KR20080045054A - 뼈 고정장치 - Google Patents

Abstract

뼈 고정장치는 종축선(4)에 동축인 제1보어(5) 및 제2보어(6)를 구비하는 로드를 수용하기 위한 수용부(1), 뼈 내에 고정하기 위한 제1단부(14) 및 제2보어(6) 내에 위치될 수 있는 제2단부(14)를 구비하고, 상기 제2단부(15)는 구형부분(36)을 구비하는 표면 및 이 구형부분으로부터 함몰된 부분(35a 내지 35d)을 포함하는 고정부재(13), 상기 제2보어(6)의 내면(7)으로부터 돌출함과 동시에 고정부재(13)의 제2단부(15)의 구형 표면부(36)로부터 함몰된 부분(35a 내지 35d)과 결합하는, 상기 수용부(1)의 제2보어(6)에 제공된 로킹장치(33)를 포함한다.

뼈 고정장치(Bone Anchoring Device), 피봇, 제한, 로킹

Description

뼈 고정장치{Bone Anchoring Device}

본 발명은 로드를 수용하기 위한 수용부, 뼈 내에 삽입되는 제1단부 및 수용부 내에 유지되는 제2단부를 구비하는 고정부재, 및 고정부재의 피봇운동을 단일 축선을 중심으로 한 피봇운동으로 제한하는 로킹장치를 포함하는 뼈 고정장치에 관한 것이다.

미국특허출원 제US2006/0155277A1호에는 로드를 수용하기 위한 유지수단을 포함하는 고정부재가 개시되어 있다. 이 유지수단은 링 형상의 마운트, 척추 내에 장치를 고정하기 위한 체결부재, 및 체결부재를 유지수단에 대해 일정한 각도로 고정하기 위해 유지수단의 나사산에 체결될 수 있는 고정부재를 구비한다.

상기 체결부재는 나사산이 형성된 생크 및 베어링을 포함하고, 베어링은 유지수단의 링 형상의 마운트 내에 삽입될 수 있는 별체의 중간부재에 의해 지지되었을 때 피봇운동이 구현되도록 설치된다. 더욱 상세히 설명하면, 상기 베어링은 중간부재의 구면(spherical surface)에 결합하는 대응하는 구면을 구비한다. 또 베어링의 대향하는 양측에는 2개의 평평한 안내면이 형성되어 있고, 이들 안내면은 중간부재의 대응하는 평평면에 각각 결합한다.

상기 체결부재는 중간부재에 대해 단일 축선을 중심으로 회전운동을 수행할 수 있다. 그러나, 중간부재는 유지수단의 종축선을 중심으로서 상기 마운트 내에서 자유롭게 회전 운동할 수 있다. 따라서, 체결부재는 상기 유지수단에 대해 다축 조절이 가능해진다.

최종 고정상태는 로드를 삽입한 후에 고정부재가 유지수단의 나사산 내에 나사 체결되고, 그 결과, 로드 상에 압력이 가해지고, 로드는 이 압력을 중간부재에 전달하고, 중간부재는 베어링과 마찰 결합하게 됨으로써 달성된다. 따라서, 고정부재에 의해 고정되면, 운동의 자유도는 다축운동의 자유도로부터 완전한 고정상태로 감소된다.

특정의 적용분야에 있어서, 단일면 상에서의 뼈 고정부재와 수용부 사이의 각도 조절이 가능한 뼈 고정장치가 요구된다.

본 발명의 목적은 고정장치의 조작이 단순하고, 고정부재를 이용한 고정상태가 되면 외력에 대한 안정성이 증대되는 뼈 고정장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 첨부된 청구항 1에 따른 특징들의 조합을 포함하는 뼈 고정장치에 의해 달성된다. 추가의 특징 및 실시예는 종속 청구항에 기술되어 있다.

본 발명의 뼈 고정장치는 고정되기 전의 고정부재의 회전을 단일축을 중심으 로 하는 회전으로 감소하도록 배열된다. 이를 달성하기 위해, 수용부의 내벽에 예를 들면 수용부의 종축선을 중심으로 하는 회전을 억제하기 위해 고정부재의 헤드의 표면과 결합하는 로킹장치가 제공된다. 이 로킹장치 및 그 결합표면의 구조는 예를 들면 종축선에 수직한 방향의 단일축선을 중심으로 한 피봇운동을 허용하는 구조이다.

따라서, 고정장치 및 로드를 설치한 후 단일의 회전 축선만이 존재한다. 따라서, 시술시의 조작이 단순화된다. 수용부에 대한 고정장치의 피봇운동을 단일축선으로 제한함으로써 고정장치의 부품을 뼈에 시술할 때 조작이 간편해지고, 설치된 부품들의 외력에 대한 안정성이 증대된다.

