KR101133191B1 - 골 또는 척추 안정화 장치에 사용하는 가요성 부재 - Google Patents

골 또는 척추 안정화 장치에 사용하는 가요성 부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 뼈나 척추의 안정화 장치에 사용하기 위한 가요성 부재를 제공한다. 본 가요성 부재는 제1단부, 제2단부 및 이들 양단부 사이에서 연결축선을 따라 연장하는 루프형상의 로드 부분을 구비한다. 상기 루프는 상기 연결축선의 양측을 교대로 왕복하는 형태로 연장한다.
뼈, 척추, 안정화, 가요성, 루프형

Description

골 또는 척추 안정화 장치에 사용하는 가요성 부재{Flexible element for use in a stabilisation device for bones or vertebrae}
도 1은 제1실시예에 따른 가요성 부재의 사시도;
도 2는 제1실시예에 따른 가요성 부재의 측면도;
도 3은 제1실시예에 따른 가요성 부재의 부분 상세 사시도;
도 4는 제2실시예에 따른 가요성 부재의 사시도;
도 5는 제2실시예에 따른 가요성 부재의 측면도;
도 6은 제3실시예에 따른 가요성 부재의 사시도;
도 7은 제3실시예에 따른 가요성 부재의 측면도;
도 8은 제4실시예에 따른 가요성 부재의 사시도;
도 9는 가요성 부재를 포함한 안정화 장치의 사용상태를 도시한 도식적인 부분단면도이다.
본 발명은 척추 수술 또는 외상 수술용 가요성 부재, 상기 가요성 부재를 포함하는 골 고정부재, 상기 가요성 부재를 포함하는 로드 형상의 부재 및 상기 가요 성 부재를 포함하는 안정화 장치에 관한 것이다.
공지의 골절 고정장치 또는 척추 안정화 장치는 뼈 또는 척추에 고정됨과 동시에 플레이트 또는 로드에 의해 연결된 적어도 2개의 뼈 나사로 구성된다. 이러한 종류의 강성 부재는 상호에 대해 연결된 뼈 부분이나 척추의 운동을 허용하지 않는다.
그러나, 안정화될 뼈 부분 및 척추가 상호에 대해 제어된 제한적인 운동을 할 수 있도록 하는 어느 정도의 동적 안정화가 필요하다. 상기 동적 안정화를 실현하기 위한 하나의 방법은 뼈 고정부재를 연결하는 강성 로드 대신 가요성 부재를 사용하는 것이다.
미국특허출원 제2003/0 191 470 A1에는 정지 위치로부터 굴곡되었을 때 복귀력을 발생하는 뼈 나사를 고정하기 위한 가요성 부재가 공지되어 있다. 상기 로드 축선의 일측 상에 배치된 로드의 중간영역이 루프형상으로 형성되어 있으므로 상기 가요성 부재는 비대칭 형상을 포함하며 로드의 국부에 높은 하중을 가한다.
미국특허 제6,440,169B1에는 판스프링 형상의 2개의 부재가 척추의 연결축선 방향으로의 제한적인 압축운동을 가능케 하는 척추의 안정화를 위한 가요성 부재가 공지되어 있다.
미국특허출원 제2003/0 220 643 A1에는 헬리컬 스프링 형상의 가요성 부분을 가지는 2개의 뼈 나사를 연결하기 위한 로드가 공지되어 있다. 상기 가요성 부분의 굽힘 강도는 로드 축선에 수직한 모든 방향에서 동일하므로, 방향성 굽힘 강도는 주어지지 않는다.
본 발명의 목적은 로드의 축선에 수직방향으로의 방향 의존성(direction-dependent) 굽힘 강도 및 주기적인 부하상태 하에서 고강도를 가지는 가요성 부재로서, 척추나 뼈에 대한 동적 안정화 장치를 형성하기 위한 높은 가변성을 구비하는 다른 부재들과 조합하여 사용할 수 있는 개량된 가요성 부재를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 가요성 부재에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 개선사항은 각 종속항에 특정되어 있다.
본 발명은 콤팩트하게 형성됨과 동시에 방향 의존성 굽힘 강도를 가지는 가요성 부재의 이점을 포함한다. 이 관점은 특히 척추, 특히 요추부에 비해 적용할 수 있는 공간이 극히 협소한 경추부에 적용할 때 특별히 관련된다. 또, 그 형상은 광범위한 탄성 특성을 얻을 수 있으므로 다양한 요구에 적용할 수 있도록 용이한 구조변경이 가능하다.
