KR100847329B1 - 뼈 및 척추용 안정화 장치에 사용하기 위한 탄성부재 및 이 탄성부재를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 뼈 또는 척추용의 안정화 장치(100)에 사용하기 위한, 총 길이는 짧으면서도 고도의 휨 강도를 갖춘 탄성부재(1, 11, 20)에 관한 것이다. 이러한 탄성부재(1, 11, 20)는 본질적으로 원통체 형태로 형성되며, 적어도 두개의 동축의 나선형 스프링을 갖춘 탄성 섹션을 구비하고 있다. 나선형 스프링의 모든 코일은 그 피치(α)가 동일하며, 일 나선형 스프링의 코일이 다른 나선형 스프링의 코일 사이에서 스프링의 적어도 일부에 걸쳐 연장하도록 배열되어 있다. 이와 같은 탄성부재(1, 11, 20)는 뼈 나사(60, 80, 101, 101') 또는 봉 형상 부재(50)를 구성하거나, 안정화 장치(100)에 사용되는 부재를 구성할 수 있다.

탄성부재, 안정화 장치, 뼈, 척추, 나선형 스프링, 뼈 나사, 봉 형상 부재

Description

뼈 및 척추용 안정화 장치에 사용하기 위한 탄성부재 및 이 탄성부재를 제조하기 위한 방법{ELASTIC ELEMENT FOR THE USE IN A STABILIZATION DEVICE FOR BONES AND VERTEBRAE AND METHOD FOR THE MANUFACTURE OF SUCH ELASTIC ELEMENT}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 나선형 스프링을 포함하는 탄성부재를 도시한 도면.

도 2는 도 1의 탄성부재의 이중 나선형 스프링을 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2a는 전체 탄성부재를 도시한 도면이며 도 2b는 그 전개도.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 나선형 스프링을 포함하는 탄성부재를 도시한 도면.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이중 나선형 스프링을 포함하는 탄성부재를 도시한 도면으로서, 도 4a는 전체 탄성부재를 도시한 도면이고 도 4b는 그 전개도.

도 5a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이중 나선형 코일 섹션을 포함하는 탄성부재를 도시한 도면.

도 5b는 도 5a의 탄성부재의 단면도.

도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이중 나선형 코일 섹션을 포함하는 탄성부재를 도시한 단면도.

도 7a는 본 발명의 제6 실시예에 따른 이중 나선형 코일 섹션을 포함하는 탄성부재를 도시한 도면.

도 7b는 도 7a의 탄성부재의 단면도.

도 8a는 본 발명의 탄성부재를 포함하는 봉 형상 부재를 도시한 도면.

도 8b는 본 발명의 탄성부재를 포함하는 다축 뼈 나사의 일부 단면 전개도.

도 8c는 본 발명의 탄성부재를 포함하는 단축 나사의 일부 단면도.

도 8d는 플레이트와, 본 발명의 탄성부재 및 봉 부분으로 이루어진, 뼈 및 척추용의 안정화 장치 일부를 도시한 상면도.

도 8e는 도 8d의 플레이트의 단면도.

도 9는 본 발명의 탄성부재를 척주용 안정화 장치에 사용한 예를 도시한 도면.

도 10a 내지 도 10c는 일 실시예에 따른 본 발명의 탄성부재를 제조하기 위한 방법의 각 단계를 도시한 도면.

도 11은 이중 나선형 스프링의 양단에 반원형 절삭부를 갖춘 본 발명의 탄성부재를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 11, 20, 30, 35, 40 : 탄성부재

2, 34, 37, 42 : 보어

7, 8 : 나선형 스프링

50 : 봉 형상 부재

61 : 뼈 나사

60 : 다축 나사

80 : 단축 나사

100 : 안정화 장치

101, 101' : 뼈 고정 부재

본 발명은 척주 또는 외상 수술에 사용하기 위한 탄성부재와, 이러한 탄성부재를 각기 구비한 뼈 고정 부재, 봉 형상 부재 및 안정화 장치, 그리고 상기 탄성부재를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

골절부의 고정 또는 척주의 안정화를 달성하기 위한 고정 및 안정화 장치가 공지되어 있는데, 그 구성을 보면, 뼈 또는 척추에 고정되는 적어도 두개의 뼈 나사가 마련되어 플레이트나 봉을 통해 서로 연결되어 있다. 이러한 강성 시스템은 그 고정 뼈 부분간의 또는 척추간의 상대 이동을 허용하지 않는다.

그러나, 특정 지시가 있을 경우에는, 안정화시키고자 하는 뼈 부분 및 척추가 제한된 방식으로나마 제어 하에 서로 상대 이동할 수 있도록 하는 동적 안정화 장치가 바람직한데, 이러한 유형의 안정화 장치의 실현 가능성은 뼈 고정 부재를 연결하는 강성 봉 대신에 탄성부재를 사용할 수 있느냐에 달려 있다.

미국 출원 제US 2003/0109880 A1호를 보면, 척추용의 동적 안정화 장치가 공지되어 있는데, 이 장치는 척추에 고정되는 제1 나사 및 제2 나사와, 이들 나사를 서로 연결하는 스프링을 포함하고 있으며, 그 각각의 나사에는 상기 스프링의 삽입을 위한 수용부가 마련되어 있다. 상기 스프링은 전체적으로, 인장 스프링과 마찬가지로 코일이 조밀하게 이웃하고 있는 나선형 스프링 형태로 형성되어, 클램핑 나사를 이용하여 상기 수용부 내에 고정되어 있다. 이러한 구성은 그러나, 스프링이 그 자체 가요성으로 인해 클램핑 나사의 가압력으로부터 벗어남에 따라 뼈 나사와 스프링 사이의 고정이 헐거워질 위험을 안고 있다. 상기 공지의 동적 안정화 장치의 다른 단점은, 스프링의 탄성력이 그 길이에 좌우되지 않는한 동일하다는 것이다. 특히, 스프링의 길이가 짧을 경우에는 스프링의 휨 강도가 비교적 낮다는 단점이 있다.

