KR20040055641A - 원통형 섬유 보강 삽입관 - Google Patents

원통형 섬유 보강 삽입관 Download PDF

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KR20040055641A
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랑그로베르트
올손스티브
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코-리그네 아게
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Abstract

본 발명은 2개의 인접한 척추골 사이로 삽입되도록 설계된 원통형 섬유 보강 삽입관에 관한 것이다. 상기 삽입관은 일반적으로 원통형 또는 타원형의 외벽 및 적합하게는 뼈 충전을 위한 개방 용적을 갖는다. 상기 외벽은 적어도 일부가 제 1 방향으로 배향된 보강 섬유들을 갖는다. 상기 용적 내로 연장하는 지지부는 적어도 일부가 제 2 방향으로 배향된 보강 섬유들을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 방향은 다르다. 상기 외벽의 섬유들은 접합하게는 적어도 부분적으로 동심적으로 배향된다. 상기 지지부는 적합하게는 상기 외벽 안으로 삽입되는 독립 형성된 부품이다.

Description

원통형 섬유 보강 삽입관{Cylindrical fiber reinforced implant}
본 발명은 3-차원 섬유 보강 삽입관, 특히 청구항 1의 전제부에 따른 2개의 인접한 척추골 사이로 삽입되도록 설계된 척추골 케이지(vertebral cage)에 관한 것이다.
섬유 보강 삽입관에 대하여는 널리 공지되어 있다. 예를 들면, 미국특허 제 5,429,863호는 섬유 보강된 합성 구조체인 블록으로 제조된 척추골 삽입관 케이지에 대해 공개하고 있다. 탄소 섬유들이 상기 블록의 모든 부위에 위치되며 임의로 상호 결합된다. 상기 케이지는 원통형 막대 형상을 가질 수 있으며, 골재(bone material)로 충전되고 인접한 척추골들 사이로 삽입되도록 설계된 캐비티들이 제공된다.
미국특허 제 5,906,616호는 외부 원뿔형 표면의 일부로 형성된 스레드(thread)가 제공되는 원뿔형 융착 케이지(conically-shaped fusion cage)에 대해 공개하고 있다. 케이지 내에 패키지된 골재 및 결합 수직 뼈 사이에는 뼈 성장을 위한 구멍들이 제공된다.
미국특허 제 5,968,098호는 일반적으로 타원형 단면을 갖는 융착 케이지에 대해 공개하고 있다. 그것은 입구측 단부, 후미측 단부, 및 외부 원뿔형 표면의 일부로서의 스레드를 포함한다. 이와 같은 케이지는 골재로 예비 적재되고, 널리 공지된 수술 도구와 함께 예정된 수술 위치 내로 삽입된다.
또한, 방사선투과 물질로 형성된 융착 케이지에 대하여는 EP-A-0 307 241호에 공개되어 있다. 이와 같은 케이지는 골 내증식(bone in-growth), 및 척추골들을 소정의 위치상으로 삽입시키기 위한 도구상에 부착시키기 위한 수단을 갖는 단부면(end face)들을 수용하기 위한 거친 외부면을 갖는다.
척추골 삽입관의 역할은 척추골 세그먼트를 안정화시키고, 주변 뼈들이 통합되는 동안 부하에 대한 내성을 가지며, 생육 가능 뼈 융착의 기계적 기능을 수행하는 것이다. 한편으로, 상기 삽입관은 삽입시의 회전, 축상 부하, 전단 및 중량을 견디는 동안의 피로에 대한 충분한 강도를 가져야만 한다. 다른 한편으로, 상기 삽입관은 상기 장치 주변에서 또는 장치를 통한 성장을 위해 골이식을 위한 충분한 공간을 제공해야만 한다. 따라서, 케이지 설계자는 삽입관이 부하에 대한 내성을 가지며, 뼈를 위한 포트가 뼈 통합을 위해 요구되는 뼈조직을 충분히 운반해야만 한다는 모순에 직면한다. 또한, 삽입관에서의 응력의 차폐는 상기 삽입관을 통한 생육 가능한 뼈의 융착을 방해할 수 있으며, 강화 및 경화는 주변 뼈 조직을 가능한 한 차단시킬 수 있는 것으로 간주되었다.
몸체 개재 케이지를 위해 대부분 공통으로 사용되는 물질로는 탄소 합성물 뿐만 아니라 티타늄 합금, PEEK가 있다. 티타늄은, 사용을 위한 충분한 강도를 갖는 반면, x-선 사진의 경우 불투명하게 되어, 만약 뼈가 케이지를 통해 표준 x-선을 받게 될 경우 가시화가 불가능하게 된다는 단점을 갖는다. 티타늄은 또한 C.T. 또는 MRI와 같은 다른 방사선 사진 검사에 대해 부작용을 초래한다는 사실이 알려지고 있다.
