KR960000622B1 - 흡수성 보골판 - Google Patents

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죤슨 앤드 죤슨 프로덕츠 인코포레이티드
마이클 큐. 태트로우
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Abstract

내용 없음.

Description

흡수성 보골판
제1도는 본 발명의 보골판의 일실시예를 나타내는 사시도.
제2도는 제1도에 도시된 보골판의 상면도.
제3도는 제2도에 도시된 보골판의 측면도.
제4도는 제2도의 4-4선을 따라 취한 횡단면도.
제5도는 제2도의 5-5선을 따라 취한 횡단면도.
제6도는 본 발명의 보골판의 다른 실시예를 도시하는 사시도.
제7도는 제6도에 도시된 보골판의 상면도.
제8도는 제6도는 도시된 보골판의 측면도.
제9도는 제7도의 9-9선을 따라 취한 횡단면도.
제10도는 제7도의 10-10선을 따라 취한 횡단면도.
제11도는 제1도의 보골판의 부분 확대 상면도.
제12도는 제11도의 12-12선을 따라 취한 부분횡단면도.
제13도는 제4도와 유사한 판의 횡단면의 확대 단부도.
본 발명은 접골용 보조 기구로써 사용되며 신체속에 흡수되는 재료로 만들어지는 보골판(bone plate)에 관한 것이다.
금속 보골판의 나사가 신체의 거의 골절 또는 부서진 뼈에 접골하는데 얼마동안 사용되어 왔다. 이들 판은 일반적으로 스테인레스스틸, 크롬코발트, 티타늄 및 이런 금속의 여러 합금으로 제작된다. 보골판은 적당한 방법으로 골절된 뼈를 치료하기 위하여 적당한 위치에서 골절된 뼈를 지지하도록 사용된다. 보골판은 단순한 캐스팅 기술만을 상용하는 뼈의 고정화에 대한 다수의 잇점을 제공한다. 내부 고정을 이용하는 것은 장기간의 캐스팅을 필요없게 하며 환자에서 더 많거나 좀더 이른 이동성을 제공하는 활동적인 관절 운동을 쉽게 하게 한다.
신체에 흡수될 재료로부터 그런 보골판을 형성해서 뼈가 치료된 후에 판을 제거하기 위하여 제2외과수술 절차가 필요없게 하는 것이 바람직하다는 제안이 있어 왔다. 미합중국 특허 제4539981호 및 제4550449호에는 뼈 고정 장치 또는 보골판속으로 결합될 수 있는 흡수성 중합체가 기재되어 있다. 금속으로 조립된 보골판은 여러 가지 설계로 제작되어 왔다. 일반적으로 그런 설계는 뼈에 반대로 위치될 표면에서 만곡되는 특수 금속의 바아로 이루어진다. 판은 다수의 나사 구멍을 가지며 나사는 판을 뼈에 고정하기 위하여 구멍을 통해 유입된다. 미합중국 특허 제3463148호에는 거의 일정한 횡단면적을 가지는 금속 보골판이 기재되어 있다. 이판은 세로 중심선 양쪽으로 이격되는 판을 통해서 나사 구멍을 가진다. 나사 구멍 영역의 금속은 나사 구멍사이의 영역보다 더 두껍다.
미합중국 특허 제4219015호에는 벤딩 저항 모멘트 W=I/e는 판전체를 통해 비교적 금속성 보골판이 기재되어 있다. 특히 벤딩 저항 모멘트의 하한값은 기껏해야 상한 값보다 30% 더 작다.
미합중국 특허 제4429690호에는 바아의 길이를 따라서 균등하게 이격되며 외피 나사를 세트하기 위하여 구멍을 가지는 험프브리지 또는 횡브라켓을 배열하여 결합한 2개의 길이 바아를 포함하는 부서진 뼈의 고정용 금속판이 기재되어 있다.