미국 특허 제6,162,223호에는 손목이나 무릅 관절과 같은 관절용 고정 장치가 공지되어 있다. 이 고정 장치의 구성을 보면, 양단이 뼈 고정 부재에 연결되는 고정 봉이 두개 부분으로 구성되어 가요성 결합 부품을 통해 서로 연결되고 있으며, 또한 이들 고정 봉은 결합 부품에 배열된 상태에서 환자의 몸 바깥쪽에 위치하게 되어 있다. 이들 두개 부분으로 이루어진 고정 봉은 결합 부품에 고정적으로 연결되는 것이 아니라 결합 부품 내의 보어를 따라 자유롭게 이동할 수 있도록 되어 있다. 이와 같은 두개 부분으로 이루어진 고정 봉의 연결 방식으로 인해 상기 결합 부품의 직경은 항상 고정 봉의 직경을 초과하게 된다. 이같은 복잡하고 부피도 큰 구조로 인해, 상기 공지의 고정 장치는 척주 또는 기타 다른 뼈 안쪽으로 삽입 고정되기에는 문제가 있다. 특히, 상기 가요성 결합 부품의 경우 고도의 휨 강도를 갖추기 위해서는 그 크기가 커질 수 밖에 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 그 길이가 짧으면서도 고도의 휨 강도를 갖추고 있으며, 취급이 용이함과 동시에 고도의 작동 신뢰성을 제공할 수 있고, 또한 다양한 방식으로 기타 다른 요소와 조합되어 척추 또는 뼈용의 동적 안정화 장치를 구성할 수 있는 탄성부재를 제공하는 것이다. 그 외에도, 본 발명의 다른 목적은 이와 같은 탄성부재를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 탄성부재 및 청구항 12 또는 청구항 18에 따른 상기와 같은 탄성부재를 제조하기 위한 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 추가의 개선 사항에 대해서는 종속항에 명기되어 있다.

본 발명의 탄성부재는 그 구성이 콤팩트하면서도 고도의 휨 강도를 갖추고 있다는 장점이 있다. 이는 특히, 요추 용례와 비교해 볼 때 유효 공간이 상당히 작은 경추 용례에 있어 유리하게 작용한다.

본 발명은 또한, 탄성부재가 임의로 다양한 길이의 강성 봉 형상 요소와 조합되어 탄성의 봉 형상 부재를 구성하거나, 각종 유형의 자루(shank) 및/또는 헤드(head)와 조합되어 탄성의 뼈 나사를 구성할 수 있다는 장점이 있다. 탄성부재의 사용 여부에 따라, 그러한 탄성의 봉 형상 부재 또는 뼈 나사는 특정한 휨 강도 및 비틀림 강성 뿐만 아니라 축방향으로의 특정한 신장성 및 압축성과 같은 소정의 탄성 특성을 갖추게 된다.

특히, 탄성부재는 척주 및/또는 외상 수술에 사용되는 다양한 두께의 봉 형상 요소 또는 다양한 형상 및 길이의 플레이트에 연결될 수 있다.

본 발명의 추가의 특징 및 장점이 첨부 도면을 참조하여 후술하는 실시예의 설명을 읽음으로써 분명하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성부재(1)가 도시되어 있다.

본 발명의 탄성부재(1)는 중공의 원통형으로 형성된 요소로서, 일정한 직경의 연속적인 동축 보어(2)와, 예정된 길이에 걸쳐 탄성부재의 벽부에 원주 방향으로 연장 형성된, 예정된 피치를 갖는 나선형 홈(3)을 구비하고 있다. 여기서, 상기 홈(3)은 반경 방향으로 보어(2)에 개방되어 있다. 또한, 제1 홈(3)의 코일 사이로 탄성부재의 벽부에는 상기 제1 홈(3)과 동일한 피치를 갖는 나선형의 제2 홈(4)이 제1 홈(3)과 마찬가지로 원주 방향으로 동일한 길이에 걸쳐 연장 형성되어 있다. 이 제2 홈(4) 또한 반경 방향으로 보어(2)에 개방되어 있다. 이렇게 해서, 그 제1 나선형 스프링의 코일이 제2 스프링의 코일 사이에서 연장하는 두개의 나선형 스프링을 이용하여 이중 나선형 스프링이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 나선형 스프링 중 하나의 코일이 다른 하나의 나선형 스프링의 코일에 대해 그 공통의 중심 축선을 중심으로 180°의 각도로 상대 회전된 형태로 서로 정반대의 형상으로 형성되어 있다.

원주 방향으로 형성된 이와 같은 나선형 홈(3, 4)의 길이(L)와, 홈의 높이(H), 홈(3, 4)을 형성하는 나선의 피치(α), 그리고 동축 보어(2)의 직경(D1)은 탄성부재에 작용하는 축방향 힘(F_ax), 굽힘력(F_B) 그리고 비틀림력(F_T)을 고려하여 탄성부재에 소정의 강성을 제공할 수 있도록 선정된다. 이러한 탄성부재(1)의 그 양 자유단(9, 9')에 인접한 부분에는 내부 나사산(5, 5')이 마련되어 각기 예정된 길이에 걸쳐 연장하고 있다. 이러한 내부 나사산을 갖춘 섹션은 벽부에 홈이 형성된 섹션과 축방향으로 중첩되지 않고 있다. 탄성부재(1)는 그 외경이 용례 마다 다르게 선정 가능하며, 티타늄과 같은 신체 적합성 재료로 제조된다.

