KR20110099247A - 고정식 다축구성 볼 및 소켓 패스너 - Google Patents

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로버트 엘. 더블러
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오르쏘 이노베이션스, 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 고정 위치 내에 고정될 수 있는 다축구성 볼 및 소켓 조인트에 관한 것이다. 이 고정 시스템은 골 나사와 연계하여 사용되는 상기 다축구성 볼 및 소켓 조인트로 구성되어 있는데, 상기 다축구성 볼 및 소켓 조인트는 척추에 고정하도록 사용하기 위해 한 단부 위에서는 스레드들을 가지고 다른 단부 위에서는 연결 조립체가 다축 방향으로 이동할 수 있는 피벗 포인트로서 작용하는 구 형태의 커넥터를 가진 골 나사를 포함한다. 실질적으로 U자형 연결 조립체가 하부 스플릿 리테이닝 링과 상부 리테이닝 링을 수용하기 위해 소켓으로서 작동하는 하부 리셉터클을 포함한다. 상기 하부 리테이닝 링을 통해 삽입되는 상기 구 형태의 커넥터에 대한 상기 소켓은 상기 소켓을 일시적으로 이동하게 하여 상기 구 형태의 커넥터가 상기 상부 리테이닝 링과 하부 리테이닝 링 사이에 위치될 수 있게 한다.

Description

고정식 다축구성 볼 및 소켓 패스너{LOCKING POLYAXIAL BALL AND SOCKET FASTENER}
본 발명은 볼 및 소켓 패스너에 관한 것으로서, 특히 척추 임플란트로서 사용하기에 적합한 다축구성 볼 및 소켓 패스너에 관한 것이다.
다양한 볼 및 소켓 패스너가 있지만, 특정 제품에 대해 적용될 때, 볼 및 소켓은 효율적이 되기 위하여 최소 요구조건을 충족시켜야 한다. 예를 들어, 척추 병리학 분야에서는, 새로 개발된 척추 고정장치들은 의료 분야에서 주된 진전을 나타내고 있다. 수술적 임플란트 고정 시스템들은 외상 또는 외상이 성장되는 동안 부적절하게 변형되는 결과로 발생되는 문제점들을 포함하여 통상 다양한 등 구조(back structure) 문제점들을 교정하기 위해 사용된다. 일반적으로 사용되는 고정 시스템은 환자의 척추에 대해 원하는 방향으로 정렬되는 하나 이상의 고정 로드(stabilizing rod)를 사용하게 된다. 고정 나사들이 환자의 척추 뼈(spinal bone) 내로 삽입되고 일련의 커넥터(connector)들이 로드와 고정장치들을 단단하게 연결하도록 사용된다.
개인의 척추를 새로 형성할 때(reshaping) 바람직한 곡률(curvature)을 따르게 하기 위해 발생되는 다양한 형태의 어려움들을 수용하기 위하여 다양한 디자인이 있다. 공지되어 있는 임플란트 시스템들은 종종 이러한 문제점들 중 하나만 교정하여 또다시 새로운 문제점들을 만들어 낸다.
위에서 언급한 구성요소들을 뒷받침하기 위해, 모든 척추 임플란트 시스템에서는 일반적으로 골(bone)에 적절하게 고정할 필요성이 존재한다. 이와 같이 고정하기 위해 통상 골 나사(bone screw)가 사용되며, 다축구성 디자인(polyaxial design)을 사용하는 것이 의사가 변형을 최소한으로 하여 개별 환자에게 고정하여 장착할 수 있게 한다는 점에서 매우 효율적인 것으로 입증되어 왔다.
이러한 이유들과 그 외의 다른 이유들로 인해, 골 구조(bone structure)에 위치된 나사들은 통상적으로 정렬 로드(alignment rod)와 같은 구성요소에 부착하기 위해 특별히 고안된 연결부재(connector member)와 다축구성 베이스(polyaxial base)를 사용한다. 현재 기술에 관한 문제점으로는, 환자의 골이 노출될 때까지 골 구조가 결정될 수 없다는 점이다. 이 문제점은 수술 때마다 매번 가까이에 다양한 크기의 임플란트 인벤토리(implant inventory)를 두어야 하는 것을 필요로 한다. 의사는 어떤 임플란트가 필요할지를 예측하는 데에 따라 조합을 조립하기 위해 상기 인벤토리를 검색해야 한다. 어떤 한 임플란트 조합이 예측된다 하더라도, 근육 구조 또는 신경의 위치 때문에 여전히 고정 나사가 각을 이루면서 삽입할 필요가 있다. 근육 및 그 외의 조직을 움직이는 것은 수술의 난이도를 증가시키고 환자에게 심각한 외상의 원인이 될 수 있다. 특히, 골에 적절하게 지지되도록 하기 위해 골 상태는 특대형의 스레드(oversize thread)를 필요로 할 수도 있다. 그 결과, 의사는 고정장치들의 많은 인벤토리를 유지해야 하거나 또는 큰 고정장치 인벤토리를 가진 벤더 스탠딩(vendor standing)을 가져서 각각의 요구조건들을 충족시킬 수 있다.
종래의 다축구성 골 나사(polyaxial bone screw)는 일반적으로 골 내로 삽입하기 위해 한 단부에서 거친 스레드(coarse thread)를 가진 단일 샤프트로 구성된다. 연결 부재에 결합하기 위하여 구 형태의(spherical) 볼이 맞은편 단부에 위치된다. 예를 들어, 골 나사 고정 조립체들에 대한 다수의 특허들이 있는데, 이 골 나사 고정 조립체들은 정렬 로드에 부착시키기 위해 새들(saddle)로서 작용하는 U자형 연결 요소(connector element)를 포함한다. 미국 특허번호 5,133,717은 새들 서포트(saddle support)를 포함하는 천골 나사(sacral screw)에 대해 기술하고 있다. 고정력을 개선하기 위하여 각위치(angular position)에서 나사를 배치하는 데 필요한 지지력을 제공하도록 보조의 각 나사(angled screw)를 사용하는 방법이 기술되어 있다.
미국 특허번호 5,129,900은 조절가능한 방식으로 정렬 로드에 고정된 연결 부재와 부착 나사에 대해 기술하고 있다. 각각의 연결 부재 내에 제공된 길게 늘여진 영역(oblong area)으로 인해 정렬 로드를 아주 조금 이동시킬 수 있다(minute displacement).
미국 특허번호 4,887,595는 골과 결합하기 위해 외부 방향으로 스레드구성된(externally threaded) 제 1 부분과 고정 너트(locking nut)와 결합하기 위해 외부 방향으로 스레드구성된 제 2 부분을 기술하고 있다. 이 특허에서는 단일의 고정 샤프트 사용방법이 도시되어 있다.
미국 특허번호 4,946,458은 고정 핀(locking pin)을 수용하도록 구성된 구 형태의 부분(spherical poition)에 대해 기술하고 있는데, 나사의 한 부분이 상기 구 형태의 부분 주위로 회전하게 할 수 있다. 이 나사와 관련된 한 문제점은 스레드구성된 연장 볼트(threaded extension bolt)를 수용하기 위해 베이스 나사(base screw)의 기능이 중지될 필요가 있고 고정 핀이 필요하다는 점이다.
미국 특허번호 5,002,542는 두 개의 수평 방향으로 배열된 부분들이 지지 로드(support rod)를 조절가능한 거리에 고정하는 후크(hook)와 조합하여 사용하기 위한 척추경 나사(pedicle screw)의 헤드를 수용하도록 구성된 나사 클램프(screw clamp)를 기술하고 있다.
미국 특허번호 4,854,304는 압축(compression) 및 전개(distraction) 시킬 수 있는 특별히 설계된 정렬 로드와 사용하기에 적합한 상측 부분을 가진 나사 사용방법에 대해 기술하고 있다.
미국 특허번호 4,887,596은 정렬 로드를 척추에 결합시킬 때 사용하기 위한 척추경 나사를 기술하고 있는데, 여기서 나사는 정렬 로드와 나사 사이의 각도를 조절할 수 있게 하는 클램프를 포함한다.
미국 특허번호 4,836,196은 특별히 설계된 정렬 로드와 사용하기 위해 반구 형태의 컵(semi-spherical cup)과 스레드구성 방식으로 결합하도록(threadingly engaging) 설계된 상측 부분을 가진 나사를 기술하고 있다. 정렬 로드는 지지 로드가 각위치에 배치될 수 있도록 하는 구 형태의 디스크를 수용하기 위해 거리가 서로 떨어진 곡률(curvature)들을 포함한다.
