KR20160019376A - 다축 뼈 고정 장치 - Google Patents

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KR20160019376A
KR20160019376A KR1020150111286A KR20150111286A KR20160019376A KR 20160019376 A KR20160019376 A KR 20160019376A KR 1020150111286 A KR1020150111286 A KR 1020150111286A KR 20150111286 A KR20150111286 A KR 20150111286A KR 20160019376 A KR20160019376 A KR 20160019376A
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pressure
rod
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bone fixation
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KR1020150111286A
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루츠 비이더만
아킴 쉬네만
디모스테니스 댄다노포울로스
윌프리드 마티스
Original Assignee
비이더만 테크놀로지스 게엠베하 & 코. 카게
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Abstract

본 발명은 다축 뼈 고정 장치에 관한 것으로, 상기 장치는
뼈에 고정될 섕크(2)와 헤드(3)를 가지는 뼈 고정 요소(1);
종축(C), 로드(100)를 수용하기 위한 채널(54), 및 상기 헤드를 피봇 가능하게 잡고 있는 수용 공간(52,51)을 가지는 수용부(5,5');
상기 수용부(5,5')에 위치하고, 상기 수용부(5,5')에 상기 헤드를 고정하기 위해 상기 헤드에 압력을 가하도록 구성되는 압력 부재(7,7',7",7'")로서, 압력을 가하는 표면(75)과, 자유 단부(77a,78a)를 가지는 변형 가능한 부분(77,78;77',78';77",78")을 포함하고, 상기 변형 가능한 부분은 적어도 제1 배치 및 제2 배치를 취하도록 구성된 압력 부재(7,7',7",7'"); 및
상기 채널(54) 내로 삽입 가능하고 상기 변형 가능한 부분에 힘을 가하도록 배치되는 고정 부재(8,8',8",8'")를 포함하고,
상기 헤드(3), 상기 압력 부재(7,7',7",7'"), 및 상기 고정 부재(8,8',8")가 수용부(5,5') 내에 있을 때, 상기 변형 가능한 부분의 자유 단부(77a,78a)는 상기 수용부 내에서 지지되고,
상기 고정 부재(8,8',8")는, 먼저 상기 변형 가능한 부분(77,78;77',78';77",78")에 접촉하여 변형 가능한 부분이 제1 배치로부터 제2 배치가 되도록 상기 변형 가능한 부분 상에 힘을 가함으로써 헤드가 고정되는 방식으로, 종 방향을 따라 채널 내에서 이동 가능하고,
그 후 상기 고정 부재(8,8',8")는 로드(100)와 접촉하게 되어 상기 로드를 고정한다.

Description

다축 뼈 고정 장치{POLYAXIAL BONE ANCHORING DEVICE}
본 발명은 특히, 척추 또는 외상 수술에서 사용하기 위한 다축 뼈 고정 장치에 관한 것이다. 이 다축 뼈 고정 장치는 뼈와 헤드(head)에 고정될 섕크(shank)를 지닌 뼈 고정 요소를 포함한다. 헤드는 수용부에서 피봇 가능하게 보유되고, 압력 부재를 통해 헤드에 압력을 인가함으로써 일정한 각도로 고정이 이루어질 수 있다. 수용부를 가지고, 뼈 고정 요소는 고정 부재에 의해 고착될 수 있는 안정화 로드에 결합될 수 있다. 압력 부재는 변형 가능한 부분을 포함한다. 처음에, 고정 부재는 변형 가능한 부분을 변형하는 압력 부재에 로드(load)를 인가함으로써 헤드의 고정이 이루어진다. 그 후, 고정 부재는 로드(rod)와 접촉함으로써 로드를 고정한다. 다축 뼈 고정 장치는, 고정 부재와 맞물리는 단일 구동부를 지닌 도구(tool)를 사용하여 순차적인 방식으로 헤드와 로드를 고정하는 것을 허용한다.
US8,088,152B1은 헤드 부분과 그 위에 피봇 가능하게 장착된 샤프트를 가지는 적어도 하나의 뼈 나사를 포함하는 변형 교정 고정(retaining) 시스템을 묘사한다. 헤드 부분에는 클램핑 슬리브(clamping sleeve)가 장착되고, 이러한 클램핑 슬리브는 헤드 부분에 대해 나삿니가 있는 샤프트를 고착시키기 위해, 클램핑 슬리브의 상부측으로부터 나삿니가 있는 샤프트에 맞닿아 눌러질 수 있다. 또한, 클램핑 슬리브에 의한 클램핑 장치가 제공되고, 고정 바가 헤드 부분 내로 눌러진다. 클램핑 장치는 클램핑 장치가 작용하는 동안 클램핑 위치 내로 옮겨지는 탄성적 변형이 가능한 압력 요소를 포함한다.
US2012/0253408A1은 원위부, 수용부, 및 근위부를 포함하는 뼈 나사 조립체용 부싱(bushing)을 묘사한다. 원위부는 뼈 나사의 헤드와 맞물리는 원위 맞물림 표면을 포함한다. 수용부는 고정 로드를 수용한다. 근위부는 고정 부재와 맞물리는 근위 맞물림 표면과, 고정 부재에 의해 인가된 힘에 기초하여 제1 배치로부터 제2 배치로 변형되는 변형 가능한 부분을 포함한다.
US2013/0345761A1은 섕크 및 헤드를 지닌 뼈 고정 요소와, 섕크에 피봇 가능하게 결합되고 로드를 수용하기 위해 채널을 가지는 수용부를 포함하는 다축 뼈 고정 장치를 묘사한다. 압력 부재가 수용부에 배열되고 수용부에서 헤드를 고정하기 위해 헤드에 압력을 가하도록 배치된다. 압력 부재는 변형 가능한 부분을 가진다. 고정 부재에 의해 압력 부재에 인가된 로드는 헤드를 클램핑하고, 그 후 압력 부재와 접촉함으로써 변형 가능한 부분이 변형되고, 고정 부재가 로드와 접촉하게 되고 로드를 클램핑한다.