본 발명의 목적은, 방사선이 투과되고 기계적 성능이 향상되며 동시에 뼈 이식을 위한 공간을 최대화할 수 있는, 3-차원 섬유 보강 삽입관을 제공하는 것이다.
원통형 삽입관은 삽입을 용이하게 한다는 장점을 갖는다. 골확장 및 공간 확보와 케이지 삽입은 모두 비틀림 운동에 의해 수행된다.
정방형 또는 장방형 케이지들은 다른 한편으로는 수직 버팀목으로 더욱 용이하게 보강될 수 있다. 원통형 케이지의 붕괴를 방지하기 위해, 벽의 두께가 증가되어, 생육 가능 뼈의 형성을 방해하는 캐비티 크기를 감소시킨다. 다양한 케이지 성분들에 있어서 섬유들의 배향을 선택적으로 사용함으로써, 본 발명은 붕괴나 회전에 대해 저항할 수 있으며 뼈를 위한 넓은 캐비티를 유지할 수 있는 케이지를 제공한다.
본 발명에 따른 삽입관은 외벽 내로 연장하는 지지부와 함께 제공되며, 적어도 일부는 상기 외벽 안에 매설된 섬유들의 배향과는 다른 방향으로 배향된 보강 섬유들을 갖는다. 상기 지지부 내의 섬유들의 추가의 배향은 상기 외벽의 섬유들이 파괴점 이상으로 절곡되는 상기 삽입관의 변형을 방지한다. 파괴점 이상으로의 변형은 축상 부하, 절곡 회전, 충격 및 전단에 있어서 방해가 된다.
상기 지지부는 상기 외벽 안으로 삽입되는 분리 형성된 부품이며, 외벽의 일부가 될 수도 있다.
본 발명의 다른 장점 및 특징들에 대하여는 첨부 도면을 참고로 다음의 상세한 설명을 통해 당업자들에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 섬유 보강 케이지의 개략 사시도.
도 2는 지지체가 외벽으로부터 부분적으로 제거된, 도 1에 따른 케이지의 개략 사시도.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 라인을 절취한 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 지지체의 일부에 대한 개략 사시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 대한 평면도.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 라인을 절취한 단면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 케이지의 개략 사시도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 케이지의 개략 사시도.
도 9는 도 8에 따른 케이지에 있어서 섬유의 배향을 도시하는 설명도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 케이지 3: 외벽
5: 캐비티 6: 지지부
10, 11, 12, 17; 섬유
동일한 참고번호는 동일한 부품을 나타내는 본 발명에 따른 도면들에는 케이지(1)가 도시되어 있다. 상기 케이지(1)는 한쌍의 전면(13,14), 외면(3), 및 내면(15)을 갖는다. 원통형 외벽(2)은 캐비티와 외면을 연결하고 상기 케이지를 통한 융착을 제공하는 다수의 천공 또는 포트(4)를 갖는다. 또한, 상기 외면(3)에는 스레드(8)가 제공된다. 상기 케이지는 도시하지 않은 뼈 칩 또는 뼈 대용품으로 패키지된다.
플레이트 형상을 갖는 지지부(6)는 상기 캐비티(5)의 홈들(9) 안으로 삽입된다. 상기 지지부(6)는 화살표(7)로 표시된 바와 같이 상기 외벽(2)의 세로 방향으로 삽입된다. 상기 지지부 뿐만 아니라 외벽(2)은 탄소 섬유 합성물로 제조된다. 섬유(10,11)는 적합하게는 세로 방향으로 경사져 있으나, 또한 세로 방향과 수직을 이룰 수도 있다. 도 4에 있어서, 상기 세로 방향은 라인(16)을 나타낸다. 상기 지지부 내의 섬유(10,11)는 적합하게는 도 4에 도시된 바와 같은 2개의 배향 방향을 가지며, 상기 지지부(6)의 전체 길이를 따라 움직일 수 있다. 상기 외벽(2) 뿐만 아니라 지지부(6)의 매트릭스는 PEEK 또는 PEKEKK, 적합하게는 상업적으로 이용할 수 있는 Osta-PEKⓡ 로부터 제조된다.