도 2a 및 도 2b는 도 1의 탄성부재의 홈(3, 4)에 의해 형성되는 바와 같은 이중 나선형 스프링(6)의 구조를 보여주는 도면이다.

그러한 이중 나선형 스프링은 두개의 나선형 스프링(7, 8)으로 구성되는데, 본 실시예에서 이들 두 나선형 스프링(7, 8)은 서로 동일하며, 특히 동일한 피치(α)를 갖추고 있다. 다만, 이중 나선형 스프링(6)의 제1 나선형 스프링(7)은 제2 나선형 스프링에 대하여 그 공통의 중심 축선을 중심으로 180°회전된 형태이다. 따라서, 이와 같은 이중 나선형 스프링(6)에 있어서, 제1 나선형 스프링(7)의 코일은 제2 나선형 스프링(8)의 코일 사이사이로 연장하고 있다. 물론, 제1 나선형 스프링과 제2 나선형 스프링을 바꾸어 생각하는 것도 가능하다.

탄성부재의 총 길이가 예정되어 있음에 따라, 우수한 탄성 특성을 달성하기 위해서는 나선형 스프링에 적어도 하나의 완전한 형태의 권선부(turn)가 제공되어야만 한다는 사실에 비추어 볼 때, 나선형 스프링의 피치는 제한되어 있다. 이중 나선형 스프링에 있어서는 그와 같이 우수한 탄성 특성을 달성하기 위해 필요한 완전한 형태의 권선부가 각각의 나선형 스프링 마다 하나가 안되게 제공되어도 무방하다. 따라서, 전체 길이가 동일한 경우, 단일 나선형 스프링에 비해 나선형 스프링의 피치가 증가될 수 있게 된다. 이러한 나선형 스프링의 피치 증가는 다시 말해, 전체 길이와 탄성 특성이 동일하다는 전제 하에 휨 강도의 증가를 초래한다. 따라서, 단일 나선형 스프링을 사용할 때와 비교하여 이중 나선형 스프링을 사용할 경우 나선형 스프링의 피치를 증가시킬 수 있다.

도 3에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성부재(11)가 도시되어 있다.

이 제2 실시예에 따른 탄성부재(11)와 상기 제1 실시예에 따른 탄성부재(1)의 차이점은, 탄성부재의 제1 단부(17)로부터 제2 단부(17')까지 연장하는 보어(2) 대신에, 한쪽이 막힌 형태의 구멍(12)이 제1 단부(17)에 인접하여 제공되어 있다는 점이다. 이와 같이 한쪽이 막힌 구멍은 이중 나선형 스프링의 전체 길이(L)를 초과하여 연장한다. 본 실시예에서 이중 나선형 스프링은 제1 실시예의 경우와 마찬가지로 중공의 원통체 벽에 형성된 제1 및 제2 홈(13, 14)에 의해 형성되고 있다. 상기 한쪽이 막힌 구멍의 안쪽으로 제1 단부(17)에 인접한 부분에는 내부 나사산이 마련되어 있다. 본 실시예의 탄성부재는 또한, 제1 단부(17)의 반대쪽 제2 단부(17')에 형성된, 외부 나사산을 갖춘 원통형 돌출부(16)를 구비하고 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄성부재를 도시한 도면이다.

제3 실시예에 따른 탄성부재(20)와 전술한 실시예들과의 차이점은, 본 실시예의 탄성부재(20)에는 그 중심 축선(M)과 동축으로 보어가 형성되어 있지 않은 점이다. 본 실시예에서는, 탄성부재의 제1 단부(22) 및 제2 단부(22')에 인접하여 각기 외부 나사산을 갖춘 원통형 돌출부(23, 23')가 제공되어 있다. 전술한 실시예들에서와 마찬가지로, 두개의 나선형 스프링(26, 27)이 두개의 홈(24, 25)에 의해 형성되어 있다.

도 5a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 탄성부재를 도시한 도면이며, 도 5b는 이 탄성부재의 단면도이다.

제4 실시예에 따른 탄성부재(30)는 상기 제1 실시예에 따른 탄성부재와 비교하여, 이중 나선형 코일을 형성하는 홈(31, 32)의 피치(α)가 일정하지 않고 탄성부재(30)의 이중 나선형 코일의 길이(L)에 걸쳐 변하는 점이 다르다. 상기 피치(α)는 홈(31, 32) 사이의 간격(ΔL)이 탄성부재(30)의 자유단으로부터 중앙부로 갈수록 증가하는 방식으로 변한다. 이에 따라, 탄성부재(30)의 휨 강성이 변하여 홈(31, 32) 사이의 간격(ΔL)이 증가할수록 커지게 된다. 탄성부재의 중심 축선을 따라 홈의 피치가 변함에 따라 특정 위치에서 특정 강성을 달성하는 일이 가능해진다.

제1 실시예의 탄성부재와 유사하게, 제4 실시예에 따른 탄성부재(30)는 내경(D1)을 갖는 동축 보어(34)를 구비하고 있으며, 이 보어의 안쪽에는 그 자유단으로부터 예정된 길이로 연장하는 내부 나사산(33, 33')이 형성되어 있다.

도 6에는 제5 실시예에 따른 탄성부재가 단면도로 도시되어 있다.