또, 본 발명은 양단부의 연결축에 대해 거의 대칭형상을 이루고 있으므로 회복력은 정지 위치의 반대방향의 굴곡에 대해 대칭을 이루고, 재료에 가해지는 응력은 주기적인 부하상태 하에서 공지의 가요성 부재에 비해 더욱 균일한 분포를 이룸으로써 재료의 수명이 연장되고, 재료의 피로에 기인하는 크랙발생의 위험성이 감소한다.
또, 평균 길이에 대해 거의 정수 값을 가지는 굽힘 응력이 얻어진다. 상기 동적 축선방향의 굴곡에 의해 면관절(facet joints)의 수준에 작용하는 이로운 직진운동이 유지된다. 이에 의해 면관절에서의 관절증(arthrosis)이 방지된다.
또, 본 발명은 개개의 요구사항에 대해 적응능력이 높은 동적 안정을 형성하기 위해 본 발명의 가요성 부재와 다른 부재들을 선택적으로 조합할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 추가의 특징 및 이점은 첨부한 도면을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에서 드러날 것이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시예를 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 제1실시예에 있어서, 가요성 부재는 제1단부(10), 제2단부(20) 및 이들 사이에 배치된 가요성 부분(30)이 일체로 형성되어 있다. 상기 가요성 부재는 티타늄과 같은 생체 적합성 재료로 제조되며, 또 니티놀(Nitinol)과 같은 초탄성(superelasticity)을 가지는 생체 적합성 형상기억합금으로 제조된다.
상기 제1단부(10) 및 제2단부(20)는 제1단부(10), 가요성 부분(30) 및 제2단부(20)의 연결축선(Z)에 평행한 원통축을 구비하는 원통형 단면을 포함한다. 상기 제1단부(10)에 인접한 가요성 부분(30)에는 원추부(11)가 상기 제1단부(10)의 원통형 단면으로부터 상기 가요성 부분(30)의 단면을 향해 원추형상으로 확대되어 있다. 또, 제2단부에는 원추부(21)가 인접되어 있다.
상기 가요성 부분(30)은 원추부(11)에 인접되어 있고, 기본적으로 장방향 단면의 루프형상의 플랫 로드(flat rod; 32)의 형태로 형성되어 있다. 측면도인 도 2에 도시된 바와 같이, 가요성 부분(30)의 루프형상은 원추부(11)로부터 원추부(12) 까지 연장하고, 루프 팽출부(bulges; 31)는 연결축선(Z)에 수직한 방향(X)에서 상기 연결축의 일측(X+) 및 타측(X-)을 교대로 왕복하는 싸인 곡선 형태로 형성되어 있다. 도 1 및 도 2에 있어서, 상기 X- 측에는 2개의 루프 팽출부(31a, 31c)가 도시되어 있고, X+ 측에는 하나의 루프 팽출부(31b)가 도시되어 있다. 그러나, 루프 팽출부의 갯수는 얻고자 하는 가요성 부재의 특성에 따라 선택할 수 있다. 또, 뼈 또는 척추용 안정화 장치에의 사용시, 상기 원통형 단부(10, 20)의 길이 및 가요성 부분(30)의 길이는 고정 부재의 길이 및 얻고자 하는 가요성 부재의 굴곡 특성에 따라 선택할 수 있다.
상기 연결 축선(Z) 및 방향(X)에 수직을 이루는 방향(Y)에 있어서, 상기 가요성 부분(30)은 그 전장에 걸쳐서 일정한 폭(ds)을 가진다. 도시된 실시예에 있어서, 상기 루프형 플랫 로드(32)는 그 연장부를 따라 전장에 걸쳐 방향(Y)에 수직을 이루는 일정한 직경을 가진다. 그러나, 상기 확대단부(11, 12)에 접하는 부분(33, 34)는 대직경을 가진다.
이하에서는 도 3을 참조하여 상기 가요성 부분(30)에 대해 더욱 상세히 설명한다. 도 3에는 굴곡 특성에 중요한 영향을 미치는 가요성 부분의 치수가 상세히 도시되어 있다. ds(가요성 부분의 방향(Y)의 폭), b(파형의 진폭의 2배), h(파장의 1/2), da(후프 팽출부의 방향(X)의 재료의 두께) 및 di(0점교차부위(연결축선(Z)의 교차부위)의 연결축선의 방향(Z)에서의 재료의 두께)와 같은 파라메타를 변화시킴으로써 가요성 부분의 굴곡 특성을 얻고자 하는 조건에 적합시킬 수 있다. 이하, 도 3을 참조하여 이들 파라메타의 영향에 대해 검토한다.
