KR101287837B1 - 뼈 고정 플레이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 뼈 고정 플레이트에 관한 것으로서, 보통 골절된 뼈를 고정시키기 위하여 인공적으로 삽입하여 이어주는 플레이트가 지나친 강성을 가지게 되어 뼈에 응력 차폐 현상이 발생하여 치료 후 골밀도 수치가 낮아지는 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로;
금속으로 이루어져 전후 방향으로 길게 연장된 판 형상을 이루며 양측에는 적어도 하나 이상의 나사홀이 형성되어, 중앙 부분을 뼈의 골절부에 밀착한 후 고정나사에 의하여 뼈와 결합되어 뼈를 지지하도록 하는 뼈 고정 플레이트에 있어서;
상기 플레이트에는 양측 나사홀 사이에 골절부에 밀착되는 중앙부위에는 상기 플레이트의 정 중앙 좌우 측면 끝단에서 상호 마주보는 방향으로 절개되는 제1 수평홀과, 상기 제1 수평홀의 상호 마주보는 끝단에서 전후 방향으로 연장되는 제1 확장홀로 구성되는 한 쌍의 제1 탄성홀과;
상기 제1 탄성홀의 전후 방향에 인접하여 좌우 방향으로 절개되며 그 끝단은 좌우 측 끝단과 소폭 이격되는 제2 수평홀과, 상기 제2 수평홀의 끝단에서 전후 방향으로 연장되는 제2 확장홀로 구성되는 두 개의 제2 탄성홀과;
상기 탄성변형부의 전후방향 끝단에 형성되어 좌우 측면 끝단에서 상호 마주보는 방향으로 절개되는 제3 수평홀과, 상기 제3 수평홀의 상호 마주보는 끝단에서 플레이트의 중앙 방향으로 연장되는 제3 확장홀로 구성되는 두 쌍의 제3 탄성홀로 구성되는 다수의 탄성홀이 형성되어 전후 및 좌우 방향의 압축력과 인장력에 탄성 변형되도록 구성되는 탄성변형부가 형성됨을 특징으로 하는 뼈 고정 플레이트에 관한 것이다.

Description

뼈 고정 플레이트{The fixing plate for a bone}

본 발명은 뼈 고정 플레이트에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 보통 골절된 뼈를 고정시키기 위하여 인공적으로 삽입하여 이어주는 플레이트가 지나친 강성을 가지게 되어 뼈에 응력 차폐 현상이 발생하여 치료 후 골밀도 수치가 낮아지는 문제점을 해결하기 위하여 개발된 뼈 고정 플레이트에 관한 것이다.

골절(fracture)의 사전적인 의미는 외부의 힘에 의해 뼈의 연속성이 완전 혹은 불완전하게 소실된 상태를 말하는 것으로 다양한 치료법이 있으나 증세나 부위에 따라 심하게 골절되거나 신속한 치유가 필요할 경우에는 인공적인 금속으로 이루어진 긴 판 형상의 플레이트를 골절 부위에 밀착한 후 고정나사에 의하여 뼈에 강제적으로 부착하여 치료하는 내고정(internal fixation) 치료법이 사용되는 경우도 상당히 많다.

이러한 플레이트는 금속판, 인플란트 등 다양한 명칭으로 불리는데 보통 스테인레스 스틸이나 티타늄 합금과 같이 강성이 있으면서 인체에 무해한 재질의 금속을 주로 사용하고 있다.

도 1은 종래 골절 부위의 내고정 치료법을 내타낸 개념도이고, 도 2는 종래 뼈 고정 플레이트를 나타낸 사시도로서, 골절된 부위를 고정하기 위하여 플레이트(2)의 중간 부분이 골절부(1)에 밀착한 후 상기 플레이트(2)에 형성된 양측 각각 하나 이상의 나사홀(21)에 고정나사(3)를 널고 뼈(11)와 함께 고정하도록 하고 있다.

이러한 방법에서 플레이트(2)는 적어도 뼈(11) 보다 강한 재질로 이루어져 외부에서 발생하는 충격에 플레이트(2)가 부러지거나 휘어지지 않도록 하는 것이 바람직하나 뼈(11) 보다 상당히 높은 탄성률을 가지고 있기 때문에 응력차폐 현상이 발생하게 된다.

이러한 응력차폐 현상은 뼈(11)에 작용하는 응력에 의하여 골밀도가 치밀하지 못하고 약해질 우려가 생기는 것이며 이는 장기적으로는 골다공증을 유발시키는 원인이 되기도 한다.