미국 특허번호 5,800,435는 다축구성 척추경 나사 임플란트 장치들과 사용하기 위한 모듈식 척추 플레이트 조립체를 기술하고 있다. 이 장치는 상기 조립체에 포함된 레일(rail)들을 따라 상기 장치를 협력가능한 방식으로 고정하는 압축가능 구성요소(compressible component)들을 포함한다.
미국 특허번호 5,591,166은 일련의 패스너와 골 플레이트 부재를 포함하는 골 플레이트 구조와 정형외과적 골 볼트(orthopedic bone bolt)를 기술하고 있다. 다-각도로(multi-angle) 장착된 형태를 위해 하나 이상의 패스너가 사용된다. 이 패스너는 환자의 골 조직과 결합하도록 구성된 스레드구성 부분들을 포함한다.
미국 특허번호 5,569,247은 환자의 뼈를 또 다른 수술적 임플란트 구성요소들에 연결하기 위해 사용가능한 다-각도 패스너(multi-angle fastener)를 기술하고 있다. 상기 특허 5,569,247은 이 장치를 설치하는 동안 조절할 수 있게 하기 위해 구 형태의 여러 부분들로 구성된 헤드를 가진 고정 볼트를 포함한다.
미국 특허번호 5,716,357은 척추 치료 및 기다란 골 고정 기구를 기술하고 있다. 이 기구는 환자의 척추골(vertebrae)과 결합하도록 구성된 링크연결 부재(link member)들을 포함한다. 이 링크연결 부재들은 체인(chain)과 유사한 방식으로 골에 비선형적인 배열로 부착될 수 있다. 또한 상기 기구는 링크연결 부재들과 결합하기 위해 하나 이상의 다-방향 부착 부재를 포함한다. 이에 따라 상기 기구는 척추 임플란트 고정 시스템을 형성하는 데 사용될 수 있게 한다.
또 다른 타입의 척추 고정 시스템은 환자의 척추의 후방 영역과 결합하는 강성의 나사(rigid screw)들을 포함한다. 이 나사들은 원하는 척추-곡률-교정 방향으로 형성된 지지 로드와 결합하기 위해 로드와 결합하는 자유 단부들로 설계된다. 이 나사들에 대해 로드를 제자리에 고정하기 위하여 종종 클램핑 부재(clamping member)들이 사용된다. 이 클램핑 부재들 대신에, 가령 미국 특허번호 5,129,900에 기술된 것과 같은 그 외의 다른 고정 시스템들은 지지 로드들과 고정 나사들을 결합하는 커넥터들을 사용하고 있다. 이 커넥터들은 상기 로드와 나사들 간에 원치 않는 상대적 운동을 없애, 이에 따라 환자의 척추를 교정된 방향에 유지시킨다.
그 외의 다른 척추 고정 시스템들은 조절가능한 요소들을 사용한다. 예를 들어, 미국 특허번호 5,549,608은 불연속 로드-결합 커플러(discrete rod-engaging coupler)들에 부착된 피벗운동을 하고 있는 자유 단부들을 가진 고정 나사들을 포함한다. 그 결과, 로드들과 고정 나사들의 상대 위치는 심지어 나사가 환자의 척추 골(spinal bone)내로 고정되고 난 뒤에도 올바르게 끼워지도록 조절될 수 있다. 이러한 타입의 고정 시스템은 로드-나사 링크연결 공정을 용이하게 만드는데 성공적이다. 이 조절 기능은 나사가 몇몇 로드 경로(rod path)들을 수용하게 한다.
미국 특허번호 7,445,627은 척추골 바디(vertebral body)를 내부 고정하기 위한 패스너 및 골 고정 조립체를 기술하고 있다. 한 대표 구체예에 따르면, 튤립 조립체(tulip assembly)가 사용되는데, 이 튤립 조립체는 튤립 조립체의 외측 표면 위에 배열된 비-원형 표면을 포함한다. 패스너가 나사의 헤드 위에 튤립 조립체를 보유하도록 위치될 수 있으며 튤립 조립체에 결합된다. 복수의 내측 돌출부(inner protrusion)들과 외측 표면을 가진 캡(cap)이 튤립 바디 위의 비-원형 표면에 연결되어 튤립 조립체를 압축시켜 로드를 고정하게 한다.
미국 공보번호 2008/0177322는 척추골에 결합된 골 패스너 조립체를 포함하는 척추 고정 시스템을 기술하고 있다. 각각의 골 패스너 조립체는 골 패스너 및 컬러(collar)를 포함한다. 이 골 패스너는 제 1 평면에서 적어도 제 1 횡단 형태를 가지며 제 2 평면에서 제 2 횡단 형태를 가지는 헤드 부분을 가진다. 상기 컬러는 바닥에서 원형의 개구를 가지며 릴리프(relief)가 상기 원형의 개구로부터 연장된다. 골 패스너의 제 2 횡단 형태는 상기 개구에 고정되어(keyed) 상기 골 패스너를 바닥으로부터 컬러 조립체 내에 삽입할 수 있게 한다. 삽입 후에, 상기 골 패스너는 컬러로부터 골 패스너가 떨어지는 것을 방지하기 위하여 회전된다. 그 뒤, 상기 컬러는 상기 골 패스너에 대해 회전되고 및/또는 각도를 이룰 수 있다. 상기 컬러 내에 신장 부재(elongated member)가 위치될 수 있으며 이 신장 부재를 컬러에 고정하기 위해 봉합 부재(closure member)가 사용된다.
미국 공보번호 2006/0241599는 내측 단부(proximal end) 위에 형성된 구 형태의 헤드를 포함하는 섕크(shank) 및, 상기 섕크의 구 형태의 헤드를 다축 방향으로(polyaxially) 배치하기에 적합한 내부에 형성된 축방향 통로(axial passage)를 가진 리시버 부재(receiver member)를 가진 다축구성 고정 장치를 기술하고 있다. 이 다축구성 골 나사는 상기 리시버 부재 내에 구 형태의 헤드를 고정하기 전에 섕크가 원하는 각도 방향으로 배열된 상태에 유지될 수 있게 하기 위해 구 형태의 헤드와 리시버 부재 사이에 충분한 마찰력을 제공하도록 구성된 결합 부재를 추가로 포함한다.
미국 공보번호 2006/0235392는 척추골을 고정시키기 위해 로드에 대해 패스너 요소(예를 들어, 척추경 나사)를 연결하기 위한 시스템을 기술하고 있다. 이 시스템은 패스너 요소와 로드 사이에 다축 운동(multi-axial movement)을 가능하게 할 수 있다. 또한, 상기 시스템은 패스너와 로드 사이의 각 연관성(angular relationship)이 있으며 로드를 원하는 방향에 배열된 상태로 유지되게 할 수 있다.
미국 공보번호 2006/0155277은 로드를 척추골에 고정하기 위한 고정 요소를 기술하고 있는데, 이 고정 요소는 로드를 수용하기 위한 보유 수단(retaining means), 상기 보유 수단 위에 배열된 안전 요소, 척추골의 바디 위에 배열될 수 있는 고정 요소, 및 상기 고정 요소와 보유 수단 사이에 배열된 클램핑 장치를 포함한다. 이 클램핑 장치는 링-형태의 마운트(mount), 일부분이 원뿔형의 세그먼트(segment)로 형성된 베어링 및 상기 마운트 내에 매립되고(embedded) 상기 베어링과 결합된 중간 요소(intermediate element)를 포함하며, 여기서 상기 마운트는 상기 베어링에 대해 제거된 상태로 이동가능하기도 하고 상기 마운트는 상기 중간 요소에 의해 상기 베어링 위에서 클램프고정된 상태(clamped state)로 유지된다. 상기 마운트는 상기 보유 수단에 단단히 연결되고(rigidly connected) 상기 베어링은 상기 고정 요소에 단단히 연결된다.
미국 공보번호 2006/0149240은 상부 캡쳐 구조(upper capture structure), 헤드 및 다중-부분 리테이너, 관절 구조(articulation structure)를 가진 스레드구성 섕크 바디(threaded shank body)를 포함한다. 리테이너 구성 부분들의 기하학적 형태는 헤드의 공동(cavity)을 형성하는 내측 표면과 캡쳐 구조 사이에 리테이너 구조를 마찰방식으로 둘러싸기 위하여(frictionally envelope) 상기 캡쳐 구조의 외부 기하학적 형태와 상응하고 협력한다. 이 헤드는 척추 고정 또는 세로방향 안정 연결 부재를 수용하기 위한 채널(channel)을 형성하는 U자형 크레이들(cradle)을 가진다. 상기 헤드 채널은 공동과 소통되며(communicate) 헤드 내에 리테이너 부분들과 캡쳐 구조를 수용하지만 마찰방식으로 결합된 캡쳐 구조와 리테이너가 헤드로부터 통과하는 것을 방지하는 제한 개구(restrictive opening)와 추가로 소통된다. 상기 리테이너 구조는 헤드의 내측 표면과 짝을 이루고(mate), 볼 조인트(ball joint)를 제공하며, 헤드가 섕크 바디에 대해 일정 각도로 배열될 수 있게 하는 실질적으로 구 형태의 표면을 포함한다.
