JP4932254B2 - 椎体の弾性安定化のための装置 - Google Patents

Description

本発明は、特許請求の範囲第１項の前文による椎体の弾性安定化のための装置に関する。

損傷し、または腫瘍に罹患した椎体の治療に際しては通常、骨固定手段、例えば椎弓根スクリューまたは椎弓根フックによって椎体に固定される剛性の縦通材が使用される。このようにして、安定化した椎体の互いに対する動きが阻止されるため、隣接した椎体の癒合が促進される。
特許文献１により、通常の剛性の縦通材の代わりに個々のらせんバネ要素と相互に結合されているいくつかのチューリップ状の椎弓根スクリューから成る脊椎固定装置が周知である。らせんバネの長さは調節可能であるが、それによって、らせんバネ要素のプリテンションの変更のみが達成される。
特許文献２により、通常の剛性の縦通材の代わりに個々の制動要素と相互に結合されているいくつかのチューリップ状の椎弓根スクリューから成る別の脊椎固定装置が周知である。この制動要素における不利点は、その製造が生体適合性材料によるため、制動要素が線形のバネ特性を有することである。
いくつかの椎弓根スクリューと、脊椎の長手方向軸に対して平行にそれぞれ２つの椎弓根スクリュー間に配置されている弾性の結合部とを有する別の脊椎固定装置が特許文献３により周知である。この周知の装置は、漸進的なバネ特性を有する弾性結合を含んで成る。これらの弾性手段は、その中央穴が粘弾性の材料で充填されているネジバネを含んで成る。この周知の装置における不利点は、異なるバネ率を有する要素を有する弾性手段の構造によって、弾性手段の高価な製造工程が必要となることである。
フランス特許第Ａ−２７９９９４９号明細書 欧州特許第Ａ−０５１６５６７号明細書 欧州特許第０６７７２７７号明細書

この点で本発明は改善を提供する。本発明の課題は、圧力負荷に際して漸進的なバネ特性を有する金属材料で製造されたバネ要素のみを含んで成る椎体の安定化のための装置を提供することである。
本発明は、請求項１の特徴を有する椎体の弾性の安定化のための装置で上記の課題を解決する。
本発明によって達成される利点は、本発明による装置により、
−小さな圧力で十分に大きな弾性の自由度および制動が保証されている。それによって、この範囲での脊椎の十分な運動の自由度が可能とされ、
−高い圧力負荷またはピーク負荷に際して圧力を受入れる大きなバネ範囲が必要ではないため、後部要素の過負荷を阻止することができ、
−生体適合性金属材料、例えばチタンによって製造された唯一のバネ要素によって、無段階に漸進的なバネ特性が達成可能である
点において実質的に確認される。

好ましい実施形態においては、弾性手段のバネ特性は応力ひずみ線図で無段階に漸進的な経過を有する。この場合、弾性の手段は、好ましくは、バネ巻き線の可変ピッチを有するネジバネとして構成されている。
漸進的なバネ率を有するネジバネの別の構造は、例えば、
−長手方向軸に対して平行に測定されると、２つの隣接したバネ巻き線間に少なくとも１つの異なるスリット幅ｘを有するネジバネの製造によって可能であり、または
−長手方向軸に対して直交の断面が長手方向軸に対して平行に測定されると、少なくとも２つの隣接したバネ巻き線間に異なる高さｈを有するバネ材料のネジバネの製造によって可能である。
他の実施形態においては、弾性手段は、長手方向軸に沿って連続して配置されているバネ巻き線を有する一様の蛇行形状のバネとして構成されており、ここで各バネ巻き線は曲げ軸を有するループを有する。
実施形態に応じて、曲げ軸と長手方向軸との間の間隔Ｌは長手方向軸の両側で一定であり、またはバネ巻き線は、長手方向軸の左側に配置されている少なくとも１つの曲げ軸と長手方向軸との間の距離Ｌ１が、長手方向軸の右側に配置されている少なくとも１つの曲げ軸と前記長手方向軸との間の距離Ｌ２に対して異なるように実施されうる。