공지된 장치들이 수용부에서 헤드를 고정하는 것을 허용하고, 그 후 순차적인 방식으로 단일 기구(instrument)로 로드를 고정하게 되면, 인가될 필요로 하는 고정하는 힘은 세다. 이는 로드를 클램핑하고 고정하는 최종 단계가 압력 요소의 변형 가능한 부분의 변형을 수반한다는 사실로 인해 생긴다. 변형을 위해 필요한 힘은 클램핑으로 인해 없어진다. 그러므로, 비교적 센 힘이 로드를 안전하게 고정하기 위해 인가되어야 한다.
본 발명의 목적은 단일 구동부를 가지는 기구로 헤드와 로드를 순차적으로 고정하는 것을 허용하고, 고정을 위해 인가될 힘을 감소시키는 다축 뼈 고정 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 그러한 다축 뼈 고정 장치와, 고정을 위해 인가될 힘이 감소된, 순차적인 고정 기능을 제공하는 상이한 직경을 가지는 적어도 2개의 로드의 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1에 따른 다축 뼈 고정 장치와, 청구항 15에 따른 시스템에 의해 이루어진다. 추가적인 발전예들은 종속 청구항들에서 주어진다.
본 발명에 따른 다축 뼈 고정 장치는 헤드에 압력을 가하는 가압 표면을 가지는 압력 부재와, 수용부 내에서 지지되는 자유 단부를 가지는 변형 가능한 부분을 포함한다. 고정 부재를 통해 변형 가능한 부분 상에 힘이 인가되어, 제1 배치로부터, 압력 부재에 의해 헤드에 가해진 압력이 증가하는 제2 배치로 변형된다. 이를 통해, 변형 가능한 부분은 각이 진(angled) 배치로부터 실질적으로 곧은(straight) 배치로 변형시키는 토글 레버(toggle lever)의 방식으로 기능을 한다. 로드를 고정하기 위해, 고정 부재는 압력 요소의 변형 가능한 부분의 추가 변형 없이, 더 전진하고 조여진다. 그러므로, 압력 요소의 변형으로 인한 힘의 손실은 감소된다. 이는 로드에 더 큰 클램핑 힘들이 작용하는 것을 허용하고, 이로 인해 고정의 안전성을 증가시킨다.
일 실시예에서, 압력 요소의 변형 가능한 부분은 탄성적 변형이 가능하고, 탄력성이 큰 재료, 특히 초탄성(superelastic properties)을 지닌 재료를 포함하는데, 이러한 것으로는 니켈-티타늄(NiTi)-합금, 특히 니티놀이나 예를 들면 베타-(Beta)-티타늄이 있다. 이 실시예에서는 변형 가능한 부분의 높은 탄성으로 인해, 변형하는 동안 힘의 손실이 더 감소될 수 있다.
일 실시예에서, 압력 요소는 그러한 높은 탄성을 지닌 재료로 만들어진 모노리스형 피이스(monolithic piece)일 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 변형 가능한 부분만이 탄성이 높은 재료로 만들어지고, 또한 다른 재료로부터 만들어질 수 있는 압력 요소의 나머지 부분에 부착된다. 이는 제작 비용을 감소시키고 제작을 용이하게 할 수 있다. 변형 가능한 부분의 탄성으로 인해, 압력 요소와 그것과 상호 작용하는 부품들의 크기 허용 오차(tolerance)들이 균형을 이룰 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 고정 부재가 헐거워지는 경우에도 제2 배치에서의 압력 요소에 의해 발휘된 압력에 의해 헤드의 고정이 유지된다. 따라서, 헤드가 여전히 고정이 이루어진 각 위치(augular position)에서 유지되더라도 로드 위치의 추가 조정이 가능하다. 변형 가능한 부분은 기구를 적용함으로써 제1 배치로 위치가 다시 정해질 수 있다.
이러한 다축 뼈 고정 장치를 가지고, 먼저 헤드의 고정이 이루어진 다음, 단일 구동부를 지닌 단일 기구를 적용함으로써 로드가 고정되는 방식으로 이루어지는 순차적인 고정이 가능하다. 이는 수술하는 동안 다축 뼈 고정 장치를 다루는 것을 용이하게 한다.
또 다른 실시예에서는, 고정 전 소정의 각 배향(angular orientation)에서 마찰에 의해 헤드를 유지하는 압력을 헤드에 인가하는 방식으로, 제1 배치에서 수용기 내에 압력 요소가 위치한다. 이는 또한 로드를 삽입하기 전에 뼈 고정 요소에 대한 수용부의 배향을 조정하는 것을 용이하게 한다.
본 발명의 다축 뼈 고정 장치는 상부측, 즉 고정 부재가 삽입되는 측으로부터 뼈 고정 요소가 수용부에 삽입되는 상부 적재(top loading) 타입의 것일 수 있다. 대안적으로는, 하부측(bottom side), 즉 고정 부재의 반대측으로부터 수용부 내로 뼈 고정 요소의 헤드가 삽입되는 하부 적재(bottom loading) 타입의 것일 수도 있다.
또 다른 실시예에서는, 로드를 지지하기 위한 압력 부재의 지지 표면이 상이한 직경을 가지는 로드들을 지지하도록 배치된다. 이는 로드의 크기에 관계없이 하나의 단일 다축 뼈 고정 장치를 지닌 순차적 고정 메커니즘을 사용하는 것을 허용한다.
본 발명의 추가 특징들 및 장점들은 첨부 도면들에 의한, 실시예들의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 다축 뼈 고정 장치의 분해 사시도.
도 2는 조립된 상태에 있는, 제1 실시예에 따른 다축 뼈 고정 장치의 사시도.
도 3은 제1 실시예에 따른 다축 뼈 고정 장치의 수용부의 위에서부터 본 사시도.
도 4는 제1 실시예에 따른 다축 뼈 고정 장치의 수용부의 아래로부터 본 사시도.
도 5는 도 3 및 도 4의 수용부의 평면도.
도 6은 도 5에서 라인 A-A를 따라 단면이 취해진, 도 3 및 도 4의 수용부의 단면도.
도 7은 제1 실시예에 따른 다축 뼈 고정 장치의 압력 부재의 사시도.
도 8은 제1 실시예에 따른 다축 뼈 고정 장치의 고정 부재의 분해 사시도.