루프 형상의 플랫 로드(32)에 가요성 부분을 형성함으로써, 상기 가요성 부재는 연결축선(Z)을 중심으로 하는 비틀림에 대해 높은 비틀림 강도를 가지고, 동시에 방향(Y)에 대한 굴곡 부하, 즉 방향(X)를 따라 연장하는 축선을 중심으로 하는 굴곡 부하에 대해 높은 굴곡 강도를 가진다. 반면에, 방향(X)의 굴곡 부하, 즉 방향(Y)를 따라 연장하는 축선을 중심으로 하는 굴곡 부하에 대한 높은 탄성, 및 필요한 경우 연결축선(Z) 방향의 압축력 및 인장력에 대한 높은 탄성을 제공된다.
예를 들면, 방향(Y)에서의 가요성 부분의 폭(ds)을 확대하면, 방향(Y)의 비틀림 강도 및 굴곡 강도를 동시에 증대시킬 수 있다. 다른 파라메타(h, da, di 및 b)를 적절히 선택하면, 연결축선(Z) 방향의 굴곡 강도 및 탄성 스프링 굽힘강도를 체계적으로 조절할 수 있다.
도 9는 가요성 부재의 사용례를 도식적으로 도시한 것으로서, 제1 및 제2단부(10, 20)는 각각 다축형 뼈 나사의 수용부(40) 내에 수용되어 있다. 이와 같은 방식으로 상기 다축형 뼈 나사는 척주(spinal column)의 인접하는 척추(vertebrae)에 고정된다. 여기서, 상기 뼈 나사의 섕크(1) 및 헤드(2)는 수용부(40) 내에 피봇이 가능함과 동시에 각도 고정부재에 의해 각위치(angular position)를 고정할 수 있도록 지지된다.
이와 같은 장치에 있어서, 상기 가요성 부재를 이용함으로써 가요성 부재의 연결축선(Z) 방향의 탄성적인 직진운동 및 방향(X)의 굴곡운동이 가능해지고, 반면에 방향(Y)의 비틀림 운동 및 굴곡 운동이 예방되므로 각 척추들은 상호 제어된 운동이 가능해진다.
도 3을 참조하여 설명한 복수의 파라메타를 적절히 선택함으로써, 얻고자 하는 상기 가요성 부재의 제어된 운동을 용이하게 조절할 수 있고, 또 상이한 특성의 가요성 부재, 일축 또는 다축 뼈나사, 로드 또는 플레이트와의 조합에 의해 높은 다양성을 얻을 수 있다.
[제2실시예]
도 4 및 5에 도시된 제2실시예는 제1실시예에 비해 가요성 부재의 형상만 상이하다. 본 제2실시예에 있어서, 가요성 부분(30')은 제1실시예와 마찬가지로 루프 형상의 플랫 로드(32')의 형상으로 형성된다. 루프의 형상은 제1실시예의 사인곡선형이 아니고 사행곡선형(meander-like)이며, 루프 팽출부(31')는 측면도에서 보았을 때 물방울 형태의 공간부(35')를 둘러싸는 더욱 볼록한 형상을 가진다. 본 실시예에 있어서, 인접하는 루프 팽출부(31'a 및 31'b)의 각 측면(36')은 제1실시예에 비해 매우 좁은 간격을 가진다.
이와 같은 형상에 의해, 연결축선(Z) 방향의 탄성 스프링 굴곡부하를 제한시킬 수 있고, 동시에 제1실시예와 마찬가지로 다른 파라메타들을 적절히 선택함으로써 굴곡강도를 각 요구조건에 따라 조절할 수 있다.
[제3실시예]
도 6 및 7에 도시된 제3실시예에 있어서, 가요성 부분(30")은 인접하는 루프 팽출부(31"a 및 31"b) 사이에 루프 팽출부(31"b)와 일체로 형성된 부가물(37"b), 및 연결축선(Z)의 반대측 상의 인접하는 루프 팽출부(31"c 및 31"d) 사이에 루프 팽출부(31"d)와 일체로 형성된 부가물(37"d)을 구비한다.
