JP3689146B2 - 骨へのスクリュー固定用素子 - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は、人間及び(又は)動物の骨にスクリューをねじ込み固定する際に使用する素子に関する。
【0002】
【従来の技術及びその問題点】
人間及び(又は)動物の様々な骨疾患、例えば骨変形や骨折を治療するため、骨にスクリューを螺合固定することがある。スクリューは、骨が十分な強度を有する場合には、該骨に直接螺合させ、あるいは骨に下穴を穿けた後螺合させることで、骨とスクリューとの十分な結合強度を得ることができる。ところが、骨粗鬆症の患者においては、スクリューを螺合させる際、骨に空孔があるため、スクリューと骨との十分な固定強度が得られないという問題がある。例えば、脊椎後方固定術は、個々の椎体にスクリューを螺合させ、これらのスクリューを上下の椎体に渡る矯正用プレートに結合するものであるが、スクリューと骨との結合強度が十分でないと、十分な矯正を行なうことができず、あるいはこの術を施すことができない。このため、骨(椎体)に形成した下穴に、アパタイト顆粒やリン酸カルシウム系セメント等の人工骨材料を詰め、その後、スクリューを螺合させる試みがされているが、顆粒状、泥状の人工骨材料を詰める作業は、非常に作業性が悪いばかりか、必要な量の人工骨材料を詰めることが困難である。
【0003】
【発明の目的】
本発明は、骨へスクリューを螺合固定する際の以上の問題、すなわち、特に骨粗鬆症等の強度が十分でない骨にスクリューをねじ込み固定する際の固定強度の低下の問題を、簡単に解決することができるスクリュー固定用素子を得ることを目的とする。
【0004】
【発明の概要】
本発明の骨へのスクリュー固定用素子は、リン酸カルシウム系化合物の焼結体又は硬化体から成り、この焼結体又は硬化体は、下穴へ挿入する前及び挿入中においてはその形状を保持する強度と、挿入後該焼結体又は硬化体にスクリューをねじ込むときには該スクリューにより壊れて挿入前の形状を失う脆性とを有することを特徴としている。
このスクリュー固定用素子によると、骨に形成した下穴への挿入を容易に行なうことができ、一方、挿入後スクリューをねじ込むと、ねじ込み力により壊れてその細片がスクリューの周囲に散らばるので、スクリューの周囲に万遍なくリン酸カルシウム系化合物の粉末状のものを位置させることができ、その結果、スクリューを骨に高い強度で固定することができる。
【0005】
本発明のスクリュー固定用素子は、下穴形状に合わせた任意の形状とすることが可能であるが、下穴は通常ドリルで穿設されることを考慮すると、柱状体から構成するのが最も実際的である。柱状体は、使用部位に応じ、1.5〜5.0mmφ、長さが15〜60mm程度のものを選択使用する。この柱状体には、その軸部にスクリュー用の下穴を設けておくことができる。下穴は、0.5〜3.5mmφとし、その深さ(長さ)は、全長の1/3以上、好ましくは1/2以上とするのがよい。
【0006】
本発明は、必要な強度と脆性、及び生体適合性をバランスよく備えるために、Ca/Pモル比が1.5〜2.0であるリン酸カルシウム系化合物から構成する。リン酸カルシウム系化合物としては、例えば、ハイドロキシアパタイト、フッ素アパタイト等のアパタイト類、リン酸三カルシウム、リン酸四カルシウムなどが挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を使用することができる。本発明においては、これらのリン酸カルシウム系化合物を焼結して焼結体として用いるか、水硬性リン酸カルシウムを硬化させて硬化体として用いる。焼結体の場合は、気孔率を40〜80%とすることが好ましく、硬化体の場合は気孔率を20〜70%とすることが好ましい。焼結体の気孔率が40%未満のとき及び硬化体の気孔率が20%未満のときは必要な強度が得にくく、焼結体の気孔率が80%を越えるとき及び硬化体の気孔率が70%を越えるときは、逆に必要な脆性が得にくくなる。
【0008】
本発明のスクリュー固定用素子は、様々な方法で製造でき、製造方法には特に制限はないが、ハイドロキシアパタイトを原料とする焼結体を例にとってその製造方法の一例を説明する。まず、公知の方法でリン酸とカルシウム塩から湿式合成法によりハイドロキシアパタイトスラリーを得る。得られたスラリーをスプレードライヤーを用いて乾燥し、ハイドロキシアパタイト粉末を得、この粉末を例えば静水圧プレスで本発明のスクリュー固定用素子形状に成形する。成形体を電気炉内で1000〜1200℃の範囲で焼成し、当該スクリュー固定用素子を得る。成形方法としては、この他にも注型法、射出成形法、圧粉体を旋盤加工により成形する方法などを採用することができる。
また、例えばα−リン酸三カルシウム粉末を、必要に応じて硬化促進剤として酸を添加した水と練和することにより硬化体を作製し、これを本発明のスクリュー固定用素子形状に加工するか、又は型内で上記の硬化体を作製することができる。
【0009】
【発明の実施例】
図1、図2は、本発明によるスクリュー固定用素子10の形状例を示している。このスクリュー固定用素子10は、基本的に円柱状部11からなるもので、この円柱状部11の先端に、予め穿設されたスクリュー孔に挿入し易くする目的で径を徐々に細くしたテーパ径部12を形成している。またその軸部には、テーパ径部12側が閉じられた有底の下穴13が形成されている。下穴13の開口端には、面取り14が施されている。このスクリュー固定用素子10は、図1、図2に示すように、異なる長さLと径φのものを予め用意し、骨に形成する下穴の長さと径に応じて選択使用する。