さらに他の実施形態においては、各バネ巻き線は、対応するバネ巻き線の許容バネ範囲を制限する停止手段を含んで成る。好ましくは、停止手段は、対応するバネ巻き線の許容バネ範囲を制限する少なくとも１つのカムをバネ巻き線ごとに含んで成る。
カムの構造によって、少なくとも１つのカムによって制限された許容バネ範囲が少なくとも２つのバネ巻き線で異なりうる。
蛇行状のバネのバネ特性がｎ個のバネ巻き線を有し、ここで各バネ巻き線はバネ率ｉを有し、すなわち、例えば、ｉ_１＜ｉ_ｊ＜ｉ_ｎである。
別の実施形態においては、バネ材料の肉厚が少なくとも２つのループ間で異なるため、これら２つのバネ巻き線に対するバネ率は異なる。
さらに別の実施形態においては、弾性手段はその軸方向の外側端において、弾性手段の骨固定手段における固定に適している結合部を含んで成る。例えば、２つの結合部の１つは、長手方向軸に対して同軸のバーで構成されうるが、第２の結合部は、棒状の縦通材を受入れる長手方向軸に対して同軸の中央穴を有するケースとして構成されうる。他方では、ヒンジ結合によって、例えば棒状の縦通材と結合可能である少なくとも１つの結合でもありうる。

（図面の簡単な説明）
本発明および本発明の発展形態を以下、複数の実施例の部分的概略図を用いてさらに詳細に述べる。
図１は、複数の椎体を安定化する本発明による装置の実施形態を示す図である。
図２は、本発明による装置の実施形態の弾性手段を示す縦断面図である。
図３は、本発明による装置の他の実施形態の弾性手段を示す図である。
図４は、本発明による装置の図２に示されている実施形態の弾性手段の応力ひずみ線図におけるバネ特性を示す図である。

図１においては、隣接した椎体６を安定化する装置１の実施形態が示されている。例えば椎弓根スクリューとして構成されている複数の骨固定手段２が、結合される椎体６の椎弓根へネジ込まれ、その中心軸は脊椎長手方向軸に対して横方向に配置されている。骨固定手段２の頭部４は骨固定手段２の中心軸３に対して同軸に配置されており、中心軸３に対して横方向に走る通路７を有する。この通路７には弾性手段５の棒状結合部８が導入可能であり、ここでネジバネとして構成されている弾性手段５が、頭部４に配置されているネジ１０によって骨固定手段２に対して固定される前に、通路７に対して、かつ脊椎長手方向軸に対して平行に可動である。弾性手段５はその長手方向軸１２に対して軸方向に、かつ曲げに対して弾性に変形可能であり、骨固定手段２のバネ範囲（図４）も長手方向軸２５に対して平行である。軸方向に外側に位置する２つの弾性手段５は、図２に示されている実施形態による結合部１６ａ、１６ｂで構成されているが、中央の弾性手段５は２つの棒状の同軸の結合部１６ａ（図２）を含んで成る。

図２においては、そのバネ材料が長手方向軸１２に対して直交の直角断面１３を含んで成るネジバネ１１としての弾性手段５の実施形態が示されており、ここで断面１３は長手方向軸１２に対して平行に測定されると可変の高さｈを有する。ネジバネ１１の端１４、１５に対して増大するバネ材料の断面１３の高さｈによって、同じくネジバネ１１の端１４、１５に対して増大するバネ巻き線のピッチδが生じる。ここに示されている実施形態においては、スリット幅ｘはネジバネ１１の全長にわたって一定である。ネジバネ１１は長手方向軸１２に対して直交の断面が円形に構成されており、長手方向軸１２と交わるその両方の端１４、１５においてそれぞれ１つの結合手段１６を有し、これはネジバネ１１の骨固定手段２（図１）の固定に使用される。ネジバネ１１の第１の端１４に配置されている第１の結合手段１６ａは、長手方向軸１２に対して同軸のバー８として構成されているが、ネジバネ１１の第２の端１５に配置されている第２の結合手段１６ｂはケース１７として構成されており、長手方向軸１２に対して同軸の中央穴１８を含んで成る。両方の結合手段１６はネジバネ１１としっかり結合されている。ネジバネ１１のバネ巻き線１９の可変ピッチδによって、漸進的なバネ特性が達成される。中央穴１８における棒状部の固定のために固定ネジ２５が備えられており、これは長手方向軸１２に対して横方向に位置する穴軸２８を有する補完的な雌ネジ２７を有する穴２６へネジ込み可能であり、その前端とともに中央穴１８へ導入されるバー（図示せず）に対して圧縮可能である。

