JP4980664B2 - 骨固定装置 - Google Patents

Description

本発明は骨固定装置に関し、骨固定装置は、骨に固定されるシャンクを有する固定要素と、球状のセグメント形部分を備えた外面を有するヘッド部と、前記ヘッド部を受取る受部と、前記ヘッド部に対して圧力を及ぼす要素とを含み、前記シャンクおよび前記ヘッド部は別個の部品である。

この型の骨固定装置は、米国特許第６，８３５，１９６Ｂ２号で知られる。固定要素のシャンクは円筒状の端部を有し、その端部はヘッド部の対応するボアで受取られ、ボアはばね状の縁部を有し、ヘッド部に圧力が働くとシャンクの前記端部をクランプ締めする。別の実施例では、シャンクの端部は、前記端部を受取るヘッド部のボアにある内ねじと協働する外ねじを有する。この骨固定装置では、まずシャンクをねじ込み、必要であればシャンクの長さを調節し、次にシャンクをヘッド部を含む受部と接続することができる。

米国特許第６，０７４，３９１号は、シャンクの自由端を形成する球状部分を備えるねじ切られたシャンクを有する骨ねじを含む骨固定装置を開示する。骨固定装置はさらに、下向きに収束する円錐形状の環状面を内側に有する受部を含む。受部に与えられるスロット付きケージは球状部分を取り囲み、受部の円錐面と協働する円錐形状の外面を有する。ケージのスロットは、前記ケージに圧力が働くとシャンクの球状部分をクランプ締めすることを可能にする。

ＷＯ ９４／０００６６は人工骨（ｏｓｔｅｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ）固定装置を開示し、この固定装置は、円錐状ヘッド部分と骨に固定するよう設計された隣接する固定構成要素とを有する固定構成要素、および、円錐状ヘッド部分を受取る円錐状ボアを備えた、スロット付き球状セグメント形クランプ締め構成要素を含み、クランプ締め構成要素は、球状セグメント形ボアを有する接続構成要素の内部でクランプ締めする。クランプ締め構成要素は球状セグメント形部分を備える外面を有する。接続構成要素内部における固定構成要素の固定は、クランプ締め構成要素が広がって接続構成要素の球状セグメント形ボアに対して押付けられるように、円錐形ヘッド部分をクランプ締め構成要素に引き込むことにより達成される。

米国特許第６，０６３，０９０号は、椎弓根スクリューを用いたロッド接続用装置を開示し、これによれば球状ヘッド部を備えるねじ要素をまず骨にねじ込み、その後、ロッドと接続する保持ヘッド部を球状ヘッド部に嵌め込むことが可能である。保持ヘッド部に対するねじ要素の角位置を固定するために、球状ヘッド部は円錐ばねチャックによってクランプ締めされる。
米国特許第６，８３５，１９６Ｂ２号 米国特許第６，０７４，３９１号 米国特許第６，０６３，０９０号

本発明の目的は、ヘッド部とシャンクとを別個の部品として有する型の骨固定装置を提供することであって、これは装置を事前に組立てることを容易にし、さらにねじを最終的にロッドに締付けるときに固定を強化する。

この目的は、請求項１による骨固定装置によって解決される。さらなる発展形は従属請求項で与えられる。

本発明による骨固定要素は、手術中または手術前の具体的状況における必要性に合わせて、異なるサイズのシャンクを別個のヘッド部および受部と組合せることが可能であるという利点を有する。

本発明による骨固定要素によって、まずシャンクを骨に固定し、その後、球状セグメント形ヘッド部を含む受部をシャンクに取り付けることができる。シャンクの端部およびヘッド部の協働する凹部が円錐形状なので、ヘッド部がその最終の多軸位置にいまだロックされてない場合でも、シャンクに対するヘッド部の事前固定が達成される。

シャンク端部およびヘッド部の凹部の円錐角が２°から１０°の一定の範囲にある場合、ヘッド部が外れたりシャンクから意図せず分離したりし得ないことを確実にするため、球状セグメント形ヘッド部とシャンクとの間に自動ロック接続を達成することが可能である。