도 9는 고정 부재의 중심 회전축을 담고 있는 평면에서 단면이 취해진, 도 8의 고정 부재의 단면도.
도 10의 a 내지 f는 고정 부재를 삽입하고, 순차적인 방식으로 헤드와 로드를 고정하기 위해 고정 부재를 수용부 내로 전진시키는 단계를 예시하는, 제1 실시예에 따른 다축 뼈 고정 장치의 단면도들.
도 11은 제1 실시예에 따른 다축 뼈 고정 장치의 수정된 압력 요소의 분해 사시도.
도 12는 2개의 부분으로 된 고정 부재의 또 다른 수정예의 분해 사시도.
도 13은 제1 실시예에 따른 다축 뼈 고정 장치의 수정된 고정 부재의 사시도.
도 14는 도 13의 고정 부재의 단면도.
도 15의 a 내지 d는 각각 고정 부재를 삽입하고, 순차적인 방식으로 헤드와 로드를 고정하기 위해 고정 부재를 전진시키는 단계를 예시하는, 제2 실시예에 따른 다축 뼈 고정 장치의 단면도들.
도 16은 상이한 직경을 가지는 2개의 로드를 포함하는 다축 뼈 고정 장치의 시스템의 분해 사시도.
도 17a 및 도 17b는 각각 상이한 직경을 가지는 로드들이 삽입된, 다축 뼈 고정 장치의 단면도들.
제1 실시예에 따른 다축 뼈 고정 장치가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 이러한 다축 뼈 고정 장치는 나삿니가 있는 부분을 지닌 섕크(2)와 헤드(3)를 가지는 고정 요소(1)를 포함한다. 헤드(3)는 구 모양으로 된 외부 표면 부분과, 헤드(3)의 섕크(2)와 마주보는 측에 도구와 맞물리기 위한 오목부(4)를 가진다. 뼈 고정 요소(1)를 로드(100)에 결합하기 위한 수용부(5)가 제공된다. 이러한 다축 뼈 고정 장치는 하부 적재 타입의 것인데, 즉 뼈 고정 요소(1)가 하부 단부로부터 수용부(5) 내로 삽입된다. 수용부에 헤드(3)를 보유하기 위해, 리테이너(retainer) 요소(6)가 제공된다. 또한, 뼈 고정 요소(1)의 헤드(3)에 압력을 가하기 위해, 수용부에는 압력 부재(7)가 배열된다. 헤드(3)와 로드(100)를 고정하기 위해, 수용부 내로 삽입 가능한 고정 부재(8)가 제공된다.
다시 도 1 내지 도 6을 참조하면, 수용부(5)는 제1 단부 또는 상부 단부(5a)와, 제2 단부 또는 하부 단부(5b)를 가지고, 상부 단부(5a)와 하부 단부(5b)를 지나가는 종축(C)을 지니고 있는 실질적으로 원통형인 배치를 하고 있다. 종축(C)과 축이 같고, 하부 단부(5b)로부터 미리 결정된 거리까지 상부 단부(5a)로부터 연장되는 제1 동축 보어(bore)(51)가 제공된다. 제1 보어(51)보다 작은 직경을 지닌 제2 동축 보어(52)가 하부 단부(5b)로부터 제1 보어(51) 내로 연장되고, 헤드(3)용 수용(accommodation) 공간으로서의 역할을 한다. 제2 보어(52)에 의해, 헤드(3)의 외부 직경보다 큰 내부 직경을 지닌 하부 개구(52a)가 하부 단부(5b)에 형성된다. 이는 하부 단부(5b)로부터 개구(52a)를 통해 헤드(3)를 삽입하는 것을 허용한다. 더 나아가, 제2 단부(5b)로부터 일정 거리만큼 떨어져서 리테이너 요소(6)를 수용하기 위한 환형 홈(53)이 제공된다. 제2 보어(52)의 축 방향 길이는, 헤드(3)가 리테이너 요소(6)에 의해 보유될 때, 헤드(3)의 가장 위 부분이 압력 요소(7)에 의해 맞물려질 제1 보어(51) 내로 돌출하도록 크기가 정해진다. 제1 보어(51)의 직경은 제2 보어(52)의 직경보다 더 클 필요는 없다는 점이 주목된다.
수용부(5)는 또한 상부 단부(5a)에서 시작하여 하부 단부(5b)의 방향으로 연장되는 U자 모양의 오목부(54)를 포함한다. U자 모양의 오목부(54)에 의해, 로드(100)를 수용하기 위한 채널을 정의하는 2개의 자유 레그(free leg)(55,56)가 형성된다. 상부 단부(5a)와 인접하게, 레그들(55,56)의 내부 표면에는 내부 나삿니(57)가 제공된다. 도시된 실시예에서, 내부 나삿니(57)는 실질적으로 수평인 위(upper) 나삿니 플랭크 및 아래(lower) 나삿니 플랭크를 가지는 평평한(flat) 나삿니이다. 임의의 다른 나삿니 형태가 내부 나삿니(57)용으로 사용될 수 있지만, 레그들이 움직이는 것(playing)을 감소시키거나 제거하는 나삿니 형태가 더 바람직하다.
특히 도 3 및 도 6에 도시된 것처럼, 내부의 압력 요소(7)의 부분을 수용할 목적을 가지는 2개의 오목부(58,59)가 각각 레그들의 내부 벽에 형성된다. 오목부(58,59)는 각 레그(55,56)의 중심에서 실질적으로 원주 방향으로 위치하고 나삿니(57)의 아래 부분에서 축 방향으로 위치한다. 오목부(58,59)의 위 벽(58a,59a) 또는 위 모서리는 아래에 설명된 것처럼, 압력 부재(7)용 지지체(support)를 형성한다.