제5 실시예에 따른 탄성부재(40)는 제4 실시예에 따른 탄성부재(30)와 비교하여, 연속적인 동축 보어(42)의 내경(D1)이 일정하지 않고 탄성부재(40)의 길이(L')에 걸쳐 변하는 점이 다르다. 보어(42)의 내경(D1)은 탄성부재(40)의 자유단으로부터 중앙부로 갈수록 감소하는 방식으로 변한다. 이에 따라 탄성부재(40)의 휨 강성 또한 변하여, 내경(D1)이 감소할수록 증가한다. 동축 보어의 내경이 변함에 따라 서로 다른 위치에서의 탄성부재(40)의 강성 또한 변한다.

제4 실시예와 유사하게, 본 실시예의 탄성부재(40)는 그 양 자유단에 인접한 섹션으로 각기 예정된 길이를 갖는 내부 나사산(41, 41')이 마련되어 있다.

도 7a에는 제6 실시예에 따른 탄성부재가 도시되어 있으며, 도 7b는 도 7a의 탄성부재의 단면도이다.

제6 실시예에 따른 탄성부재(35)는 제5 실시예에 따른 탄성부재와 비교하여, 탄성부재(35)의 외경(D2)이 일정하지 않고, 탄성부재(35)의 길이(L')에 걸쳐 변하는 점이 다르다. 외경(D2)은 탄성부재(35)의 자유단으로부터 중앙부로 갈수록 증가하는 방식으로 변한다. 이에 따라, 탄성부재(35)의 휨 강성 또한 변하여 외경이 증가할수록 증가한다. 따라서, 탄성부재의 외경을 조절하여 소정 위치에서 소망하는 휨 강성을 달성할 수 있다.

제4 실시예와 유사하게, 본 실시예의 탄성부재(35)는 그 양 자유단에 인접한 섹션으로 각기 예정된 길이를 갖는 내부 나사산(36, 36')이 마련되어 었으며, 또한 내경(D1)을 갖는 연속적인 동축 보어(37)를 구비하고 있다. 또한, 다른 실시예에서와 마찬가지로, 홈(38, 39)이 마련되어 이중 나선형 코일을 형성하도록 되어 있다.

전술한 실시예의 탄성부재는 다양한 방식으로 수정이 가능하다.

예를 들어, 탄성부재에 두개 이상의 나선형 스프링이 포함될 수도 있으며, 이 경우 각각의 나선형 스프링의 코일은 나머지 나선형 스프링의 코일 사이사이로 연장한다.

제2 실시예의 수정예로서, 한쪽이 막힌 형태의 구멍(12) 대신에, 원통형 돌출부(16)의 외경보다 그 직경이 작으면서 탄성부재의 전체 길이에 걸쳐 연장하는 보어가 제공될 수도 있다.

본 발명의 제4 실시예 내지 제6 실시예에 있어서, 탄성부재의 휨 강성은 탄성부재의 자유단으로부터 중앙부로 갈수록 증가한다. 그러나, 홈의 피치(α)와, 탄성부재의 외경(D2) 및 동축 보어의 내경(D1)을 적절히 선정함으로써, 탄성부재의 이중 나선형 코일의 길이(L, L')를 따라 특정 위치에서 그 휨 강성이 소정의 값으로 조절될 수 있다.

전술한 모든 실시예에서는 탄성부재가 원통형체 또는 중공의 원통형체 형태로 형성되는 것으로 기술되고 있지만, 그 외형이 정확히 원통형이 아닐 수도 있으며, 예를 들어 타원형의 단면 형상을 갖추거나, 중앙이 잘룩한 형태로 형성될 수도 있다. 이와 같은 형상의 경우에는, 탄성부재의 휨 강도가 방향에 좌우된다.

도 8a에 도시된 탄성부재의 제1 사용례를 보면, 탄성부재(1)가 탄성의 봉 형상 부재(50)의 일부를 구성하고 있다. 이러한 탄성의 봉 형상 부재(50)는 탄성부재(1)와 두개의 원통형 봉 섹션(51, 51')으로 구성되어 있으며, 상기 봉 섹션 각각의 일단에는 외부 나사산을 갖춘 원통형 돌출부(도시하지 않음)가 제공되어, 그 외부 나사산이 탄성부재의 내부 나사산(5, 5')과 협동하도록 되어 있다. 본 사용례에 있어서, 봉 섹션(51, 51')과 탄성부재(1)는 본질적으로 동일한 외경을 갖는다. 봉 섹션(51, 51') 및 탄성부재(1)의 길이는 용례 마다 서로 다르게 독립적으로 선정 가능하다. 예를 들어, 탄성의 봉 형상 부재(50)가 척주에 척추경 나사를 연결하도록 사용될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 봉 형상 부재(50)는 탄성부재(1)의 탄성 특성을 이용하여 예정된 수준의 압축력, 신장력, 굽힘력 및 비틀림력을 흡수할 수 있다.

도 8b는 탄성부재(1)의 제2 사용례를 보여주는 도면으로서, 여기서, 탄성부재(1)는 다축 뼈 나사(60) 형태로 제공된 뼈 고정 부재의 일부를 구성하고 있다.

다축 뼈 나사(60)에는 탄성부재(1)와, 본 사용례의 도면에는 도시되어 있지 않은 선단부를 갖춘 나사산 형성 샤프트(62), 그리고 나사 헤드(63)로 이루어진 나사 요소(61)가 제공되어 있다. 상기 나사산 형성 샤프트(62)는 뼈 내로 나사 체결되는 뼈 체결 나사산(64)과, 탄성부재(1)의 내부 나사산(5)과 협동하는 외부 나사산을 갖춘 원통형 돌출부(도시하지 않음)를 구비한다. 나사 헤드(63)는 원통형 섹션(65)과, 이에 인접하여, 나사산 형성 샤프트(62)와 마찬가지로, 탄성부재(1)의 내부 나사산(5')과 협동하는 외부 나사산을 갖춘 원통형 돌출부를 구비한다.

