KR101178489B1 - 페디클 스크류의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 추골에 삽입되며 척추로드와 연결되는 페디클 스크류의 구조에 있어서, 내측에 일정한 크기로 캐비티가 형성되며 상기 캐비티의 하부로 패스홀이 개통된 헤드부; 및 외주면에 나사산이 형성된 나사부와 상기 나사부의 상단에 조인트부가 형성되며 상기 조인트부는 캐비티에 삽입되는 스크류;를 포함하되, 상기 패스홀의 내경은 조인트부의 최대 외경보다 더 작게 형성되고, 상기 조인트부는 외측에서 가해지는 압력에 따라 탄성적으로 외경이 축소되도록 분할간극이 형성되며 억지끼움에 의해 외경이 축소된 조인트부가 패스홀을 통해 캐비티에 삽입되면 탄성복원하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은, 종래의 구조와는 달리 스크류의 조인트부가 헤드부의 하측에서 패스홀에 삽입되므로 나사부의 직경 크기에 제한받지 않고 결합 가능한 효과가 있다. 그리고, 탄성수축을 유도하도록 분할간극의 교차지점에는 중앙홀이 형성되며, 조인트부의 안착 후 중앙홀에는 지지핀이 삽입되어 조인트부의 이탈을 방지할 수 있는 효과가 있다. 상기 조인트부는 조인트부의 회동을 허용하도록 라운딩된 형상이되, 캐비티가 맞닿는 면과 척추로드가 맞닿는 면의 곡률은 상이하게 형성되어 척추로드에서 가해지는 하중을 더 안정적으로 지지하여 헤드부와 스크류 사이의 불필요한 흔들림이나 비틀림을 억제할 수 있는 효과가 있다.

Description

페디클 스크류의 구조{Structure of pedicle screw}

본 발명은 페디클 스크류의 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (요추골, 흉추골, 경추골을 포함하는) 이웃하는 추골들 사이를 일정 거리만큼 이격시켜 고정하는 골 고정용 장치로서 사용되고 헤드부와 스크류로 구성된 페디클 스크류의 구조에 관한 것이다.

척추는 섬세한 척수(spinal cord)와 신경근(nerve root)을 보호하며 신체를 지탱하고 외부의 충격을 완충하는 기능을 한다. 척추는 다수 개의 추골들이 적층되는 구조로서, 상기 추골들 사이에는 추간원판(디스크)이 있어 하중과 충격을 척추 전반에 골고루 분산한다.

하지만, 최근 운동부족 및 잘못된 자세로 인한 척추질환이 계속적으로 증가하는 추세이다. 척추와 관련된 질환의 치료에 있어서 통상적으로 물리치료를 통한간접적인 치료방법과 손상된 추골들에 별도의 고정장치를 장착하여 척추를 교정 및 고정하는 직접적인 치료방식이 시행된다.

척추가 손상되는 요인으로는 여러 가지가 있으나, 그 중 주요원인으로서 생체역학적인 요인이 가장 큰 것으로 알려지고 있다. 따라서, 손상된 척추의 물리적인 교정을 위하여 페디클 스크류와 같은 척추 고정 장치가 일반적으로 시술되고 있다.

상기와 같은 직접적 치료방식으로서 페디클 스크류를 이용한 일반적인 척추고정 시술은, (스크류를 헤드부와 결합시킨 적어도 두 개 이상의) 페디클 스크류들의 스크류를 각각의 추골에 삽입하고 척추의 길이 방향과 대략적으로 평행하게 배치되는 척추로드(spine rod)에 각각의 페디클 스크류들의 헤드부를 고정결합시켜 연결하는 방식이다.

한편, 페디클 스크류는 스크류와 헤드부가 일체로 형성된 모노타입(mono type)과 스크류와 헤드부 사이에서 소정의 회전을 허용하도록 개별적으로 제작된 후 결합되는 폴리엑시얼타입(polyaxial type)으로 구분된다. 환자별로, 그리고 시술 위치에 따라 (페디클 스크류가 삽입되어야 할) 추골의 모양은 일정하지 않기 때문에, 시술 시 의사가 페디클 스크류를 더 용이하게 삽입할 수 있도록 그리고 모노타입의 페디클 스크류가 삽입될 수 없는 부위까지 삽입가능하도록 폴리엑시얼타입의 페디클 스크류가 널리 사용되고 있다.