骨固定装置は、外部リングまたはナットが不要なので小型であるという利点をさらに有する。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図に関する実施例の記載から明らかになる。

図１から図３に示されるように、骨固定装置は、第１の端部２と第１の端部に対向する第２の端部３とを有する、実質的に円筒状の受部１を含む。２つの端部は長手軸４に直交する。長手軸４と同軸に同軸ボア５が与えられ、同軸ボア５は、第１の端部２から、第２の端部３から予め定められた距離まで延在する。第２の端部３において開口部６が与えられ、その直径はボア５の直径より小さい。同軸ボア５は開口部６に向ってテーパ状である。示される実施例では、ボア５は球形部分７の形状にテーパ状である。

受部１は、第１の端部２から始まって第２の端部３の方向に前記第２の端部３から予め定められた距離まで延在する、Ｕ字型凹部８をさらに有する。Ｕ字型凹部によって、第１の端部２に向って終わる２つの自由脚部９，１０が形成される。第１の端部２に隣接して、受部１は前記脚部９，１０に雌ねじ１１を含む。

骨固定要素１３は、骨ねじを備えたシャンク１４と、個別の部品として形成されて図１に示す組立てられた状態でシャンクに接続される、ヘッド部１５とを含む。ヘッド部１５は球状セグメント形外面部分１６を有する。ヘッド部１５のこの部分の半径は、受部１がヘッド部１５を受取るとヘッド部１５の球状外面１６が第２の端部３の開口部６に隣接する球状部分７によって支持され、または開口部６の縁部によって支持されて、ヘッド部１５の部分１５ａが開口部６から突出するような半径である。ヘッド部１５に圧力がいまだ働いていない場合は、ヘッド部１５は玉継手と同様に球状領域７において回転可能に保持される。

さらに、ボア５の内径よりわずかに小さい外径を備えた円筒状の構造を有する圧力要素１７が与えられることにより、圧力要素が受部１のボア５に導入されて軸方向に動くことが可能である。圧力要素１７は、第２の端部３の方に面する下側に球状凹部１８を含み、その半径はヘッド部１５の球状部分１６の半径に対応する。圧力要素１７は、長手軸４を横断して延在するＵ字型凹部１９を反対側に有する。このＵ字型凹部の側面の直径は、受
部に受取られるロッド２０が凹部１９に挿入されてそこで横向きに導かれ得るように選択される。球状凹部１９の深さは、組立てられた状態で、ロッドがＵ字型凹部の底に挿入されてそこに押付けられるときに圧力要素１７がヘッド部１５に圧力を及ぼすように、選択される。

骨固定装置は、脚部９，１０の間にねじ込むことができる内ねじ２１をさらに含み、ロッド２０を固定し、かつ圧力要素１７を介してヘッド部１５に圧力を及ぼす。雌ねじ１１と内ねじ２１の協働ねじとは、いかなる公知のねじ形状も有することができる。しかしながら、平ねじまたは負の角ねじは、脚部９，１０が扇形に開かないので外部ナットまたはリングの使用が不要になるという利点をもたらす。

シャンク１４およびヘッド部１５の詳細がここで記載される。シャンク１４はヘッド部１５に受取られる端部２２を含む。端部２２は円錐台形状を有し、直径ｄｓの自由端２３の方に向って広くなる。シャンクの円錐形端部２２の円錐角αは、シャンクがヘッド部に接続されるときに自動ロック接続が達成され得るように、好ましくは選択される。特に図２および図３に示すように、ヘッド部１５は、平らにされた球形の輪郭を有し、第１の端部２の方に面する端部にボア２４を含み、ボア２４は受部の長手軸４と同軸であって、その直径は円錐形端部２２の自由端２３の最大直径ｄｓよりわずかに大きい。ボア２４は、円錐形の端部２２が図１に示すように完全に挿入されたときヘッド部１５から突出するように、円錐形端部２２の外端部２３を通って導くことができる。ヘッド部１５は、中空の円錐台として形成された凹部２５を受部の第２の端部３の方に向う側に含み、その寸法は、シャンクがヘッド部１５に挿入されたときにシャンクの円錐形端部２２の寸法と合うようになっている。円錐形凹部２５の角度α’は好ましくは端部２２の角度αに相当し、または角度αより大きい。凹部２５によって形成される下側の開口部２６の直径ｄｂは、シャンクの円錐形端部２２の自由端２３の最大直径ｄｓより小さい。

