KR101559857B1 - 척추의 동적인 안정성을 위한 봉 형상 임플란트 - Google Patents

척추의 동적인 안정성을 위한 봉 형상 임플란트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 척추의 동적인 안정성을 주기 위한 봉 형성 임플란트(1)를 제공하는 데, 봉 형상 임플란트의 적어도 일부분은 매트릭스(3)를 형성하는 제 1 가요성 재료로 구성되고 가요성 구조체(2)는 제 2 재료로 만들어진 적어도 하나의 섬유가 내장된다. 봉 형상 임플란트는 높은 비틀림 강성을 제공하면서 봉 형상 임플란트의 종축을 따라 압축되고 연장될 수 있다.

Description

척추의 동적인 안정성을 위한 봉 형상 임플란트{Rod-Shape Implant, in Particular for the Dynamic Stabilization of the Spine}
본 발명은 봉 형상 임플란트, 특히 척추의 동적인 안정성을 주기 위한 봉 형상 임플란트에 관한 것이다. 봉 형상 임플란트는 적어도 그 일부분은 매트릭스(3)를 형성하는 제 1 가요성 재료로 구성되고 가요성 구조체(2)는 제 2 재료로 만들어진 적어도 하나의 섬유가 내장된다.
척추의 동적인 안정화를 위하여 플라스틱 재료로 제조된 봉 형상 임플란트는, 예를 들면 US 2007/0093820 A1, US 2007/0161999 A1, US 2007/0270843 A1에 의해 공지되어 있다.
US 2006/0142758 A1은 폴리머 재료와 봉으로 만들어진 적어도 부분적으로 지지부를 구성하는 구부러지거나 구부러지지 않으며 실제적으로 지지체와 동축인 척추 고정 시스템용 링킹 요소를 개시한다. 상기 봉은, 예를 들면 폴리머 재료로 만들어진 지지체 내에 적어도 부분적으로 들어가 있는 축과 권취부를 갖는 헬리컬 스프링으로 만들어진다. 상기 헬리컬 스프링은, 예를 들면 금속 또는 금속합금으로 만들어진다. 링킹 요소의 구조는 척추의 동적인 안정화를 기하기 위하여 압축과 분산을 허용한다.
그러므로 본 발명의 목적은 다른 방향으로의 이동을 방지하거나 억압하면서 임플란트에 의해 특정한 방향으로의 안정화되는 척추 운동 분절의 이동을 허용하는 척추의 동적인 안정화를 위한 봉 형상 임플란트를 제공하는 데 있다.
상기 목적은 청구항 1에 따른 봉 형상 임플란트에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 특징은 종속 청구항에 의해 주어진다.
본 발명에 따른 봉 형상 임플란트는 임플란트에 의해 안정화되는 척추뼈들 사이에서 작용하는 힘의 방향에 따른 가요도를 가진다. 축방향 압축력이나 인장력이 임플란트에 각각 가해질 때, 축방향 압축이나 축방향 연장을 허용하면서 봉에 비틀림력이 작용할 때, 특히 강도를 나타낸다.
봉 형상 임플란트의 가요 특성은 임상적인 필요성에 따라 섬유로 형성된 적절한 가요성 구조체를 선택하여 특별하게 설계된다.
본 발명의 이점 및 다른 특징은 첨부된 도면을 참조하여 실시예의 상세한 설명을 읽으면 명백해질 것이다.
도 1 내지 도 3은 제 1 실시예에 따른 봉 형상 임플란트의 개략적인 측면도, 단면도 및 사시도이다. 봉 형상 임플란트(1)는 실질적으로 외경(D)을 갖는 원통 형상이다. 이는, 가요성 구조체(2)가 폴리머 재료(3)의 매트릭스에 넣어져서 구성된다. 폴리머 재료는 가요성을 나타내는 탄성중합체가 바람직하다. 적절한 탄성중합체의 예로서 친생물학적인 폴리우레탄 또는 폴리카보네이트 우레탄(PCU)이다. 봉 형상 임플란트의 외경(D)은 봉 형성 임플란트가, 예를 들면 고정 나사의 수용부에 고정될 수 있도록 형성된다. 폴리머 재료의 가요도는 통상적으로 등방성이다. 봉 형상 임플란트에 방향에 따른 특정 가요도를 제공하기 위하여, 가요성 구조체(2)가 제공된다. 도 2와 도 4a 내지 도 5b에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 가요성 구조체(2)는 내측 구조체(2a)와 외측 구조체(2b)를 구비한다. 내측 구조체(2a)는 봉 형상 임플란트의 종축(L)에 동축으로 배열된 4개의 나선체(2a1, 2a2, 2a3, 2a4)를 포함한다. 내측 구조체(2a)는 4개의 나선체 모두와 동일한 제 1 직경(d1)을 가진다. 나선체(2a1, 2a2, 2a3, 2a4)는 서로 90도 간격으로 배열되어 있다. 이에 의해 제 1 내측 구조체(2a)는 웹과 같은 중공의 원통형 구조체를 형성한다.
