KR101670273B1 - 정형외과 임플란트용 잠금형 고정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 골절된 뼈를 재건하는 잠금형 고정 시스템에 관한 것으로 그 구성의 특징으로서, 상기 뼈 표면에 부착되어 지지하도록 하나 이상의 고정홀을 형성하는 플레이트;와, 상기 고정홀에 삽입되어 뼈 내에 식립되는 샤프트와, 상기 샤프트의 상단에 고정홀과 맞물려 체결되는 헤드를 형성하는 스크류;로 이루어지고, 상기 고정홀과 헤드는 구형의 형상프로파일로 형성되고, 내·외면에 쓰레드 커터가 형상프로파일의 중심점을 따라 소정의 피치만큼 수직하는 각도대로 암나사와 수나사가 형성되며, 상기 헤드가 고정홀에 축체결 외에도 임의의 각도에서 암·수나사가 치밀한 상태로 체결시키는 성형홈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은, 플레이트에 삽입되어 체결되는 스크류가 임의의 각도에서 체결되게 하면서도 플레이트와 스크류의 암·수나사가 치밀한 상태로 체결되는 효과가 있다.

Description

정형외과 임플란트용 잠금형 고정 시스템{Locking fixing system for orthopedic implants}

본 발명은 플레이트와 함께 스크류로 골절된 뼈를 재건하는 잠금형 고정 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 플레이트에 삽입되어 체결되는 스크류가 임의의 각도에서 체결되게 하면서도 플레이트와 스크류의 암·수나사가 치밀한 상태로 체결되는 정형외과 임플란트용 잠금형 고정 시스템에 관한 것이다.

뼈 골절에 사용되는 잠금형 고정 시스템은 널리 사용되며 잘 알려져 있다. 기존에 고정 시스템은 특별히 골절 치료를 촉진하도록 잘 개선되어 있다. 스크류는 플레이트의 나사홀에 삽입되어 뼈에 식립되어 골절 끝단을 압착, 중립화, 지지, 응력 및 연결하고 플레이트로부터 뼈를 당기게 된다.

여기서 플레이트에 고정되지 않는 비-잠금형 고정 시스템(non-locking)은 플레이트에 대해 다양한 각도에서 뼈에 식립될 수 있다. 그러나 스크류가 플레이트에 고정되지 않기 때문에, 플레이트와 스크류 사이의 각도 관계들은 고정되지 않고 수술 도중 또는 수술 후에 변경될 가능성이 높았다. 즉, 생리적 상태들로부터의 뼈와 플레이트에 대한 동적 하중은 플레이트에 대해 스크류가 느슨하게 하거나 풀리게 할 수도 있다. 이것은 불충분한 정렬과 불충분한 치료 결과를 초래할 수가 있다.

반면에 플레이트와 스크류의 고정은 스크류와 플레이트 사이의 고정된 각도 관계를 제공하여 느슨함의 경함을 감소시킨다. 뼈 플레이트에 고정될 수 있는 스크류의 하나로 알려진 잠금형 고정 시스템은 스크류 헤드의 외면과 플레이트의 나사홀의 내면에 서로 맞물려 체결되는 나사산을 가진다. 이러한 잠금형 고정 시스템은 응력, 비틀림 힘, 굴곡들에 대한 높은 저항을 가지도록 한다.

그러나 잠금형 고정 시스템은 치료에 영향을 미치는, 뼈 조각들을 압축하는 능력이 제한될 수 밖에 없다. 따라서 플레이트에 대한 스크류를 임의의 각도로 잠그기 위해 플레이트의 나사홀에 위치된 부싱을 많이 사용한다. 부싱은 플레이트의 나사홀 내부에서 회전될 수 있다. 스크류의 테이퍼진 나사산은 부싱의 나사 내부 표면과 결합하여 플레이트의 나사홀 내면 또는 내벽에 대해 부싱을 팽창시킴으로써, 뼈 플레이트에 대해 필요한 각도로 잠금 된다. 하지만 이러한 부싱형 잠금 시스템은 수술이 복잡하고 어려우며 수술도중 부싱이 이탈되는 문제가 있다.

즉, 이러한 문제를 해결하기 위한 일환으로 한국 공개특허공보 제2010-0058483호 "자유 자재로 각도 조절이 가능한 뼈 플레이트 시스템"을 제안한 바 있다. 제안된 선행문헌은 스크류와 플레이트의 나사산을 구형 부분의 아크-모양의 곡률 반경을 따르는 프로파일로 형성하고, 플레이트의 나사산을 분할시키는 복수의 컷아웃된 홈을 가진다. 따라서 기존에 부싱을 사용하지 않고도 스크류를 자유자재로 각도 조절이 가능하였다. 그러나 컷아웃된 홈에 의해 플레이트의 나사산이 완전하지 못하므로 플레이트와 스크류 간에 결합력이 낮을 수밖에 없는 문제가 있다. 무엇보다 홈으로 이물질이 끼여 염증을 유발하거나 유기물에 의한 불필요한 조직이 성장되어 부작용이 발생하는 문제가 있다.

