KR20200064601A - 고정력이 향상된 척추경 나사못 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고정력이 향상된 척추경 나사못에 관한 것으로, 보다 상세하게 로드를 체결하기 위한 ‘U’자 형상의 체결홈이 형성되는 헤드부와 상기 헤드부의 하부에 구비되는 나사부와 상기 나사부의 외주면에 형성되는 나사산을 포함하고, 상기 나사부의 직경은 4.0*?* 내지 4.2*?*로 형성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고정력이 향상된 척추경 나사못으로써 더욱 자세하게는, 나사못의 직경과 나사산의 각도를 조절하여 인발강도가 높은 고정력이 향상된 척추경 나사못에 관한 것이다.
척주는 신체 몸통의 중축을 이루는 것으로, 7개의 목뼈, 12개의 등뼈, 5개의 허리뼈, 5개의 엉치뼈, 4개의 꼬리뼈로 구성되는 척추뼈와 추간판, 디스크라고도 불리며 척추뼈와 척추뼈를 이어주는 원반 형태의 연골 구조물인 척추사이원반으로 이루어진다.
척주에는 다양한 원인에 의해 각종 질환이 유발될 수 있는데, 척주의 불안정성을 야기하는 질환으로는 척추측만증, 척추탈구골절, 척추분리증 등이 있다. 척추고정술은 인접하는 2개 이상의 척추뼈를 부동화하는 수술로, 전술한 척추 질환을 해결하기 위한 정형외과적 방법의 일종이다. 척추고정술을 시술받은 환자는 보철물들을 반영구적으로 이식한 상태에서 생활하게 되므로, 척추고정술은 보철물들이 변형되거나 체결이 느슨해지지 않고 척추경에 단단히 결합되도록 시행되는 것이 무엇보다 중요하다. 즉, 척추경 나사못은 장기간 변형된 뼈를 원형으로 회복시키기 위한 장치이기 때문에 척추경에 견고하게 고정되어야 하며, 이는 척추고정술 시행 이후 고정력의 약화로 인하여 척추경 나사못이 변형된다면 변형된 뼈를 회복시킬 수 없기 때문이다. 따라서, 척추경 나사못은 충분한 고정력을 갖는 것이 가장 중요한 품질요건이라고 할 수 있다.
최근에는 빠른 고령화 속도에 따라 골다공증 또는 골감소증환자가 급격하게 증가하고 있다. 이러한 골다공증성 골절의 수술적 치료는 낮은 골밀도와 불량한 골질로 인하여 수술용 나사못의 고정력이 충분하지 못해 나사못 고정 실패(탈락 현상), 나사못 파손 등의 수술 후 합병증이 다수 발생하게 되며, 장기간 침상 생활로 인한 삶의 질 저하 및 사망률이 증가하게 되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해, 일례로 대한민국등록특허 제10-0563138호는 나사봉에 안착되는 로드를 고정하기 위한 로드고정수단이 착탈가능하게 이루어지되, 상기 나사봉의 내부에 형성된 통공부와 상기 나사봉의 단부 또는 외주면부에 형성되는 관통공이 서로 연통되게 구성되어 나사못을 견고하게 고정시킬 수 있는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 환자가 고령인 경우 퇴행성 골질환(골다공증)이 동반되는 경우가 빈번하며 특히, 심한 골다공증성 환자는 기존 척추경 나사못의 고정 기기를 사용할 경우 고정력이 매우 낮아 기기의 탈락 현상이나 척추내의 해면골 파손을 야기하여 합병증을 일으킬 수 있다. 또한, 현재 척추 고정술에서 제공되는 척추경 나사못의 종류는 상당히 제한적이며, 이에 따른 척추경 나사못의 고정력 역시 한계성을 내포하고 있따. 뿐만 아니라, 척추 외과의의 임상학적 지식이나 경험에 의존하여 수술 시 사용할 척추경 나사못을 선정하므로 경험이 적은 미숙한 외과의의 경우 수술 실패로 인한 합병증을 유발할 위험성이 크다.