상술한 보골판 모드는 스테인레스스틸, 크롬 코발트 또는 티타늄 같은 비교적 강한 금속으로 조립되도록 되어 있다. 본 보골판을 만드는 흡수성 중합체는 이들 금속의 강도를 가질 수 없다. 흡수성 중합체의 강도는 금속성 보골판이 조립되는 금속의 강도보다 상당히 작으며 그때문에 금속성 보골판의 설계는 흡수성 중합체로 조립된 보골판에서 반드시 사용할 수 있는 것은 아니다. 금속성 보골판과 비교할때 강도 차이를 보상하기 위하여 흡수성 보골판의 두께를 이론적으로 간단히 증가시키는 것이 가능하다할지라도 그런 간단한 수정을 바람직하지 못하다. 보골판이 뼈 위에 너무 높이 위치하지 않고 외과 수술 진행에 이어지는 연질 조직으로 보골판을 덮는데 있어서 어려움을 일으키지 않도록 보골판의 두께를 최소화 하는 것이 필요하다. 판이 너무 두꺼우면 간단하게 사용될 수 없다. 유사하게 해부학적 제한도 보골판의 폭을 한정한다. 보골판은 치료를 위한 뼈의 폭보다도 상당히 넓을 수 없다.
본 발명은 보골판이 부서지는 염려없이 뼈의 고정에 사용될 수 있는 흡수성 중합체로 만들어진 보골판을 제공한다.
본 보골판은 보골판이 사용될때 발생된 응력은 비교적 일정하며 판을 만드는 흡수성 중합체의 항복 강도 이하이도록 제작된다. 응력을 비교적 일정하게 유지하기 위하여 나사 구멍 주위의 판 영역은 판의 폭과 높이 모두가 보강된다. 보강 영역은 판이 뼈를 고정할때 발생된 응력을 받아도 판은 부서지지 않고 또 판의 크기를 최소 두께와 폭이 되는 것을 확실히 하도록 최적화 된다.
본 발명의 보골판은 미합중국 특허 제4,539,981호 및 제4,550,449호에 기재된 흡수성 폴리락티드 중합체로 만들어진다. 중합체는 매우 높은 분자량을 가지며 보골판, 나사 및 다른 내부 고정 장치 속으로 조립될 정도로 강한 폴리락타드 중합체이다. 중합체는 그가 위치되는 곳에 뼈를 치료하기 위해 상당한 기간동안 그 강도를 유지해서 연장된 기간 이상으로 신체에 의해 흡수된다. 중합체가 흡수되면 보골판은 그의 강도를 손실한다. 동시에 뼈는 치료가 되며 그의 정상적인 하중을 떠맡을 수 있다. 벼를 치료한 후에 골절 자리를 지지하는 보골판을 보존하는 것은 환자에게 이로운 것이 못된다. 뼈가 치료된 후 뼈에 금속 보골판이 존재하는 것은 부식가능성때문에 그리고 강성 금속판은 뼈가 정상적인 하중 수행 활동에 반응하는 것을 방지하기 때문에 해롭다고 알려졌다. 금속판은 일반적으로 이식후에 1년 및 1년반에서 2년 사이에 외과 수술로 제거된다. 본 발명의 보골판은 또 필요한 강도를 가지며 요구된 기간동안 신체에서 강도를 유지하는 특성을 가지는 다른 흡수성 중합체로 만들 수 있다.
본 발명의 보골판의 특수 설계는 보골판의 길이를 따라서 어떤점에서도 벤딩 응력이, 판이 뼈에 고정되는 나사 구멍의 중심을 통한 응력 수준을 초과하지 않는다. 벤딩 능력은 하나의 나사 구멍에 보골판을 고정하고 다음 나사 구멍에 중량을 실어서 판을 아래로 굽힘으로써 결정된다. 본 발명의 판에 있어서 판의 어느점에 있어서 최대 응력은 나사를 체결함으로써 적용된 벤딩하중이 300N을 초과할때 중합체의 항복 강도를 초과하지 않아야 한다. 폴리락타트 중합체의 항복 강도는 55mpa이다.