하지만, 상기 모노타입 페디클스크류는 헤드부와 스크류가 일체로 성형되어 추골에 삽입 후 헤드부와 스크류 사이에 불필요한 흔들림(또는 비틀림)이 발생할 우려가 없으나, 폴리엑시얼타입 페디클스크류의 경우 (환자의 활동에 따른) 추골에 작용하는 하중 및 충격에 따라 헤드부와 스크류 사이에 흔들림이 발생할 가능성이 존재하였다. 즉, 상기 조인트부는 (표면 거의 전체가 매끄러운) 볼(ball) 형상이므로, 환자의 갑작스러운 움직임이나 외부 충격 및 하중에 따라, 헤드부와 스크류 사이에 의도하지 않은 갑작스러운 비틀림 또는 꺽임이 발생될 우려가 있었다.

또한, 도 1a 에 도시된 종래의 폴리엑시얼타입 페디클스크류는 헤드부의 상측(척추로드가 거치되는 거치홈이 형성된 측)에서 스크류 하단측의 나사부가 삽입되면, 헤드부의 하단에 형성된 패스홀의 테두리 부분에 스크류 상단측의 조인트부가 거치되고, 고정부재에 의하여 헤드부에 결합되는 척추로드가 상기 조인트부를 가압할 수 있도록 조인트부가 안착된 헤드부의 캐비티(내부장착 공간)에는 와셔가 추가적으로 장착된다(참고로, 스크류의 회동을 허용하도록 제품에 따라서 상기 척추로드가 와셔를 가압하지 않고 이격되는 경우도 있음). 그리고, 상기 조인트부는 렌치 또는 드라이버로 고정되도록 나사홈(또는 렌치홈)이 형성되되 헤드부 내에서 움직임이 가능하도록 라운딩된 형상이고, 상기 와셔는 조인트부와 접촉하는 면이 조인트부의 곡률을 따라 (밀착될 수 있도록) 라운딩된 형상이다. 한편, 고정부재 내에서 조인트부가 삽입되는 캐비티 내에는 간극 발생을 제거하며 마모를 방지하도록 탄성부재가 선택적으로 삽입될 수 있다.

하지만, 종래와 같은 구성의 페디클 스크류는 스크류가 헤드부의 상측에서 삽입되므로, 도 1b 에 도시된 바와 같이 나사부의 직경이 (패스홀을 통과 가능한) D1 에서 (패스홀의 통과가 불가능한) D2 로 증가된 경우에는 동일한 크기의 헤드부를 사용할 수가 없었다. 즉, 스크류의 나사부 직경에 따라 헤드부의 크기가 증가해야 되는 문제점이 있었으며. 이는 불필요한 중량 및 크기의 증가를 가져와 환부에 좋지 않은 영향을 미칠 개연성이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 뿐만 아니라 다양한 직경의 나사부를 갖는 여러 규격의 스크류들과 호환될 수 있는 페디클 스크류의 구조를 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스크류는 추골에 삽입되며 헤드부에서 척추로드와 연결되어 지지되는 페디클 스크류의 구조에 있어서, 내측에 일정한 크기로 캐비티가 형성되며 상기 캐비티의 하부로 패스홀이 개통된 헤드부; 및 외주면에 나사산이 형성된 나사부와 상기 나사부의 상단에 조인트부가 형성되며 상기 조인트부는 캐비티에 삽입되는 스크류;를 포함하되, 상기 패스홀의 내경은 조인트부의 최대 외경보다 더 작게 형성되고, 상기 조인트부는 외측에서 가해지는 압력에 따라 탄성적으로 외경이 축소되도록 분할간극이 형성되며 억지끼움에 의해 (분할간극이 수축함에 따라) 외경이 축소된 조인트부가 패스홀을 통해 캐비티에 삽입되면 탄성복원하는 것을 특징한다.