【0010】
図3は、このスクリュー固定用素子10を用いた骨へのスクリュー固定方法を模式的に示す。骨20に先ずドリルを用いて下穴21を穿設する。この下穴21に、テーパ径部12側からスクリュー固定用素子10を挿入する。この挿入作業では、スクリュー固定用素子10はその円柱状の形状を保持している。挿入作業が終了したら、スクリュー固定用素子10の下穴13の面取り14にスクリュー30の先端を合わせ、該スクリュー30のねじ込み作業を始める。スクリュー30が下穴13内にねじ込まれると、そのねじ込み力により、やがてスクリュー固定用素子10が壊れてその形状を失い、スクリュー30の周囲に粉状となった細片10’が散らばる。早い段階でスクリュー固定用素子10が壊れる場合には、下穴21内に細片10’が満たされた後、スクリュー30がこの細片10’内に螺合されることとなり、骨20の空孔とスクリュー30の間に細片10’が圧縮状態で位置することとなる。このため、スクリュー30は強固に骨20に結合される。
【0011】
図4、図5は、脊椎後方固定術の概念図である。上下の椎体22には、それぞれスクリュー(ペディクルスクリュー)31が螺合され、このスクリュー31の外方突出端の適宜位置に、上下の椎体に共通の矯正プレート33が結合される。本発明のスクリュー固定用素子10は、例えばこの脊椎後方固定術において、椎体22にスクリュー31をねじ込み固定する際に用いることができる。
【0012】
次に、具体的なスクリュー固定用素子10の製造例を説明する。
製造例1
公知の方法でハイドロキシアパタイトスラリーを湿式合成した。このスラリーをスプレードライヤで乾燥し、ハイドロキシアパタイト粉末を得た。得られた粉末を金型プレスし、直径10mm×長さ60mmの圧粉体を作製した。圧粉体を焼成収縮分を考慮してNC旋盤で6mmφ、長さ45mm、下穴2mmφの寸法に加工し、電気炉内で1100℃で2時間焼成したところ、4mmφ、長さ30mm、下穴1.35mmφの図1及び図2に示す形状のスクリュー固定用素子が得られた。
【0013】
製造例2
リン酸水溶液と水酸化カルシウム懸濁液を公知の方法で反応させ、乾燥させてCa/Pモル比1.67のハイドロキシアパタイトを得た。このハイドロキシアパタイトを温度1300℃、圧力1.3×10-4Paで1時間焼成した。その結果、ハイドロキシアパタイトの熱分解によって生じたα−リン酸三カルシウムとリン酸四カルシウムとの混合物を得た。このようにして得られたα−リン酸三カルシウムとリン酸四カルシウムとの混合物を粉剤とし、クエン酸45%、グルコース15%及びキトサン1%を含む水溶液と、粉液比2:1で練和した。この練和物を、挿入側の端面が直径10mm、上面が直径15mm、長さが75mmのテーパ軸形状にくり抜いた割型(ポリアセタール製)に入れて硬化させ、約10分後完全に硬化した後に型から取り出し、所望の円柱形状の硬化体を得た。この硬化体に、φ1.35mmの下穴を追加工して図1、図2に示す形状のスクリュー固定用素子を得た。
【0014】
【発明の効果】
本発明によれば、スクリュー固定用素子が骨への挿入前には形状を維持しているので、骨の下穴へ容易に挿入することができ、一方、挿入後スクリューを螺合させると、崩れて形を失うので、その細片がスクリューと骨の下穴との間に位置する。このため、スクリューを強固に骨に固定することができる。よって骨にスクリューを螺合させて固定する骨疾患の治療に広く用いることができ、特に骨粗鬆症等の骨に十分な強度がない場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の骨へのスクリュー固定用素子の実施例を示す正面図である。
【図2】同別の実施例を示す正面図である。
【図3】本発明のスクリュー固定用素子を用いたスクリュー固定方法を示す模式図である。
【図4】脊椎後方固定術の概念を示す模式平面図である。
【図5】同正面図である。
【符号の説明】
10 スクリュー固定用素子
11 円柱状部
12 テーパ径部
13 下穴
20 骨
21 下穴
30 スクリュー
Claims (5)
- 骨に形成した下穴に挿入して用いるスクリュー固定用素子であって、リン酸カルシウム系化合物の焼結体又は硬化体から成り、この焼結体又は硬化体は、下穴へ挿入する前及び挿入中においてはその形状を保持する強度と、挿入後該焼結体又は硬化体にスクリューをねじ込むときには該スクリューにより壊れて挿入前の形状を失う脆性とを有することを特徴とする骨へのスクリュー固定用素子。
- 請求項1記載の骨へのスクリュー固定用素子において、リン酸カルシウム系化合物は焼結体からなり、その気孔率が40〜80%である骨へのスクリュー固定用素子。
- 請求項1記載の骨へのスクリュー固定用素子において、リン酸カルシウム系化合物は硬化体からなり、その気孔率が20〜70%である骨へのスクリュー固定用素子。
- 請求項1ないし3のいずれか1項記載の骨へのスクリュー固定用素子において、径が1.5〜5.0mmφ、長さが15〜60mmの柱状体からなる骨へのスクリュー固定用素子。
- 請求項4記載の骨へのスクリュー固定用素子において、柱状体は、その軸部にスクリュー用の下穴を有する骨へのスクリュー固定用素子。
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