나사 요소(61)는 하중이 가해지지 않은 상태에서는 수용부(66)에 선회 가능하게 유지되어 있다. 수용부(66)는 본질적으로 원통형으로, 그 일단에 축방향 대칭의 제1 보어(67)를 구비한다. 이 제1 보어의 직경은 나사산 형성 샤프트(62)의 직경보다는 크면서 나사 헤드(63)의 직경보다는 작다. 또한, 수용부(66)는 제1 보 어(67)의 반대쪽 단부에 개방되어 있는 동축의 제2 보어(68)를 구비한다. 이 제2 보어는 나사 요소(61)가 그 개방 단부를 통과하여 안내되어 나사 헤드(63)가 제1 보어(67)의 가장자리에 인접할 때까지 나사산 형성 샤프트가 제1 보어(67)를 통과할 수 있을 정도로 큰 직경을 갖추고 있다. 수용부(66)는 자유단으로부터 제1 보어(67)를 향해 연장하는 U-자형 홈(69)을 구비하여, 이러한 홈에 의해 두개의 자유 레그(70, 70')가 형성된다. 이들 레그(70, 70')는 그 자유단에 인접한 영역으로 내부 나사산이 마련되어, 이들 내부 나사산이 봉(72)의 고정을 위해 내부 나사(71)의 대응 외부 나사산과 협동하도록 되어 있다.

또한, 수용부(66)에는 나사 헤드(63)의 고정을 위한 가압 요소(73)가 제공된다. 이 가압 요소는 나사 헤드에 마주하는 측면 상으로 구형 홈(74)을 구비하도록 형성되어 있다. 상기 구형 홈(74)의 반경은 나사 헤드(63)의 구형 세그먼트 형상의 헤드 섹션의 반경과 본질적으로 동일하다. 가압 요소는 수용부(66)의 나사 헤드(63)를 향해 활주 이동 가능하도록 그 외경이 선정되어 있다. 또한, 가압 요소(73)는 나사 체결 공구와의 정합을 위해 나사 헤드(63) 내에 형성되어 있는 홈(도시하지 않음)으로 접근 가능하도록 하기 위한 동축 보어(75)를 구비한다.

작동 시에, 원통형 돌출부(도시하지 않음)를 구비한 나사산 형성 샤프트(62)가 탄성부재(1)의 내부 나사산(5)에 나사 체결되고, 원통형 돌출부(도시하지 않음)를 구비한 나사 헤드(63)가 내부 나사산(5')에 나사 체결되어 나사 요소(61)가 형성된다. 그 후, 나사 요소(61)는 나사산 형성 샤프트(62)가 앞쪽에 오는 상태로 정렬되어 그 나사 헤드(63)가 제1 보어의 가장자리에 인접할 때까지 수용부(66)의 제2 보어(68)를 통과하여 삽입된다. 이어서, 그 구형 홈이 앞쪽에 위치하는 상태로 가압 요소(73)가 수용부(66)의 제2 보어(68)를 통과하여 삽입된 다음, 나사 요소(61)가 뼈 또는 척추에 나사 체결되며, 마지막으로, 봉(72)이 두개의 자유 레그(70, 70') 사이 안쪽으로 수용부에 삽입된다. 이 때, 나사 요소에 대한 수용부의 각방향 위치가 조절된 다음 내부 나사(71)가 고정된다. 이렇게 해서 탄성부재가 그 정지 위치를 중심으로 제한된 범위로나마 움직일 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 탄성부재(1)는, 나선형 스프링에 의해 형성되는 그 탄성 섹션이 뼈 표면 위로 적어도 부분적으로나마 돌출된 경우, 인장력 및 압축력 뿐만 아니라 굽힘력까지도 흡수할 수 있게 된다. 탄성부재는 그 나선형 스프링에 의해 형성되는 탄성 섹션이 뼈 표면 이로 돌출되고 있지 않은 경우에도, 뼈 또는 척추의 움직임이 있을 경우 나사 요소(61)가 어느 정도 구부려질 수 있도록 한다. 이는 바람직하지 못한 응력 발생을 방지하는 효과가 있다.

전술한 다축 나사의 경우 그 구성이 전술한 실시예로만 제한되는 것은 아니며, 전술한 바와 같이 세개 부분으로 이루어진 나사 요소를 구비하는 다른 유형의 다축 나사 또한 가능하다.

또한, 도 8b에 도시된 바와 같이 내부 나사만이 봉에 고정될 수 있는 것은 아니며, 추가의 외부 너트 또는 기타 다른 공지된 유형의 봉 고정 수단이 사용될 수도 있다.

본 발명에 따른 탄성부재의 제3 사용례로서, 도 8c에는 단축 나사(80) 형태로 마련된 뼈 고정 부재가 도시되어 있다.