図２および図３に示すように、ヘッド部１５は複数の縦スリット２７を有し、それらはシャンク端部２２に面する端部に開いており、かつ外周方向に等距離に配列される。スリット２７のサイズは、下側の開口部２６が広がって円錐形端部２２の挿入を可能にし、かつ挿入後にその端部を弾力的にクランプ締めすることができる程度に凹部２５が広がることができるのに十分なサイズである。

図４に示すように、円錐形端部の自由端２３は、ヘッド部１５への挿入を容易にするために面取り部２８を有することができる。面取り部２８は、圧力要素１７の凹部１８の湾曲と対になるよう曲げることができる。円錐形の凹部２５はヘッド部１５の全体にわたって延在することもできる。

好ましくは、ヘッド部１５の凹部２５の円錐角αは、端部２２の円錐角に対応しており、かつ円錐形端部２２がヘッド部の凹部２５に挿入されると自動ロック接続を達成するよう選択される。一旦自動ロック接続が確立されれば、円錐形端部を凹部２５から除去するためには円錐形端部を凹部２５に挿入するのに必要な力より大きい追加の力が必要となる。自動ロック効果を達成する円錐角は、好ましくは約２°から１０°の間であって、より好ましくは約４°である。

第１の運転モードでは、好適なシャンク１４が選択され、その端部２２はヘッド部１５に接続する。面取り部２８によって、円錐形端部２２を下側の開口部２６を通ってのヘッド部に導入することが容易になる。端部２２の挿入によって下側の開口部２６が広げられ、円錐形凹部２５はスリット２７によって広がって、円錐形端部２２全体の導入が可能となる。シャンクがヘッド部に導入されると自動ロック接続が確立されるように角度αが選択された場合、一旦シャンクがヘッド部に挿入されれば、ヘッド部が外れたり意図せず取
除かれたりすることはできない。

次に、ヘッド部１５が取り付けられたシャンク１４から構成される骨固定要素１３が第１の端部２から受部１に導入され、ねじ切られたシャンク１４は受部の開口部６を通って、ヘッド部１５が開口部６の縁部に対して配置されるまで導かれる。その後、圧力要素１７が導入され、ねじ切られたシャンクが骨にねじ込まれる。次いで固定要素１３に対する受部１の角位置が調節され、ロッド２０が挿入される。次に内ねじ２１をねじ込むことによりロッドが固定される。内ねじ２１はロッド２０に圧力を及ぼし、圧力要素１７を押し下げる。圧力要素１７は、シャンクの端部２２の自由端２３への当接部を形成する。この態様で、ヘッド部１５は球状領域７または開口部６の縁部に対して押付けられ、その結果、開口部６の縁部がシャンクの端部２２をクランプ締めするためのスリット２７によりヘッド部を圧迫する。さらに、圧力要素１７は端部２２の自由端２３を押し、円錐形状の端部２２をヘッド部の円錐形凹部２５に押し込み、それによりヘッド部とシャンクとの間に強固な接続が達成されて、同時にヘッド部はその回転位置にロックされる。