한창 자라나는 어린이들은 상대적으로 뼈(11)가 약하면서도 성장이 이루어지지는데 성장과정에서 플레이트(2)는 성장을 방해하는 원인이 된다는 문제점도 있는 것이다.

(특허 문헌 1) 대한민국특허등록 제10-0278402-0000호 (2000년10월19일) (특허 문헌 2) 대한민국실용신안등록 제20-0037628-0000호 (1988년07월30일) (특허 문헌 3) 대한민국실용신안공개 제20-1999-0018342호 (1999년06월05일) (특허 문헌 4) 대한민국공개특허 제10-2003-0033118호 (2003년05월01일)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 그 목적은 뼈를 고정하기 위한 플레이트가 절단되지 않으면서 수직과 수평 방향의 압축력과 인장력에 탄성적으로 변하면서 복원될 수 있도록 하는 뼈 고정 플레이트를 개발하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 금속으로 이루어져 전후 방향으로 길게 연장된 판 형상을 이루며 양측에는 적어도 하나 이상의 나사홀이 형성되어, 중앙 부분을 뼈의 골절부에 밀착한 후 고정나사에 의하여 뼈와 결합되어 뼈를 지지하도록 하는 뼈 고정 플레이트에 있어서;

상기 플레이트에는 양측 나사홀 사이에 골절부에 밀착되는 중앙부위에는 상기 플레이트의 정 중앙 좌우 측면 끝단에서 상호 마주보는 방향으로 절개되는 제1 수평홀과, 상기 제1 수평홀의 상호 마주보는 끝단에서 전후 방향으로 연장되는 제1 확장홀로 구성되는 한 쌍의 제1 탄성홀과;
상기 제1 탄성홀의 전후 방향에 인접하여 좌우 방향으로 절개되며 그 끝단은 좌우 측 끝단과 소폭 이격되는 제2 수평홀과, 상기 제2 수평홀의 끝단에서 전후 방향으로 연장되는 제2 확장홀로 구성되는 두 개의 제2 탄성홀과;
상기 탄성변형부의 전후방향 끝단에 형성되어 좌우 측면 끝단에서 상호 마주보는 방향으로 절개되는 제3 수평홀과, 상기 제3 수평홀의 상호 마주보는 끝단에서 플레이트의 중앙 방향으로 연장되는 제3 확장홀로 구성되는 두 쌍의 제3 탄성홀로 구성되는 다수의 탄성홀이 형성되어 전후 및 좌우 방향의 압축력과 인장력에 탄성 변형되도록 구성되는 탄성변형부가 형성됨을 특징으로 한다.

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또한, 상기 제1 내지 제3 탄성홀은 수평방향으로 90도 회전한 형상으로 이루어지고;
중심에 제2 탄성홀이 형성되고, 양측으로 한 쌍의 대칭되는 제1 탄성홀, 제2 탄성홀, 한 쌍의 대칭되는 제1 탄성홀, 제2 탄성홀, 한 쌍의 대칭되는 제3 탄성홀이 순차적으로 형성되며;
상기 제1 탄성홀과 제3 탄성홀의 제1 또는 제3 수평홀은 인접한 상기 제2 확장홀의 끝단보다 제2 확장홀의 폭만큼 전후로 더욱 연장되도록 구성됨을 특징으로 한다.

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아울러, 상기 탄성변형부와 동일한 다수의 탄성홀이 배열된 구조이면서 인접한 나사홀 사이에 형성되도록 폭이 작은 두 개 이상의 보조 탄성변형부를 추가로 구비함을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 적어도 두 가지 이상의 탄성홈을 조합하여 수직과 수평방향의 압축력과 인장력 그리고 휨과 비틀림에 약간의 변화를 가져 올 수 있도록 하여 뼈에 최소한의 응력을 부여하여 치료 과정에서도 뼈의 골밀도가 양호하게 형성될 수 있도록 하여 보다 효과적인 치료 및 골다공증을 예방하는 효과가 있다.