도 1, 도 7, 도 10a 내지 10f에서 볼 수 있는 것처럼, 압력 부재는 실질적으로 원통 모양을 하고 있는 중앙 부분(71)과, 반대측 상에 제공되고 원통 모양의 외부 표면 부분들을 가지는 2개의 사이드 플랜지(72,73)를 가진다. 플랜지(72,73) 사이의 압력 부재의 상부 표면(7a)에는, 실린더 축이 수용부(5)의 중앙 축(C)과 일치하고 중앙 축(C)에 수직인 실질적으로 실린더 세그먼트 모양을 하고 있는 오목부의 형태로 된 로드 지지 표면(74)이 제공된다. 실린더 세그먼트 모양을 하고 있는 로드 지지 표면(74)의 반경은 그 위에 지지될 로드(100)의 반경과 부합된다. 압력 요소(7)는 또한 구 모양 헤드(3)의 반경과 부합되는 구의 반경을 지닌, 실질적으로 구 모양인 오목부(75)를 상부 표면(7a) 반대측에 포함한다. 오목부(75)의 내부 표면은 압력이 가해지는 표면을 형성한다. 오목부(75)의 아래 가장자리는 압력 부재(7)의 하부 단부(7b)를 형성한다. 또한, 축이 같은 스루홀(through-hole)(76)이 헤드(3)에 드라이브 또는 또 다른 기구를 가지고 접근하는 것을 허용하기 위해, 중앙 부분(71)을 통해 연장된다.
2개의 직립 암(arm)(77,78)이 상부 표면(7a)으로부터 돌출한다. 암(77,78)은 플랜지(72,73)의 상부 표면(7a)의 가운데에 실질적으로 위치하고, 로드 지지 표면(74)의 실린더 축에 거의 평행한 직사각형의 긴 측과의 실질적으로 직사각형인 단면을 가진다. 로드 지지 표면(74)의 실린더 축에 평행한 방향으로의 암(77,78)의 폭은 이 방향으로 각각 플랜지(72,73)의 폭보다 작다. 로드 지지 표면의 실린더 축에 직각인 방향으로의 암(77,78)의 폭은, 또한 이 방향으로 플랜지(72,73)의 폭보다 작아서, 암(77,78)은 플랜지(72,73)의 가장자리로부터 이격되어 있다. 암(77,78)의 두께는 위 방향으로 갈수록 감소한다.
각각의 암(77,78)은 자유 단부(77a,78a)를 포함한다. 상부 표면(7a)에 인접하게, 암(77,78)은 실질적으로 수직으로 연장되는 긴 부분(77b,78b)을 가진다. 긴 부분의 끝으로부터, 짧은 부분(77c,78c)이 바깥쪽으로 방사상으로 연장되고, 실질적으로 90°이상인 각도로 긴 부분으로부터 멀어지게 연장된다. 긴 부분(77b,78b)은 짧은 부분(77c,78c) 길이의 2배 이상을 가질 수 있다. 암들의 크기는 긴 부분(77b,78b)이 로드 지지 표면(74) 상에 놓이는 로드의 위 표면 위에서 연장되도록 정해진다.
이 실시예에서, 압력 부재(7)는 모노리스형 피이스이다. 그것은 전적으로 고탄성 재료로 형성될 수 있다. 그러한 재료는, 예를 들면 금속 또는 초탄성을 가지는 금속 합금일 수 있다. 그러한 금속 합금은, 예를 들면 니티놀과 같은 니켈-티타늄 합금(NiTi 합금)이나 베타(Beta)-티타늄일 수 있다. 하지만, 필요한 높은 탄성을 제공할 수 있는 다른 재료들이 적용 가능하다.
모양과 재료로 인해, 암(77,78)은 유연성이 있다. 특히, 제1 배치에서 암(77,78)은 도 7에 도시된 바와 같이 구부러진 모양에 의해 정의되는 암(77,78)의 휴지(resting) 위치에 있고, 이 경우 도 7에서 짧은 부분들(77c,78c)이 긴 부분들(77b,78b)과의 둔각을 포함한다. 제2 배치에서는 짧은 부분들(77c,78c)과 긴 부분들(77b,78b) 사이의 각도가 증가되고, 긴 부분들이 바깥쪽으로 비껴질 수 있도록 암(77,78)이 변형된다. 제2 배치에서는 부하(load)가 암들(77,78)을 통해 헤드(3) 상으로 옮겨질 수 있다. 다시 말해서, 압력 요소(7)는 수용부(5)와 헤드(3) 사이에서 작용하는 암들에 의해 형성된 토글 레버들의 시스템과 유사하게 행동하고, 암들의 구부러지는 영역은 회전의 중간 점에 대응한다.
특히, 도 10a 내지 도 10f에서 볼 수 있는 것처럼, 압력 부재(7)가 수용부(5) 내로 삽입되고, 암들(77,78)의 자유로운 단부들(77a,78a)이 오목부들(58,59)에서 지지 표면(58a,59a)에 맞닿아 접할 때에는, 제1 보어(51)의 바닥으로부터 아래 가장자리(7b)까지 여전히 거리가 존재하도록 제1 보어(53)에 압력 부재가 수용된다.
도 1 및 도 10a 내지 도 10f에 도시된 것처럼, 리테이너 요소(6)가 방사상으로 압축 가능하고 확장 가능하게 하는 슬롯(61)을 가지는 슬롯 링(slotted ring)으로서 보유 요소(6)가 형성된다. 보유 요소(6)의 외부 크기는 리테이너 요소(6)가 약간 압축된 방식으로 홈(53) 내로 삽입될 수 있고, 프리-로드(pre-load) 하에 홈(53)에서 보유되도록 정해진다.
이제, 도 8 내지 도 10f와 더불어, 특히 도 1 및 도 2를 참조하면, 고정 부재(8)는 세트 나사(81)와, 세트 나사(81)에 회전 가능하게 연결된 워셔(washer)(84)를 포함하는 2개의 부분으로 된 고정 부재이다. 더 상세하게는 세트 나사(81)가 레그들(55,56)의 내부 나삿니(57)와 맞물리도록 배치되고, 세트 나사(81)의 위 측에 드라이버용 맞물림 부분(82)을 가진다. 스루홀(83)이 그것의 아래 측에 제공될 수 있다. 워셔(84)는, 스루홀(83)를 통해 연장되고 리벳과 같은(rivet-like) 연결을 제공하기 위해 다른 측 상에서 변형되는 중앙 동축 핀(85)으로 세트 나사(81)에 연결될 수 있다. 워셔(84)의 아래 가장자리(84a)는 둥글게 되어 있다. 이는 고정 부재(8)와 압력 부재(7) 사이의 매끄러운 슬라이딩 접촉을 보장한다. 워셔(84)는 세트 나사(81)와 동일한 외부 윤곽(contour)을 가질 수 있다.