上述の骨固定装置の部分は、好ましくは例えばチタンなどの生体互換性のある材料でできている。

第２の運転モードにおいて、まずねじ切られたシャンク１４が骨または脊椎にねじ込まれる。図１に示されるように、この目的のため、シャンク１４はその自由端に六角形の凹部３０など、ねじ回しのための公知の係合可能性を有する。次いで、あらかじめ緩く組み立てられたヘッド部１５および圧力要素１７とともに、受部１が骨から突出するシャンク１４の円錐形端部２２に押付けられる。これを達成するためには、ヘッド部１５を円錐形端部に嵌め込む、すなわちヘッド部１５がスリットにより広げられ、円錐形端部２２に留付けられるのにいくらかの圧力が必要である。ヘッド部をシャンクに入れるのに必要な押圧力は、円錐角および／またはスリットによってもたらされる弾性に依存する。この状態で、ヘッド部が受部においてもなお回転可能である一方で、シャンクはヘッド部によってクランプ締めされる。次にロッド２０が挿入され、ヘッド部１５に対する受部１の角位置が調節される。その後、内ねじ２１がロッド２０を押付けるまで脚部９、１０の間にねじ込まれ、それによりヘッド部１５に圧力を及ぼす。圧力要素によってヘッド部１５に及ぼされた圧力により、スロット付きヘッド部１５はシャンク１４に強固に接続されるかまたはクランプ締めされ、運動を防げ、同時にヘッド部１５はその回転位置に固定される。

必要であれば、受部１はヘッド部１５とともに、図８ａから図８ｄおよび図９に示されるツールを用いて、原位置のままシャンクから分離され得る。まず、図８ａに示されるように、内ねじおよびロッドが除去される。この状態で、ヘッド部１５は受部１においてロック解除されるが、なおシャンクの端部２２をクランプ締めしている。次に図８ｂに示されるように、ツール１００が用いられて、ヘッド部１５がもはや受部の下側の開口部６から突出しないように、ヘッド部１５を受部１に押込む。

ツール１００は長手バー１０１を含み、そこから２つのアーム１０２，１０３が直角の方向に延在する。アームのうち１つは、バーの部分１０５がアーム１０３上に突出して容易につかめるよう、バー１０１の自由端１０４からある距離の位置に固定される。示される実施例において、ツールが使用されているときはそれは上側のアーム１０３である。他のアーム１０２は長手バー１０１に摺動的に取り付けられ、アーム間の距離を変えるよう、他方端１０６の端部位置と所望の位置との間で上側のアーム１０３に向う方向に変動可能に固定することができる。少なくとも下側のアーム１０２は、シャンク１４を取り囲むことができるようにフォーク形状である。下側のアーム１０２がバーの端部１０６に位置する場合、アーム間の距離は受部１の高さより大きい。

図８ｂに示されるように、使用中、ツールは下側のアーム１０２が端部位置にある状態で受部に適用される。次いで下側のアーム１０２が動かされて受部１の第２の端部３に対して押付けられ、そのため、図８ｃに示すようにヘッド部１５が完全に受部内に入るまで受部１をヘッド部１５に対して動かす。この状態でヘッド部には広がり得る空間があり、そのため図８ｄに示すように、受部およびヘッド部とともにシャンクからツールを引き離すときにシャンクの端部２２を引き抜くことができる。

変形もあり得る。例えば下側のアームの代りに上側のアーム１０３が摺動可能となり得る。摺動可能なアームはバーに固定される必要はなく、受部に対して手動で押付けることができる。

端部２２、ヘッド部１５および受部１の寸法は、端部２２とヘッド部１５との間の自動ロック接続の摩擦力を克服するのに必要な力が手術中保たれるように選択される。

図５ａから図５ｃまではシャンク１４の変形を示す。図５ａでは、シャンク１４の直径ｄは円錐形部分２２の最小直径より小さい。図５ｂでは、シャンク１４の直径ｄは円錐形端部２２の最小直径より大きい。図５ｃで、シャンクは先端部１４１に隣接するねじ切り部１４０および骨ねじのない部分１４２を含む。すべての変形において、円錐形端部２２は、ヘッド部１５の凹部２５において受取り可能なように形成される。