본 발명의 추가의 특징 및 장점은 첨부한 도면을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예를 통해 더욱 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1 내지 도 3은 뼈 고정장치의 제1실시예의 사시도로서, 도 1은 조립되기 전의 상태를 보여주는 도면이고, 도 2는 조립후의 상태를 보여주는 도면이고, 도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예의 로드 및 고정부재가 설치되지 않은 상태의 부분 단면도이다.

본 뼈 고정장치는 제1단부(2) 및 이 제1단부에 대향하는 제2단부(3)를 구비하는 수용부(1)를 포함한다. 이들 양 단부는 종축선(4)에 대해 수직한 방향으로 연장한다. 제1단부(2)로부터 제2단부(3)에 못 미치는 위치 사이에는 종축선(4)과 동축의 보어(5)가 형성되어 있다. 제2단부(3)에는 개구 즉 제2보어(6)가 형성되어 있다. 이 제2보어의 직경은 보어(5)의 직경에 비해 소경이다. 구면, 원추면 또는 기타의 형상 등으로 구성될 수 있는 동축 보어(5)의 일부분(7)은 개구(6)를 향해 테이퍼를 이루고 있다.

수용부(1)는 실질적인 U자형 리세스(8)를 더 구비한다. 이 리세스(8)는 제1단부(2)로부터 제2단부(3)에 못 미치는 위치까지 연장하고, 이 U자형 리세스(8)에 의해 2개의 레그(9, 10)가 형성되어 제1단부(2)를 향해 연장한다.

수용부(1)의 제1단부에 인접한 레그(9, 10)에는 내부나사산(11)이 구비되어 있다. U자형 리세스(8)는 다수의 뼈 고정장치를 연결할 수 있는 로드(12)를 수용하는 기능을 가진다. 나사(30)는 상기 내부나사산과 결합하는 고정부재로서 사용된다. U자형 리세스(8)는 이곳에 설치되는 로드(12)의 설치방향이 되는 축선(31)을 형성한다. 본 실시예에서, 축선(31)은 종축선(4)에 수직하다.

본 뼈 고정장치는 뼈 고정부재(13)를 구비한다. 이 뼈 고정부재(13)는 뼈나사 및 일단부의 헤드(15)를 구비하는 생크(14)를 포함한다. 뼈 고정부재(13)의 생크(14)는 반드시 나사산을 형성할 필요는 없고, 고정장치에 적용하기에 적합한 다른 형태를 취할 수도 있다.

도 4 내지 도 6에 상세히 도시된 바와 같이, 헤드(5)는 구면부(16)를 구비하고, 각 구면(37)의 중심(M)(도시 생략)은 헤드(15)의 중심에 위치한다. 헤드(15)는 또 구면부(16)에 의해 형성되는 완전한 구(ideal sphere)로부터 함몰되어 형성된 2개의 실질적으로 평평한 표면부(35a, 35b)를 더 구비한다. 이들 평평한 표면부는 헤드(15)의 양 측면 상에 위치하고, 상호 평행을 이룬다.

생크(14)의 대향측의 헤드(15)에는 평평한 표면(18)이 구비될 수 있다. 이 평평한 표면(18)에는 나사체결 공구가 결합하기 위한 리세스(19)가 형성될 수 있다. 헤드(15)는 이 헤드(15)를 위한 시이트를 형성하는 수용부(1)의 일부분(7)에 지지된다.

압력부재(20)는 헤드(15)에 압력을 가하기 위해 제공된다. 이 압력부재(20)는 실질적인 원통형으로서, 제1단부(21) 및 제2단부(22)를 포함한다. 압력부재(20)의 외경은 수용부(1)의 보어(5)의 내경에 비해 약간 소직 경이므로 압력부재(20)는 수용부(1) 내에 삽입될 수 있고, 보어(5) 내에서 슬라이드될 수 있다. 이 압력부재(20)는 그 제1단부(21)에 부분 원통형의 리세스(23)를 포함한다. 이 리세스(23)는 로드(12)가 끼워 맞춰지는 치수를 가진다.

압력부재(20)의 제2단부(22)에는 구형 내면이 구비되어 있다. 이 구형 내면의 반경은 헤드(15)의 반경에 일치한다. 압력부재(20)에는 헤드(15)의 리세스(19)에 나사체결 공구를 접근시킬 수 있도록 하는 동축 보어(28)가 더 구비되어 있다. 압력부재(20)는 수용부(1)에 삽입된 후 수용부(1)로부터의 탈락이 방지되도록 또는 수용부(1) 내에서의 회전이 방지되도록 예를 들면 크림프 보어(crimp bore;27)를 이용하거나 유사한 기능을 발휘하는 수단을 이용하여 더욱 고정시킬 수 있다. 그러나, 본 뼈 고정장치는 그것에 제한되지 않는다.