본 발명은 상술한 바와 같은 선행 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 나사못의 직경과 나사산의 각도를 조절하여 인발강도가 높은 척추경 나사못을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못에 있어서, 로드를 체결하기 위한 ‘U’자 형상의 체결홈이 형성되는 헤드부와 상기 헤드부의 하부에 구비되는 나사부와 상기 나사부의 외주면에 형성되는 나사산을 포함하고, 상기 나사부의 직경은 4.0φ 내지 4.2φ로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 본 발명은, 상기 나사산이 상기 나사부의 종단면과 이루는 각도가 8° 내지 9° 인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 나사못은 생체적합성 스테인레스 강재 또는 티타늄 합금으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기 나사부는, 골 시멘트를 주입하기 위하여 상기 헤드부와 나사부의 중심축을 따라 빈 공간이 형성되는 시멘트주입홀과 상기 시멘트주입홀로부터 상기 나사부의 외주면으로 연통되게 형성되어 상기 골 시멘트가 분사될 수 있도록 하는 다수개의 시멘트분사홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 본 발명은, 상기 헤드부에 인접한 나사산의 간격이 상기 나사부의 단부에 인접한 나사산의 간격보다 더 촘촘하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 고정력이 향상된 척추경 나사못은 인발강도가 높은 척추경 나사못을 제공하는데 그 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 해석 프로그램의 경계조건을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 해석 프로그램의 메쉬를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 해석 프로그램에 적용하는 나사못의 재질을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 해석 프로그램에 적용하는 인공뼈의 재질을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 해석프로그램을 이용한 인발시험을 위한 케이스별 나사못을 나타낸 것이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정상골밀도에 대한 해석프로그램을 이용한 인발시험결과를 나타낸 것이다.
도 7의 (b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 골다공증 환자의 골밀도에 대한 해석프로그램을 이용한 인발시험결과를 나타낸 것이다.
도 8의 (a)는 본 발명의 제1시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 실제 실험 장치를 나타낸 것이다.
도 8의 (b)는 본 발명의 제1시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 실제 실험 장치를 확대한 것이다.
도 9는 본 발명의 제1시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 실제 실험 장치를 통한 인발시험을 위해 제작된 케이스별 나사못을 나타낸 것이다.
도 10의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정상골밀도에 대한 실제 시험을 통한 인발강도 시험결과를 나타낸 것이다.
도 10의 (b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 골다공증 환자의 골밀도에 대한 실제 시험을 통한 인발강도 시험결과를 나타낸 것이다.
도 11의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정상골밀도에서의 인발강도에 대해 해석프로그램 결과와 실제 시험결과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 11의 (b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 골다공증 환자의 골밀도에서의 인발강도에 대해 해석프로그램 결과와 실제 시험결과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 12의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정상골밀도에서의 인발강도에 대해 선행연구와 본 발명의 시험결과값을 비교하여 나타낸 것이다.
도 12의 (b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 골다공증 환자의 골밀도에서의 인발강도에 대해 선행연구와 본 발명의 시험결과값을 비교하여 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정상골밀도와 골다공증 환자의 골밀도에서의 인발강도에 대해 선행연구와 상용 나사못의 인발시험 결과와 비교하여 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정면도를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정면도를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 제4실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정면도를 확대한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 해석 프로그램의 경계조건을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 해석 프로그램의 메쉬를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 해석 프로그램에 적용하는 나사못의 재질을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 해석 프로그램에 적용하는 인공뼈의 재질을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 해석프로그램을 이용한 인발시험을 위한 케이스별 나사못을 나타낸 것이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정상골밀도에 대한 해석프로그램을 이용한 인발시험결과를 나타낸 것이다.
도 7의 (b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 골다공증 환자의 골밀도에 대한 해석프로그램을 이용한 인발시험결과를 나타낸 것이다.
도 8의 (a)는 본 발명의 제1시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 실제 실험 장치를 나타낸 것이다.
도 8의 (b)는 본 발명의 제1시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 실제 실험 장치를 확대한 것이다.
도 9는 본 발명의 제1시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 실제 실험 장치를 통한 인발시험을 위해 제작된 케이스별 나사못을 나타낸 것이다.
도 10의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정상골밀도에 대한 실제 시험을 통한 인발강도 시험결과를 나타낸 것이다.
도 10의 (b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 골다공증 환자의 골밀도에 대한 실제 시험을 통한 인발강도 시험결과를 나타낸 것이다.
도 11의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정상골밀도에서의 인발강도에 대해 해석프로그램 결과와 실제 시험결과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 11의 (b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 골다공증 환자의 골밀도에서의 인발강도에 대해 해석프로그램 결과와 실제 시험결과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 12의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정상골밀도에서의 인발강도에 대해 선행연구와 본 발명의 시험결과값을 비교하여 나타낸 것이다.