부가로 판이 하중을 받았을때 발생된 응력은 판 전체를 통해 비교적 일정해야 한다. 판의 어느 주어진 점에서 발생된 응력은 판을 뼈에 고정함으로써 판이 응력을 받을때 판의 다른 어떤점에서의 응력으로부터 20%이상 적합하게는 10%이상 변화하지 않고 비교적 일정하다는 것을 의미한다.
나사 구멍 주위의 영역은 나사 구멍 상부에서 그리고 보골판의 양쪽을 따라서 보강된다. 보강은 전체 보골판이 너무 넓거나 두껍지 않도록 상부와 측부에서 최소화되어야 한다.
일정한 강도의 판을 제공하기 위하여 판의 일정 크기와 특히 판의 보강 영역 사이에서 관계를 유지하는 것이 필요하다. 크기는 다음의 기호를 사용하는 제11도 내지 제13도에 도시되어 있다. 도면에 사용된 기호에 대한 설명도 다음과 같다.
T는 판의 측가장자리에서 측정한 비보강판 두께
W는 비보강판의 반폭
H는 비보강상면으로부터 측정된 상부 보강판의 높이
R는 나사 구멍의 중심선으로부터 측정된 판의 측보강재의 반경
r는 나사 구멍의 중심선을 따라서 측정된 상부 보강재의 반경
d2 1는 나사 구멍의 중심선으로부터 상부 보강재가판의 비보강상부와 교차하는 점까지의 거리
d2는 나사 구멍의 횡축으로부터 측보강재가 판의 비보강측부와 교차하는 점까지의 거리
L은 나사 구멍 중심선으로부터 측정된 인접 나사 구멍 사이의 거리
R1은 나사 구멍의 중심선으로부터 측정된 카운터 싱크의 반경
r2는 판 바닥의 곡률 반경
K는 판 바닥의 곡률 반경 상부로부터 판의 비보강상부까지의 판의 최소 비보강 두께
h는 T와 K사이의 차이.
허용 강도와 최적 두께를 가지는 판을 제공하기 위하여 다음 관계가 충족되어야 한다.
a)
Figure kpo00001
b)
Figure kpo00002
c)
Figure kpo00003
d)
Figure kpo00004
e)
Figure kpo00005
f)
Figure kpo00006
본 발명의 보골판은 다른 형상을 취할 수 있다.
제1도 내지 5도에 도시된 판은 제1형상이며 제6도 내지 10도에 도시된 판은 제2의 적합한 형상이다. 이들 판 모두는 치료될 뼈의 표면에 위치될 만곡된 또는 활모양의 하부면을 가지는 일반적으로 사각주부를 가지도록 고려될 수 있다. 나사구멍 주위의 판의 측부 및 상부에는 보강 영역을 가진다. 제1도 내지 5도와 제6도 내지 10도의 차이는 상부 보강 영역의 형태에 있다. 제1도 내지 5도에 도시된 보골판은 뼈의 골절부를 연결하기 위한 충분한 길이이다. 판은 중앙부(22)의 양쪽에 다수의 나사구멍을 가진다. 하부면(23)은 판이 부착되는 뼈의 곡률에 더 잘 맞추도록 활모양으로 되어 있다. 판의 비보강 두께가 제13도에서 T로써 도시되어 있으며 상부 보강부가 H로써 도시되어 있다. 판의 비보강 반폭은 W로 도시되며 보강폭의 반경은 제11도에서 R로써 도시되어 있다. 나사구멍(21)의 상부에는 카운터싱크(24)가 있어서 판을 뼈에 부착할때 판의 상면과 나사가 동일 평면을 이룬다. 배치를 위하여 판 두께를 통하는 방향에 있어서 나사 구멍(29 또는 30)의 중심선을 나사구멍 중심선으로써 참고된다. 판 길이의 수직방향에서 나사구멍의 중심선은 횡축으로 참고된다.