수용부(5), 리테이너 요소(6), 뼈 고정 요소(1), 및 고정 부재(8)는 압력 부재(7)의 재료와 상이한 재료로 만들어질 수 있다. 특히, 그 재료는 인체 적합성 금속과 같은 임의의 인체 적합성 재료 또는 스테인레스 스틸과 같은 금속 합금, 또는 PEEK(polyetheretherketone)와 같은 인체 적합성 플라스틱일 수 있다. 그 부품들은 모두 동일하거나 상이한 재료일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 다축 뼈 고정 장치의 모든 부품들은 압력 부재(7)와 동일한 재료로 된 것일 수 있다.
뼈 고정 장치는 다음과 같이 미리 조립될 수 있다. 조립의 제1 방법에서는, 뼈 고정 요소(1)의 헤드(3)가 아래 개구(52a)를 통해 수용부(5)에 삽입된다. 그런 다음, 보유 요소(6)가 압축되고 홈(53) 내에 삽입된다. 일단 홈(53)에 보유 요소(6)가 있게 되면, 헤드(3)는 보유 요소(6)에 의해 피봇 가능하게 보유되고, 아래 개구(52a)를 통해 제거될 수 없다. 조립의 또 다른 방법에서는, 섕크(2)가 아래 개구(52a)를 통해 연정하고 헤드(3)가 보유 요소(6)에 놓이도록, 보유 요소(6)가 홈(53) 내에 놓이고, 뼈 고정 요소(1)가 수용부의 상부 단부(5a)를 통해 삽입된다. 보유 요소(6)는 헤드(3)가 수용부(5)의 아래 개구(52a)를 통해 당겨지는 것을 방지한다.
압력 요소(7)는 로드 지지 표면(74)의 실린더 축이 수용부의 U자 모양의 오목부(54)의 종축과 정렬되는 배향으로 상부 단부(5a)를 통해 삽입된다. 압력 요소(7)의 암들(77,78)은, 도 10 내지 도 10f에 도시된 것처럼, 암들(77,78)의 자유 단부들(77a,78a)이 수용부의 오목부들(58,59) 내에 물려서, 각각 오목부(58,59)의 위 벽(58a,59a)에 의해 지지되도록 삽입하는 동안 서로를 향해 약간 압력이 가해진다. 압력 요소(7)의 압력이 가해지는 표면(75)은 적어도 부분적으로 헤드(3)의 외부 표면과 접촉한다. 압력 요소(7)의 치수는, 헤드(3)의 고정이 아직 이루어지지 않을 때 조립 상태에서, 압력이 가해지는 표면(75)과 헤드(3) 사이의 마찰에 의해 고정이 이루어지기 전에, 바라는 각도 배향으로 수용부(5)에서 뼈 고정 요소(1)를 유지하는 헤드(3) 상으로 압력 요소가 프리-스트레스(pre-stress)를 가하도록 정해진다.
도 10a 내지 도 10c에 예시된 것처럼, 암들(77,78)은 제1 구멍(51)의 내부 벽과 암들(77,78)의 외부 표면 사이에 바깥쪽으로 암들이 비껴지는 것을 허용하는 간극(gap)이 존재하도록, 제1 구멍(51)의 내부 벽으로부터 일정 거리를 가진다.
도 10a 내지 도 10f를 참조하여 다축 뼈 고정 장치의 용도와 기능을 설명한다. 보통, 뼈 부분들이나 인접한 척추골들 내로 적어도 2개의 뼈 고정 요소(1)가 삽입되고, 그것들의 수용부(5)들이 로드(100)를 수용하기 위해 그것들의 U자 모양의 오목부(54)들과 정렬된다. 도 10a에 도시된 것처럼, 레그들(55,56) 사이에서 고정 부재(8)의 나사 조임이 이루어진다. 고정 부재(8)가 더 안으로 조임이 이루어지게 되면, 워셔(84)의 아래 둥근 가장자리(84a)가 긴 부분(77b,78b)으로 바뀌는 부분 근처에서 암들의 짧은 부분(77c,78c)과 접촉한다. 워셔(84)가 세트 나사(81)에 회전 가능하게 연결되기 때문에, 워셔(84)는 기본적으로 세트 나사(81)가 수용부(5) 내로 더 전진할 때 회전하지 않는다. 이는 고정 부재(8)에 의해 암들에 가해지는 힘들이 실질적으로 축 방향 및 방사상 방향의 힘들이고 수평방향의 힘들은 감소되는 효과를 가진다.
고정 부재(8)는 도 10c 및 도 10d에서 볼 수 있는 것처럼, 암(77,78)을 변형시키는 힘을 암(77,78)에 가한다. 그로 인해, 압력 부재(7)의 암(77,78)은 더 똑바르게 되는 경향이 있다. 암(77,78)의 자유 단부(77a,78a)가 수용부(5)에서 지지되고, 압력이 가해지는 표면(75)이 헤드(3) 상에서 지지되며, 헤드(3) 자체는 보유 요소(6)에서 지지되고, 암들은 축 방향으로는 더 길게 될 수 없지만 도 10e에 도시된 것처럼, 방사상으로 바깥쪽으로 암들의 긴 부분들을 가지고 비껴진다. 암들의 변형은 헤드(3)에 가해지는 압력이 계속해서 증가하는 것을 초래한다.
도 10f에 예시된 것처럼, 암(77,78)의 긴 부분(77b,78b)은 고정 부재(8)를 조이는 동안 바깥쪽으로 더 변형되고, 구멍(53)에 의해 제공된 공간 내로 연장한다. 암(77,78)이 도 10e에 도시된 것처럼 제2 배치로 되어 있을 때에는, 헤드(3)가 그것에 가해지는 압력에 의해 완전히 고정된다. 심지어 고정 요소가 아래쪽으로 더 전진하고, 그로 인해 작은 힘만을 필요로 하는 암들의 안쪽을 따라 미끄러지는 경우에도 제2 배치가 유지된다. 이러한 제2 배치에서는, 로드(100)가 여전히 움직여질 수 있는데, 이는 고정 부재(8)가 로드와 접촉하지 않기 때문이다.