도 12의 (b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 골다공증 환자의 골밀도에서의 인발강도에 대해 선행연구와 본 발명의 시험결과값을 비교하여 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정상골밀도와 골다공증 환자의 골밀도에서의 인발강도에 대해 선행연구와 상용 나사못의 인발시험 결과와 비교하여 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정면도를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정면도를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 제4실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못의 정면도를 확대한 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못(10)에 있어서, 도 1을 참조하면, 로드(도면 미도시)를 체결하기 위한 ‘U’자 형상의 체결홈(110)이 형성되는 헤드부(100)와 상기 헤드부(100)의 하부에 구비되는 나사부(200)와 상기 나사부(200)의 외주면에 형성되는 나사산(300)을 포함한다. 그리고, 상기 나사부(200)의 직경은 4.0φ 내지 4.2φ로 형성된다.
먼저, 상기 헤드부(100)가 마련된다. 상기 헤드부(100)의 중심부에는 상기 체결홈(110)이 형성된다. 일례로, 후술할 상기 나사부(200)가 척추와 같은 뼈에 삽입되어 고정되었을 때, 상기 헤드부(100)에는 상기 로드가 상기 체결홈(110)을 가로지르는 형태로 체결될 수 있다. 즉, 상기 체결홈(110)은 상기 로드와 나사부(200)를 결합하는 역할을 하는 것이다. 이를테면, 다수개의 나사부(200)가 휘어진 척추 뼈의 정해진 위치에 각각 삽입되고, 상기 로드를 각각의 헤드부(100)의 체결홈(110)에 결합시켜 각각의 나사부(200)의 방향이나 위치를 조정함으로써, 척추가 정상의 상태로 교정될 수 있도록 한다.
다음으로, 상기 나사부(200)가 마련된다. 상기 나사부(200)의 직경은 상기 헤드부(100)의 직경보다 작게 형성되며, 상기 헤드부(100)의 외주면을 따라 라운드지게 연장되어 형성된다. 따라서, 상기 나사부(200)가 척추와 같은 뼈에 고정될 때, 상기 뼈에 크랙 등과 같은 손상을 최소화 하는 것이다.
다음으로, 상기 나사산(300)이 마련된다. 상기 나사산(300)은 상기 나사부(200)의 외주면을 따라 나선형으로 형성되며, 상기 나사부(200)가 척추와 같은 뼈에 고정될 수 있도록 한다. 또한, 상기 나사산(300)은 상기 나사부(200)의 종단면과 이루는 각도가 8° 내지 9° 로 형성된다. 즉, 상기 나사산(300)은 지면과 수직인 상기 나사부(200)의 종단면을 기준으로 8° 내지 9° 경사지게 형성되는 것이다.
다음으로, 상기 나사못(10)은 생체적합성 스테인레스 강재 또는 티타늄 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 나사못(10)이 생체적합성 스테인레스 강재 또는 티타늄 합금으로 형성되어, 척추와 같은 뼈에 삽입되어도 인체에 무해할 수 있도록 하는 것이다.
이하에서는 본 발명 즉, 상기 나사부(200)의 직경은 4.0φ 내지 4.2φ로 형성되는 구성과 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 8° 내지 9° 로 형성의 구성에 대한 효과를 증명하는 실험방법과 그 실험결과에 대해 설명한다.
먼저, 인발 시험을 시행하기에 앞서 실제 시험 조건과 유사하도록 해석 프로그램의 경계 조건을 설정한다. 상기 해석 프로그램의 경계 조건은 도 2와 같이 변위(Displacement)는 1mm이고 고정 지지점(Fixed support)는 5 faces of PUF(폴리우레탄 폼, polyurethane foam)이다. 다음으로, 상기 나사못(10)과 상기 폴리우레탄 폼 사이의 인발력 해석을 위하여 도 3과 같이 메쉬(Mesh)를 설정한다. 상기 메쉬는 사면체 요소로 312,018개이다.
다음으로, 상기 나사못(10)의 재질을 설정한다. 상기 나사못(10)의 재질은 도 4와 같이 티타늄 합금으로, 탄성계수(young’s modulus)는 96,000 MPa 이고, 푸아송비(Poisson’s ratio)는 0.2 이며, 항복강도(Yield strength)는 885 MPa 이다. 또한, 도 5를 참조하면, 상기 나사못(10)이 고정되는 해면골의 재질과 가장 유사한 재질로 상기 폴리우레탄 폼의 고유값을 설정한다. 상기 폴리우레탄 폼이 정상 골밀도일 경우 탄성계수(young’s modulus)는 284 MPa 이고, 푸아송비(Poisson’s ratio)는 0.2 이며, 항복강도(Yield strength)는 5.6 MPa 이다. 또한, 상기 폴리우레탄 폼이 골다공증 골밀도일 경우 탄성계수(young’s modulus)는 86 MPa 이고, 푸아송비(Poisson’s ratio)는 0.2 이며, 항복강도(Yield strength)는 2.1 MPa 이다.