미국 특허번호 6,716,214는 골 임플란트 섕크, 헤드 및 리테이닝 링(retaining ring)을 가진 다축구성 골 나사를 기술하고 있다. 상기 리테이닝 링은 부분적인 캡쳐 리세스(capture recess)들과 반경 방향으로 연장되는 채널들을 가진 내부 보어 및 외측 부분적인 반구 표면을 포함한다. 상기 섕크는 상부 방향으로 연장되는 캡쳐 구조와 나선형으로 감겨져 있는 외부 스레드를 가진 골 임플란트 바디(bone implantable body)를 포함한다. 상기 캡쳐 구조는 하나 이상의 스플라인(spline)을 포함하는데, 이 하나 이상의 스플라인은 스플라인으로부터 외부를 향해 반경 방향으로 향하고 있는 웨지구성 표면(wedged surface)을 가지며 외부를 향해 반경 방향으로 연장된다. 상기 캡쳐 구조는 리테이닝 링의 중앙 보어를 작동가능하게 통과하며(operably pass through) 스플라인이 헤드 위에 배치될 수 있도록 상기 스플라인이 적절하게 형성된 채널을 통과하여 여기서 섕크가 적절하게 회전될 때 섕크가 하부를 향해 뒤로 끌어 당겨지며(drawn back) 이에 따라 스플라인은 캡쳐 리세스 내에 안착되고(seat) 결합된다. 상기 헤드는 일단 리테이너 링이 공동 내에 안착되고 나면 링이 통과하는 것을 방지하는 하부 제한 경부(lower restrictive neck)를 가지며 링의 표면과 짝을 이루는 구 형태의 표면을 가진 내부 공동을 포함한다.
미국 특허번호 6,565,567은 골 세그먼트(bone segment)들을 움직이지 못하게 하기 위해 로드와 함께 사용하기 위한 척추경 나사 조립체를 기술하고 있다. 이 조립체는 나사, 상기 나사를 수용하기 위한 다축구성 하우징(polyaxial housing), 와셔(washer), 세트 나사(set screw), 및 컵-형태의 캡으로 구성된다. 상기 하우징의 하측 부분은 나사 헤드의 바닥과 결합된 감소된 횡단면적에서 끝을 이룬다(terminate). 상기 나사가 다축구성 하우징 내에 위치되고 나사가 골 내에 고정될 때, 상기 다축구성 하우징은 3 자유도 방식으로 피벗회전 가능하다. 상기 하우징은 한 쌍의 직립(upstanding) 내부 스레드구성 포스트(post)를 가진 상측 부분을 포함한다. 와셔(washer)가 로드와 나사의 헤드 사이에 삽입된다. 바닥 부분을 가지며 한 쌍의 포스트가 개구와 가로방향 횡단 커넥터(lateral cross connector)를 수용하고 있는 캡이 포스트들에 걸쳐 배치되며 상기 횡단 커넥터는 로드와 결합된다. 상기 횡단 커넥터와 와셔는 일단 세트 나사가 조여지고 난 뒤 하우징 내에서 회전하거나 또는 미끄러지는 것을 방지하기 위해 오목한 통상 반-원통형의 로드 결합 표면들을 가진다. 세트 나사가 로드를 하우징 내에 고정하기 위해 하우징 포스트 내에 스레드구성된다. 와셔는 거칠거칠한(roughened) 하측 표면을 가지는데, 하우징의 바닥 부분에서 감소된 횡단면적과 관련된 상기 하측 표면은 상기 세트 나사가 조여질 때 하우징을 나사 헤드에 고정하고 안전하게 클램핑한다.
미국 특허번호 5,501,684는 원뿔형 헤드 부분과 골 내에 부착하기 위해 상기 원뿔형 헤드 부분과 접하고 있는 고정 요소를 가진 고정 요소로 구성된 골 접합 장치(osteosynthetic fixation device)를 기술하고 있다. 이 골 접합 장치는 구 형태로 형성되며 층 구조로 구성되고(layered) 홈이 파진 형태의 클램핑 부분으로 구성되는데, 이 클램핑 부분은 원뿔형 헤드 부분을 장착하기 위해 원뿔형의 보어홀(borehole)을 가지고 상기 구 형태의 층 구조로 구성된 보어홀이 구비된 연결 부분 내에 설치하기 위해서 형성된다. 고정 부분은 축방향으로 배열된 인장 요소(tension element)를 가지며, 이에 따라 축방향으로 이동될 수 있고 상기 인장 요소와 상응하는 보어홀 내에 원뿔형 헤드 부분을 끼워넣을 수 있다(wedging). 상기 접합 장치는 플레이트/나사 시스템, 내부 또는 외부 고정장치로서 사용하기에 적합하며, 특히 척주(spinal column) 고정을 위해 사용하기에 적합하다.
미국 특허번호 4,693,240은 내부 골절 접합을 위한 골 핀 클램프(bone pin clamp)를 기술하고 있다. 이 기구는 회전, 슬라이드 및 하우징 요소들을 포함하는데, 이 회전, 슬라이드 및 하우징 요소들은 그 다음 요소들 내에 한 요소가 위치되어 있으며, 이러한 각각의 요소는 상기 요소를 관통하는 핀을 수용하기 위해 구멍(aperture)을 가지고, 회전 및 슬라이드 요소들은 상기 하우징 요소에 대해 각각 핀의 방위각(azimuth)과 정점(zenith), 및 높이를 조절할 수 있다. 공통의 액츄에이터 부재(actuator member)를 포함하는 고정 메커니즘이 상기 하우징 요소 내에서 핀과 회전 및 슬라이드 요소들을 고정시키기 위해 동시에 작동할 수 있다. 바람직한 한 형태에서, 상기 하우징 요소는 내부에 고정된(keyed) 피스톤으로서 슬라이드 요소를 가진 실린더로서 사용되고, 회전 요소는 상기 피스톤 내에 결합된 환형의 스러스트 부재(thrust member)들과 나사 사이에 위치된 디스크이며, 상기 피스톤과 디스크는 나사 작용 하에서 상기 스러스트 부재들을 향해 팽창하고 압축함으로써 고정하기 위해 각각 분리된다.
미국 특허번호 4,483,334는 공지된 방식으로 서로 골 세그먼트들을 고정하기 위한 외부 고정 장치를 기술하고 있다. 이 장치는 각각 골 세그먼트들로부터 연장되는 골 핀들에 고정된 한 쌍의 골 클램프 조립체, 상기 골 클램프 조립체 사이에서 연장되는 브릿지(bridge), 및 상기 브릿지를 각각의 핀 클램프 조립체에 연결하는 특별하게 높은 마찰력을 가진 범용(universal) 조립체를 포함한다.
미국 특허번호 4,273,116은 Steinmann 핀과 관형의 타이-로드(tie-rod) 사이의 연결을 쉽게 조절하고 고정할 수 있게 하기 위해 슬라이딩 범용 관절형 커플링(sliding universal articulated coupling)들을 포함하는 재배열 골들과 골절을 감소시키기 위한 외부 고정 장치를 기술하고 있다. 각각의 커플링들은 너트-볼트 조립체에 의해 블록(block)에 대해 조여질 수 있는 클램프 러그(clamp lug)를 가진 커플링 로킹 클램프의 개방 링 부분의 내측 표면을 일치시킴으로써 둘러싸고 있는 스플릿(split), 구 형태의 어댑터 슬리브(adapter sleeve)를 포함한다. 또한 상기 너트-볼트 조립체들은 상기 블록 내에서 신장 슬롯(elongated slot) 내에 배치되며 두 직각 방향으로 조절하고 선택적으로는 Steinmann 핀들을 탄성적으로 굽힌(resilient bending) 후에 이 Steinmann 핀들을 블록에 클램핑하기 위해 클램핑 부재들과 협력한다.