도 1은 종래 골절 부위의 내고정 치료법을 나타낸 개념도
도 2는 종래 뼈 고정 플레이트를 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분 평면도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변형 개념도
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제2 확장홀과 제1 및 제3 확장홀의 거리 변화를 나타낸 개념도
도 9 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 확장홀과 제1 및 제3 확장홀의 거리 변화에 따른 응력 변형 선도
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 확장홀과 제1 및 제3 확장홀의 거리 변화에 따른 응력 수치를 나타낸 표
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 항복응력이 작용할 때까지 압축을 시행했을 때 상태를 나타낸 그림
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 뼈에 부착하여 응력 실험을 했을 때 상태를 나타낸 그림
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 뼈에 부착하여 응력 실험을 한 후 뼈의 상태를 나타낸 그림
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 뼈에 부착하여 응력 실험을 한 후 뼈의 단면 상태를 나타낸 그림
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 뼈를 포함한 플레이트의 강성을 비교한 그림
도 17은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사시도
도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부분 평면도
도 19는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 탄성 변형되는 형상을 나타낸 개념도
도 20은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 사시도

이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분 평면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변형 개념도로서, 금속으로 이루어져 전후 방향으로 길게 연장된 판 형상을 이루며 양측에는 적어도 하나 이상의 나사홀(21)이 형성되어, 중앙 부분을 뼈(11)의 골절부(1)에 밀착한 후 고정나사(3)에 의하여 뼈(11)와 결합되어 뼈(11)를 지지하도록 하는 뼈 고정 플레이트에 있어서;

상기 플레이트(2)에는 양측 나사홀(21) 사이에 골절부(1)에 밀착되는 중앙부위에는 전후 방향과 좌우 방향으로 형성되어 수직 관통되는 다수의 탄성홀이 전후 및 좌우로 상호 대칭되게 형성되어, 전후 및 좌우 방향의 압축력과 인장력에 탄성 변형되도록 구성되는 탄성변형부(4)가 형성됨을 특징으로 하는 뼈 고정 플레이트를 나타내었다.

본 발명의 주목적은 뼈 고정을 위한 기존의 플레이트(2)를 고정시킬 경우 보행중 또는 체중에 의하여 작용하는 수직 힘과, 보행 중에 주로 발생하는 측 방향의 힘에 의한 약간의 휨압력과, 성장기에 나타나는 뼈의 길이가 자람에 따른 수직 인장력 등이 강성이 강한 플레이트(2)에 의하여 전혀 전달되지 않아 치료되는 뼈의 골밀도가 낮아지는 원인이 되는 것을 방지하기 위한 것으로 중간에 수직과 수평 방향의 힘에 탄성 변형될 수 있도록 하는 탄성변형부(4)를 형성하는 것에 그 주요 목적이 있다.

이를 위하여 가장 가공이 용이한 방법이 홀을 형성하는 방법이라고 할 수 있으며, 이때 탄성변형률은 뼈(11)가 가지고 있는 것보다 많이 변하게 설정하면 골절 치료의 효과가 현저히 떨어지므로 적어도 뼈(11) 보다는 높게 형성함이 바람직하다.

본원은 구체적인 실시 예로 상기 탄성변형부(4)의 탄성홀은 상기 플레이트(2)의 정 중앙 좌우 측면 끝단에서 상호 마주보는 방향으로 절개되는 제1 수평홀(411)과, 상기 제1 수평홀(411)의 상호 마주보는 끝단에서 전후 방향으로 연장되는 제1 확장홀(412)로 구성되는 한 쌍의 제1 탄성홀(41)과;

상기 제1 탄성홀(41)의 전후 방향에 인접하여 좌우 방향으로 절개되며 그 끝단은 좌우 측 끝단과 소폭 이격되는 제2 수평홀(421)과, 상기 제2 수평홀(421)의 끝단에서 전후 방향으로 연장되는 제2 확장홀(422)로 구성되는 두 개의 제2 탄성홀(42)과;

상기 탄성변형부(4)의 전후방향 끝단에 형성되어 좌우 측면 끝단에서 상호 마주보는 방향으로 절개되는 제3 수평홀(431)과, 상기 제3 수평홀(431)의 상호 마주보는 끝단에서 플레이트(2)의 중앙 방향으로 연장되는 제3 확장홀(432)로 구성되는 두 쌍의 제3 탄성홀(43)로 구성되는 실시 예를 제시하였다.

상기 실시 예는 일반 허니컴 구조보다 유연한 것으로 알려진 Auxetic 허니컴 구조를 변형시켜 순응구조(Compliant structure)를 가져 음의 포아송비(폭이 인 막대기에 당김힘이 작용하면 길이는 만큼 늘어나는 대신 그 폭은 만큼 줄어들게 되는 신장률에 대한 수축률의 비)를 가지는 특성을 이용하도록 한 것이다.