그리고, 상기 분할간극은 적어도 두 개 이상의 직선들이 교차하며 조인트부를 네 개 이상으로 분할하는 형태로 형성되며, 상기 직선들이 교차하는 조인트부의 중앙에는 센터홀이 형성된다.

상기 조인트부가 캐비티 내에 안착된 후에는 탄성 압축을 방지하도록 센터홀에는 지지핀이 삽입된다.

아울러, 분할간극에 의해 구획된 상기 조인트부의 각각의 (또는 두 개 이상의) 단편부들에는 렌치홀이 형성된다. 상기 렌치홀에 삽입되는 전용 렌치는 적어도 두 개 이상의 렌치홀에 삽입되어 스크류를 회전시키도록 구성된다.

그리고, 상기 조인트부의 표면과 캐비티의 내주면은 라운딩된 형상이고 척추로드는 원형의 봉 형상이되, 상기 척추로드에 맞닿게 되는 상면의 곡률반경(曲律半徑)은 캐비티와 맞닿게 되는 측면의 곡률반경 보다 더 크게 형성되도록 곡률이 다르게 형성된다.

한편, 선택적 실시예로서, 스크류와 척추로드의 결합시 고정부재의 결합에 따라 조인트부의 직경이 확장될 수 있도록 (센터홀에 삽입되는) 하단에서 (척추로드에 밀착되는) 상단으로 직경이 점차적으로 증가되는 형상으로 구성될 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명은, 종래의 구조와는 달리 스크류의 조인트부가 헤드부의 하측에서 패스홀에 삽입되므로 나사부의 직경 크기에 제한받지 않고 결합 가능한 효과가 있다.

그리고, 탄성수축을 유도하도록 분할간극의 교차지점에는 중앙홀이 형성되며, 조인트부의 안착 후 중앙홀에는 지지핀이 삽입되어 조인트부의 이탈을 방지할 수 있는 효과가 있다.

상기 조인트부는 조인트부의 회동을 허용하도록 라운딩된 형상이되, 캐비티가 맞닿는 면과 척추로드가 맞닿는 면의 곡률은 상이하게 형성되어 척추로드에서 가해지는 하중을 더 안정적으로 지지하여 (척추로드에 결합된 후) 헤드부와 스크류 사이의 불필요한 흔들림이나 비틀림을 억제할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 상기 지지핀은 테이퍼진(tapered) 형상으로 제조되어 조인부의 직경을 더욱 효율적으로 확장시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1a 는 종래의 페디클 스크류의 분해사시도 및 상기 페디클 스크류가 척추로드에 결합된 모습을 도시한 사시도 및 단면도,
도 1b 는 각각 나사부 직경이 D1 과 D2 인 스크류들과 동일한 크기의 헤드부들을 비교도시한 도면,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페디클 스크류의 분해사시도 및 부분확대도,
도 3 은 도 2 의 페디클 스크류를 A-A 단면으로 절개한 단면도 및 결합된 모습을 도시한 단면도,
도 4 는 나사부의 직경이 D2 로 확장된 스크류가 결합된 모습을 도시한 단면도.
도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 페디클 스크류의 분해사시도 및 결합되는 동안의 모습을 도시한 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페디클 스크류를 더욱 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3 을 참조하면, 본 발명은 추골에 삽입되는 스크류(100)와 상기 스크류(100)를 고정부재(400)를 통하여 척추로드(300)에 고정시키는 헤드부(200)로 구성된 페디클 스크류에 관한 것이다.