미국 특허번호 6,672,788은 원하는 위치를 향해 양의 편향력(positive biasing)을 제공하는 디텐트 메커니즘(detent mechanism)과 일체로 구성된(incorporating) 볼 및 소켓 조인트를 기술하고 있다. 상기 볼 및 소켓 조인트는 램프(lamp), 공구(tool) 및 꼭지(faucet)와 같은 물품(item)들을 지지하고 고정하는 가요성 지지체(flexible support) 내에서 사용될 수 있다. 상기 디텐트 메커니즘은 두 개의 상응하는 부분들을 포함하는데, 이들 중 하나는 볼 부분 내에 있고 두 번째 부분은 조인트의 소켓 부분 내에 있다. 제 1 디텐트 부분은 특정 타입의 돌출부(protrusion)이고 제 2 디텐트 부분은 상기 돌출부를 수용하고 이 돌출부와 결합하도록 구성된 홈(groove) 또는 만입부(indentation)이다. 볼이 디텐트 돌출부를 포함하면, 소켓은 디텐트 만입부를 포함한다. 그 반대로, 소켓이 디텐트 돌출부를 포함하면, 볼이 디텐트 만입부를 포함하게 된다. 디텐트의 인장력은 스프링 또는 스프링 밴드에 의해 제공될 수 있으며, 조인트가 제조되는 재료의 특성들은 몇몇 그 외의 다른 유사한 인장 장치에 의해 형성된다.
미국 공보번호 2003/0118395는 볼 및 소켓 조인트를 기술하고 있는데, 이 볼 및 소켓 조인트는 하우징, 상기 하우징 내에 피벗회전 가능하게 장착된 볼 피벗(ball pivot), 및 상기 하우징에 고정되고 두 개의 레그(leg)가 제공된 밀봉 링(sealing ring)에 의해 상기 볼 피벗 위에서 슬라이딩 이동가능하게 장착된 밀봉 벨로(sealing bellow)를 가진다. 상기 두 개의 레그 중 첫 번째 레그는 인장 하에서 상기 볼 피벗과 접촉하고 있으며 두 번째 레그는 상기 밀봉 벨로의 벽과 맞물려 있다(meshed). 또한, 두 번째 레그는 일부분 이상 상기 밀봉 벨로의 벽 내에 배열된 고정 링 내에 고정된다.
미국 특허번호 4,708,510은 어떠한 운동도 수행할 수 있으며(universal movement) 수직방향 지지 샤프트(support shaft)에 대해 목표물(object)을 배치시킬 수 있게 하는 볼 조인트 커플링 조립체를 기술하고 있다. 볼과 피스톤이 이동가능하게 결합되어 있는 하우징을 가진 볼 조인트 조립체에 의해 신속한 탈착/고정 기능이 제공된다. 이 볼은 피스톤과 하우징의 환형의 조(jaw) 부분들 사이에 캡쳐되고(captured), 하우징 조 부분과 피스톤 조 부분 사이의 그립핑 결합(gripping engagement)에 의해 고정 작동이 제공된다. 상기 볼 부재는 볼의 맞은편 측면 위에서 하우징 조 부분과 피스톤 조 부분의 환형 에지(annular edge)들에 의해 일직선으로 접촉되고 압축되어 결합한 상태로(compressive engagment) 그립된다(gripped). 피스톤은 고정 결합으로 하우징 내에서 축방향으로 운동하기 위해 형성되고 스레드구성 액츄에이터 샤프트가 회전함으로써 떨어진다(release).
미국 특허번호 3,433,510은 제 1 부분과 제 2 부분을 함께 단단하게 결합하기 위한 스위블 구조(swivel structure)를 기술하고 있다. 제 1 부재가 상기 제 1 부분에 연결되어 있고 제 2 부재가 상기 제 2 부분에 연결되어 있다. 중간 중공 부재(intermediate hollow member)가 상기 제 1 부재와 제 2 부재를 함께 서로 연결한다. 상기 제 1 부재 위에 확대된 외측 단부 부분이 제공되며 그 위에 복수의 고정 수단들을 포함한다. 상기 고정 수단들 중 하나와 결합하기 위해 상기 제 2 부재 위에 한 수단이 제공된다. 상기 중공 부재와 제 2 부재를 함께 스레드구성 방식으로 결합하기 위해(threadably joining) 한 수단이 제공된다. 상기 중공 부재 내에슬롯이 제공되며 상기 확대된 외측 단부 부분을 통과하고 상기 제 2 부재와 중공 부재를 함께 결합하는 스레드구성 결합부 맞은편에 있는 제한된 개구(restricted opening)를 포함하는 확대된 삽입부(enlarged entrance)를 포함한다. 상기 제한된 개구를 둘러싸고 있는 부분은 제 2 부재가 상기 중공 부재에 스레드구성 방식으로 결합되고 외측 단부 부분에 대해 지탱될 때(beared) 상기 외측 단부 분에 대해 가해진 힘들에 대항한다(oppose).
미국 특허공보번호 2008/0269809는 바닥 부분에 장착되는 척추경 나사 조립체를 기술하고 있다. 이 장치는 척추경 나사와 연결 부재를 포함한다. 상기 척추경 나사는 상측 부분이 클립 부재(clip member)를 수용하도록 크기가 정해진 홈을 포함할 때 스레드구성 하측 부분을 포함한다. 상기 클립 부재는 구 형태의 외측 표면을 포함한다. 작동 시에, 상기 클립은 홈 내에 위치되고 이 조립체는 상기 연결 부재의 바닥 부분에서 개구를 통해 눌러진다(pressed). 이 장치가 바닥 부분에 장착되면서, 상기 장치는 척추경 나사가 연결 부재와 나란하게 정렬될 때 분리될 것이다. 상기 클립 부재의 구성으로 인해, 상기 클립은 나사가 커넥터와 나란하게 정렬된 상태로 위치될 때 상기 개구를 통해 다시 통과하기에 충분하게 접혀질 수 있으며(collapse) 이에 따라 골에 대한 연결부분이 올바른 작동을 위해 상기 커넥터에 대해 한 각도로 배치될 필요가 있다.
따라서, 이때 필요한 장치는, 공지된 장치들이 보여주고 있는 단점들을 해결하면서도 공지된 장치들의 이점들을 포함하는, 척추 고정 시스템 내에서 사용하기에 적합하도록 구성될 수 있는 고정식 다축구성 볼 및 소켓 조인트(lockable polyaxial ball and socket joint)이다. 이 시스템은 설치 지점에서 상호교체 가능한 구성요소를 사용할 수 있게 하여, 광범위한 척추 기형(spinal deformity) 문제를 더 적은 수의 구성요소들로 해결할 수 있다.
요약하면, 본 발명은 함께 스냅 조립(snap assembly)할 수 있으며 그 뒤 고정 위치 내에 고정할 수 있는 다축구성 볼 및 소켓 조인트에 관한 것이다. 본 발명에서는, 환자의 척추를 새로 형성하기 위해(reshaping) 척추 고정 시스템에서 사용하도록 구성된 볼 및 소켓 고정 시스템의 대표적인 구체예가 기술되어 있다. 이 고정 시스템은 척추에 고정하도록 사용하기 위해 외부를 향해 연장되는 골 나사를 가진 다축구성 볼과 상기 다축구성 볼을 수용하도록 구성되고 배열된 소켓을 포함하는 연결 부재를 포함한다. 상기 기술된 구체예에서, 연결 부재는 상부 리테이닝 링과 하부 스플릿 리테이닝 링을 수용하기 위한 소켓으로서 작동하는 하부 리셉터클을 가진 U자형 연결 부재로서 도시되어 있다. 이 소켓은 연결 조립체의 바닥 부분에서 구멍(aperture)을 통해 삽입되는 구 형태의 커넥터(spherical connector)에 수용되며(receptive) 상기 연결 조립체서 구 형태의 다축구성 볼은 하부 스플릿 리테이닝 링과 접촉하여 일시적으로 이동되며 상기 링이 상기 스플릿 링을 개방하도록 구성되고 배열된 복수의 램프들과 접촉할 수 있게 하여, 구 형태의 커넥터의 링을 상부 리테이닝 링과 하부 리테이닝 링 사이에 배열시킴으로써 상기 다축구성 볼이 통과할 수 있게 한다. 연결 부재의 내측 표면과 볼 사이에 끼워넣어(wedge) 이 연결부가 움직이지 못하게, 상부 리테이닝 링을 볼과 접촉하도록 누르고 이와 동시에 하부 스플릿 리테이닝 링은 볼의 하측 부분과 결합되도록 세트 나사(set screw) 또는 너트가 사용될 수 있다.