한국 공개특허공보 제2010-0058483호 "자유 자재로 각도 조절이 가능한 뼈 플레이트 시스템"

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 플레이트에 삽입되어 체결되는 스크류가 임의의 각도에서 체결되도록 암나사와 수나사를 구형의 프로파일로 형성하면서도 성형홈을 형성해두어 암나사와 수나사가 치밀한 상태로 체결됨에 따라 결합력을 향상할 수가 있는 정형외과 임플란트용 잠금형 고정 시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 골절된 뼈를 재건하는 잠금형 고정 시스템에 있어서: 상기 뼈 표면에 부착되어 지지하도록 하나 이상의 고정홀을 형성하는 플레이트;와, 상기 고정홀에 삽입되어 뼈 내에 식립되는 샤프트와, 상기 샤프트의 상단에 고정홀과 맞물려 체결되는 헤드를 형성하는 스크류;로 이루어지고, 상기 고정홀과 헤드는 구형의 형상프로파일로 형성되고, 내·외면에 쓰레드 커터가 형상프로파일의 중심점을 따라 소정의 피치만큼 수직하는 각도대로 암나사와 수나사가 형성되며, 상기 헤드가 고정홀에 축체결 외에도 임의의 각도에서 암·수나사를 체결시키는 성형홈을 포함하고, 상기 성형홈은 형상프로파일의 지름과 동일한 반지름을 가진 판형의 사이드 커터가 중심점에 수직하는 위치에서 피치만큼 방사형으로 절삭하여 나선형의 나사산을 미세 톱니형으로 전환된 암나사 및, 상기 성형홈은 형상프로파일과 동일한 지름을 가진 엔드밀이 샤프트의 외면에 인접된 상태에서 형상프로파일과 상호 대칭되는 영역까지 절삭하여 나선형의 나사산을 절삭날로 전환된 수나사를 특징으로 한다.

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한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 플레이트와 스크류가 결합되는 암나사와 수나사를 구형의 프로파일로 형성하여 플레이트로부터 스크류가 임의의 각도에서 체결되게 유도하고, 암·수나사에 성형홈을 형성해두어 어떤 각도에서도 암나사와 수나사가 치밀한 상태로 체결됨에 따라 결합력이 향상으로 전반적인 수술의 완성도를 극대화할 수가 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 고정 시스템을 전체적으로 나타내는 사시도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 고정 시스템을 절개하여 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 암나사를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 수나사를 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 고정 시스템의 체결상태를 나타내는 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 골절된 뼈를 재건하는 잠금형 고정 시스템에 관련되며, 도 1 내지 도 3처럼 뼈 표면에 부착되어 지지하도록 하나 이상의 고정홀(15)을 형성하는 플레이트(10);와 고정홀(15)에 삽입되어 뼈 내에 식립되는 샤프트(21)와, 샤프트(21)의 상단에 고정홀(15)과 맞물려 체결되는 헤드(25)를 형성하는 스크류(20);로 이루어지는 정형외과 임플란트용 잠금형 고정 시스템이다.

여기서 본 발명에 따른 고정홀(15)과 헤드(25)는 도 4 및 도 5처럼 구형의 형상프로파일(31)로 형성되고, 내·외면에 쓰레드 커터(C)가 형상프로파일(31)의 중심점(A)을 따라 소정의 피치만큼 수직하는 각도대로 암나사(32)와 수나사(33)가 형성된다.

형상프로파일(31)은 기존에 비-잠금형 고정 시스템처럼 고정홀(15)에 삽입된 헤드(25)가 임의의 각도로 가변할 수 있게 구형으로 형성된다. 고정홀(15)은 도 4a처럼 형상프로파일(31)의 지름과 동일한 볼엔드밀로 형성된다. 여기서 볼엔드밀로 가공 전 형상프로파일(31)의 지름보다 작은 지름을 가진 드릴로 홀을 형성해주는 것이 좋으며, 드릴이나 볼엔드밀 가공 시에 약 1.0~2.0mm의 사이클 펙드릴링으로 절삭하는 것이 바람직하다. 그리고 헤드(25)는 도 5a처럼 선반에 절삭팁이 형상프로파일(31)을 따라 절삭되어 형성된다.

고정홀(15)과 헤드(25)의 형상이 완료되면, 쓰레드 커터(C)가 암나사(32)와 수나사(33)를 각각 형성한다. 즉, 도 4b 및 도 5b처럼 쓰레드 커터(C)가 형상프로파일(31)을 따라 고정홀(15)과 헤드(25)의 내·외면 소정의 피치대로 절삭시켜 형성한다. 여기서 커터(C)는 형상프로파일(31)에 수직하는 각도로 절삭된다. 이러한 절삭을 위해서는 3축 이상의 다축 가공기에서 작업되어야 한다. 절삭이 완료된 암나사(32)와 수나사(33)는 구형의 연속적인 나사산을 가지게 된다. 이 상태에서는 고정홀(15)상에 헤드(25)가 축방향 체결이 가능하다.