측보강 영역은 나사 구멍과 동심이며 나사 구멍의 횡축으로부터 거리 d2에서 판의 사각주부의 측부에서 교차하는 제11도의 반경 R인 적당한 원형 실린더로써 이루어진다. 상부 보강 영역은 나사구멍의 중심선으로부터 거리 d2 1에서 판의 비보강부의 상부와 교차하는 반경을 가지는 구형부로 이루어진다. d2 1의 크기는 판의 바람직한 특성을 얻기 위하여 d2의 크기보다 더 크다. 구형의 상부는 판의 전체 높이를 감소시키기 위해 카운터 싱크(24)에서 평평하게 되어 있다. 제6도 내지 10도에 도시된 판은 상부 보강 요소의 형태에서만 제1도 내지 5도에 도시된 판과 다르다. 제6도 내지 10도에 도시된 판에 있어서 상부 보강 요소는 그의 축은 판의 길이에 수직이며 판의 측가장자리를 통해 연장하면서 적당한 원형 실린더의 일부가 되도록 구성될 수 있다. 실린더의 상부는 카운터 싱크(24)때문에 제거되며 상부보강 영역(28)은 판의 두께를 감소하기 위하여 평면 (33)을 가진다.
보골판을 사용할때 발생된 응력은 제11도 내지 13도를 참고로 잘 설명된다. 보골판은 뼈의 장력측 즉, 뼈의 긴 길이에서 만곡부의 볼록측상에서 골절된 뼈에 부착된다. 판을 뼈에 단단히 부착하기 위하여 판은 나사가 뼈속으로 삽입되면 응력을 받는다. 판이 처음으로 나사 구멍(29)을 통해 나사로 뼈에 부착된다고 가정하면 나사 구멍(30)을 통해 위치된 나사가 뼈에 부착되면 나사 구멍(29)에서 최대 응력을 발생한다. 측보강부(26)와 상부 보강부(27)는 판이 나사 구멍(29)에서 깨지는 것을 방지한다. 다음의 예에 있어서 응력은 판이 뼈에 부착됨으로써 판이 하중을 받으면 판이 부서지기 가장 쉬운 판의 폭에 걸쳐 여러 라인을 따라서 결정되거나 계산될 수 있다. 라인 S1은 나사 구멍을 통해 위치된다. 라인 S2a는 나사 구멍(30) 주위의 판의 측보강부와 비보강측부의 교차점을 지난다. 라인 S2'b는 다음에 인접하는 나사 구멍(29)주위의 상부 보강부가 판의 비보강 상부와 교차하는 점을 지난다. 라인 S2b는 다음에 인접하는 나사구멍(29)의 측보강부가 판의 비보강측부와 교차하는 점을 지난다. 예에 있어서 판은 우선 나사구멍( 29)에서 고정되며 나사구멍(30)에 하중이 적용된다.
일반적으로 보골판은 약 50 내지 200mm의 길이를 가진다. 최소 길이는 판에서 적어도 4개이 나사구멍을 가지기에 적합한 크기이다. 치료될 뼈의 최대 길이이외에 판의 최대 길이는 제한이 없다. 가장 잘 치료하기 위하여 보골판은 50 내지 200mm의 길이마다 보골판의 폭은 판이 부착될 뼈의 크기에 좌우된다. 일반적으로 판의 비보강폭은 5 내지 15mm이다. 본 발명에 따른 판의 비보강 높이는 판의 바닥으로부터 판의 상부에서 비보강 표면까지 측정된다.
본 발명의 판에서 바람직한 강도 특성을 얻기 위하여 판 폭의 보강은 1 내지 4mm이어야 한다. 판높이의 보강은 판의 비보강 두께에 좌우하면서 1 내지 5mm 사이여야 한다.
다음의 예는 다른 영역에서 보강된 여러가지 보골판의 설계를 나타내며 보골판에 발생되는 응력에서 보강효과를 나타낸다. 폴리락티드 중합체의 극한 인장 강도는 70M Pa이다.