이러한 구성은 구 형태의 커넥터가 연결 부재의 바닥 부분에 수용되는 것을 용이하게 하며, 상기 연결 부재의 개구를 통해 구 형태의 커넥터와 나사를 삽입할 필요성을 없앤다. 또한, 이러한 구성으로 인해, 연결 부재의 상부 개구를 통해 끼워지지 않을 골 고정장치(bone anchor)를 사용할 수 있게 한다. 뿐만 아니라, 공구를 사용하지 않고도 수술 동안에 연결 부재에 고정 나사를 결합시키기 위하여 이중(dual) 리테이닝 링을 사용할 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 수술 동안에, 가장 바람직한 연결 조립체에 고정하기 위하여, 의사는 골 나사(bone screw), 후크(hook), 또는 그 외의 다른 골 커넥터(bone connector) 중에서 가장 바람직하게 결정할 수 있다. 상기 골 커넥터는 연결 조립체의 소켓 내에 구 형태의 커넥터를 삽입하거나 또는 스냅핑(snapping)하여 연결 조립체에 결합된다. 수술 시에, 구 형태의 커넥터는 하부 리테이닝 링을 지나 가압되고(pushed) 여기서 상기 하부 리테이닝 링은 구 형태의 볼과 연결 부재 사이에서 다축 방향으로 운동할 수 있게 하면서도 커넥터가 제거되는 것을 방지하기 위해 커넥터의 최대 직경을 지나 스냅핑된다. 스플릿 리테이닝 링의 가요성(flexibility)과 복원력(resilience) 때문에, 상기 짝을 이루는 부분들은 미세 허용오차(fine tolerance)가 필요 없으며 제작비용이 경제적이다. 이 시스템은 다양한 커넥터에 의해 전략적으로 배열된 고정 로드(stabilizing rod)들에 링크연결된 일련의(collection) 모듈식 고정 조립체들을 사용한다.
상기 연결 부재들은 상기 고정 로드들 중 하나와 고정 조립체를 링크연결 하도록 구성된 강성의 구조물이다. 이 고정 로드들은 척추-곡률-교정 경로 및/또는 고정 경로를 형성하도록 형태가 형성된 강성 또는 동적 부재들일 수 있다. 커넥터에 의해 고정 로드에 각각의 고정 조립체를 부착시킴으로써, 환자의 등을 의사가 선택한 형태로 만든다. 고정 로드들은 필요한 교정 타입에 따라 단독으로 사용될 수 있거나 또는 쌍으로 사용될 수도 있다. 이 고정 로드들은 크기가 가변적이지만, 통상 두 개 이상의 척추골(vertebrae) 사이에서 연장된다.
따라서, 본 발명의 목적은 고정식 다축구성 볼 및 소켓 패스너의 사용방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 척추 고정 시스템에서 사용하기 위한 고정식 다축구성 볼 및 소켓 패스너의 사용방법을 기술하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 특정 설치조건을 충족시키기에 필요한 인벤토리(inventory)의 양을 줄일 수 있게 하기 위해 다양한 연결 부재들에 다양한 고정장치들을 고정시킬 수 있는 고정식 다축구성 볼 및 소켓 시스템의 사용방법을 기술하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 설치 동안에 구성요소들을 조절할 수 있게 하며 이에 따라 광범위한 척추 기형(spinal deformity)을 만족스럽게 교정할 수 있게 하는 척추 고정 시스템을 위한 다축구성 골 나사 조립체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 추가적인 목적은 간단하고 단단하며 안정적인 스플릿 링 고정 메커니즘을 포함하는 골 나사 조립체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 공구 없이도 상호 연결 부재에 결합될 수 있는 다축구성 골 나사를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고정 요소를 장착하는 동안 필요한 공구의 수를 최소로 하게 하는 척추 고정 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 그 외의 다른 목적들과 이점들은, 본 발명의 실례의 특정 구체예들을 예시함으로써 설명되는, 첨부된 도면들을 참조하여 기술된 하기 내용으로부터 명백하게 될 것이다. 이 도면들은 본 명세서의 일부분을 구성하며 본 발명의 대표 구체예들을 포함하고 본 발명의 다양한 목적들과 특징들을 도시하고 있다.
도 1은 척추 고정장치에 제공된 볼 및 소켓 패스너를 도시한 상부 투시도.
도 2는 구 형태의 볼과 연결 부재 사이에서 다축구성 방식으로 협력하는 것을 예시하고 있는 고정 부재를 가진 볼 및 소켓 패스너를 도시한 상부 투시도.
도 3은 볼 및 소켓 패스너를 도시한 측면도.
도 4는 볼 및 소켓 패스너의 일부분을 도시한 도면.
도 5는 연결 조립체를 도시한 단면도.
도 6은 연결 조립체를 도시한 상부 단면도.
도 7은 도 6의 라인 7-7을 따라 절단한 연결 조립체의 일부분을 도시한 투시도.
도 8은 연결 조립체를 도시한 상부 투시도.
도 9는 연결 조립체를 도시한 상부도.
도 10은 도 9의 라인 10-10을 따라 절단한 연결 조립체를 도시한 단면도.
도 11은 연결 부재의 일부분을 도시한 바닥 투시도.
도 12는 연결 부재의 일부분을 도시한 상부 투시도.
도 13은 연결 부재의 바닥을 도시한 도면.
도 14는 연결 부재의 시트 부분을 도시한 상부 투시도.
도 15는 하부 스플릿 리테이닝 링을 도시한 투시도.
도 16은 하부 리테이닝 링과 시트 부분을 예시하고 있는 투시도.
도 17은 상부 리테이닝 링을 도시한 상부 투시도.
도 18은 상부 리테이닝 링을 도시한 하부 투시도.
도 19는 구 형태의 커넥터에 리테이닝 어셈블리가 조립되는 것을 도시한 투시도.
도 20a는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 측면도.
도 20b는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 측면도.
도 20c는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 측면도.
도 20d는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 측면도.
도 20e는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 측면도.
도 20f는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 측면도.
도 20g는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 측면도.
도 20h는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 측면도.
도 21a는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 단면도.
도 21b는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 단면도.
도 21c는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 단면도.
도 21d는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 단면도.
도 21e는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 단면도.
도 21f는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 단면도.
도 21g는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 단면도.
도 21h는 연결 조립체와 구 형태의 볼이 조립된 것을 예시하고 있는 단면도.
도 22는 본 발명의 대안의 구체예를 도시한 투시도.
도 23은 도 22에 예시된 구체예의 일부분을 도시한 측면도.
도 24는 도 22에 예시된 구체예를 도시한 상부도.
도 25는 리테이닝 너트를 도시한 투시도.
도 26은 오직 단일축 운동만을 가진 본 발명의 대안의 구체예를 도시한 투시도.
도 27은 도 26에 예시된 구체예의 골 고정장치를 도시한 전면도.
도 28은 도 26에 도시된 구체예의 골 고정장치를 도시한 측면도.
도 29는 단일축 구체예에서 사용되는 구 형태의 커넥터의 일부분을 도시한 투시도.
도 30은 단일축 구체예에서 사용되는 연결 조립체의 일부분을 도시한 도면.
도 31은 단일축 구체예에서 사용되는 상부 리테이닝 링을 도시한 하부 투시도.
본 발명의 구체예가 다양한 형태들로 나타날 수 있지만, 도면에서는 하나의 구체예가 도시되어 있고, 본 명세서에서는 바람직한 구체예로 기술될 것이며, 본 명세서가 본 발명의 대표적인 실례로서 간주되어야 하고 본 발명을 도시되어 있는 특정 구체예들에만 제한하기 위함이 아니라는 사실을 이해해야 한다.
도면 전반에서 보면, 척추 고정 시스템에서 사용하기 위해 구성된 고정식 다축구성 볼 및 소켓 고정 시스템의 대표적인 구체예가 기술되어 있다.
상기 볼 및 소켓 고정 시스템은 골 고정장치(bone anchor)와 일체형으로 형성되거나 또는 골 고정장치에 고정된 구 형태의 볼 및 다축구성 조인트(polyaxial joint)를 형성하기 위하여 상기 구 형태의 볼을 위한 스냅-인(snap-in) 타입의 리셉터클(38)을 포함하는 연결 조립체를 포함한다. 이 연결 조립체는 두 개 이상의 골 고정장치들을 함께 고정시키기 위하여 연결 로드 부재와 결합하여 사용될 수 있는 리시버(receiver)를 포함한다.