이때 본원에서는 제3 수평홀(431)은 제1 및 제2 수평홀(411, 421)의 폭의 절반정도 되도록 하였으며, 상기 제1 및 제3 확장홀(412, 432)의 위치는 동일한 연장선상에 위치하도록 형성하였다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제2 확장홀과 제1 및 제3 확장홀의 거리 변화를 나타낸 개념도이고, 도 9 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 확장홀과 제1 및 제3 확장홀의 거리 변화에 따른 응력 변형 선도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 확장홀과 제1 및 제3 확장홀의 거리 변화에 따른 응력 수치를 나타낸 표로서, 본원에서는 길이 103mm, 폭은 15mm, 두께는 3.8mm 플레이트(2)에서 탄성 변형부의 폭을 12mm로 하였으며, 제1 내지 제2 수평홀(411, 421)의 폭은 0.5mm, 제3 수평홀(431)의 폭은 0.25mm로 형성하였을 때 제2 확장홀(421)과 제1 및 제3 확장홀(411, 431)의 거리를 A1=4mm, A2=3.5mm, A3=3mm로 설정하여 실험하였다.

이러한 실험 결과에 의하면 기존의 플레이트 즉 도 9에서 종래기술의 변형률과 뼈는 약 8.5 배의 차이가 나지만 본원은 거의 근사치에 해당한다고 할 수 있다.

또 상기 제2 확장홀(421)과 제1 및 제3 확장홀(411, 431)의 거리가 적을수록 변형률이 높다는 것을 알 수 있다.

이때 도면부호 5는 전술한 Auxetic 허니컴 구조를 변형시켜 형성한 순응구조(Compliant structure)를 선으로 나타낸 것이며, 그 형상은 다르지만 본원의 제1 내지 제3 탄성홀(41, 42, 43)의 조합으로 인하여 힘에 변형은 거의 근접치 까지 유사하다.

도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 항복응력이 작용할 때까지 압축을 시행했을 때 상태를 나타낸 그림으로서, 항복응력이 발생할 때까지 압축을 가했을 때 종래 플레이트에서는 나사홀(21)에서 항복응력이 발생하지만 본원은 탄성변형부(4)를 적용한 부분에서 발생하는 것을 알 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 뼈에 부착하여 응력 실험을 했을 때 상태를 나타낸 그림이고, 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 뼈에 부착하여 응력 실험을 한 후 뼈의 상태를 나타낸 그림이며, 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 뼈에 부착하여 응력 실험을 한 후 뼈의 단면 상태를 나타낸 그림으로서, 플레이트를 뼈에 부착시켜 해석을 진행하면 현재 사용중인 플레이트와 본원은 모두 뼈가 만나는 면에서 가장 큰 응력이 발생함을 알 수 있으나, 뼈를 보다 상세하게 ㅎ해석하면 뼈의 나사홀에 발생하는 응력은 종래 플레이트는 4.5MPa이고, 본원은 약 3.7 ~ 4MPa로 더 낮은 응력이 발생함을 알 수 있다.

또 뼈가 부러진 부분의 단면에 발생하는 응력 분포는 종래 플레이트는 뼈에 굽힘 변형이 발생하므로 단면 아래쪽에 응력이 집중되는 것을 확인할 수 있으나 본원은 압축 하중에 의해 압축 변형만이 발생하므로 단면에 고른 응력이 분포하는 것을 확인할 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 뼈를 포함한 플레이트의 강성을 비교한 그림으로서, 종래 플레이트는 부러진 뼈보다 8.5배 강하지만 본원은 부러진 뼈의 강성과 비슷한 강성을 지지게 되어 골절된 부분이 효과적으로 밀착됨과 동시에 다른 부분에 불필요한 응력이 집중되어 뼈를 약화시키는 것을 방지하는 것이다.

도 17은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사시도이고, 도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부분 평면도이며, 도 19는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 탄성 변형되는 형상을 나타낸 개념도로서, 상기 제1 내지 제3 탄성홀(41, 42, 43)은 수평방향으로 90도 회전한 형상으로 이루어지고;
중심에 제2 탄성홀(42)이 형성되고, 양측으로 한 쌍의 대칭되는 제1 탄성홀(41), 제2 탄성홀(42), 한 쌍의 대칭되는 제1 탄성홀(41), 제2 탄성홀(42), 한 쌍의 대칭되는 제3 탄성홀(43)이 순차적으로 형성되며;
상기 제1 탄성홀(41)과 제3 탄성홀(43)의 제1 또는 제3 수평홀(411, 431)은 인접한 상기 제2 확장홀(422)의 끝단보다 제2 확장홀(422)의 폭만큼 전후로 더욱 연장되도록 구성되는 실시 예를 나타내었다.