암나사(32)와 수나사(33)의 형상이 완료되면, 헤드(25)가 고정홀(15)에 축체결 외에도 임의의 각도에서 암·수나사(32)(33)가 치밀한 상태로 체결시키는 성형홈(35)(36)이 형성된다. 성형홈(35)(36)은 각도가 가변된 상태에서도 암·수나사(32)(33)가 서로 맞물리게 유도한다.

먼저, 암나사(32)의 성형홈(35)은 도 1 내지 도 3처럼 구형의 연속적인 나사산을 따라 일정한 간격마다 형성된다. 즉, 도 4c처럼 형상프로파일(31)의 지름과 동일한 반지름을 가진 판형의 사이드 커터(C2)가 중심점(A)에 수직하는 위치에서 피치만큼 방사형으로 절삭한다. 따라서 연속으로 연결된 나사산을 미세 톱니형으로 전환시켜 준다. 성형홈(35)에 의해 톱니형으로 전환된 암나사(32)는 수나사(33)가 자체적으로 탭을 성형할 수 있도록 도모 해준다.

그리고 수나사(33)의 성형홈(36)은 도 1 내지 도 3처럼 구형의 연속적인 나사산을 따라 일정한 각도마다 형성된다. 즉, 도 5c처럼 형상프로파일(31)과 동일한 지름을 가진 엔드밀(C2)이 샤프트(21)의 외면에 인접된 상태에서 형상프로파일(31)과 상호 대칭되는 영역까지 절삭한다. 따라서 연속으로 연결된 나사산을 절삭날로 전환시켜 준다. 성형홈(36)에 의해 절삭날로 전환된 수나사(33)는 톱니형 암나사(32)를 맞물리는 각도대로 탭을 성형하여 일체로 체결되게 한다.

본 발명에 의한 암나사(32)와 수나사(33)가 체결되는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 고정홀(15)과 헤드(25)가 축체결 시에는 도 6a처럼 암나사(32)와 수나사(33)가 본래의 나사산대로 맞물려 별다른 작용 없이 1:1로 체결된다. 그러나 고정홀(15)과 헤드(25)가 소정 각도로 어긋난 경우에는 도 6b처럼 미세한 톱니형 암나사(35)가 수나사(33)에 걸리면서 일체로 체결하게 된다. 여기서 수나사(33)와 체결되지 못한 암나사(35)의 일부는 수나사(33)의 성형홈(36)에 걸리면서 뭉개져 수나사(33)의 패턴대로 재 성형된다. 이로써 나사와 수나사가 치밀한 상태로 체결됨에 따라 결합력을 향상할 수가 있고, 조직이나 이물질이 유입되는 홈이 최소화되어 수술의 완성도를 극대화할 수가 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 플레이트 15: 고정홀
20: 스크류 21: 샤프트
25: 헤드 31: 형상프로파일
32: 암나사 33: 수나사
35, 36: 성형홈 A: 중심점
C: 쓰레드 커터 C1: 사이드 커터
C2: 엔드밀

Claims (3)

1. 골절된 뼈를 재건하는 잠금형 고정 시스템에 있어서:
   상기 뼈 표면에 부착되어 지지하도록 하나 이상의 고정홀을 형성하는 플레이트;와, 상기 고정홀에 삽입되어 뼈 내에 식립되는 샤프트와, 상기 샤프트의 상단에 고정홀과 맞물려 체결되는 헤드를 형성하는 스크류;로 이루어지고,
   상기 고정홀과 헤드는 구형의 형상프로파일로 형성되고, 내·외면에 쓰레드 커터가 형상프로파일의 중심점을 따라 소정의 피치만큼 수직하는 각도대로 암나사와 수나사가 형성되며, 상기 헤드가 고정홀에 축체결 외에도 임의의 각도에서 암·수나사를 체결시키는 성형홈을 포함하고,
   상기 성형홈은 형상프로파일의 지름과 동일한 반지름을 가진 판형의 사이드 커터가 중심점에 수직하는 위치에서 피치만큼 방사형으로 절삭하여 나선형의 나사산을 미세 톱니형으로 전환된 암나사 및,
   상기 성형홈은 형상프로파일과 동일한 지름을 가진 엔드밀이 샤프트의 외면에 인접된 상태에서 형상프로파일과 상호 대칭되는 영역까지 절삭하여 나선형의 나사산을 절삭날로 전환된 수나사를 특징으로 하는 정형외과 임플란트용 잠금형 고정 시스템.
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