図３は、平面に位置する複数のバネ巻き線を有するバネ２９を含んで成る弾性手段５の実施形態を示す。３つの巻き線１９ａ、１９ｂ、１９ｃの各々は、曲げが必要なループ２１および停止手段２２を有する。停止手段２２はここではそれぞれ２つのカム２３から成り、これらは巻き線１９ごとの許容バネ範囲の達成後に連続して配置され、それぞれの巻き線１９の別の偏向を阻止する。３つのバネ巻き線１９ａ、１９ｂ、１９ｃのループ２１は、それぞれ１つの中立軸２４ａ、２４ｂ、２４ｃを有し、ここで長手方向軸１２の左側の曲げに対して作用するレバーアームの長さＬ１は、長手方向軸１２の右側で作用するレバーアームの長さ１２よりも大きく構成されている。長さが異なるレバーアームの代わりに、停止手段２２によって許容されるバネ範囲ｓ_ｉもバネ巻き線１９ごとに異なりうる。図２に示されている実施形態と同様に、バネ２９は長手方向軸１２と交わるその両方の端３４、３５においてそれぞれ１つの結合手段１６を有し、これは弾性手段５の骨固定手段２（図１）における固定に適している。バネ２９の第１の端３４に配置されている第１の結合手段１６ａは、長手方向軸１２に対して同軸のバー８として構成されているが、バネ２９の第２の端３５に配置されている第２の結合手段１６ｂはケース１７として構成されており、かつ長手方向軸１２に対して同軸の中央穴１８を含んで成る。両方の結合手段１６はバネ２９としっかり結合されている。中央穴１８における棒状部の固定のために固定ネジ（図示せず）が備えられており、これは長手方向軸１２に対して横方向に位置する穴軸２８を有する補完的な雌ネジ２７を有する穴２６へネジ込み可能であり、その前端とともに中央穴１８へ導入されるバー（図示せず）に対して圧縮可能である。

図４ａにおいては、図２に示されている弾性手段５の実施形態のバネ特性２０が応力ひずみ線図で示されている。バネ特性２０はバネ範囲の全体にわたって漸進的である。かかるバネ特性２０は、例えば、長手方向軸１２に沿って連続的に可変のピッチδを有するネジバネ１１としての弾性手段５の構造によって達成可能である。
図４ｂに示されているバネ特性２０は、蛇行状のバネ２９としての弾性手段５の実施形態によって実現される。図４ｂによるバネ特性２０は非連続性であり、バネ範囲ｓ＝ｓ_１において頂点を有し、これは例えば、バネ巻き線１９の停止手段２２の閉鎖によって実現されている。

複数の椎体を安定化する本発明による装置の実施形態を示す図である。 本発明による装置の実施形態の弾性手段を示す縦断面図である。 本発明による装置の他の実施形態の弾性手段を示す図である。 本発明による装置の図２に示されている実施形態の弾性手段の応力ひずみ線図におけるバネ特性を示す図である。

符号の説明

１ 装置 ２ 骨固定手段 ３ 中心軸
４ 頭部 ５ 弾性手段 ６ 椎体
７ 通路 ８ 棒状結合部 １０ ネジ
１２ 長手方向軸 １６ａ、１６ｂ 結合部 ２５ 長手方向軸

Claims (17)