마지막으로, 도 10f에 도시된 것처럼, 고정 부재(8)를 더 조이게 되면, 로드(100)가 고정 부재(8)에 의해 그것에 가해진 압력에 의해 고정될 때까지, 로드 표면 쪽으로 고정 부재(8)를 전진시킨다.
제1 실시예에서, 고정 부재(8)를 헐겁게 하면, 그것들의 높은 탄성으로 인해, 암들(77,78)을 제1 배치로 복귀시킨다. 그렇게 되면, 헤드(3)와 로드(100)의 위치가 다시 조정될 수 있다.
도 11은 압력 부재의 변형을 보여준다. 제1 실시예의 압력 부재(7)의 부분들과 동일한 모든 부분은 동일한 참조 번호로 표시되어 있고, 그 설명은 반복하지 않는다. 압력 부재(7')는 분리된 피이스들이고 플랜지(72,73)의 위 표면(7a)에서 오목부(72a,73a) 내로 삽입 가능한 암(77',78')을 가진다. 별개인 암(77',78')은, 예를 들면 프레스-핏(press-fit) 연결이나 부주의로 인한 분해를 방지하는 임의의 다른 연결에 의해 압력 부재(7)에 연결된다. 압력 요소(7')에서는, 암(77',78')만이 예를 들면 니티놀과 같은 니켈-티타늄(NiTi)이나, 예를 들면 베타-티타늄과 같은 초탄성을 보여주는 재료와 같이, 매우 탄력이 있는 재료로 만들어진다. 주요 부품(71)과 플랜지(72,73)는 스테인레스 스틸이나 티타늄과 같은 또다른 재료나 임의의 다른 신체 적합성 재료로 만들어진다. 이러한 실시예를 통해, 압력 부재(7')의 제작은 쉬워질 수 있고 비용이 절감될 수 있다.
도 12는 수정된 고정 부재의 분해 사시도를 보여준다. 고정 부재(8')는 세트 나사(81)와, 세트 나사(81)에, 예를 들면 리벳-유사(rivet-like) 연결에 의해 회전 가능하게 연결될 수 있는 워셔(84')를 포함하는 2개의 부분으로 된 고정 부재이다. 워셔(84')는 실질적으로 직사각형인 주요 부분(86)과, 반대측들에서 주요 부분(84a')으로부터 연장되는 2개의 마주보는 실린더-세그먼트 모양을 가진 플랜지(87,88)를 가진다. 플랜지(87,88)는 각각 압력 부재(7)의 암(77,78)의 폭과 실질적으로 동일하거나 그러한 폭보다 더 큰 중앙 축에 수직인 방향으로 일정한 폭을 지닌, 실질적으로 수직으로 연장되는 실질적으로 평평한 가장 바깥쪽 표면 부분(87a,88a)을 가진다. 이를 이용해서 워셔(84')는 고정 부재(8')가 수용부(5) 내에서 전진할 때, 중앙 축(C) 쪽으로 향하는 압력 부재(7)의 암들(77,78)의 내부 표면을 따라 매끄럽게 미끄러진다. 실질적으로 평평한 수직 표면 부분(87a,88a)은 워셔(84')에 의해 암들(77,78)에 인가된 압력의 더 나은 전달을 허용한다. 직사각형의 주요 부분(86)은, 세트 나사(81)가 안쪽으로 나사 조임이 이루어질 때, 워셔(84')가 회전하는 것을 방지한다. 그러므로, 암들에 작용하는 횡방향 힘들이 발생하는 것이 회피된다.
도 13 및 도 14에 도시된 또 다른 수정예에서는, 고정 부재(8")는 모노리스형(monolithic)이다. 고정 부재(8")는 맞물림 부분(82)과 그러한 맞물림 부분(82)의 반대측의 경사진 아래 가장자리(83")를 지닌 세트 나사로서 형성된다. 경사진 아래 가장자리(83")는 고정 부재(8')가 아래쪽으로 움직일 때, 암들(77,78)에 충분한 힘이 가해지는 것을 보장한다.
도 15a 내지 도 15d를 참조하여 다축 뼈 고정 장치의 제2 실시예가 설명된다. 다축 뼈 고정 장치의 제2 실시예는 수용부와 압력 부재의 설계에 있어서 제1 실시예와는 상이하다. 사용된 고정 부재는 전술한 바와 같이, 하나의 부분으로 된 고정 부재(8")이다. 하지만, 전술한 바와 같이 2개의 부분으로 된 고정 부재들이 또한 사용될 수 있다는 점이 주목되어야 한다.
수용부(5')는 축 방향으로 수용부(5')의 실질적으로 중간에서 제공되는 확대된 보어 섹션(51a)을 포함한다. 확대된 보어 섹션(51a)은 압력 부재의 암들을 변형시키기 위해 더 많은 공간을 제공하는 역할을 한다. 또한, 레그(55,56)의 실질적으로 중앙에서 횡방향으로 2개의 횡방향의 관통 보어(through bore)(55a,56a)가 위치한다. 관통 보어(55a,56a)는 기구를 가지고 제1 구멍에 접근하는 것을 허용하도록 배치된다.
특히, 도 15a에 도시된 것처럼 압력 부재(7")는 암들의 모양에 있어서, 이전 실시예들의 압력 부재와는 상이하다. 암(77",78")은 압력 부재(7")의 위 표면(7a) 가까이에서 바깥쪽으로 약간 구부러지는 긴 부분(77b",78b")을 가진다. 더욱이, 짧은 부분(77c",78c")은 긴 부분(77b",78b")과 이루는 각도가 90°이거나 90°보다 약간만 더 크다. 암(77",78")의 구부러지는 특성들은 제1 실시예의 특성들과는 상이하다. 구부러지는 영역 가까이에 있는 짧은 부분(77c",78c")에 압력이 가해지면 암(77c",78c")에 가해지는 힘은, 암(77",78")이 대략 S자 모양을 취하도록 수직의 긴 부분(77b",78b")을 바깥쪽으로 변형시킨다(도 15d).
