 본 발명은 절삭시에 발생하는 표준적인 파편의 크기를 작게 억제함과 동시에, 각각의 절삭 치부에 걸리는 절삭 압력을 실질적으로 저감하는 것이 가능한 수량의, 이중 곡선으로 형성된 복수의 절삭 치부(16')가 구비되는 절삭 쉘(12')을 가진다. 실질적으로 모든 절삭 치부(16')는 상당한 길이의 대응하는 호형 절삭 날부(20')를 가지고, 이 절삭 날부는 절삭될 형상의 윤곽에 실질적으로 대응하는 절삭 윤곽을 가진다. 이 대응하는 호상으로 형성된 절삭 날부(20')는 이차 절삭 날부(21')에 인접하여 형성되고, 이 이차 절삭 날부(21')는 절삭 쉘(12')을 향하여 후방으로 만곡하여 이차 절삭 날부(21')를 지지하는, 거싯(gusset) 또는 지지벽(buttress) 부분을 특징으로 하는, 인접하는 융기면(29')에 지지된다. 그러므로, 각각의 절삭 날부(20')를 형성하기 위해 적어도 2개의 별개의 곡선이 필요하므로 전체적인 절삭 날부(20')는 이중 곡선으로 형성된다. 절삭을 위해 리이머(10')가 회전될 때, 개구(18')는 절삭 날부(20')의 전방에 배치된다. 이와 같은 구성에 의해, 그 형상의 절삭에 필요한 절삭 치부의 수를 감소시키는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명은 절삭표면의 질을 향상시키고, 사용되는 절삭 치부(16')의 수를 감소시킬 수 있다.

도면에서 절삭 날부(20')는 평평하게 보이지만, 본 실질적으로는 반구상으로 절삭되는 표면의 외형을 따르도록 형성된다. 본 실시예에 있어서는 절삭 날부(20')의 반경 R은 절삭되는 표면의 반경에 일치된다.

종래의 기술과 달리, 새로운 절삭 치부(16')는 절삭 치부에 인접하는 보다 크거나 보다 넓은 개구(18)를 제작하는 것에 의해 형성되지 않는다. 개구(18')는 종래의 기술과 마찬가지로 실질적으로 원형인 형상으로 되어 있다. 절삭 치부(16')는 최종적인 윤곽의 형상으로 절삭 치부를 변형시키는 형식으로 제작된다. 이 실시예에 있어서, 분기면(22')의 형상은 절삭 쉘(12')의 표면에 대한 접선에서 절삭 쉘과 교차하는 장방형의 각주(prism)의 형상에 접근한다. 절삭 치부(16')는 (영역A에서) 절삭 날부(20')의 후방에 확실하게 분기된 표면을 가진다. 전체 도면을 통해 동일하거나 유사한 특징부에 대해서는 동일한 참조부호가 사용된 것에 유의해야 한다.

또, 보다 작은 절삭 치부를 형성 또는 천공하는 것에 의해, 리이머의 구형상을 보다 용이하게 유지할 수 있고, 형상이 확실하게 손상되지 않는 것이 판명되었다.

관골구의 중심으로부터 외주까지의 방사부(radial)에 있어서, 섹터(sector)의 다른 부분은 다른 절삭 치부(16')에 의해 절삭된다. 요구되는 반경 R에 더욱 접근하는 그리고 원형상의 개구(18')를 따라 길이가 더 긴 절삭 치부(16')를 발명한 것은 전체 반경의 절삭에 필요한 절삭 치부의 수가 감소되는 것을 의미한다. 또, 절삭 쉘(12')에 일련의 절삭 치부(16')를 이용하면, 절삭시 발생하는 표준적인 파편의 크기가 감소되고, 각각의 절삭 치부에 걸리는 압력이 실질적으로 감소된다. 적은 절삭 치부(16')를 이용하면 절삭표면의 고품질을 유지하면서 (도 4에 도시된) 반구체의 영역(50)을 더 제거할 수 있다. 그 영역이 배제된 형태의 관골구용 리이머의 일례는 본 명세서에 참조로 도입된 2001년 12월 21일에 출원된 국제특허출원 PCT/IB01/02675(수술용 리이머의 홀더) 및 PCT/IB01/02676(수술용 리이머)에 개시되어 있다.

본 발명에서는 보다 광폭의 절삭날이 구비된 절삭 치부(16')가 형성되므로, 그 절삭부는 반구체 상의 다른 위도(latitudinal elevation)에 위치하는 인접된 절삭 치부에 의해 절삭되는 절삭부와 중첩되는 것이 용이해진다. 또 절삭 치부(16')는 요구되는 반경에 정확하게 일치하는 반구형상을 절삭한다. 개량된 절삭 치부는 보다 적은 절삭 치부를 이용하여 완벽한 반구형상을 절삭할 수 있다.