다음으로, 도 6과 같이 상기 나사못(10)의 치수를 변화시키면서 상기 나사못(10)의 인발 강도를 해석한다. 상기 나사못(10) 치수는 상기 나사못(10)의 삽입 후 체내 안전성 및 인발강성에 대한 선행연구를 바탕으로 상기 나사못(10)의 외경과 부피에 대한 비율을 계산하여 선정한다. 도 6을 참조하면, S1 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 3.75φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 5.72°이다. 또한, S2 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 3.75φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 8.58°이다. 또한, S3 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 3.75φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 11.42°이다. 또한, S4 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 4.1φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 5.72°이다. 또한, S5 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 4.1φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 8.58°이다. 또한, S6 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 4.1φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 11.42°이다. 또한, S7 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 5.5φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 5.72°이다. 또한, S8 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 5.5φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 8.58°이다. 또한, S9 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 5.5φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 11.42°이다.
다음으로, 도 7의 (a)는 정상 골밀도일 경우의 각 타입별 인발강도를 나타낸다. 해석 결과 S5 타입이 가장 높은 인발강도를 나타냈다. 또한, 도 7의 (b)는 골다공증 골밀도일 경우의 각 타입별 인발강도를 나타낸다. 해석 결과 역시 S5 타입이 가장 높은 인발강도를 나타냈다.
다음으로, 해석 프로그램의 해석 결과를 증명하기 위한 실제 시험을 진행한다. 도 8을 참조하면, 상기 실제 시험에는 UTM (ST-1001) 장비를 사용하며, 시험규격은 ASTM F543-13이다. 또한, 시험은 상온(25℃)에서 진행되며, 상기 폴리우레탄 폼의 사이즈는 4×4×6(cm3)이고, 크로스헤드 속도(시험 진행속도)는 5mm/min 이다.
다음으로, 도 9와 같이 상기 나사못(10)의 치수를 변화시키면서 상기 나사못(10)의 인발 강도를 시험한다. 도 6을 참조하면, S1 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 3.75φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 5.72°이다. 또한, S2 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 3.75φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 8.58°이다. 또한, S3 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 3.75φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 11.42°이다. 또한, S4 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 4.1φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 5.72°이다. 또한, S5 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 4.1φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 8.58°이다. 또한, S6 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 4.1φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 11.42°이다. 또한, S7 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 5.5φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 5.72°이다. 또한, S8 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 5.5φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 8.58°이다. 또한, S9 타입은 상기 나사부(200)의 직경이 5.5φ 이며, 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 11.42°이다.
다음으로, 도 10의 (a)는 정상 골밀도일 경우의 각 타입별 인발강도를 나타낸다. 시험결과는 각 시험을 5회 실시한 후, 도출된 인발강도의 평균값을 나타낸다. 시험 결과 S5 타입이 가장 높은 인발강도를 나타냈다. 또한, 도 10의 (b)는 골다공증 골밀도일 경우의 각 타입별 인발강도를 나타낸다. 시험 결과 역시 S5 타입이 가장 높은 인발강도를 나타냈다. 즉, 도 11을 참조하면 해석 결과 및 시험 결과 모두 S5 타입의 나사못(10)이 가장 높은 인발강도를 나타낸 것이다. 따라서, 상기 나사부(200)의 직경은 4.0φ 내지 4.2φ로 형성되고 상기 나사산(300)이 상기 나사부(200)의 단면과 이루는 각도가 8° 내지 9° 로 형성되는 것이 가장 높은 인발강도를 가지는 것이다.
다음으로, 도 12를 참조하면 본 발명의 고정력이 향상된 척추경 나사못(10)은 기존의 선행연구와 비교하여 높은 인발강도를 가진다. 도 12의 선행연구 1은 Increase of pullout strength of spinal pedicle screws with conical core: biomechanical tests and finite element analyses 이고, 선행연구 2는 Increasing of pullout strength of spinal pedicle screws with conical core: biomechanical tests and finite element analysis b 이며, 선행연구 3은 Increasing bending strength and pullout strength in conical pedicle screws: biomechanical tests and finite element analysis 이다. 또한, 도 13을 참조하면 기존의 연구 및 기존 상용 스크류와 비교하여 본 발명의 고정력이 향상된 척추경 나사못(10)은 높은 인발강도를 가지는 것이다.