図６はヘッド部の変形についての概略図を示す。ヘッド部１５’は図１から図４に示す実施例のように、円錐台として形成される凹部２５を有する。しかしながら、同軸ボア２４’の直径は、シャンクの円錐形端部２３の直径より小さい。したがって、凹部２５の上部の壁は端部２２に対する環状の当接部２８を形成する。ボア２４’の直径は、ねじ込みツールが端部２２にアクセスできる程度に大きい。ヘッド部１５が受部１とともに原位置のままでシャンク１４から分離することができるよう、ヘッド部はヘッド部を保持するツールと係合するための係合手段を有し、そのため受部１がシャンクから引き離されるとき、ヘッド部は開口部６に対して引き寄せられ得ない。図７はツール３０の例を示し、ツール３０は、ハンドル３１とハンドルから延在してねじ切り端部３３を有するバー３２とから構成される。この場合、ボア２４’はねじ切り端部３３との係合用内ねじを含む。使用において、内ねじ２１およびロッドの除去後、したがってヘッド部１５に対する圧力の解除後は、ヘッド部は、ねじ切られたボア２４’にねじ切り先端部３３をねじ込むことによりツール３０によって保持され、同時に受部は手動でシャンクから引き離される。このように、シャンクの端部２２はヘッド部１５から引出される。本発明は上述の実施例に限定されない。さらなる変形が考えられる。例えば、本発明はねじ切りシャンクを有する固定要素に限定されず、フックから構成される固定要素にも適用することができる。この場合、フックの自由端が円錐形端部２２を有する。

さらに、シャンク１４の形状および直径は変えることができ、骨ねじの長さも変えることができる。例えば、シャンクがねじなし部分を有する図５ｃの変形例は、図５ａまたは図５ｂに示すシャンクにも適用することができる。

円錐形端部２２の円錐角、および中空の円錐台の形状の凹部２５は、自動ロック効果がないよう選択することができる。この場合、ヘッド部１５のスリット２６の数および形状は、ヘッド部１５を円錐形端部２２に留付けることができるよう選択しなければならない。

ヘッド部１５のいくつかのスリットの代りに、１つのスリットのみを有することが可能であり、それはヘッド部の壁全体を通って長手方向に延在する。さらに、このように継続する１つのスリットを、図３に示すスリットに加えて有することも可能である。下側の開
口部２６に対向する端部に向って開いた付加的なスリットが与えられてもよい。さらに、中空の円錐台として形成される凹部２５がヘッド部１５全体を通って延在し、そのためボア２４または２４’を省略することも可能である。

他の変形例では、ヘッド部は、弾性をもたらす材料、例えば適切なプラスチック材料で形成される。この場合、スリットは省略されてもよい。

受部もまた変形することができる。ヘッド部１５が外れ得ないように開口部６が十分に小さい限り、球状部分７の半径はヘッド部の半径より大きくてもよい。球状部分７の代りに、別の形状、例えば円錐形の形状を備えた部分が可能である。

さらに、圧力要素１７は異なる形状を有してもよい。圧力要素の長手方向の長さは、ロッドが挿入されるときＵ字型凹部１９によって生成される脚部がロッドの上に突出するほど大きくてもよい。この場合、内部ナットが脚部９と１０との間にねじ込まれた状態で圧力要素を介して個別にヘッド部１５を固定し、ナットにねじ込まれる内ねじによって個別にロッドを固定することが可能である。