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상기 실시 예도 전술한 실시 예와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것으로 본원의 변형률을 결정하는 요소는 제1 내지 제3 수평홀(411, 421, 431) 및 확장홀(412, 422, 432)의 폭과 길이, 제1 내지 제3 탄성홀(41, 42, 43)의 상호 간의 거리에 따라 변화가 있는 것으로 설계를 할 때 최적의 수치를 면밀하게 검토하여 설계 제작을 해야할 것이다.

도 20은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 사시도로서, 상기 탄성변형부(4)와 동일한 다수의 탄성홀이 배열된 구조이면서 인접한 나사홀(21) 사이에 형성되도록 폭이 작은 두 개 이상의 보조 탄성변형부(44)를 추가로 구비하는 실시 예를 추가로 제시하였다.

상기 실시 예는 플레이트(2)에 작용하는 압축 또는 인장 그리고 휨 현상은 나사홀(21)의 사이에서도 발생하는 것으로 이 부분도 변형하도록 하면 더욱 안정적으로 골밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있으며 특히 뼈에 작용하는 힘에 의하여 고정나사와 뼈의 결합이 느슨해지는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 수단이 되는 것이다.

1 : 골절부
11 : 뼈
2 : 플레이트
21 : 나사홀
3 : 고정나사
4 : 탄성변형부
41 : 제1 탄성홀
411 : 제1 수평홀 412 : 제1 확장홀
42 : 제2 탄성홀
421 : 제2 수평홀 422 : 제2 확장홀
43 : 제3 탄성홀
431 : 제3 수평홀 432 : 제3 확장홀
44 : 보조 탄성부

Claims (4)

1. 삭제
2. 금속으로 이루어져 전후 방향으로 길게 연장된 판 형상을 이루며 양측에는 적어도 하나 이상의 나사홀(21)이 형성되어, 중앙 부분을 뼈(11)의 골절부(1)에 밀착한 후 고정나사(3)에 의하여 뼈(11) 결합되어 뼈(11)를 지지하도록 하는 뼈 고정 플레이트에 있어서;
   상기 플레이트(2)에는 양측 나사홀(21) 사이에 골절부(1)에 밀착되는 중앙부위에는 상기 플레이트(2)의 정 중앙 좌우 측면 끝단에서 상호 마주보는 방향으로 절개되는 제1 수평홀(411)과, 상기 제1 수평홀(411)의 상호 마주보는 끝단에서 전후 방향으로 연장되는 제1 확장홀(412)로 구성되는 한 쌍의 제1 탄성홀(41)과;
   상기 제1 탄성홀(41)의 전후 방향에 인접하여 좌우 방향으로 절개되며 그 끝단은 좌우 측 끝단과 소폭 이격되는 제2 수평홀(421)과, 상기 제2 수평홀(421)의 끝단에서 전후 방향으로 연장되는 제2 확장홀(422)로 구성되는 두 개의 제2 탄성홀(42)과;
   상기 탄성변형부(4)의 전후방향 끝단에 형성되어 좌우 측면 끝단에서 상호 마주보는 방향으로 절개되는 제3 수평홀(431)과, 상기 제3 수평홀(431)의 상호 마주보는 끝단에서 플레이트(2)의 중앙 방향으로 연장되는 제3 확장홀(432)로 구성되는 두 쌍의 제3 탄성홀(43)로 구성되는 다수의 탄성홀이 형성되어 전후 및 좌우 방향의 압축력과 인장력에 탄성 변형되도록 구성되는 탄성변형부(4)가 형성됨을 특징으로 하는 뼈 고정 플레이트.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 탄성홀(41, 42, 43)은 수평방향으로 90도 회전한 형상으로 이루어지고;
   중심에 제2 탄성홀(42)이 형성되고, 양측으로 한 쌍의 대칭되는 제1 탄성홀(41), 제2 탄성홀(42), 한 쌍의 대칭되는 제1 탄성홀(41), 제2 탄성홀(42), 한 쌍의 대칭되는 제3 탄성홀(43)이 순차적으로 형성되며;
   상기 제1 탄성홀(41)과 제3 탄성홀(43)의 제1 또는 제3 수평홀(411, 431)은 인접한 상기 제2 확장홀(422)의 끝단보다 제2 확장홀(422)의 폭만큼 전후로 더욱 연장되도록 구성됨을 특징으로 하는 뼈 고정 플레이트.
   
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 탄성변형부(4)와 동일한 다수의 탄성홀이 배열된 구조이면서 인접한 나사홀(21) 사이에 형성되도록 폭이 작은 두 개 이상의 보조 탄성변형부(44)를 추가로 구비함을 특징으로 하는 뼈 고정 플레이트.

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