예 I
비보강 4mm 두께판
폴리락티드 4.0mm 두께의 응력을 계산한다. 나사구멍에서 판의 응력과 판의 다른 점에서 최고 응력은 별개 하중에서 계산된다. 그 결과가 다음 표와 같다.
[표 1]
Figure kpo00007
나사 구멍에서의 응력은 중합체의 항복 강도를 초과하며 판을 이식한다면 나사구멍에서 약해진다.
예 II
비보강 6.4mm 두께판
예 1에서와 같이 판에 대해 응력을 계산한다. 판은 6.4mm의 균일한 두께를 가진다. 그 결과는 다음표와 같다.
[표 2]
Figure kpo00008
300N과 535N 하중때문에 나사구멍에서 발생된 응력은 중합체의 항복 및 극한 강도보다 더 크다.
예 III
상부 보강부만 가지는 판
응력은 4mm 두께와 나사구멍의 상부 주위에 부가로 2.4mm 두께를 가지는 보골판에 대해서 계산된다. 이 결과는 다음 표와 같다.
[표 3]
Figure kpo00009
나사구멍 주위에서 받는 535N 때문에 발생된 응력은 중합체의 극한 강도보다 더 크다.
예 IV
측보강부만 가지는 판
응력은 4mm의 두께와 나사구멍측 주위에서 2.8mm의 부가 두께를 가지는 판에 대해 계산된다. 그 결과는 다음 표와 같다.
[표 4]
Figure kpo00010
응력은 중합체의 극한 강도를 초과했다.
예 V
상부 및 측부 보강판
응력은 4.0mm 두께와 2.4mm의 나사구멍 상부주위의 보강부와 2.8mm 나사구멍 측부 주위의 보강부를 가지는 판에 대해 계산된다. 결과는 다음표와 같다.
[표 5]
Figure kpo00011
이 판에 있어서의 응력은 중합체의 항복강도와 잘 균형을 이루며 그내에 있다. 이같은 설계의 판은 뼈의 고정에 사용하기 적당하다.
예 VI
상부 및 측부 보강 박판
응력은 3.0mm의 두께, 2.4mm의 상부 보강부 및 2.8mm의 측부 보강부를 가지는 판에 대해 게산되었다. 결과는 다음 표와 같다.
[표 6]
Figure kpo00012
이 판에 있어서 판의 비보강 영역에서의 응력은 중합체의 항복 강도를 초과했다.
예 VII
과대 보강부를 가지는 판
응력은 4mm의 두께, 3.4mm의 상부 보강부 및 4.8mm의 측보강부를 가지는 판에 대해 계산되었다. 결과는 다음 표와 같다.
[표 7]
Figure kpo00013
본 판은 강도에 관해서는 수용할 수 있지만 예 V의 판보다 더 두껍고 더 넓기 때문에 해부적으로는 덜 바람직하다.
예 VIII
판은 제1도 내지 제5도 형태로 예 I과 같이 조립되었다. 비보강 두께는 5.0mm였다. 상부 보강부는 최대 두께에서 4.8mm였으며 측보강부 3.0mm 폭이였다. 응력은 예 I에서와 같이 하중 300N 및 535N에서 결정되었으며 그 결과는 다음 표와 같다.
[표 8]
Figure kpo00014
예 IX
보골판은 제6도 내지 10도에 도시된 형태로 조립되었다. 판은 5mm의 비보강 두께와 2.6mm의 상부 보강부를 가졌다. 판은 12mm의 폭과 각 측부에서 1.6mm인 3.2mm의 측보강부를 가졌다. 판은 길이가 73.20mm였으며 중앙구멍 사이에서는 15mm의 간격을 가지며 중심선에서 중심선까지 12mm로 이격된 6개의 나사구멍을 가졌다. 판은 나사구멍에서 적용된 힘과 함께 3점 벤딩형상에서 300N의 힘으로 하중을 받았다. 발생된 응력은 다음과 같다.