상기 헤드부(200)는 상하로 개통된 관(管) 형상이되, 원형의 봉(棒) 형상인 척추로드(300)가 거치되도록 거치홈(도 1a 의 표기명칭 참조)이 형성되고 내주면 안쪽 상측으로는 고정부재(400)가 나사결합될 수 있도록 암나사산이 형성된다. 그리고, 내측 하단에는 소정의 크기로서 조인트부(10)가 삽입되어 구속될 수 있도록 소정의 크기로 캐비티(210)가 형성된다. 상기 캐비티(210)의 내주면은 라운드된 형상이며, 캐비티(210)의 아래로는 조인트부(10)가 삽입될 수 있도록 패스홀(211)이 개통된다.

상기 스크류(100)는 추골에 삽입될 수 있도록 끝단은 뾰족하게 형성되고 외주면에 나사산이 형성된 나사부(20)와 상기 나사부(20)의 상측 끝단에서 돌출된 조인트부(10)로 구성된다.

상기 조인트부(10)는 전체적으로 구(球)에 가까운 라운딩된 형상으로서 외부 압력에 따라 탄성적으로 직경이 줄어들어 캐비티(210) 내에 삽입될 수 있도록 분할간극(12)이 형성된다. 상기 분할간극(12)은 조인트부(10)를 각 개의 단편부들(11)로 분할시키며, 각 단편부들(11)은 (분할간극의 폭만큼) 서로 이격된다. 도 2 에 도시된 바와 같이, "+" 자 형상을 이루도록 형성된 분할간극(12)에 의해 조인트부(10)는 네 개의 단편부들(11)로 나눠지며, 상기 분할간극(11)의 중심에는 센터홀(13)이 형성된다. 상기 센터홀(13)은 조인트부(10)로 압력이 발생하여 탄성압축하면 내경이 축소되고 탄성복원되면 내경이 복원하도록 분할간극(12)이 교차하는 지점에 형성된다.

그리고, 상기 조인트부(10)가 캐비티(210)에 삽입된 후에는 탄성압축으로 인한 조인트부(10)의 이탈을 방지하도록 지지핀(30)이 상기 센터홀(13)에 삽입된다.

한편, 상기 헤드부(200) 하단의 패스홀(211)의 내경은 조인트부(10)의 최대 외경보다 더 작게 형성된다(이때, 조인트가 용이하게 가압되어 캐비티로 진입될 수 있도록 조인트부 최상단의 외경은 패스홀의 내경보다 더 작게 형성되는 것이 바람직하다).

따라서, 조인트부(10)가 패스홀(211)로 일부가 삽입된 상태에서 외부에서 압력을 가하여 강제로 압입시키면 조인트부(10)로 압력이 발생하여 (도 3 의 좌측에 도시된) 화살표 방향으로 조인트부(10)는 탄성적으로 직경이 수축되고, (도 3 의 우측에 도시된 바와 같이) 조인트부(10)는 캐비티(210) 내에 안착된다.

그리고, 캐비티(210) 내에서 탄성 복원된 조인트부(10)의 이탈을 방지하도록 센터홀(13)에는 지지핀(30)이 강제압입 방식 또는 접착제 등을 이용하여 영구 삽입된다.

참고적으로, 본 발명의 조인트부(10)는 센터홀(13)을 종래의 육각 렌치(HEXAGONAL WRENCH) 또는 십자 드라이버를 사용할 수 있도록 센터홀(13) 및 분할간극(12)을 육각형 홀(또는 드라이버홈) 형태로 가공할 수도 있으나, 각각의 단편부(11)에는 렌치홀(14)이 추가적으로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 페디클 스크류는 각각의 렌치홀(14)에 끼워져 스크류(100)를 회전시킬 수 있는 별도의 전용 렌치가 요구된다.

아울러, 척추로드(300)는 원형의 봉 형상이며 캐비티(210)의 내주면은 (조인트부의 회동을 위해) 라운딩된 형상이므로, 상기 조인트부(10)는 척추로드(300)에 맞닿게 되는 상면의 곡률반경(曲律半徑)이 캐비티(210)와 맞닿게 되는 측면의 곡률반경 보다 더 크게 형성되어, 과도한 회전을 억제함과 동시에 헤드부의 높이를 종래보다 낮출 수 있으며 또한, 보다 넓은 면적에서 효율적으로 척추로드에서 가압되어 (회동 범위에 있는) 어떠한 자세에서도 항상성(恒常性)을 유지할 수 있도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기와 같은 본 발명의 페디클 스크류는 도 4 에 도시된 바와 같이, 스크류(100)의 나사부(20) 직경이 D1 에서 D2 로 확장되어도, 헤드부(200)의 교체 없이도 스크류(100)를 보다 용이하게 교환할 수 있다.