상기 지지부(6)에 있어서 장 섬유(long fiber)들은 삽입관의 최적의 강도와 규칙적인 기계적 특성을 제공하는 부품의 축을 따라 완전히 연장한다. 상기 장 섬유들은 동심적 섬유들 상에 위치한다. 이들은 상기 부품 안에서 실린더 둘레로 수차례 감아올릴 수 있으며, 대향측 섬유들은 다른 방향으로 전체 부품들을 교차시킬수 있다. 교차 방향은 상기 부품을 함께 보유하며, 다른 방향들로부터 상기 삽입관에 종속될 부하에 저항할 수 있게 한다. 제어 방향에 있어서 단측 탄소 섬유 합성물과 장측 섬유 합성물 사이의 기계적 특성상의 차이점은 삭편판(particle board) 및 양호하게 기계공작된 오크 구조체와 비교될 수 있다. 삭편판은 접착제에 의해 함께 보유되며, 반면 상기 오크 구조체는 힘에 대항하고 상기 구조체에 종속되는 목재의 섬유 배향을 이용한다.
상기 외벽(2) 내의 섬유(12,17)는 적합하게는 동심적으로 및/또는 세로 방향으로 배향된다. 상기 섬유들(12)은 적합하게는 장 섬유들이며, 상기 외벽의 전체 원주를 딸 움직일 수 있다. 또한, 상기 섬유들(17)도 적합하게는 장 섬유들이며, 전체 길이을 따라 세로 방향으로 움직일 수 있다. 본 발명의 중요한 측면에 따르면, 상기 지지부(6)의 섬유들(10,11)과 외벽(2)의 섬유들(12)은 다른 배향을 갖는다. 상기 섬유들(10,11)의 추가의 배향은, 상기 섬유(12)가 파괴점 이상으로 절곡되는 것에 대해, 케이지(1)의 변형을 방지한다. 상기 섬유들(12)은 항상 동심적으로 배향될 필요가 없으며, 세로 방향(16)과 평행할 수 있다. 또한, 상기 섬유들의 기술 부품은 동심적으로 배향될 수 있으며, 상기 섬유들의 다른 부품은 세로 방향(16)과 평행을 이룰 수 있다.
도 5 및 도 6은 일반적으로 둥근 단면을 갖는 벽(24)과 상기 벽(24)에 일체로 연결되는 지지부(23)를 갖는 케이지(20)를 나타낸다. 상기 케이지(20)는 방사선 투과 물질로 형성되며, 매설된 장측 보강 섬유들(21,22)을 포함한다. 상기 벽(24)의 섬유들(21)은 일반적으로 동심적으로 배향되거나, 또는 세로 방향(16)과평행을 이룬다. 상기 지지부(6)의 섬유들(22)은 적합하게는 상기 세로 방향(16)에 대해 경사진 적어도 하나 이상의 추가의 배향을 갖는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 섬유들(22a)은 섬유들(22b)과 다른 배향을 가질 수 있다. 섬유들(22)은 또한 세로 방향(16)과 수직을 이룰 수 있다.
도 7은 방사선 투과 물질로 형성되고, 다른 배향의 섬유들(31,37)을 포함하는 케이지(30)를 도시한다. 상기 케이지는 2개의 부품, 일반적으로 둥근 또는 타원형 단면을 갖는 외벽(39) 및 서랍과 같이 상기 벽(39)에서 미끄럼 동작되는 박스형 지지부(33)로 형성된다. 뼈의 성장을 위해 상기 지지부(33) 내에 구멍들(34)이 제공되며, 상기 구멍들은 골재(bone material)로 예비하중 받을 수 있다. 상기 벽(39)은 또한 뼈 성장을 위한 도시되지 않은 구멍들 및 외부면(36)의 일부로서 스레드를 가질 수 있다. 상기 섬유들(31)은 적합하게는 동심원들로 배향되며, 상기 섬유들(37)은 예를 들면 세로 방향(16)과 수직인 추가의 배향을 가진다.
도 8은 2개의 부품, 외벽(42) 및 다른 배향을 갖는 섬유들(45,46)을 포함하는 삽입물(insert)인 지지부(43)로 형성되는 케이지(40)를 도시한다. 상기 외벽(42)은 동심적으로 배향된 섬유들(41)을 포함하며, 일반적으로 둥글 또는 타원형의 단면을 갖는다. 상기 지지부(43)에는 골재로 예비하중 받을 수 있는 구멍들(44)이 제공되며, 서랍과 같은 외벽(42)에서 화살표(48)가 지시하는 바와 같이 미끄럼 동작된다. 상기 섬유들(45,46)은 적합하게는 장측 탄소 섬유이며, 서로에 대해 그리고 섬유들(41)에 대해 다른 배향을 갖는다. 상기 섬유들(45)은 수직으로 배향되며, 상기 섬유들(46)은 수평으로 배향되며 상기 세로 방향(16)과 평행을 이룬다. 도 9에 있어서, 상기 섬유들(41,45 및 46)의 배향은 개략적으로 회살표(47 내지 49)로 나타난다.
본 발명은 2개의 인접한 척추골 사이로 삽입되도록 설계된 척추골 케이지를 구비한 3-차원 섬유 보강 삽입관을 제공함으로써, 방사선이 투과되고 기계적 성능이 향상되며 동시에 뼈 이식을 위한 공간을 최대화할 수 있다는 장점을 갖는다.