1. 椎体を弾性に安定化するための装置（１）であって、
   Ａ）それぞれ１つの中心軸（３）および１つの頭部（４）を有する少なくとも２つの骨固定手段（２）と、
   Ｂ）長手方向軸（１２）を有し、かつ前記長手方向軸（１２）が前記中心軸（３）に対して横方向に伸びるように、２つの隣接した骨固定手段（２）の頭部（４）と結合可能である弾性手段（５）と
   を有し、ここで
   Ｃ）前記弾性手段（５）が圧力負荷に際して漸進的な傾きを伴ったバネ特性（２０）を有する装置（１）において、
   Ｄ）前記弾性手段（５）が金属材料で製造され、かつバネ要素を１つのみ含んで成り、
   Ｅ）前記バネ要素がバネ巻き線の一巻き部分（１９）を含んで成り、そのうち前記バネ巻き線の少なくとも２つの一巻き部分（１９）が少なくとも１つの幾何学的寸法を有し、前記バネ巻き線の少なくとも２つの一巻き部分（１９）の幾何学的寸法がそれぞれ互いに異なり、
   Ｆ）前記弾性手段（５）がその端（３、４）において、前記弾性手段（５）の骨固定手段（２）における固定に適している結合部（１６）を含んで成り、そして
   Ｇ）第１の結合部（１６ａ）が、前記長手方向軸（１２）に対して同軸のバー（８）として構成され、かつ第２の結合部（１６ｂ）が、前記長手方向軸（１２）に対して同軸の中央穴（１８）を有するケース（１７）として構成されることを特徴とする装置（１）。
2. 前記弾性手段（５）の前記バネ特性（２０）が、応力ひずみ線図において無段階の漸進的過程を有することを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記弾性手段（５）が前記バネ巻き線（１９）の可変ピッチδを有するネジバネ（１１）として構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置（１）。
4. 前記ネジバネ（１１）がバネ線で製造されており、該バネ線の前記断面領域（１３）は前記長手方向軸（１２）に対して平行に測定されるとバネ巻き線の隣接した各２つの一巻き部分（１９）において相異なる高さｈを有することを特徴とする請求項３に記載の装置（１）。
5. 前記弾性手段（５）が、前記長手方向軸（１２）に沿って連続して配置されているバネ巻き線の一巻き部分（１９）を有する一様の蛇行形状のバネ（２９）として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
6. バネ巻き線の各一巻き部分（１９）が曲げ軸（２４）を有するループ（２１）を有することを特徴とする請求項５に記載の装置（１）。
7. 前記曲げ軸（２４）と前記長手方向軸（１２）との間の間隔Ｌが前記長手方向軸（１２）の両側で一定であることを特徴とする請求項６に記載の装置（１）。
8. 前記長手方向軸（１２）の左側に配置されている少なくとも１つの曲げ軸（２４ａ）と前記長手方向軸（１２）との間の距離Ｌ１が、前記長手方向軸（１２）の右側に配置されている少なくとも１つの曲げ軸（２４ｂ）と前記長手方向軸（１２）との間の距離Ｌ２に対して異なることを特徴とする請求項６に記載の装置（７）。
9. バネ巻き線の各一巻き部分（１９）が、前記バネ巻き線の各一巻き部分（１９）の許容バネ可動範囲を制限する停止手段（２２）をそれぞれ含んで成る請求項５〜８のいずれか１つに記載の装置（１）。
10. 前記停止手段（２２）が、前記対応するバネ巻き線の各一巻き部分（１９）の許容バネ可動範囲を制限する少なくとも１つのカム（２３）をバネ巻き線の各一巻き部分（１９）ごとに含んで成ることを特徴とする請求項９に記載の装置（１）。
11. 前記少なくとも１つのカム（２３）によって制限された許容バネ可動範囲がバネ巻き線の少なくとも２つの一巻き部分（１９）で異なることを特徴とする請求項１０に記載の装置（１）。
12. 前記蛇行状のバネ（２９）がバネ巻き線のｎ個の一巻き部分（１９）を含んで成り、かつ前記バネ巻き線の各一巻き部分（１９）はそれぞれ異なるバネ率ｉを有し、ここでｉ_１＜ｉ_ｊ＜ｉ_ｎであることを特徴とする請求項５〜１１のいずれか１つに記載の装置（１）。
13. 前記バネ材料の肉厚が少なくとも２つのループ（２１）間で異なることを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１つに記載の装置（１）。
    ［利点：弾性手段は簡単に製造される蛇行で実施可能である。］
14. 前記弾性手段（５）がその端（３、４）において、前記弾性手段（５）の骨固定手段（２）における固定に適している結合部（１６）を含んで成ることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の装置（１）。
15. 少なくとも１つの結合部（１６ａ）が、前記長手方向軸（２５）に対して同軸のバー（８）であることを特徴とする請求項１４に記載の装置（１）。
16. 少なくとも１つの結合部（１６ｂ）が、前記長手方向軸（１２）に対して同軸の中央穴（１８）を有するケース（１７）であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の装置（１）。
17. 少なくとも１つの結合部（１６）がヒンジ結合を含んで成ることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１つに記載の装置（１）。

Images