도 1-4와 도 19를 보면, 바람직한 구체예의 골 고정장치는 일정 길이를 가진 섕크(14)를 포함하는 골 나사(12)이며, 하나 이상의 나선형 스레드(16)가 상기 섕크(14)의 길이를 따라 형성된다. 여기서 기술된 골 나사의 비율은 오직 예시적인 목적만을 위해서이며 섕크의 길이, 나사의 직경, 스레드 피치, 스레드 길이, 스레드 리드(lead)의 개수, 섕크 유도 압축률(shank induced compression) 및 이와 유사한 것들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변경될 수도 있음을 이해하는 것은 중요하다. 섕크(14)의 상측 단부(20)에서, 미리 정해진 직경(d)을 가진 볼 형태의 구 형태의 커넥터(18)가 있다(도 19 참조). 드라이빙 공구(driving tool)를 사용하여 골 나사를 장착하는데 사용하기 위하여 구 형태의 커넥터의 상측 단부(20)를 따라 드라이버 리셉터클(22)이 위치된다. 상기 드라이버 리셉터클은 골 나사를 회전시켜 최종 위치로 가기 위해 드라이빙 공구와 협력하기에 적합하도록 수(male) 또는 암(female) 형태로, 임의의 형태로 구성될 수 있다는 점을 유의해야 한다.
도 1-16을 보면, U자형 연결 조립체가 도시되어 있다. 이 U자형 연결 조립체(30)는 상부 연결 부재(31)(도 11-13 참조), 하부 연결 부재(33)(도 14 참조), 상부 리테이닝 링(42) 및 하부 스플릿 리테이닝 링(40)(도 5 참조)을 포함한다. 상기 상부 연결 부재는 실질적으로 원형의 측벽(32)을 포함하며, 이 원형 측벽(32)은 직립(upstanding)의 제 1 측벽(34)과 제 2 측벽(36)을 형성하는 한 쌍의 U자형 개구(opening)들에 의해 분리된다. 상기 측벽들은 복수의 오목한 홈(recessed flute)(90)들을 포함하는 것이 바람직하다. 이 홈들은 공구(도시되지 않음)와 협력하여 세트 나사(set screw)(80)를 조이는 동안 의사가 연결 부재에 카운터 토크(counter torque)를 가하게 할 수 있도록 하는 그리핑 표면(gripping surface)을 제공하도록 구성되고 배열된다(도 1). 이 홈들 외에도, 홈(91)이 익스텐더 튜브(extender tube)(도시되지 않음)의 부착을 위해 연결 부재의 주변(perimeter) 주위로 절단된다(cut). 익스텐더 튜브들은 최소 침습 척추 수술(minimally invasive spinal procedure)법에서 잘 알려져 있다. 상부 연결 조립체의 하측 표면은 하부 스플릿 리테이닝 링(40)을 개방하기 위해 조립하는 동안 하부 스플릿 리테이닝 링(40)과 협력하여 이에 따라 구 형태의 볼의 주 직경(d)(도 19 참조)이 상기 스플릿 링을 통과할 수 있도록 위치된 복수의 램프(ramp)(94)들을 포함한다(도 21a-21h 참조).
도 4-16을 보면, 상부 연결 부재 (31)은 하부 연결 부재(33)의 배치를 위해 바닥 표면 위에 숄더(92)를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 하부 연결 부재(33)는 두 구성요소들이 나란하게 정렬된 상태를 유지하기 위해 상기 숄더(92)와 협력하도록 구성되고 배열된 숄더(96)를 포함한다. 하부 연결 부재(33)는 하부 스플릿 리테이닝 링(40)과 상부 리테이닝 링(42)을 수용하는 실질적으로 구 형태의 하부 리셉터클(38)을 포함한다. 리테이닝 링(40, 42)은 제조 공정 동안 하부 리셉터클(38) 내에 배열된다. 숄더(92 및 96)는 이 구성요소들을 나란하게 정렬하도록 사용되고 상부 및 하부 연결 부재들은 조립 후에 리테이닝 링들이 떨어지는(dislodgement) 것을 방지하기 위해 함께 레이저 용접된다(laser welded). 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 상부 및 하부 연결 부재들을 함께 부착하기 위한 그 외의 다른 적절한 방법 또는 수술기술들이 사용될 수 있으며, 이러한 방법들은 스폿 용접(spot welding), 스레드(thread), 접착(adhesive), 핀 스웨이징(pins swaging), 납땜(solder), 억지 끼워맞춤(interference fit) 및 이들의 적절한 조합들을 포함할 수 있으나 이들에만 제한되어서는 안 된다는 사실을 유의해야 한다.
도 5-13과 17-18을 보면, 상부 리테이닝 링(42)이 도시되어 있다. 상부 리테이닝 링(42)은 하부 리셉터클(38) 내에 위치되는데, 상부 에지(52)가 측벽(41)에 의해 형성된 공동(cavity) 내에 위치될 수 있으며; 상부 리테이닝 링 측벽(43)은 상부 리테이닝 링이 회전하는 것을 방지하기 위해 상기 공동의 측벽(41)과 협력한다. 상부 리테이닝 링의 내측 표면(56)은 구 형태의 커넥터(18)의 외측 표면과 결합되어(engaging) 자체적으로 중앙에 위치하기 위해(self centering) 제공된다. 상부 리테이닝 링(104))의 상측 표면(53)은 연결 로드(70)와 협력하기 위해 오목한 원통형의 표면을 포함하는 것이 바람직하다. 이 원통형의 표면은 연결 로드와 접촉하기 위해 또 다른 표면적을 제공하며 연결 조립체(30)와 로드 사이에 그리핑 파워(gripping power)를 증가시키도록 구성된 깔쭉한(knurled) 또는 그 외의 경우 변경된 표면 마감재(surface finish)를 포함할 수 있다. 상부 리테이닝 링(42)의 한 구체예는 스프링 포켓(98)을 포함하는데, 이 스프링 포켓(98)은 코일 스프링(102)(도 5 참조)을 포함하고 배치하도록 상부 연결 부재 내에 위치된 스프링 포켓(100)(도 11 참조)들과 협력하도록 위치된다. 이 스프링 부재들은 상부 리테이닝 링들이 하부 리셉터클의 개구(50)를 향하도록 편향시킨다(bias).
도 19-21h를 보면, 고정식 다축구성 볼 및 소켓 패스너의 조립체가 도시되어 있다. 조립 전에, 골 고정장치(12)는 골에 부착된 연결 부재 없이 정상적인 방식으로 골 내에 삽입될 수 있다. 이에 따라 의사는 나사가 골 내로 회전할 때 나사를 선명하게 볼 수 있다. 골 나사를 삽입한 후에, 골 고정장치(12)의 구 형태의 커넥터(18)가 개구(50)(도 21a 참조)를 통해 삽입되는데, 이 구 형태의 커넥터(18)는 하부 리테이닝 링(40)과 접촉한다. 하부 리테이닝 링은 상부 리테이닝 링(도 21b 참조)과 접촉하도록 밀려져서 스프링(102)을 압축시켜(collapsing) 하부 리테이닝 링이 램프(94)와 접촉하게 한다(도 21c 참조). 하부 리테이닝 링의 상측 표면과 램프가 협력함으로써 하부 리테이닝 링은 볼의 주 직경(d)에 걸쳐 고정되도록(snap) 직경이 개방되게 한다(open up)(도 21d-21f 참조). 하부 리테이닝 링이 충분히 개방되면, 스프링(102)들은 하부 리테이닝 링을 하부 리셉터클의 하측 부분으로 이동시켜 연결 조립체가 나사에 대해 다축 운동(polyaxial movement)을 할 수 있게 하면서도 볼이 하부 리셉터클로부터 빠지지 않게 방지한다(도 21g-21h 참조). 그 뒤, 연결 조립체 내에 연결 로드(70)를 배치시킴으로써 볼 및 소켓 연결부를 원하는 위치에 고정하는 공정이 구현되며, 이에 따라 상부 리테이닝 링의 상측 표면(53)과 접촉한다. 세트 나사(80) 형태의 고정 요소(securing element)가 상기 세트 나사가 로드(70)와 접촉할 때까지 상부 리테이닝 부재의 스레드구성 부분 내로 삽입되며, 로드가 구 형태의 볼(18)과 접촉하도록 상부 리테이닝 링을 이동시키게 한다. 이 운동은 볼이 개구(50)를 향해 이동시키게 하여 볼과 하부 리테이닝 링의 내측 표면(120)(도 14 참조) 사이에 하부 스플릿 리테이닝 링(40)을 끼워넣어(wedging), 이 조립체를 원하는 위치에 고정시킨다. 이러한 구성으로 인해 두 링들이 연결 조립체와 구 형태의 볼 사이에서 접촉하게 되는 것을 이해해야 한다. 제 1 접촉 링은 상부 리테이닝 링(42)에 의해 제공되며 제 2 접촉 링은 하부 리테이닝 링(40)에 의해 제공된다. 코일 스프링으로서 스프링(102)들이 도시되어 있지만, 스플릿 리테이닝 링을 이동시키기(displacing) 위해 적합한 임의의 스프링 또는 탄성(resilient) 타입의 부재가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 유의해야 한다. 이러한 스프링 또는 탄성 부재들은 Belleville 타입의 스프링, 리프 스프링(leaf spring), 폴리머 부재 및 이들의 적절한 조합들을 포함할 수 있지만 이들에만 제한되어서는 안 된다.