본 실시예에 따른 수용부(1)는 각각 핀(33)을 수용하는 2개의 관통공(34)을 더 포함한다. 핀(33)의 직경은 관통공(34)의 직경과 같다. 이들 관통공(34)은 시이트(7) 영역 내의 양측에 배치되고, 수용부(1)의 본체를 횡단한다. 이들 관통 공(34)은 또 수용부(1)의 시이트(7)에 의해 형성되는 내부공간을 횡단한다. 이 관통공(34)은 도 8에 도시된 바와 같이 종축선(4)에 수직한 평면을 통해 취한 횡단면에서 육안으로 볼 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 관통공(34)은 수용부(1)의 시이트(7)의 내벽을 향해 개방되어 있다. 따라서, 핀(33)을 관통공(34) 내에 삽입했을 때, 시이트(7)에 의해 형성된 공간의 직경은 축소된다. 다시 말하면, 핀(33)을 관통공(34) 내에 삽입했을 때, 핀(33)은 시이트(7)의 내면으로부터 돌출한다.

수용부(1)의 본체의 관통공(34) 내에 삽입된 핀(33)은 고정부재(13)의 헤드(15)의 평평한 표면부(35a, 35b)와 결합한다. 그 결과, 헤드(15)는 도 8에 도시된 바와 같이 핀(33)에 의해 종축선(4)의 수직면 내에서의 회전이 방지된다. 그러나, 평평한 표면부(35a, 35b)는 안내면으로서의 작용을 하므로 도 2에 도시된 바와 같이 회전축선(46)을 중심으로 한 피봇운동은 유지된다.

본 실시예에 있어서, 회전축(46)이 종축선(4)과 로드의 축선(31)에 수직해지도록 U자형 리세스(8)는 관통공(34)의 방향과 정렬되어 있다. 따라서, 고정부재(13)는 종축선(4) 및 로드의 축선(31)에 의해 형성되는 평면 내에서 회전이 가능하다(도 2 참조). 그러나, 관통공의 방향(따라서, 관통공에 삽입된 핀의 방향)을 로드의 축선에 수직하게 하는 것도 본 발명의 범위 내에 포함된다. 이 경우, 회전은 로드의 축선의 수직면 내에서 가능해진다.

본 기술분야의 전문가는 수용부(1)의 내에 형성되는 관통공(34)은 필요한 용도에 따라 어떠한 방향으로도 형성할 수 있다는 것을 잘 알고 있다. 도 9는 다수의 관통공(34a, 34b)을 상호 수직하게 교차되도록 형성한 타 실시예를 도시한 것이 다. 핀은 관통공(34a)에 삽입하거나 관통공(34b)에 삽입할 수 있다. 도면은 각 방향 당 하나의 관통공(34a, 34b)만을 도시하고 있다. 본 실시예에 따른 뼈 고정장치를 이용하면, 의사는 안정성을 달성하는데 바람직한 회전축선을 시술현장에서 결정할 수 있다.

도 7a 내지 도 7c에 도시된 추가의 실시예에 따르면, 평평한 안내면(35c, 35d)의 수직선(41)은 고정부재(13)의 상면(18)에 의해 형성되는 평면에 대해 경사를 이루고 있다. 그 결과, 수용부(1)의 종축선(4)에 대해 나사산을 구비하는 샤프트(14)의 경사각(α)이 얻어질 수 있다. 의사가 상황에 따라 선택하여 사용할 수 있도록 예를 들면 상이한 경사각(α = 0°, 10°, 15° 등)을 가지는 한 세트의 고정부재를 공급할 수 있다. 본 실시예에서 회전축선(46)은 유지된다.

핀을 포함한 전체 장치는 티타늄, 티타늄 합금 또는 스텐레스강과 같은 생체적합성 재료로 제조되는 것이 바람직하다.

본 실시예에서 설명된 상기 뼈 고정장치는 수술 현장에서 조립될 수 있다. 그러나, 사전 조립도 가능하다. 사전 조립된 상태에서 고정부재는 뼈 내부에 나사 결합된다.