Claims (9)

  1. 3-차원 섬유 보강 삽입관, 특히 2개의 인접한 척추골 사이로 삽입되도록 설계된 척추골 케이지(vertebral cage)에 있어서,
    상기 삽입관은 일반적으로 원통형 또는 타원형의 외벽 및 적합하게는 뼈 충전을 위한 개방 용적을 가지며, 상기 외벽은 적어도 일부가 제 1 방향으로 배향된 보강 섬유들 및 적어도 일부가 제 2 방향으로 배향된 보강 섬유들을 갖는 상기 용적 내로 연장하는 지지부를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 방향은 다른 3차원 섬유 보강 삽입관.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외벽의 섬유들은 적어도 부분적으로는 동심적으로 배향되는 3차원 섬유 보강 삽입관.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 외벽의 섬유들은 적어도 부분적으로는 평행하게 배향되는 3차원 섬유 보강 삽입관.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 지지부의 섬유들은 적어도 부분적으로는 평행하게 배향되는 3차원 섬유 보강 삽입관.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부는 독립된 삽입물인 3차원 섬유 보강 삽입관.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부는 버팀목인 3차원 섬유 보강 삽입관.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부는 상기 용적 내로 삽입되는 서랍(drawer)과 같은 3차원 섬유 보강 삽입관.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 지지부는 둥근 서랍과 같은 3차원 섬유 보강 삽입관.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외벽의 섬유들은 적어도 부분적으로 동심적이며, 상기 지지부의 섬유들은 적어도 부분적으로 세로 방향으로 배향되는 3차원 섬유 보강 삽입관.
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