본 발명의 독특한 점은 의사가 다양한 타입의 골 고정장치 또는 이와 유사한 장치를 연결 조립체에 부착시키게 하는 기능이다. 구 형태의 볼, 골 후크장치(bone hook) 등을 포함하도록 구성될 수 있는 무수한 고정 장치들이 있지만, 도시하기 쉽게 골 나사가 도시되어 있으며 다양한 길이와 직경을 가진 골 나사가 사용가능하고 이들의 대다수는 연결 조립체의 내측 직경을 통해 꼭 들어맞지 않을 것이라는 것은 아주 잘 알려진 사실이다. 설치하기에 가장 잘 맞는 스레드 스타일(thread style), 길이 등등이 수술 전에 추정될(estimated) 수 있지만, 실제 수술 동안에는 오직 적합한 스타일만이 확정될 수 있다는 것은 아주 잘 알려져 있다. 고정 나사와 연결 부재의 적절한 조합을 예측하기가 가장 어렵기 때문에, 의사들은 척추 임플란트를 선택할 수 있는 폭이 넓거나 또는 가장 가까운 조합을 사용하게 되고 그것이 충분할 것이라고 희망한다.
다양한 타입의 골 나사가 언급되었지만, 상기 설치 방법은 구 형태의 커넥터를 가진 고정 장치가 연결 부재가 부착되기 전의 위치로 배치할 수 있게 하는 것을 유의해야 한다. 이는 의사들로 하여금 연결 부재를 배치하기 전에 골 나사를 배치하는 선택권을 제공하여 간단한 설치 공정을 제공하며 고정 나사를 배열시키는 공정은 근육 또는 그 외의 방해요소(interference)들로 인해 어렵다. 연결 부재로 골 나사를 설치하는 공정은 시각적으로 더 우수한 위치배열 뿐만 아니라 이동할 수 있는 범위도 넓어지게 한다. 또한, U자형 연결 부재가 도시되어 있지만, 다양한 타입의 연결 부재들도 구 형태의 커넥터(18)와 조합하여 사용될 수 있으며 이에 따라 의사는 수술 동안 적절한 조합을 선택할 수 있게 하여 환자의 혜택을 위한 성공 가능성을 향상시킬 뿐만 아니라 의사가 수술 중에 겪을 수 있는 다양한 유형의 경우들을 추정할 때 필요한 인벤토리 비용도 낮출 수 있다.
스플릿 링으로서 오직 하부 리테이닝 링이 도시되어 있지만, 상부 링도 리테이닝 조립체의 상측 및 하측 부분들을 함께 용접할 필요 없이 하부 리셉터클 내로 배치하는 것을 용이하게 하기 위해 스플릿 링으로 사용될 수 있다.
도 19를 보면, 구 형태의 커넥터(18)의 외측 표면(83)은 향상된 마찰 결합(frictional engagement)을 위해 오목 스타일의 표면을 포함할 수 있다. 구 형태의 커넥터는 오직 연결 조립체의 바닥 개구(50)를 통해 삽입하기 위해서만 크기가 정해지는 것이 바람직하며 상부 리테이닝 링(42)이 제거되었다 할지라도 연결 부재 개구(80)를 통해 끼워지지 않을 것이라는 것을 유의해야 한다. 이러한 삽입은 통상 연결 부재를 통해 골 나사의 섕크를 배치하는 종래 기술과 상이한 점이며, 여기서 커넥터의 바닥을 따르는 개구는 구 형태의 커넥터가 통과하는 것을 방지하기 위해 크기가 정해진다.
도 4와 19를 보면, 패스너 리셉터클(22)은 다양한 형태들로 구성될 수 있는데, 설치 과정 동안 최소로 미끄러질 때(slippage) 최대 양의 토크(torque)를 제공하는 종래의 패스너 또는 섕크를 제공하는 특징이 있다. 하부 리테이닝 링(40)의 내측 표면(54)(도 15-16 참조)은 설치 과정 동안 구 형태의 커넥터(18)와 결합하고 있는 표면의 최소 부분으로 도시된다. 하지만, 일단 구 형태의 커넥터가 배치되고 나면, 하부 스플릿 리테이닝 링(40)의 내측 표면(54) 대부분은 최적의 마찰 결합을 위해 구 형태의 커넥터(18)와 결합될 것이다. 이와 유사하게, 상부 리테이닝 링(42)(도 18 참조)의 내측 표면(56)도 마찰 결합을 위해 구 형태의 커넥터(18)와 결합된다. 상기 내측 표면(54 및 56)들은 구 형태의 커넥터(18)의 오목한 표면(83)과 협력하는 오목한 표면을 포함한다.
도 22-25을 보면, 본 발명의 대안의 구체예가 도시되어 있다. 이 구체예에서, 세트 나사(80) 대신에 스레드구성 너트(threaded nut)(110)가 사용된다. 상기 스레드구성 너트는 상부 연결 부재(31)의 외측 표면 위에 형성된 외부 스레드(112)들과 협력하도록 구성되고 배열된 내부 나선형 스레드를 포함한다. 상기 스레드구성 너트(110)는 로드 부재(70)와 결합되는 바닥 표면(114)을 포함하며, 이에 따라 상부 리테이닝 부재(42)가 구 형태의 커넥터(18)와 결합하게 하여 하부 연결 부재(33)의 내측 표면(120)과 구 형태의 커넥터 사이에 하부 리테이닝 링(40)이 끼워지고 연결 조립체에 대해 구 형태의 커넥터의 위치를 고정시킨다.
도 26-30을 보면, 위에서 기술한 구체예들의 다축 운동(polyaxial movement) 대신에 단일축 운동(mono-axial movement)을 가진 본 발명의 대안의 구체예가 도시되어 있다(도 26 참조). 척추 측만증(scoliosis)과 같은 특정 타입의 척추 질환(하지만 이 질환에만 제한되지 않음)을 위해, 예를 들어 몇몇의 서로 다른 축들을 따르는 다축 운동 대신에, 가령, 예를 들어 단일 축을 따라 단일축 운동을 제공하는 골 고정장치들이 종종 요구된다. 볼 및 소켓 패스너의 운동을 단일 축으로 제한하기 위하여, 구 형태의 커넥터(18)는 구 형태의 커넥터(18)의 서로 맞은편에 있는 측면들 위에 위치된 하나 이상의 유도 표면(guide surface)(116), 보다 바람직하게는, 한 쌍의 유도 표면(116)을 포함한다(도 27 참조). 이 유도 표면(116)은 상부 리테이닝 링(42)의 내측 표면(56) 내에 위치된 레일(rail)(118)들과 협력한다. 이 레일(118)들과 유도 표면(116)들은 골 고정장치(12)가 단일 축을 따라 운동할 수 있게 하면서도 구 형태의 커넥터(18)가 실질적으로 회전하는 것을 방지하기 위해 협력한다(도 26 참조).
본 명세서에서 언급된 모든 특허와 공보들은 본 발명에 관한 당업자의 수준을 나타내고 있다. 이 모든 특허와 공보들은 마치 각각의 공보가 참조문헌으로서 통합될 수 있도록 특징적으로 그리고 개별적으로 나타내고 있는 것과 같은 정도로 본 명세서에서 참조문헌으로 통합된다.
본 발명의 특정 형태가 도시되어 있지만, 본 명세서에서 기술되고 도시되어 있는 특정 형태 또는 배열에만 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 당업자들에게는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경예들이 가능할 수 있으며 본 발명이 본 명세서와 본 명세서에 포함된 도면/형상들에서 기술되고 도시되어 있는 것에만 제한되는 것으로 간주되지 않는다는 것이 자명할 것이다.