이와 같은 구조에 있어서, 각각의 인접하는 루프 팽출부(31"a 및 31"c)에 대면하는 상기 부가물(37"b 및 37"d)의 측면은 기본적으로 각각의 인접하는 루프 팽출부의 형상에 부합하는 형상이며, 인접하는 양자는 작은 간격을 가진다. 다른 측면은 상기 연결선을 따라 루프 팽출부(31"b 및 31"d)로부터 각각 인접하는 루프 팽출부(31"a 및 31"c)로 연결되지 않은 상태로 연장한다.
이와 같은 형상에 의해, 연결축선(Z) 방향의 가요성 부재의 탄성굴곡을 제한시킬 수 있고, 이와 동시에 방향(X)의 굴곡운동 또는 직진운동을 제한시킬 수 있다.
[제4실시예]
도 8에 도시된 제4실시예에 있어서, 상기 가요성 부분(130)의 루프형 플랫 로드(132)의 루프 팽출부(131)의 사행형상은 도 4 및 5에 도시된 제2실시예에 비해 더욱 두드러져 있다. 이와 같은 강화된 사행형상에 의해 상기 플랫 로드(132)의 가요성 부분(130)의 중간부분은 상기 연결축선(Z)방향에서 보았을 때 S자형을 이룸으로써 2개의 루프 팽출부(131)는 상호 나란한 배열을 이룬다.
본 실시예에 있어서, 가요성 부분(130)의 길이가 제1 내지 제3실시예의 가요성 부분의 길이에 비해 짧아서 컴팩트한 구조를 얻을 수 있다는 이점이 있다.
[추가 실시예 및 개조]
예를 들면, 가요성 부분의 단면형상을 변경하거나 로드의 연장 방향의 단면형상을 변경할 수 있다. 또, 제1단부 및 제2단부의 형상을 변경하거나 상기 가요성 부분과 일체로 구성하지 않을 수도 있다.
물론, 상기 가요성 부재를 도 9에 도시된 것과 다른 뼈 또는 척추 안정화 장치에 사용하는 것도 가능하다.
또, 플랫 로드의 단면을 장방형으로 형성하고, 모서리를 라운딩한 형상도 가능하다.
본 발명에 따르면, 로드의 축선에 수직방향으로의 방향 의존성 굽힘 강도 및 주기적인 부하상태 하에서 고강도를 가지는 가요성 부재로서, 척추나 뼈에 대한 동적 안정화 장치를 형성하기 위한 높은 가변성을 구비하는 다른 부재들과 조합하여 사용할 수 있는 개량된 가요성 부재를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 제1단부, 제2단부 및 이들 양단부 사이에서 연결축선을 따라 연장하는 루프형상의 로드 형상의 부분을 구비하고, 상기 루프는 상기 연결축선의 양측을 교대로 왕복하는 형태로 연장하는, 뼈나 척추의 안정화 장치에 사용하기 위한 가요성 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 루프형상의 로드는 프랫 로드의 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 안정화 장치에 사용하기 위한 가요성 부재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 루프형상의 로드는 연장 방향에 수직한 기본적으로 장방형 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 안정화 장치에 사용하기 위한 가요성 부재.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연결축선의 양측 상에 위치하는 적어도 2개의 루프 팽출부가 제공되는 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 안정화 장치에 사용하기 위한 가요성 부재.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 루프형상의 로드는 상기 루프 팽출부의 방향에 수직함과 동시에 상기 연결축선에 수직한 일정한 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 안정화 장치에 사용하기 위한 가요성 부재.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1단부 또는 제단부의 영역에서 로드 축선에 수직한 부분은 상기 루프형상의 로드의 단면에 비해 면적이 좁은 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 안정화 장치에 사용하기 위한 가요성 부재.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 루프형상의 로드의 단면은 전장에 걸쳐 일정한 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 안정화 장치에 사용하기 위한 가요성 부재.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가요성 부재의 일단부는 원형단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 안정화 장치에 사용하기 위한 가요성 부재.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가요성 부재는 2개의 뼈 고정장치를 연결하는 로드의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 뼈나 척추의 안정화 장치에 사용하기 위한 가요성 부재.
  10. 로드형상의 부재나 플레이트에 의해 상호 연결된 적어도 2개의 뼈 고정부재를 구비하는 뼈, 뼈의 일부 또는 척주의 동적 안정화 장치로서, 상기 안정화 장치의 일부 또는 부재는 제1항 또는 제2항에 따른 가요성 부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 뼈, 뼈의 일부 또는 척주의 동적 안정화 장치.
KR1020050106342A 2004-11-17 2005-11-08 골 또는 척추 안정화 장치에 사용하는 가요성 부재 KR101133191B1 (ko)

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