단축 나사(80)의 경우, 나사 헤드가 수용부(81)로서 형성되어 있으며, 봉(82)의 수용을 위해, U-자형 홈(83)이 수용부(81)의 제1 자유단에 인접하여 형성되어 있다. U-자형 홈(83)에 의해 형성된 자유 레그(84, 84')의 내측에는 내부 나사(85)의 외부 나사산과 정합되기 위한 내부 나사산이 마련되어 있다. 단축 나사의 조립 상태에서, 봉(72)은 U-자형 홈(83)의 바닥과 내부 나사(85)의 사이에 클램핑 고정된다. 수용부(81)의 제1 자유단 반대쪽 제2 단부에 인접하여 외부 나사산을 구비한 원통형 돌출부(도시하지 않음)가 제공되어, 탄성부재(1)의 제1 단부에 인접하여 형성된 내부 나사산(5)과 정합하도록 되어 있다. 이와 같은 단축 나사는 탄성 섹션(1)의 제1 단부 반대쪽 단부에 인접한 부분으로 나사산 형성 샤프트(86)를 구비하는데, 이러한 나사산 형성 샤프트(86)는 다축 뼈 나사(60)의 전술한 나사산 형성 샤프트(62)와 그 형태가 동일하며, 외부 나사산을 구비한 원통형 돌출부(도시하지 않음)에 의해 탄성부재(1)의 내부 나사산(5')과 정합하도록 되어 있다.

작동 시에, 우선, 나사산 형성 샤프트(86)와 수용부가 탄성부재(1)의 두개의 내부 나사산(5, 5')에 나사 체결된다. 이어서, 단축 나사(80)가 뼈 또는 척추에 나사 체결된 다음, U-자형 홈이 정렬되어 봉(82)이 삽입된다. 마지막으로, 봉(82)이 내부 나사(85)를 이용하여 고정된다.

본 발명에 따른 탄성부재(1)의 또다른 사용례로서, 도 8d에는 봉 형상 섹션(91)과, 탄성부재(1) 및 플레이트(92)로 이루어진 연결 부재(90)가 상면도로 도시되어 있다.

상기 봉 형상 섹션(91)은 탄성부재(1)의 일단에 인접하여 형성된 내부 나사산(5) 내로 나사 체결되기 위한 외부 나사산을 구비한 원통형 돌출부(도시하지 않음)를 구비한다. 마찬가지로, 플레이트(92)는 탄성부재(1)의 타단에 인접하여 형성된 내부 나사산(5') 내로 나사 체결되기 위한 외부 나사산을 구비한 원통형 돌출부(도시하지 않음)를 구비한다.

상기 플레이트는 상면도에 도시된 바와 같은 원형 단면의 두개의 섹션(93, 93')을 포함하며, 이들 섹션이 가교부(94)를 통해 서로 연결되어 있다. 이 가교부(94)의 폭(B)은 원형 섹션(93, 93')의 직경보다 작다. 접시머리 나사용의 이들 원형 섹션과 동축으로 두개의 보어(95, 95')가 플레이트를 관통하여 형성되어 있다.

도 8e에 도시된 바와 같이, 플레이트의 제1 측면(96)은 볼록한 곡선형으로 형성된 반면, 그 제2 측면(97)은 뼈에 인접할 수 있도록 오목한 곡선형으로 형성되어 있다. 이와 같이 양 측면(96, 97)의 곡률 반경이 서로 다름에 따라, 플레이트(92)는 측방향 가장자리(98, 98')로 갈수록 테이퍼지게 형성된다. 이에 따라 플레이트의 안정성이 보다 향상되는 한편 공간 절약적인 구조를 얻을 수 있다. 보어(95, 95')는 접시머리 나사를 수용하기에 적합한 형상으로 형성된다.

도 8a 내지 도 8e를 참조하여 설명된 전술한 사용례의 수정도 가능하다. 예를 들어, 전술한 기술 내용을 보면, 봉 형상 부재(50)와, 다축 뼈 나사(60)와, 단축 나사(80) 그리고 연결 부재(90)는 탄성부재가 별개의 부품으로서 형성되어 나머지 부분에 나사 체결될 수 있도록 되어 있다. 그러나, 본 발명의 탄성부재가 단일형 봉 형상 부재, 단일형 단축 나사, 그리고 봉 섹션과 플레이트 섹션을 구비한 단일형 연결 부재의 일 섹션 형태로 형성될 수도 있다. 또한, 나사산 형성 샤프트(62)와, 봉 섹션(51, 51'), 플레이트(92) 또는 나사 헤드(63)와 같은 다른 요소에 탄성부재를 압입 끼워맞춤하여 연결할 수도 있다.

도 9에는 두개의 뼈 고정 부재(101, 101')와 이들 부재를 연결하는 탄성의 봉 형상 부재(103)를 구비하는 척주용 안정화 장치(100)가 도시되어 있다. 각각의 뼈 고정 부재(101, 101')의 나사 부재(102, 102')와 탄성의 봉 형상 부재(103)는 각기 본 발명에 따른 탄성부재(1)를 구비하고 있다. 두개의 나사 부재(102, 102')가 척추에 나사 체결됨으로써 그러한 안정화 장치(100)에 의해 척추간의 동적 안정을 이룰 수 있다.

탄성의 봉 형상 부재 및 나사 부재는 각기 다수의 부품으로 제조되어 있으므로, 단지 소수의 기본 요소를 조합하여 다양한 특성을 갖는 안정화 장치(100)를 얻을 수 있다. 안정화 장치가 탄성부재를 갖춘 뼈 고정 부재 및 탄성부재를 갖춘 봉 형상 부재 모두를 반드시 포함하여야 하는 것은 아니며, 그 사용 분야에 따라, 봉 형상 부재에만 탄성부재를 갖춘 봉 형상 부재만을 제공하거나, 탄성부재 없이 강성 나사 부재만을 갖춘 뼈 고정 부재를 제공할 수도 있다.

이하에는, 제1 실시예에 따른 탄성부재의 제조 과정이 도 10a, 도 10b 및 도 10c에 도시되어 있다.