도 15a 및 도 15b에 예시된 바와 같이, 고정 부재(8")의 나사 조임은 구부러지는 영역의 구역에서 암들(77",78")에 맞닿아 접할 때까지 가능하다(도 15b). 도 15c에 도시된 것처럼, 고정 부재(8")를 더 전진시키는 것은, 암들(77",78")의 긴 부분(77b",78b")이 바깥쪽으로 구부러지게 한다(도 15c). 이러한 배치에서는, 헤드(3)에 미치는 압력이 증가된다. 고정 부재(8")에 대해 더 나사 조임을 행하게 되면 대략 S자 모양으로 암들(77",78")의 변형이 이루어지고, 이로 인해 긴 부분(77b",78b")이 플립-플롭(flip-flop)과 같이 바깥쪽으로 스내핑된다. 이러한 배치에서 헤드(3)는 고정이 이루어진다. 고정 부재(8")가 로드(100)의 상부 표면 위를 누를 때까지 더 전진하게 되면 로드(100)의 고정이 이루어진다(도 15d).
도 15d에 도시된 배치에서, 암들의 변형은 암들(77",78")이 재차 변형되지 않는 한 영구적으로 남아 있는다. 따라서, 고정 부재(8")는 헤드(3)의 각 위치가 고정된 채로 남아 있으면서 로드(100)의 위치를 다시 조정하기 위해 뒤로 나사 조임이 이루어질 수 있다. 헤드(3)의 고정은 관통 보어(55a,55b)을 통해 연장되고 암들(77",78")을 그것들의 최초 위치로 다시 미는 기구를 적용함으로써 해제될 수 있다.
도 16을 참조하면, 다축 뼈 고정 장치의 제3 실시예가 도시된다. 제1 실시예 또는 제2 실시예와 동일한 부품들이나 부분들은 동일한 참조 번호를 가지고, 그 설명은 반복하지 않는다. 압력 부재(7"')는 로드 지지 표면(74"')의 종축에 수직인 방향으로 실질적으로 v자 형상을 가지는 단면을 가지는 로드 지지 표면(74"')을 포함한다. 이로 인해, 상이한 직경을 가지는 로드(100,101)가 다축 뼈 고정 장치를 가지고 사용될 수 있다. 도 17a에 도시된 바와 같이, 로드(100)에 비해 더 작은 직경을 지닌 로드(101)가 압력 요소(7"')의 로드 지지 표면(74"') 상에서 지지된다. 로드(101)는 로드 지지 표면(74"')의 길이를 따라 연장되는 마주보는 접촉라인(P1,P2)을 따라 지지된다. 압력 부재(7"')의 암(77,78)은 삽입된 로드(101)의 표면 위에서 연장한다. 이전 실시예들에서와 같이, 고정 부재(8)의 나사 조임을 행하게 되면 먼저 헤드(3)의 고정이 이루어지고 그 다음 로드(101)의 고정이 이루어진다. 도 17b에 도시된 바와 같이, 로드(101)의 직경보다 큰 직경을 지닌 로드(100) 역시 로드(101)의 경우에서의 접촉 라인(P1,P2)보다 로드 지지 표면(74"')의 바닥으로부터 더 높게 위치하는 실질적으로 2개인 접촉 라인(P1 ',P2 ')에서 지지된다. 로드(100)에 관해서도, 암(77,78)은 로드의 표면 위에서 연장한다. 수용부(5) 내로 고정 부재(8)가 전진하게 되면 먼저 헤드(3)를 고정시키고 그 다음 로드(100)를 고정한다.
이로 인해, 다축 뼈 고정 장치와, 상이한 직경을 가지는 적어도 2개의 로드로 배치되는 시스템이 제공될 수 있다. 이는 의사가 원하는 적용예에 따라 적절한 로드를 선택하도록 허용한다.
위에서 설명된 실시예들의 수정예가 생각될 수 있다. 상이한 실시예들의 부품들과 부분들은 혼합되고 매칭될 수 있다. 다축 뼈 고정 장치들의 제1 실시예서부터 제3 실시예에 관해 원하는 고정 부재들 중 임의의 것을 사용하는 것이 가능하다. 앞서 설명된 다양한 압력 부재들과 고정 부재들이 선택되고 결합될 수 있다.
수용부에 관해서는, 압력 부재가 수용부에서 변형 가능한 부분의 자유 단부로 지지될 수 있고, 변형 가능한 부분의 변형을 위한 공간을 제공하는 한, 뼈 고정 요소가 상부 단부로부터만 삽입될 수 있는 전형적인 탑 로딩(top loading) 설계 또는 뼈 고정 요소가 바닥 단부로부터 삽입될 수 있는 임의의 다른 보텀 로딩(bottom loading) 설계와 같은 다른 설계가 가능하다. 수용부는 특별한 방향으로 확대된 피봇 각도들이 가능하도록 설계될 수 있다.
암들은 제1 상태로부터 제2 배치로의 변형이 가능한 한 많은 상이한 모양을 가질 수 있다. 심지어 하나의 단일 암만으로 충분할 수 있다. 그러한 암들은 연속된 피이스들일 필요는 없다. 토글(toggle) 레버를 형성하기 위해 힌지(hinge)를 거쳐 연결되는 2개의 실질적으로 단단한 레버들로부터 암들을 배치하는 것이 생각될 수 있다. 이 경우 그러한 변형은 토글 레버를 제1의 각이 진 배치로부터 제2의 실질적으로 곧은 배치로 가져가는 것으로 배치된다.
뼈 고정 요소에 관해서는, 나사, 못, 캐뉼러 모양의(cannulated) 고정기, 후크(hook) 등과 같은 모든 종류의 뼈 고정 요소가 생각될 수 있다. 심지어 헤드와 섕크는 함께 연결 가능한 2개의 피이스로 되어 있을 수 있다. 비록 뼈 고정 요소가 수용부에 대해 선회 가능하게 피봇 가능한 방식으로, 헤드가 구 형상 세그먼트 모양을 가지는 것으로 도시되지만, 헤드 및/또는 수용부 또는 압력 요소는 그러한 선회(pivoting)가 하나의 단일 평면에서만 이루어질 수 있도록 설계될 수 있다.