전술한 실시예에 있어서, 단일 평면 내에서의 피봇운동은 헤드(15)의 평평한 안내면(35a 내지 35d)에 작용하는 핀(33)에 의해 달성된다. 핀(33)은 회전축선(46)을 중심으로 한 피봇운동을 허용하고, 타 회전축선(4, 31)을 중심으로 한 피봇운동은 방지한다. 따라서, 본 실시예에서 로드의 축선을 포함하는 평면 내에서 고정부재(13)에 대한 수용부(1)의 위치 조절은 가능하고, 로드의 축선에 대해 수직 한 방향에 대한 조절은 방지된다.

수용부(1)의 위치를 조절한 후, 로드(12)를 삽입하고, 내부나사(30)를 레그(9, 10) 사이에 나사 체결한 다음 로드(12)에 압력이 가해지도록 조여준다. 로드는 압력부재에 압력을 전달하고, 압력부재는 헤드(15)에 압력을 가하여 헤드를 그 최종 위치에 고정한다.

도 10a 및 도 10b는 핀(33)의 다른 실시예의 외형을 도시한 것이다. 전술한 실시예의 핀(33a)은 원형의 단면을 구비한다. 그러나, 도 10a의 실시예는 반원형 단면의 핀(33b)을 사용하여 동일한 효과를 달성할 수 있음을 보여주고 있다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 정방형이나 장방형 단면의 핀(33c, 33e) 또는 타원형 단면의 핀(33f)도 가능하다. 원통형 핀은 제작이 용이하므로 바람직하다. 그러나, 평평한 형상의 핀도 평평한 표면(35a, 35b)에 긴밀하게 밀착할 수 있는 장점이 있다.

도 10b의 하단에 도시되어 있는 반원형 단면의 핀(33d)에 있어서, 핀(33d)이 관통공(34) 내에서 회전되는 경우에, 핀(33d)이 보어(6)의 내면 즉 테이퍼를 이루고 있는 부분(7)으로부터 돌출하도록 각 관통공을 배열할 수 있다. 관통공(34) 내에서 핀(33d)의 위치가 유지되도록 작용하는 고정수단(도시 생략)을 제공할 수 있다. 척주 수술시, 피봇운동을 감소시킬 필요가 있는 경우, 의사는 뼈에 고정부재(13)를 삽입하기 전에 관통공(34)내의 핀(33d)을 회전시켜주기만 하면 된다.

타 실시예에서, 체결부재(30)은 내부부재 및 외부부재(도시 생략)로 구성할 수 있다. 외부부재는 수용부의 내부나사산(11)과 나사 결합하는 나사산을 구비한 다. 그러면, 체결부재(30)의 외부부재의 저면은 압력부재(20) 상에 압력을 가하여 헤드(15)를 고정한다. 체결부재(30)의 내부부재는 외부부재 내의 나사산이 형성된 보어 내에 나사 결합되어 로드(12)와 작용할 수 있다. 따라서, 체결부재(30)의 2개의 부재를 이용하여 로드(12)와 고정부재(13)를 별도로 고정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 핀이 고정부재의 헤드를 위한 베어링으로서 사용되는 구면을 횡단하도록 그리고 헤드의 함몰된 표면과 결합하도록, 핀을 외부로부터 수용부 내에 형성된 관통공 내에 삽입될 수 있다. 따라서, 의사는 상황에 따라 회전 각도를 고착할 수 있다. 핀이 없는 상태에서 고정부재는 임의의 방향으로 피봇운동할 수 있다.

변경례에 있어서, 수용부(1)는 핀 없이 구형 헤드를 구비하는 고정부재와 결합하여 사용할 수 있다. 따라서, 의사는 시술 현장에서 하나의 수용부(1)를 이용하여 단일면(monoplanar) 고정장치를 임플란트할 것인지 또는 다축 고정장치를 임플란트할 것인지를 결정할 수 있다.

수용부(1)의 시이트는 원추형이나 임의의 다른 형상으로 구성할 수 있고, 이 경우 로킹장치 및/또는 핀은 전술한 것과 동일한 구성의 것을 사용할 수 있다. 또, 로킹장치는 제2보어의 내면과 일체로 형성될 수 있다.

핀(33)은 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이, 수용부(1)의 평행면 내에 위치하는 관통공(34) 내에 삽입될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않는다. 도 11의 변경례는 관통공(34)이 수용부(1)의 종방향으로 배열된 것을 도시하고 있다. 이 경우, 핀(33)은 수용부의 하측으로부터 관통공(34) 내에 삽입 된다. 관통공(34)의 방향은 수평방향이나 종방향 이외의 방향도 가능하다.