EDM(electrical discharge machining;방전 가공) 와이어 절단 방식을 이용하여 탄성부재(1)를 제조할 경우, 우선, 제1 보어(110)가 티타늄과 같은 신체 적합성 재료로 이루어진 중실형의 원통체 내에 그 원통체의 중심 축선과 수직으로 원통체 전체를 관통하여 연장하도록 형성된다. 그 후, 제2 보어(111)가 실린더의 중심 축선과 동축으로 형성되어 중공형의 원통체(112)가 형성된다. 이와 같은 제1 및 제2 보어의 형성 순서는 임의로 변경 가능하며 또한 다른 방식으로 형성될 수도 있다. 이어서, EDM 와이어 절단용 와이어(113)가 제1 보어(110)를 통해 안내된다. 도 10a를 보면 그러한 안내 과정이 화살표(P)로 지시되어 있다.

그 다음 단계에서는, 중공형의 원통체(113)가 와이어에 대해 상대적인 일정한 공급 속도로 중심 축선을 따라 X-방향으로 이동되며 동시에 그 중심 축선을 중심으로 일정한 각속도로 회전되면서, 와이어(113)를 이용하여 EDM 와이어 절단 과정이 수행된다. 상기와 같은 회전 방향이 도 10b에 화살표(D)로 지시되어 있다. 이 경우에는 중공형 원통체에 대한 와이어의 상대 이동만이 의미가 있다. 따라서, 와이어는 적소에 고정된 상태로 중공형 원통체만이 이동될 수도 있으며 그 반대의 경우 또한 가능하다. 이러한 방식으로, 피치가 동일한 두개의 나선과, 보어(111)에 반경 방향으로 개방되어 있는 중공형 원통체 벽부의 두개의 홈(114, 115)이 EDM 와이어 절단에 의해 동시에 형성된다. 도 10c에는 EDM 와이어 절단 완료 직전의 탄성부재가 도시되어 있다. 상기 홈이 축 방향으로 예정된 거리에 걸쳐 형성된 후, 중공형 원통체의 급송 및 회전은 중단된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 반원형 절삭부(run-out)가 EDM 와이어 절단 초기 및 EDM 와이어 절단 말기에 형성될 수 있다. 이러한 절삭부(120, 120')는 반드시 반원형으로 형성되어야 하는 것은 아니며, 예를 들어 원형의 일부분 형태 등의 사용자 지정 형상으로 형성될 수도 있다. 절삭부는 작동 시에 탄성 섹션으로부터 강성 섹션으로의 전이부에서 재료에 가해지는 최고 하중을 최소화할 수 있다.

절삭부의 형성과 관련하여, EDM 와이어 절단을 사용하는 전술한 방법의 장점을 들자면, 두개의 나선형 스프링의 절삭부가 공통의 일 제조 단계에서 형성될 수 있다는 점과, 단일 나선형 스프링을 제조할 때와 비교하여 본 실시예의 경우에는 EDM 와이어 절단 기계의 각각의 축선 사이의 추가 절환이 반드시 필요한 것은 아니라는 점이다.

마지막으로, 내부 나사산(5, 5')은 탄성부재의 양 단부에 인접하게 동축 보어의 양 단부 섹션에 중심 축선을 따라 형성된다.

선택적으로, 탄성부재(1)가 또한 밀링 가공을 통해 제조될 수도 있다. 이 경우에도 마찬가지로 티타늄과 같은 신체 적합성 재료로 이루어지고 예정된 외경을 갖는 원통체가 제공되며, 그 중심 축선이 원통체의 중심 축선과 동일 선상에 있는 제1 나선을 따라 제1 홈이 사이드 밀(side mill)을 이용하여 밀링 가공된다. 그 후, 제2 단계에서는, 추가의 홈이 제2 나선을 따라 형성되는데, 이 제2 나선의 코일은 제1 나선의 코일 사이사이로 연장한다. 이어서, 원통체의 주 축선을 따라 그 원통체의 전체 길이에 걸쳐 보어가 형성되어 상기 홈이 이 보어에서 종결되도록 되어 있다. 탄성부재의 단부 섹션과 나선형 섹션 사이의 전이부에 형성된 나선의 절삭부는 탄성부재(1)의 안정성에 큰 영향을 미친다. 따라서, 나선 양 단부의 절삭부는 보어 내측의 날카로운 가장자리가 제거될 수 있도록 앤드 밀(end mill)을 사용하여 재가공된다. 상기와 같은 가장자리 제거를 위해 절삭부는 나선에 대해 접선각으로 앤드 밀을 사용하여 밀링 가공된다. 이어서, 탄성부재의 내외측 일부의 모따기 가공이 이루어진다.

마지막으로, 전술한 바와 같은 방법으로 내부 나사산(5, 5')이 중심 축선을 따라 동축 보어의 양 단부 섹션에 형성된다.

탄성부재를 제조하기 위한 다른 방법으로는 레이저 밀링 또는 하이드로 밀링이 있으며, 이러한 제조 방법 또한 EDM 와이어 절단 방법과 유사한 방식으로 수행되지만, 제1 보어를 통해 와이어를 이동시킴으로써 두개의 홈을 동시에 형성하는 대신에, 레이저 빔 또는 물줄기가 제1 보어를 통과하도록 함으로써 두개의 홈을 형성하게 된다.

일 수정예에서는, 적어도 하나의 내부 나사산(5, 5') 대신에, 외부 나사산을 갖춘 원통형 돌출부가 선반을 이용하여 전술한 방법의 초기 단계에서 형성된다. 이 경우에, 보어(111)의 직경은 원통형 돌출부의 직경보다 작아야 한다.