압력 부재의 압력이 가해지는 표면은 헤드와 직접 접촉할 수 있거나 중간 부품을 거쳐 헤드와 동작 가능하게 접촉할 수 있다.
고정 부재의 기능은 역시 기구에 의해 실현될 수 있다. 압력 부재에 부하(load)를 인가하도록 배치되는, 다른 종류의 고정 부재들 또한 사용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 다축 뼈 고정 장치에 있어서,
    뼈에 고정될 섕크(2)와 헤드(3)를 가지는 뼈 고정 요소(1);
    종축(C), 로드(100)를 수용하기 위한 채널(54), 및 상기 헤드를 피봇 가능하게 잡고 있는 수용 공간(52,51)을 가지는 수용부(5,5');
    상기 수용부(5,5')에 위치하고, 상기 수용부(5,5')에 상기 헤드를 고정하기 위해 상기 헤드에 압력을 가하도록 배치되는 압력 부재(7,7',7",7'")로서,
    압력을 가하는 표면(75)과, 자유 단부(77a,78a)를 가지는 변형 가능한 부분(77,78;77',78';77",78")을 포함하고, 상기 변형 가능한 부분은 적어도 제1 배치 및 제2 배치를 취하도록 배치된 압력 부재(7,7',7",7'"); 및
    상기 채널(54) 내로 삽입 가능하고 상기 변형 가능한 부분에 힘을 가하도록 배치되는 고정 부재(8,8',8",8'")를 포함하고,
    상기 헤드(3), 상기 압력 부재(7,7',7",7'"), 및 상기 고정 부재(8,8',8")가 수용부(5,5') 내에 있을 때, 상기 변형 가능한 부분의 자유 단부(77a,78a)는 상기 수용부 내에서 지지되고,
    상기 고정 부재(8,8',8")는, 먼저 상기 변형 가능한 부분(77,78;77',78';77",78")에 접촉하여, 변형 가능한 부분이 제1 배치로부터 제2 배치가 되도록 상기 변형 가능한 부분 상에 힘을 가함으로써 헤드가 고정되는 방식으로, 종 방향을 따라 채널 내에서 이동 가능하고,
    그 후 상기 고정 부재(8,8',8")는 로드(100)와 접촉하게 되어 상기 로드를 고정하는, 다축 뼈 고정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 부분(77,78;77',78';77",78")은 탄성적 변형이 가능한, 다축 뼈 고정 장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 부분(77,78;77',78';77",78")은 니티놀(Nitinol) 또는 베타-티타늄(Beta-titanium)과 같은 니켈-티타늄 합금(NiTi 합금)을 포함하는, 다축 뼈 고정 장치.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 부재(7,7',7",7'")는 본체(71,72,73)를 포함하고, 상기 압력을 가하는 표면(75)은 헤드(3)를 향하며, 상기 변형 가능한 부분(77,78;77',78';77",78")은 상기 압력을 가하는 표면(75)의 반대측에 있는 압력 부재의 측 상에 있는, 다축 뼈 고정 장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 부분(77,78;77',78';77",78")은, 고정 부재가 채널 내로 전진할 때, 상기 변형 가능한 부분(77,78;77',78';77",78")이 고정 부재(8,8',8")의 경로 내로 방사상으로 돌출하는 방식으로 휘어진 제1 배치인, 다축 뼈 고정 장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 부재(7,7',7",7'")는 로드 지지 표면의 어느 일 측 상에서 연장되는 적어도 2개의 직립 레그를 포함하고, 상기 레그는 각각 상기 변형 가능한 부분(77,78;77',78';77",78")을 형성하는, 다축 뼈 고정 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 레그는 각각 긴 부분(77b,78b;77b',78b';77b",78b")과 짧은 부분(77c,78c;77c',78c';77c",78c")을 포함하고, 상기 짧은 부분에 자유 단부(77a,78a)가 제공되며, 상기 긴 부분은 상기 로드 지지 표면(74,74'") 상에 놓인 로드의 표면보다 더 높은 높이까지 연장되는, 다축 뼈 고정 장치.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고정 요소(8,8')는, 수용부(5,5')와 맞물리는 제1 부재(81)와 상기 제1 부재에 회전 가능하게 연결된 제2 부재(84,84')를 포함하는 2개의 부분으로 된 고정 요소이고, 상기 제2 부재는 상기 변형 가능한 부분에 작용하도록 배치되는, 다축 뼈 고정 장치.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 부분(77,78;77',78';77",78")이 제1 배치일 때는, 헤드가 각을 이루는 배향으로 유지되지만 고정되지는 않도록 압력 부재(7,7',7",7'")가 헤드(3)를 클램핑하는, 다축 뼈 고정 장치.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압력 부재(7,,7",7'")는 모노리스형 피이스인, 다축 뼈 고정 장치.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 부분(77',78')은 압력 요소의 나머지 부분(71,72,73)에 연결되는 독립된 부품에 포함되고, 바람직하게는 상기 독립된 부품만이 초탄성 성질을 가지는, 다축 뼈 고정 장치.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 부분(77,78;77',78')은 제1 배치로부터 제2 배치로 탄성적 변형이 가능하고, 제2 배치일 때는 고정 요소(8,8',8")가 채널 내에서 뒤로 움직일 때 자동으로 제1 배치를 취하는, 다축 뼈 고정 장치.
  13. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 부분(77",78")은, 고정 요소(8,8',8")가 채널(54) 내에서 뒤로 움직일 때에는 제2 배치로 남아 있는, 다축 뼈 고정 장치.
  14. 제6 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    로드 지지 표면(74'")은 종축(C)에 수직인 평면에서 실질적으로 V자 모양의 단면을 가지는, 다축 뼈 고정 장치.
  15. 시스템으로서,
    제14 항에 따른 다축 뼈 고정 장치와, 상이한 직경을 가지는 적어도 2개의 로드(100,101)로 구성되는 시스템.
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