한편, 선택적 실시예로서, 헤드부(200)에 고정부재(400)가 결합됨에 따라 조인트부(10)를 캐비티(200) 내에서 더욱 밀착시킬 수 있도록 도 5 에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 형상의 지지핀(30`)을 사용할 수 있다.

즉, 상기 지지핀(30`)은 일단에서 다단으로 직경이 점차적으로 증가되는 테이퍼진 형상으로서, 직경이 작은 쪽인 하단이 센터홀(13)에 부분삽입된 상태에서 상단이 척추로드(300)에 의해 가압되며 삽입된다.

따라서, 지지핀(30`)의 삽입에 따라 센터홀(13)의 직경 또한 확장되며 조인트부(10)는 캐비티(200)의 내주면에 더욱 타이트하게 밀착될 수 있다. 이 실시예의 경우, 고정부재(400)의 나사결합 정도에 따라 조인트부(10)의 직경 확장 정도를 조절할 수 있는 또 다른 잇점이 있다.

그러므로, 본 발명의 조인트부(10) 상측에서 발생하는 척추로드가 가압하는 힘에 의해 회동 범위에 있는 어떠한 자세에서도 초기 자세를 유지하도록 고정력이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 지지핀의 형태에 따라 이러한 고정력은 추가적으로 더욱 향상될 수 있다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 자명한 것이다.

10 : 조인트부
11 : 단편부
12 : 분할간극
13 : 센터홀
14 : 렌치홀
20 : 나사부
30 : 지지핀
100 : 스크류
200 : 헤드부
300 : 척추로드
400 : 고정부재

Claims (6)

1. 추골에 삽입되며 척추로드와 연결되는 페디클 스크류의 구조에 있어서,
   내측에 일정한 크기로 캐비티가 형성되며 상기 캐비티의 하부로 패스홀이 개통된 헤드부; 및 외주면에 나사산이 형성된 나사부와 상기 나사부의 상단에 조인트부가 형성되며 상기 조인트부는 캐비티에 삽입되는 스크류;를 포함하되,
   상기 패스홀의 내경은 조인트부의 최대 외경보다 더 작게 형성되고,
   상기 조인트부는 외측에서 가해지는 압력에 따라 탄성적으로 외경이 축소되도록 분할간극이 형성되며 억지끼움에 의해 외경이 축소된 조인트부가 패스홀을 통해 캐비티에 삽입되면 탄성복원하는 것을 특징으로 하는 페디클 스크류의 구조.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 분할간극은 다수 개가 직선들이 교차하며 조인트부를 분할하는 형태로 형성되며, 교차지점에는 센터홀이 형성된 것을 특징으로 하는 페디클 스크류의 구조.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 조인트부가 캐비티 내에 안착된 후에, 센터홀에는 지지핀이 삽입되는 것을 특징으로 하는 페디클 스크류의 구조.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 지지핀은 일단에서 타단으로 직경이 점차적으로 증가되는 형상인 것을 특징으로 하는 페디클 스크류의 구조.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 분할간극에 의해 구획된 상기 조인트부의 단편부에는 렌치홀이 형성된 것을 특징으로 하는 페디클 스크류의 구조.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 조인트부의 표면과 캐비티의 내주면은 라운딩된 형상이고 척추로드는 원형의 봉 형상이되, 상기 척추로드에 맞닿게 되는 상면의 곡률반경(曲律半徑)은 캐비티와 맞닿게 되는 측면의 곡률반경 보다 더 크게 형성되도록 곡률이 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 페디클 스크류의 구조.
   
   

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