受部は骨プレートの一部であり得る。この場合、受部はＵ字型凹部を有さず、ヘッド部１５への圧力は例えば内ねじ単独で生成することができる。

本発明の１つの実施例による骨固定装置の断面を示す図である。 図１による骨固定装置の分解図を示す図である。 図１による骨固定装置の一部である骨固定要素のヘッド部の斜視図を示す図である。 図１から図３の骨固定要素のシャンクの端部のヘッド部の概略的な断面を示す図である。 固定要素のシャンクの変形を示す図である。 固定要素のシャンクの変形を示す図である。 固定要素のシャンクの変形を示す図である。 シャンクに接続されたヘッド部の変形の概略的断面を示す図である。 図６のヘッド部とともに用いられるツールの概略的な側面を示す図である。 図１から図４によるヘッド部および受部を原位置のままでツールを用いて除去するステップを概略的に示す図である。 図１から図４によるヘッド部および受部を原位置のままでツールを用いて除去するステップを概略的に示す図である。 図１から図４によるヘッド部および受部を原位置のままでツールを用いて除去するステップを概略的に示す図である。 図１から図４によるヘッド部および受部を原位置のままでツールを用いて除去するステップを概略的に示す図である。 図８ａから図８ｄによるステップに用いられるツールの底面を示す図である。

符号の説明

１ 受部、２ 第１の端部、３ 第２の端部、４ 長手軸、５ 同軸ボア、７ 球状部分、８ Ｕ字型凹部、１４ シャンク、１５ ヘッド部、１６ セグメント形部分、１７ 圧力要素、２２ 端部、２３ 自由端。

Claims (9)

1. 骨固定装置であって、
   骨または脊椎に固定されるシャンク（１４）およびヘッド部（１５）を含む骨固定要素を含み、ヘッド部は球状セグメント形状部分（１６）を備える外面を有し、前記シャンク（１４）および前記ヘッド部（１５）は個別の部品であり、さらに、
   第１の端部（２）、第１の端部に対向する第２の端部（３）、２つの端部を通過する長手軸（４）、長手軸に同軸のボア（５）、および、前記ヘッド部の球状セグメント形状部分（１６）を受取るための第２の端部（３）に隣接する第１の領域（７）を含む受部（１）と、
   ロッド（２０）を固定するために脚部（９，１０）間にねじ込まれ得る内側ネジ（２１）とを含み、
   前記ヘッド部を受部にロックするために前記ヘッド部（１５）に対して圧力を及ぼすように圧力要素（１７，２０，２１）が設けられており、前記圧力要素はそれが前記受部のボア内に導入されて軸方向に動かされ得るように前記ボア（５）の内径より小さな外径を有する円筒状構造であり、前記圧力要素の円筒軸は前記受部の長手軸（４）と同軸であり、
   前記ヘッド部は前記シャンクの自由端部（２２）を受取るための中空の内部部分（２５）を有し、前記ヘッド部および前記端部は、前記ヘッド部がロックされない間に端部が前記ヘッド部によって弾性的にクランプ締めされるよう形成され、前記端部（２２）は円錐形状であり、その直径は前記端部の自由端（２３）に向って増大しており、前記中空の内部部分（２５）は対になる形状を有している、骨固定装置。
2. 前記円錐形状は円錐台である、請求項１に記載の骨固定装置。
3. 円錐角は、ヘッド部と端部との間に自動ロックが生じるよう選択される、請求項１または２に記載の骨固定装置。
4. 前記角度は約２°から１０°である、請求項３に記載の骨固定装置。
5. ヘッド部（１５）はシャンクの端部（２２）の方に面するばね状の曲がりやすい縁部を含む、請求項１から４のいずれかに記載の骨固定装置。
6. ヘッド部（１５）は、ヘッド部の回転軸と実質的に平行に向けられて前記シャンク（１４）の端部（２２）に面する側で開いている１つ以上のスリット（２７）を含む、請求項１から５のいずれかに記載の骨固定装置。
7. シャンクの端部を受取る前記ヘッド部の中空の内部部分は、端部（２２）の自由端（２３）に対する当接部（２８）を形成する、請求項１から６のいずれかに記載の骨固定装置。
8. 中空の内部部分は、ヘッド部の一方端から対向端まで延在する中空の円錐台として形成される、請求項１から６のいずれかに記載の骨固定装置。
9. 前記受部（１）は、ロッドを受取るためのチャネルを形成する、第１の端部（２）から第２の端部（３）の方向に延在するＵ字型凹部（８）を有する、請求項１から８のいずれかに記載の骨固定装置。

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