추가의 실시예는 도 12에 도시되어 있다. 이 실시예에 따르면, 수용부(1)에 하나의 관통공(34)만이 형성된다. 단일 관통공 및 이 관통공 내에 삽입되는 단일 핀을 공급하는 것만으로도 고정부재(13)을 로킹할 때 충분한 안정성을 제공할 수 있다. 이 경우, 고정부재(13)의 헤드(15)에는 하나의 평평한 표면(35a)만을 형성할 수 있다(도 12b 참조).

도 1은 일 실시예에 따른 뼈 고정장치의 조립전의 분해 사시도;

도 2는 도 1에 따른 뼈 고정장치의 조립후의 분해 사시도(로드 및 고정부재는 미조립 상태임);

도 3은 도 2의 조립상태의 뼈 고정장치의 종축선과 피봇축선에 의해 형성되는 단면에 따른 부분 단면도;

도 4는 고정부재의 사시도;

도 5는 도 4의 고정부재의 헤드의 평면도;

도 6a는 평평한 안내면을 윤곽으로 보여주는 도 4의 고정부재의 측면도;

도 6b는 도 6a를 90°회전하여 평평한 안내면이 상면을 향하게 도시한 측면도;

도 7a 내지 도 7c는 헤드의 평평한 안내면이 고정부재의 생크의 축선에 대해 경사를 이루는 타 실시예도;

도 8은 관통공의 배열을 보여주는 수평면(이 수평면을 회전축을 포함하고, 도 3의 참조번호 42에 해당함)을 따라 취한 단면도;

도 9는 관통공의 배열의 타 실시예도;

도 10a 및 도 10b는 핀의 타 실시예도;

도 11a 및 도 11b는 관통공들이 수용부에 대해 종방향으로 배열된 일 실시예도;

도 12a 및 도 12b는 수용부 내에 단일의 관통공이 형성된 일 실시예도로서, 도 12a는 전개도, 도 12b는 수용부에 대한 수평면의 단면도이다.

Claims (10)

1. 뼈 고정장치로서,

   종축선(4)에 동축인 제1보어(5) 및 제2보어(6)를 구비하는 로드를 수용하기 위한 수용부(1);

   뼈 내에 고정하기 위한 제1단부(14) 및 제2보어(6) 내에 위치될 수 있는 제2단부(14)를 구비하고, 상기 제2단부(15)는 구형부분(36)을 구비하는 표면 및 이 구형부분으로부터 함몰된 부분(35a 내지 35d)을 포함하는 고정부재(13);

   상기 고정부재(13)가 상기 수용부(1)에 대해 단일 회전축선(46)을 중심으로 피봇운동할 수 있도록 상기 제2보어(6)의 내면(7)으로부터 돌출함과 동시에 고정부재(13)의 제2단부(15)의 구형 표면부(36)로부터 함몰된 부분(35a 내지 35d)과 결합하는, 상기 수용부(1)의 제2보어(6)에 제공된 로킹장치(33)를 포함하는 뼈 고정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 수용부(1)는 관통공(34)을 포함하고, 상기 로킹장치(33)는 상기 관통공(34) 내에 삽입될 수 있는 적어도 하나의 핀에 의해 제공되고, 상기 핀은 상기 관통공(34) 내에 삽입되었을 때 상기 제2보어(6)의 내면(7)으로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 관통공(34)은, 상기 핀(33)이 제2보어(6)의 내면(7) 내의 제2개구의 외부로 돌출하도록, 상기 수용부(1)의 외면에 형성된 제1개구로부터 상기 제2개구(6)의 내면(7)에 형성된 제2개구를 향해 연장하는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 관통공(34)은, 상기 핀이 삽입되었을 때, 상기 핀(33)이 상기 고정부재(13)의 제2단부(15)의 함몰된 표면부(35)와 접촉 결합하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
5. 제2항 내지 제4항 중 한 항에 있어서, 상기 2개의 핀(33a, 33b)은 상기 수용부(1) 내에 형성된 각 관통공(34)에 삽입되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 로킹장치(33)는 상기 수용부(1) 내에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 상기 로킹장치(33)는 단일 회전축(46)이 상기 수용부(1)의 종축선(4)에 수직하게 되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 한 항에 있어서, 마찰력에 의해 상기 고정부재(13)의 각위치를 고정하기 위해 상기 고정부재(13)의 제2단부(15) 및 이 제2단부(15)에 압력을 전달하기 위한 체결부재(30) 사이에 배열되는 압력부재(20)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 한 항에 있어서, 상기 고정부재(13)의 제2단부(15)의 함몰된 표면부분(35)은 실질적으로 평평한 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 한 항에 있어서, 상기 체결부재(30)는 상기 고정부재(13)를 상기 수용부(1)에 고정하기 위해 상기 수용부(1)와 결합하는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.

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