[표 9]
Figure kpo00015
힘을 535N으로 증가시켜서 발생된 응력은 다음과 같다.
[표 10]
Figure kpo00016

Claims (8)

  1. 하부면, 상부면, 양측부 및 양단부, 상부면으로부터 하부면까지 판을 통해 연장하는 다수의 나사구멍을 가지는 길다란 바아형 본체로 이루어지며, 판의 폭은 보강부로써 나사구멍 주위로 연장되며 여기서 판의 두께는 보강 영역으로써 나사구멍 주위로 활 형태로 판의 상부면에서 연장되어서 이식할때 나사구멍 주위에 발생된 응력은 판의 어떤 비보강 영역에서 발생된 최고 응력보다 상당히 더 크며, 판의 크기는 다음의 식 a)
    Figure kpo00017
    , b)
    Figure kpo00018
    , c)
    Figure kpo00019
    , d)
    Figure kpo00020
    , e)
    Figure kpo00021
    , f)
    Figure kpo00022
    , 여기서, W는 비보강판의 반폭 R은 나사구멍의 중심선으로부터 측정된 판의 측보강부의 반경, r은 나사구멍의 중심선에서 한점으로부터 측정된 판의 상부 보강부의 반경d2 1는 나사구멍의 중심선으로부터 상부 보강부가 판의 비보가 상부와 교차하는 점까지의 거리, d2는 나사구멍의 횡축으로부터 측보강부가 판의 비보강측부와 교차하는 점까지의 거리, L은 나사구멍 중심선으로부터 측정된 인점 나사 구멍 사이의 거리, R1은 나사구멍 중심선으로부터 측정된 카운터 싱크의 반경, r2는 판 바닥의 곡률 반경, K는 판 바닥의 곡률 반경의 상부로부터 판의 비보강 상부까지 측정된 판의 최소 비보강 두께, T는 판의 윽가장자리에서 비보강 판 두께, h는 있다며 T와 K사이의 차이를 충족하는 것을 특징으로 하는 보골판.
  2. 제1항에 있어서, 나사구멍 주위의 판의 보강 영역의 상부는 편평하며 나사구멍 주위로 카운터 싱크되어 있는 것을 특징으로 하는 보골판.
  3. 제1항에 있어서, 상부 보강 영역은 구형의 일부분인 것을 특징으로 하는 보골판.
  4. 제1항에 있어서, 상부 보강 영역은 나사구멍의 횡축을 따라서 축을 가지는 적당한 실린더의 일부분인 것을 특징으로 하는 보골판.
  5. 제1항에 있어서, 판이 뼈에 부착되는 나사구멍을 걸쳐서 판에 있어서의 응력은 판이 힘을 받으면 판에 있어서 다른 어떤 곳에서 발생된 응력으로부터 다음 나사구멍까지 20% 이상 틀리지 않는 것을 특징으로 하는 보골판.
  6. 제1항에 있어서, 판이 뼈에 부착되는 나사구멍을 걸쳐서 판에 있어서의 응력은 판이 힘을 받으면 판의 그외의 다른 곳에서 발생된 응력으로부터 다음 나사구멍까지 10% 이상 틀리지 않은 것을 특징으로 하는 보골판.
  7. 제4항에 있어서, 판이 뼈에 부착되는 나사구멍을 걸쳐서 판에 있어서의 응력은 판이 힘을 받으면 판에 있어서의 그외의 다른 곳에서 발생된 응력으로부터 다음 나사구멍까지 20%이상 틀리지 않는 것을 특징으로 하는 보골판.
  8. 제4항에 있어서, 판이 뼈에 부착되는 나사구멍을 걸쳐서 판에 있어서의 응력은 판이 힘을 받으면 판의 그외에 다른 곳에서 응력으로부터 다음 나사구멍까지 10%이상 틀리지 않는 것을 특징으로 하는 보골판.
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