바람직하게는 리이머(10')는 절삭 쉘에 균일하게 간격을 두고 배치된 일련의 절삭 치부(16')를 포함한다. 이들 절삭 치부(16')는 절삭 쉘(12')에 나선상으로 배치될 수도 있다.

도 4에서 가장 잘 도시되는 다른 실시예에서, 절삭 쉘은 이 경우 (점선에 의해 표시된) 영역(50)이 제조과정에서 제거된 형태의 반구체의 일부로서 형성된다. 이 실시예에 있어서, 절삭 날부의 치수는 양호한 기계적 강도를 보증하면서, 요구되는 형상으로 완벽하게 절삭할 수 있는 길이로 선택된다. 절삭 날부의 길이가 더 길어지면 보다 완전한 반구체를 가지는 절삭쉘이 허용하는 것보다 양호한 반구형상을 절삭함과 동시에 절삭 치부를 수를 보다 적게 할 수 있다.

기구 연결부(52)는 두 개의 교차하는 바아(54, 56)를 포함하고, 하나의 바아(54)는 그 리이머의 절삭 쉘(12') 상의 연속부에 인접하는 외단부 상에 두 개의 평면부(60)(도면에는 하나만 도시됨)를 선택적으로 가진다.

본원에서 설명된 발명의 실시예에서 다양한 변형이나 개량이 가능하다. 본원에서는 본 발명의 특정의 도해적인 실시예가 개시되어 있으나, 상기 설명에 대해 개량, 변경 및 대체가 가능하다. 경우에 따라, 본 발명의 특징은 대응하는 기타 특징을 이용하지 않고 사용될 수 있다. 따라서, 상기 발명의 설명은 예시로서 든 일례이고, 광의의 의미로서 해석되고, 발명의 정신 및 범위는 첨부한 청구항에 의해서만 제한된다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (10)

1. 관골구 리이머로서,

   a) 적어도 반구체의 일부분을 포함하는 만곡부를 구비하는 절삭 쉘;

   b) 절삭 쉘 상의 복수의 절삭 치부로서, 각 절삭 치부는 절삭 쉘로부터 연장함과 동시에 반구형 만곡부를 구비하는 중간 절삭 날부와 만나는 2개의 지지벽을 포함하는 절삭 치부를 포함하고;

   c) 상기 리이머가 절삭을 위해 회전될 때, 개구가 각 절삭 날부의 전방에 위치되는 관골구 리이머.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 절삭 치부는 절삭 쉘 상에 균일하게 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 관골구 리이머.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 절삭 치부는 상기 절삭 쉘 상에 나선상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 관골구 리이머.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 절삭 쉘은 구의 일부분인 것을 특징으로 하는 관골구 리이머.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 절삭 쉘은 반구 또는 그 일부인 것을 특징으로 하는 관골구 리이머.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 리이머는 절삭 쉘 상에 균일하게 간격을 두고 배치되는 일련의 절삭 치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 관골구 리이머.
8. 제 2 항에 있어서, 상기 절삭 치부는 상기 절삭 쉘 상에 나선상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 관골구 리이머.
9. 관골구 리이머로서,

   a) 만곡부를 구비하는 절삭 쉘;

   b) 절삭 쉘로부터 상방으로 연장하는 복수의 절삭 치부로서, 각 절삭 치부는 절삭 쉘로부터 연장함과 동시에 절삭 쉘로부터 최대로 이격된 중간 절삭 날부와 만나는 2개의 지지벽을 포함하고, 상기 중간 절삭 날부는 그 길이의 적어도 일 부분에 대해 절삭 쉘의 만곡부와 일치하는 절삭 만곡부를 구비하는 절삭 치부를 포함하고;

   c) 상기 절삭 쉘로부터 상방으로 연장하는 복수의 절삭 치부의 절삭 날부는, 리이머의 뼈에 대한 회전이 뼈 내에 절삭 쉘의 만곡부에 일치하는 매끈한 외형을 가지는 성형된 공동부를 형성하도록, 중첩 배치되는 관골구 리이머.
10. 관골구 리이머로서,

    a) 절삭 쉘의 반경에 의해 형성되는 만곡부를 가지는 절삭 쉘; 및

    b) 절삭 쉘 상의 복수의 절삭 치부로서, 각 절삭 치부는 절삭 쉘로부터 연장함과 동시에 절삭 쉘로부터 최대로 이격된 중간 절삭 날부와 만나는 2개의 지지벽을 포함하고, 상기 중간 절삭 날부는 그 길이의 적어도 일 부분에 대해 반구형과 일치하는 절삭 날부 만곡부를 구비하는 절삭 치부를 포함하는, 관골구 리이머.

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