도 5a 내지 도 5b에 도시된 바와 같이, 외측 구조체(2b)도 마찬가지로 90도 간격으로 종축(L)에 동축으로 배열될 수 있는 4개의 나선체(2b1, 2b2, 2b3, 2b4)를 구비한다. 외측 구조체(2b)의 나선체의 직경(d2)은 내측 구조체의 나선체의 직경(d1)보다 크고 봉 형상 구조체(1)의 외경(D)보다 작다. 외측 구조체(2b)는 내측 구조체(2a) 대하여 180도 회전되어 있다. 외측 구조체(2b)는 또한 중공의 원통형 네트형 또는 웹형 구조를 띤다. 도 6a, 6b, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 외측 구조체(2b)는 봉 형상 임플란트 내에서 내측 구조체(2a)를 둘러싼다.
나선체는 섬유가 뻗어 있는 방향으로 고강도를 가지는 섬유로 만들어진다. 인장 강도와 같은 스프링형 특성과 섬유의 압축 강도는 섬유의 기하에 따라 결정된다. 그러므로 나선체의 권수와 거리, 섬유의 두께와 함께 직경(d1, d2)은 나선체의 가요 특성을 규정하고 이에 의해 전체 가요성 구조체(2)를 규정한다.
섬유의 재료는, 예를 들면 폴리에틸렌 또는 유사한 재료인 폴리머가 바람직하다. 그러나, 카본 섬유 또는 케블라 섬유를 사용할 수도 있다. 내측 구조체와 외측 구조체의 나선체의 재료는 동일할 수도 있고 특정한 특성을 제공하도록 다른 재료일 수도 있다. 섬유의 탄성률 사이의 차이와 폴리머 매트릭스의 탄성률은 금속 스프링과 폴리머 매트릭스 사이보다 작다. 그러므로, 부하를 받는 동안에 폴리머 매트릭스 내에 있는 섬유가 느슨해지는 위험성은 작거나 존재하지 않는다.
봉 형상 임플란트(1)는, 예를 들면 내측 구조체와 외측 구조체를 먼저 조립하고 그런 다음에 전체의 가요성 구조체(2)를 둘러싸는 폴리머 매트릭스를 주입 성형하여 가요성 구조체(2)가 폴리머 매트릭스(3) 내에 내장되게 하여 제조한다.
도 7 내지 도 9는 단축 고정 나사에 봉 형상 임플란트가 고정된 것을 도시한다. 고정 나사(5)는 나사이를 가진 섕크(6)와 상기 나사이를 가진 섕크(6)의 한단부에 형성된 수용부(7)를 포함한다. 수용부(7)는 실제적으로 원통형이며 나사이를 가진 섕크 방향으로의 자유 단부로부터 연장되어 있는 U자 형상 요홈(8)을 구비하고 내측 나사(9)가 구비되는 두 개의 자유 레그를 형성한다. U자 형상 요홈의 바닥에는 봉 형상 임플란트의 종축(L)을 가로질러 연장된 리브 형태인 결합 구조 체(10)가 구비된다. 고정을 하기 위하여, 고정 나사(11)는 수용부(7)의 내측 나사(9) 내에 나사 고정된다. 고정 나사(11)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 링 형상 돌출부일 수 있는 U자 형상 임플란트(1)와 대향하는 측면에 결합 구조체(12)를 포함한다.
사용에 있어서, 적어도 두 개의 고정 나사(5)는 인접한 척추뼈에 나사 고정되고 봉 형상 임플란트(1)가 삽입되고 고정 나사에 의해 고정된다. 수용부의 결합 구조체(10)와 고정 나사의 결합 구조체(12)는 봉 형상 임플란트(1)에 가압되고, 이에 의해 폴리머 매트릭스(3)의 표면의 변형은 봉 형상 임플란트가 안전하게 제자리에 지지하는 결합 구조체와 폴리머 매트릭스 사이에서 부분적으로 형상 결합 연결되도록 한다. 결합 구조체의 치수는 봉 형상 임플란트(1)의 가요성 구조체가 고정 나사(11)를 조일 때, 변형되지 않도록 형성된다.