전술한 제조 방법의 또다른 변형예로서, 제2 및 제3 실시예에 따른 탄성부재를 연속적인 보어(111) 없이 형성할 수도 있다.

전술한 기술 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 탄성부재는 그 길이가 짧게 형성되어도 고도의 휨 강도를 갖추고 있으며, 작동 신뢰성이 높으면서도 취급이 용이하다는 장점이 있다. 또한, 이러한 본 발명의 탄성부재는 기타 다른 부품과 다양한 방식으로 조합되어, 척추 또는 뼈의 동적 안정화를 달성하기 위한 각종 부재 및 장치를 구성하도록 사용될 수 있다.

Claims (17)

1. 뼈 또는 척추용 안정화 장치(100)에 사용되며, 제1 단부(9, 17, 22)와 이 제1 단부 반대쪽 제2 단부(9', 17', 22')를 구비하고, 또한 그 제1 단부와 제2 단부의 사이에 탄성 섹션을 구비하는, 원통체 형태로 형성되는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재(1, 11, 20, 30, 35, 40)로서,

   상기 탄성 섹션이 서로 동축으로 배열된 적어도 두개의 나선형 스프링으로 형성되어, 그 일 나선형 스프링(7)의 코일이 다른 나선형 스프링(8)의 코일 사이에서 나선형 스프링의 적어도 일부에 걸쳐 연장하고,

   그 두개의 나선형 스프링(7, 8)은 각기 그 공통의 중심 축선을 중심으로 서로에 대해 180°회전되어 있는 것을 특징으로 하는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스프링은 동일한 외경을 갖는 것을 특징으로 하는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 나선형 스프링(7, 8)은 그 중심 축선을 포함하는 평면에서 코일과 동일한 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 원통체의 제1 단부(9)로부터 제2 단부(9')로 연장하는 연속적인 보어(2, 34, 37, 42)가 중심 축선(M)과 동축으로 그 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재.
6. 제 1 항에 있어서, 연속적인 보어(37, 42)의 직경(D1)은 중심 축선(M)을 따라 변하는 것을 특징으로 하는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재.
7. 제 1 항에 있어서, 티타늄과 같은 신체 적합성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재.
8. 제 1 항에 있어서, 그 제1 단부에 인접하여, 외부 나사산을 갖춘 제1 원통형 돌출부(16, 23) 또는 내부 나사산(5, 15, 33, 36, 41)을 갖춘 제1 보어가 제공되어 뼈 나사(61)의 자루(shank;62) 또는 헤드(63)에, 봉 섹션(51)에, 또는 플레이트(92)에 연결되는 것을 특징으로 하는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재.
9. 제 8 항에 있어서, 제2 단부에 인접하여, 외부 나사산을 갖춘 제2 원통형 돌출부(23') 또는 내부 나사산(5', 15', 33', 36', 41')을 갖춘 제2 보어가 제공되어 뼈 나사(61)의 자루(62) 또는 헤드(63)에, 봉 섹션(51)에, 또는 플레이트(92)에 연결되는 것을 특징으로 하는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재.
10. 제 1 항에 있어서, 그 외경(D2)이 중심 축선(M)을 따라 변하는 것을 특징으로 하는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재.
11. 제 1 항에 있어서, 적어도 두개의 나선형 스프링(31, 32)의 피치(α)가 중심 축선(M)을 따라 변하는 것을 특징으로 하는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재.
12. 뼈에 고정되는 자루(62, 86)를 포함하는 뼈 고정 부재(60, 80, 101, 101')로서,

    상기 자루는 청구항 1의 탄성부재(1)를 포함하는 섹션을 구비하고, 또한 단일 부분으로 또는 복수 개의 부분으로 형성되는 것을 특징으로 하는 뼈 고정 부재.
13. 두개의 뼈 고정 부재(60, 80, 101, 101')를 연결하기 위한 봉 형상 부재(50)로서,

    청구항 1의 탄성부재(1, 11, 20, 30, 35, 40)와,

    상기 탄성부재(1, 11, 20, 30, 35, 40)의 각각의 단부에 인접하는 강성의 봉 섹션(51, 51')을 포함하며,

    단일 부분 또는 복수 개의 부분으로 형성되는 것을 특징으로 하는 봉 형상 부재.
14. 뼈들 사이의, 뼈 부분 사이의, 또는 척주의 동적 안정화를 달성하기 위한 안정화 장치(100)로서,

    봉 형상 부재(103) 또는 플레이트를 통해 서로 연결된 적어도 두개의 뼈 고정 부재(101, 101')를 포함하며,

    그 일 섹션 또는 요소가 청구항 1의 탄성부재(1, 11, 21, 30, 35, 40) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 안정화 장치.
15. 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재(1, 11, 20)의 제조 방법으로서,

    a) 원통체(112)를 제공하는 단계와;

    b) 외측으로부터 제1 나선을 따라 상기 원통체(112)에 제1 홈(114)을 형성하는 단계와;

    c) 외측으로부터 제2 나선을 따라 상기 원통체(112)에 제2 홈(115)을 형성하는 단계를 포함하며,

    상기 제2 나선의 코일이 제1 나선의 코일 사이의 적어도 일부에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재의 제조 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 홈(114, 115)을 형성하는 단계는 EDM 와이어 절단, 하이드로 밀링, 레이저 밀링 또는 다른 기계 가공 방법을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재의 제조 방법.
17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 홈(114, 115)을 형성하는 상기 단계 b) 및 단계 c)가 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 뼈 또는 척추용 안정화 장치에 사용되는 탄성부재의 제조 방법.

Images