이하에서는, 본 발명의 제2실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못(10)에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는, 제1실시예와 비교하여 나사부(200)가 골 시멘트(PMMA)를 주입하기 위하여 헤드부(100)와 나사부(200)의 중심축을 따라 빈 공간이 형성되는 시멘트주입홀(210)과 상기 시멘트주입홀(210)로부터 상기 나사부(200)의 외주면으로 연통되게 형성되어 상기 골 시멘트가 분사될 수 있도록 하는 다수개의 시멘트분사홀(220)을 포함한다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에서 제1실시예와 중첩되는 구성에 대해서는 제1실시예의 설명을 원용한다.
도 14를 참조하면, 상기 나사부(200)는 골 시멘트를 주입하기 위하여 상기 헤드부(100)와 나사부(200)의 중심축을 따라 빈 공간이 형성되는 시멘트주입홀(210)과 상기 시멘트주입홀(210)로부터 상기 나사부(200)의 외주면으로 연통되게 형성되어 상기 골 시멘트가 분사될 수 있도록 하는 다수개의 시멘트분사홀(220)을 포함한다. 보다 상세하게, 골다공증 환자의 해면골의 경우, 골 밀도가 정상인의 해면골에 비해 현저히 낮고 구멍이 크며, 구멍의 수가 많아 상기 나사산(300)이 상기 해면골과 접촉하여 체결될 수 있는 면적이 작다. 따라서, 상기 나사산(300)이 상기 해면골과 체결될 수 있는 면적을 증가시키기 위하여 상기 시멘트주입홀(210)과 시멘트분사홀(220)이 구비되는 것이다. 즉, 상기 나사부(200)가 상기 해면골에 삽입된 후, 상기 시멘트주입홀(210)을 통하여 상기 골 시멘트가 주입되고, 주입된 상기 골 시멘트가 상기 시멘트분사홀(220)을 통하여 분사되어, 상기 해면골의 구멍을 채워주는 것이다. 이를 통하여, 골다공증 환자와 같이 상기 나사산(300)이 체결될 수 있는 면적이 적은 경우에도, 상기 나사못(10)의 고정력을 향상시켜 상기 나사못(10)이 이탈하는 것을 최소화 할 수 있는 것이다.
다음으로, 상기 골 시멘트의 점도를 고려하여 상기 시멘트주입홀(210)의 직경은 1.8φ 내지 2.2φ로 제작된다. 이때, 상기 시멘트주입홀(210)의 직경이 1.8φ 미만으로 제작되면, 상기 골 시멘트가 충분히 공급되지 않아 상기 해면골의 구멍을 완전히 채우지 못하게 되거나, 상기 해면골의 구멍을 채우는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 상기 시멘트주입홀(210)의 직경이 2.2φ를 초과하여 제작되면, 상기 나사부(200)의 강성이 감소하여 상기 나사부(200)가 상기 척추와 같은 뼈에 삽입하기 용이하지 않은 문제점과 상기 골 시멘트가 필요 이상으로 분사되어 낭비되는 문제점이 있다. 따라서, 상기 시멘트주입홀(210)의 직경은 1.8φ 내지 2.2φ로 제작되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시멘트분사홀(220)은 상기 골 시멘트가 상기 나사부(200)의 주위로 고르게 분사될 수 있도록 다수개로 90°간격의 방사형으로 구비되며, 상기 나사산(300)의 두 피치 간격으로 각각 이격되게 구비되는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명의 제3실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못(10)에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는, 제1실시예와 비교하여 헤드부(100)에 인접한 나사산(310)의 간격이 나사부(200)의 단부에 인접한 나사산(320)의 간격보다 더 촘촘하게 형성되는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에서 제1실시예와 중첩되는 구성에 대해서는 제1실시예의 설명을 원용한다.