도 10 내지 도 12는 다축 고정 나사에 봉 형상 임플란트를 고정함을 도시한다. 다축 고정 나사(15)는 나사이를 가진 섕크와 함께 나사 부재(16)와 구면 형상을 가진 헤드(16a)와 수용부(17)를 갖는다. 수용부(17)는 실제적으로 원통형이며 수용부(17)에 대하여 선회할 수 있도록 나사 부재(16a)의 헤드(16a)가 지지되도록 개구부(20) 내로 테이퍼진 동축 구멍(19)과 U자 형상의 요홈(18)을 가진다. U자 형상 요홈(18)에 의하여 두 개의 자유 레그는 내측 나사(21)를 구비하여 형성된다. 가압 부재(22)는 헤드(16a)를 고정하도록 헤드(16a)에 압력이 작용하도록 형성된다. 가압 부재(22)는 보어(19)에 삽일될 수 있으며 봉 형상 임플란트(1)를 수용하도록 형성된다.
사용에 있어서, 적어도 두 개의 고정 나사는 인접한 척추뼈에 나사 고정되고, 수용부(17)는 차후에 고정 나사(23)로 고정될 수 있는 봉 형상 임플란트와 정렬된다. 가압 부재(22)에 압력을 작용시켜 헤드(16a)를 제 위치에 고정한다. 동시에 봉 형상 임플란트는 수용부 내에 고정된다.
도 13 내지 도 15는 서로 사이에서 추간판(103)을 둘러싸는 인접한 척추뼈(101, 102)에 고정 나사가 고정되는 두 개의 다축 고정 나사(15, 15')에 고정된 봉 형상 임플란트(1)를 도시한다. 도 13은 중립 위치를 도시한다. 이 위치에서, 가요성 구조체(2)와 봉 형상 임플란트의 폴리머 매트릭스는 압축되지도 않고 연장되지도 않는다. 도 14는 고정 나사와 고정 나사의 나선체 사이의 거리가 중립 위치보다 더 커진 상태의 척추의 굴곡 상태를 도시한다. 봉 형상 임플란트에 작용하는 인장력은 폴리머 매트릭스로 둘러싸인 내측 구조체(2a)와 외측 구조체(2b)가 함께 연장되도록 하게 한다. 도 15는 고정 나사가 서로 접근하여 고정 나사 사이의 거리가 중립 위치보다 작게 되도록 한 척추의 연장된 상태를 도시한다. 이러한 압축력은 봉 형상 임플란트가 짧게 되도록 내측 구조체와 외측 구조체가 폴리머 매트릭스와 함께 압축되도록 한다.
도 16은 중립 위치에 있는 봉 형상 임플란트의 길이를 개략적으로 도시하고, 도 14는 압축되어 짧아진 봉 형상 임플란트의 길이를 도시한다. 가요성 구조체가 축방향력(F)에 의해 압축될 때, 내측 구조체와 외측 구조체의 직경은 커진다. 폴리머 매트릭스가 탄성 중합체 재료이기 때문에, 가요성 구조체(2)는 압축과 연장을 하게 된다.
비틀림력(F)이 도 18에 도시된 바와 같이, 봉 형상 임플란트의 종축 둘레에 작용할 때, 가요성 구조체(2)는 이러한 비틀림력에 저항하며 이에 의해 봉 형상 임플란트의 비틀림이 실제적으로 일어나지 않는다. 내측 구조체와 외측 구조체가 서로 180도 간격으로 회전되기 때문에, 높은 비틀림 강도가 제공될 수 있다. 봉 형상 임플란트의 비틀림 강도는 가요성 구조체의 가요 특성을 선택하여 특별하게 형성할 수 있다.
섬유의 강도에 따라 봉 형상 임플란트의 비틀림이 또한 발생하지 않는다.
도 19a 내지 도 19c는 봉 형상 임플란트의 가요성 구조체의 제 2 실시예를 도시한다. 이것은 외측 구조체가 내측 구조체와 같은 직경을 가지는 도 1 내지 도 18에 도시된 제 1 실시예와 다르다. 내측 나선체와 외측 나선체는 네트 또는 웹 구조로 연결된다.
도 20a 및 도 20b는 가요성 구조체의 다른 수정예를 도시한다. 가요성 구조체는 하나의 단일 내부 헬리악스(2a')와 내부 헬리악스의 직경보다 큰 직경을 갖는 하나의 단일 외부 헬리악스(2b')로 구성되어 있으며 이는 내부 헬리악스에 대하여 180도 회전되어 있다.
다른 수정예도 생각해 볼 수 있다. 나선체의 권취 피치는 하나의 단일 헬리악스로 또는 다른 나선체 사이의 헬리악스로 변경할 수도 있다. 가요성 구조체는 나선체로 구성될 필요는 없다. 회전 강도를 제공하면서 압축 및 인장을 허용하는 다른 네트 구조 또는 웹 구조나 다이아몬드 형상의 구멍을 가진, 예를 들면 섬유와 같은 구조체인 섬유로 만들어진 네트 구조 또는 웹 구조로 할 수도 있다.
고정 나사 대신에 다른 뼈 고정 장치가 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 봉 형상 임플란트의 제 1 실시예를 도시한 개략적인 측면도.
도 2는 봉의 축에 수직인 도 1에 따른 임플란트의 개략적인 단면도.