당업자는 본 발명이 본 발명의 고유한 목표와 이점들 뿐만 아니라 위에서 언급한 목표와 이점들을 구현하고 본 발명의 목적을 수행하기에 매우 적합하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 본 명세서에서 기술된 구체예, 방법, 절차 및 기술들은 바람직한 구체예들을 나타내고 있으며 대표적인 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 본 발명의 사상 내에 포함되며 첨부된 청구항들의 범위에 의해 정의된 것과 같이 본 명세서에서 사용된 변경예들과 그 외의 다른 사용법들도 당업자에게 자명할 것이다. 본 발명이 특정의 바람직한 구체예들에 대해 기술되었지만, 본 발명은 청구된 것과 같이 오직 이러한 특정 구체예들에만 제한되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 실제로, 당업자에게 자명한 본 발명을 수행하기 위해 위에서 언급한 다양한 형태의 변형예들은 하기 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (21)

  1. 볼 및 소켓 패스너에 있어서,
    상기 볼 및 소켓 패스너는:
    - 구 형태의 커넥터와 섕크를 가진 고정 부재를 포함하며;
    - 소켓, 상부 리테이닝 링 및 하부 리테이닝 링을 가진 연결 조립체를 포함하고, 상기 소켓은 제 2 단부에 고정할 수 있는 고정 요소(securing element)와 제 1 단부를 따라 상기 구 형태의 커넥터를 수용하기 위하여 구성되고 배열되며, 상기 상부 리테이닝 링은 상기 구 형태의 커넥터의 상측 표면을 따라 위치될 수 있고 상기 소켓 내에 배열되며, 상기 하부 리테이닝 링은 상기 구 형태의 커넥터의 하측 표면을 따라 위치될 수 있고 상기 소켓 내에 배열되어 상기 연결 조립체가 상기 고정 부재에 대해 다축 방향으로 이동하며(move polyaxially), 상기 고정 요소는 상기 다축 운동을 조절하기 위해 고정 위치(locked position)와 풀린 위치(unlocked position) 사이에서 횡단할 수 있고(traversable);
    상기 구 형태의 커넥터의 헤드(head)가 상기 상부 리테이닝 링과 하부 리테이닝 링 사이에 위치되고 상기 제 1 단부를 통해 수용되는 볼 및 소켓 패스너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 리테이닝 링은 상기 하부 리테이닝 링의 직경이 확장될 수 있게 하기 위하여 스플릿(split)을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연결 조립체는, 상기 구 형태의 커넥터의 주 직경(main diameter)을 통과하도록 상기 하부 리테이닝 링을 확장시키기 위하여 상기 구 형태의 커넥터를 상기 소켓에 고정하는 동안 상기 하부 리테이닝 링과 협력하도록(cooperate) 위치된 하나 이상의 램프 표면(ramp surface)을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 조립체는 로드 부재를 수용하도록 크기가 정해진 U자형 개구, 상기 U자형 개구 내로 연장되는 로드 결합 표면을 포함하는 상기 리테이닝 링의 상측 표면을 포함하며, 상기 고정 요소의 상기 고정 위치는 상기 구 형태의 커넥터와 마찰 결합하기 위해 상기 상부 리테이닝 링을 횡단하는(traverse) 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 리테이닝 링은 연결 로드 부재와 협력하기 위해 원통형으로 오목한 상측 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 고정 위치로 인해 상기 구 형태의 커넥터가 이동하지 못하도록(immobilize) 상기 하부 리테이닝 링이 상기 구 형태의 커넥터의 상기 하측 부분과 상기 커넥터의 내측 표면과 결합하게 하는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 섕크는 하나 이상의 나선형 스레드를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 조립체의 상기 제 2 단부는 내부 스레드를 포함하고 압축 요소(compression element)가 세트 나사(set screw)로서 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 조립체의 상기 제 2 단부는 외부 스레드를 포함하고 압축 요소가 내부 스레드를 가진 너트(nut)로서 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼 및 소켓 패스너는 상기 하부 리테이닝 링과 상기 상부 리테이닝 링 사이에 위치된 편향 부재(biasing member)를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  11. 볼 및 소켓 패스너에 있어서,
    상기 볼 및 소켓 패스너는:
    - 구 형태의 커넥터와 섕크를 가진 고정 부재를 포함하며, 상기 구 형태의 커넥터는 하나 이상의 유도 표면(guide surface)을 포함하고;
    - 소켓, 상부 리테이닝 링 및 하부 리테이닝 링을 가진 연결 조립체를 포함하고, 상기 소켓은 제 2 단부에 고정할 수 있는 고정 요소와 제 1 단부를 따라 상기 구 형태의 커넥터를 수용하기 위하여 구성되고 배열되며, 상기 상부 리테이닝 링은 상기 구 형태의 커넥터의 상측 표면을 따라 배치될 수 있고 상기 소켓 내에 배열되며, 상기 상부 리테이닝 링은 상기 하나 이상의 유도 표면과 협력하도록 위치된 하나 이상의 레일(rail)을 포함하고, 상기 하부 리테이닝 링은 상기 구 형태의 커넥터의 하측 표면을 따라 위치될 수 있고 상기 소켓 내에 배열되며, 상기 하나 이상의 유도 표면과 상기 하나 이상의 레일은 상기 연결 조립체가 상기 고정 부재에 대해 단일축 방향으로 이동하도록(move mono-axially) 협력하고, 상기 고정 요소는 상기 단일축 운동을 조절하기 위해 고정 위치(locked position)와 풀린 위치(unlocked position) 사이에서 횡단할 수 있고(traversable);
    상기 구 형태의 커넥터의 헤드(head)가 상기 상부 리테이닝 링과 하부 리테이닝 링 사이에 위치되고 상기 제 1 단부를 통해 수용되는 볼 및 소켓 패스너.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하부 리테이닝 링은 상기 하부 리테이닝 링의 직경이 확장될 수 있게 하기 위하여 스플릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 연결 조립체는, 상기 구 형태의 커넥터의 주 직경을 통과하도록 상기 하부 리테이닝 링을 확장시키기 위하여 상기 구 형태의 커넥터를 상기 소켓에 고정하는 동안 상기 하부 리테이닝 링과 협력하도록 위치된 하나 이상의 램프 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 연결 조립체는 로드 부재를 수용하도록 크기가 정해진 U자형 개구, 상기 U자형 개구 내로 연장되는 로드 결합 표면을 포함하는 상기 리테이닝 링의 상측 표면을 포함하며, 상기 고정 요소의 상기 고정 위치는 상기 구 형태의 커넥터와 마찰 결합하기 위해 상기 상부 리테이닝 링을 횡단하는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 상부 리테이닝 링은 연결 로드 부재와 협력하기 위해 원통형으로 오목한 상측 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 고정 위치로 인해 상기 구 형태의 커넥터가 이동하지 못하도록 상기 하부 리테이닝 링이 상기 구 형태의 커넥터의 상기 하측 부분과 상기 커넥터의 내측 표면과 결합하게 하는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 섕크는 하나 이상의 나선형 스레드를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 연결 조립체의 상기 제 2 단부는 내부 스레드를 포함하고 압축 요소가 세트 나사로서 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 연결 조립체의 상기 제 2 단부는 외부 스레드를 포함하고 압축 요소가 내부 스레드를 가진 너트로서 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 볼 및 소켓 패스너는 상기 하부 리테이닝 링과 상기 상부 리테이닝 링 사이에 위치된 편향 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 및 소켓 패스너.
  21. 고정 위치 내에 고정될 수 있는 다축구성 볼 및 소켓 조인트에 있어서,
    상기 다축구성 볼 및 소켓 조인트는 척추에 고정하도록 사용하기 위해 한 단부 위에서는 스레드들을 가지고 다른 단부 위에서는 연결 조립체가 다축 방향으로 이동할 수 있는 피벗 포인트(pivot point)로서 작용하는 구 형태의 커넥터를 가진 골 나사를 포함하며, 상기 연결 조립체는 하부 스플릿 리테이닝 링과 상부 리테이닝 링을 수용하기 위해 소켓으로서 작동하는 하부 리셉터클을 포함하고 U자 형태를 가지며, 상기 하부 스플릿 리테이닝 링을 통해 삽입되는 상기 구 형태의 커넥터에 대한 상기 소켓은 상기 소켓을 일시적으로 이동하게 하여 상기 구 형태의 커넥터가 상기 상부 리테이닝 링과 하부 리테이닝 링 사이에 위치될 수 있게 하는 다축구성 볼 및 소켓 조인트.
KR1020117013596A 2008-11-14 2009-11-12 고정식 다축구성 볼 및 소켓 패스너 KR101688241B1 (ko)

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