도 15를 참조하면, 상기 헤드부(100)에 인접한 나사산(310)의 간격이 상기 나사부(200)의 단부에 인접한 나사산(320)의 간격보다 더 촘촘하게 형성된다. 보다 상세하게, 상기 나사못(10)이 상기 척추와 같은 뼈에 삽입될 때, 상기 헤드부(100)에 인접한 나사산(310) 부분이 상기 나사부(200)의 단부에 인접한 나사산(320) 보다 높은 응력을 받게 된다. 즉, 상기 헤드부(100)에 인접한 나사부(200)가 높은 응력을 받게 되어 상기 나사못(10)을 삽입할 시에 상기 나사부(200)가 파손될 우려가 있는 것이다. 따라서, 상기 헤드부(100)에 인접한 나사산(310)의 간격을 상기 나사부(200)의 단부에 인접한 나사산(320)의 간격보다 더 촘촘하게 형성하여, 응력집중을 방지함으로써 상기 나사부(200)가 파손되는 것을 최소화하는 것이다. 또한, 상기 헤드부(100)에 인접한 나사산(310)이 촘촘하게 형성되어 상기 척추와 같은 뼈에 삽입 시 접촉면적 및 토크를 향상시킴으로써 인발력을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제4실시예에 따른 고정력이 향상된 척추경 나사못(10)에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는, 제1실시예와 비교하여 나사산(330)이 두 줄로 형성된다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에서 제1실시예와 중첩되는 구성에 대해서는 제1실시예의 설명을 원용한다.
도 16을 참조하면, 상기 나사산(330)은 두줄나사로 형성된다. 따라서, 나사부(200)가 상기 척추와 같은 뼈에 삽입될 때, 상기 나사산(330)이 체결되는 속도를 증가시켜 수술시간을 단축시킬 수 있는 것이다. 또한, 상기 나사산(330)이 두줄나사로 형성되어, 상기 나사부(200)가 상기 척추와 같은 뼈에 삽입될 때, 상기 나사부(200)의 파손을 최소화 하고, 인발력을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
상기한 제1실시예 내지 제4실시예는 각각 혼합하여 적용가능하다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 나사못
20 : 실험장치
100 : 헤드부
110 : 체결홈
200 : 나사부
210 : 시멘트주입홀
220 : 시멘트분사홀
300 : 나사산
310 : 제1나사산
320 : 제2나사산
330 : 제3나사산
20 : 실험장치
100 : 헤드부
110 : 체결홈
200 : 나사부
210 : 시멘트주입홀
220 : 시멘트분사홀
300 : 나사산
310 : 제1나사산
320 : 제2나사산
330 : 제3나사산
Claims (5)
- 로드를 체결하기 위한 ‘U’자 형상의 체결홈이 형성되는 헤드부;
상기 헤드부의 하부에 구비되는 나사부; 및
상기 나사부의 외주면에 형성되는 나사산;을 포함하고,
상기 나사부의 직경은 4.0φ 내지 4.2φ로 형성되는 것을 특징으로 하는 고정력이 향상된 척추경 나사못. - 제1항에 있어서,
상기 나사산이 상기 나사부의 종단면과 이루는 각도가 8° 내지 9° 인 것을 특징으로 하는 고정력이 향상된 척추경 나사못. - 제1항에 있어서,
상기 나사못은 생체적합성 스테인레스 강재 또는 티타늄 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고정력이 향상된 척추경 나사못. - 제1항에 있어서,
상기 나사부는,
골 시멘트를 주입하기 위하여 상기 헤드부와 나사부의 중심축을 따라 빈 공간이 형성되는 시멘트주입홀; 및
상기 시멘트주입홀로부터 상기 나사부의 외주면으로 연통되게 형성되어 상기 골 시멘트가 분사될 수 있도록 하는 다수개의 시멘트분사홀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고정력이 향상된 척추경 나사못. - 제1항에 있어서,
상기 헤드부에 인접한 나사산의 간격이 상기 나사부의 단부에 인접한 나사산의 간격보다 더 촘촘하게 형성되는 것을 특징으로 하는 고정력이 향상된 척추경 나사못.
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| KR20220043283A (ko) | 2020-09-29 | 2022-04-05 | 주식회사 에이스메디코프 | 본시멘트 주입형 척추경 나사못 및 상기 나사못을 구비한 척추고정술용 수술도구 |
| KR20220043284A (ko) | 2020-09-29 | 2022-04-05 | 주식회사 에이스메디코프 | 다공성 척추경 나사못 및 상기 나사못을 구비한 척추고정술용 수술도구 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100563138B1 (ko) | 2003-08-29 | 2006-03-21 | (주)태연메디칼 | 척추경 나사못 |
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| KR20220043284A (ko) | 2020-09-29 | 2022-04-05 | 주식회사 에이스메디코프 | 다공성 척추경 나사못 및 상기 나사못을 구비한 척추고정술용 수술도구 |
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