도 3은 도 1에 따른 임플란트의 개략적인 사시도.
도 4a는 도 1의 봉 형상 임플란트의 가요성 내부 구조체의 제 1 실시예를 도시한 사시도.
도 4b는 도 4a에 따른 가요성 내부 구조체의 측면도.
도 5a는 도 1의 봉 형상 임플란트의 가요성 외측 구조체의 제 1 실시예를 도시한 사시도.
도 5b는 도 5a의 가요성 외측 구조체의 측면도.
도 6a는 도 4a 내지 도 5b의 가요성 내측 구조체 및 외측 구조체의 결합을 도시한 사시도.
도 6b는 도 6a의 가요성 내측 구조체 및 외측 구조체의 결합을 도시한 측면도.
도 7은 단축 고정 나사와 함께 도 1 내지 도 6b에 따른 봉 형상 임플란트의 분해사시도.
도 8은 봉축에 수직을 취한 조립된 상태의 도 7에 따른 봉 형상 임플란트와 단축 고정 나사의 단면도.
도 9는 봉축을 따라 취한 조립된 상태의 도 7에 따른 단축 고정 나사를 갖는 봉 형상 임플란트의 단면도.
도 10은 봉축에 수직을 취한 조립된 상태의 도 1 내지 도 6b에 따른 봉 형상 임플란트와 다축 고정 나사의 단면도.
도 11은 봉축을 따라 취한 단면의 봉 형상 임플란트를 갖는 다축 고정 나사를 도시한 도면.
도 12는 조립된 상태의 도 10 및 도 11의 다축나사의 사시도.
도 13 내지 도 15는 각각 굴곡 상태 및 연장 상태에 있는 척추뼈의 중립 위치에서 척추 운동 분절을 안정화시키기 위한 인접한 척추뼈에 고정된 두 개의 고정 나사와 함께 봉 형상 임플란트로 도시한 도면.
도 16은 중립 상태에 있는 봉 형상 임플란트의 개략적인 측면도.
도 17은 축방향 압축력의 작용하에서의 봉 형상 임플란트의 개략적인 측면도.
도 18은 비틀림력의 작용하에서의 봉 형상 임플란트를 도시한 도면.
도 19a 내지 도 19c는 수정된 실시예에 따른 가요성 구조체의 각각의 사시도, 단면도, 측면도.
도 20a 내지 도 20b는 다른 수정된 실시예에 따른 가요성 구조체의 각각의 사시도, 측면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 봉 형상 임플란트 2 : 가요성 구조체
3 : 폴리머 재료 7 : 수용부
8 : U 형상 요홈 9 : 내측 나사이
10 : 결합 구조체 11 : 고정 나사
22 : 가압 부재

Claims (12)

  1. 척추의 동적인 안정화를 위한 봉 형상 임플란트에 있어서,
    봉 형상 임플란트의 적어도 일부분은 매트릭스(3)를 형성하는 가요성 제 1 재료로 구성되고, 상기 매트릭스 안에 제 2 재료로 만들어진 적어도 하나의 섬유를 포함하는 가요성 구조체(2)가 들어 있는 봉 형상 임플란트로서,
    상기 제 1 재료는 폴리머이고,
    상기 제 2 재료는 합성 재료이고,
    상기 가요성 구조체(2)는 동축 네트형 내측 구조체(2a)와 내측 구조체 둘레에 배치된 동축 네트형 외측 구조체(2b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 봉 형상 임플란트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 재료는 탄성 중합체 재료인, 봉 형상 임플란트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 재료는 폴리프로필렌인, 봉 형상 임플란트.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 구조체(2)는 어떤 각도를 가지고 서로에 대하여 회전되어 있는 적어도 두 개의 나선형 섬유를 포함하는, 봉 형상 임플란트.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 각도는 180도인, 봉 형상 임플란트.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 나선형 섬유들은 서로 같은 직경을 갖는, 봉 형상 임플란트.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 나선형 섬유들은 서로 다른 직경을 갖는, 봉 형상 임플란트.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 구조체(2)는 봉 형상 임플란트(1)의 비틀림 강도를 향상시키는 네트형 구조체인, 봉 형상 임플란트.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 구조체(2a)는 4개의 나선체(2a1, 2a2, 2a3, 2a4)를 구비하고 상기 외측 구조체(2b)는 4개의 나선체(2b1, 2b2, 2b3, 2b4)를 구비한, 봉 형상 임플란트.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 내측 구조체의 상기 나선체는 서로 90도 회전되어 있고, 상기 외측 구조체의 상기 나선체는 서로 90도 회전되어 있는, 본 형상 임플란트.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 구조체(2a)와 외측 구조체(2b)는 서로 180도 회전되어 있는, 봉 형상 임플란트.
  12. 삭제
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