(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨の長さ方向に沿って配置される支柱と、該骨を固定するピンと、前記支柱と前記ピンとを傾動自在に固定する固定部材とを有する骨の固定装置であって、前記固定部材における前記支柱の軸方向への移動と、前記骨の軸芯方向への移動を組み合わせることにより、前記ピンが骨の軸芯上の仮想軸を中心として旋回することを特徴とする骨の固定装置。
【請求項２】
前記固定部材には、前記ピンが骨の軸芯上の仮想軸を中心として旋回するように、前記支柱と前記ピンとの旋回方向の相対運動を導く第１の案内溝および第１のカムと、前記支柱と前記ピンとの半径方向の相対運動を導く第２の案内溝および第２のカムとが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の骨の固定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、骨の骨折部の固定および骨の変形矯正等を行う整形外科用器具として使われる骨の固定装置に関する。例えば、人体の上下肢の骨折治療、変形矯正などに用いる骨の固定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
骨折を治療する場合、骨折部を固定するための整形外科用器具として骨の固定装置が使用される。また、この骨の固定装置は伸縮自在となっており、骨の伸長を調整するためにも使われる。
さらに、最近では、交通事故等により骨折した骨や先天性疾患等により変形した骨を矯正するために、骨の固定装置を用いることもある。
【０００３】
従来から骨の固定装置として、骨を外部から固定するいわゆる創外固定器が用いられており、複数のリングとワイヤーにより骨を固定するリング式や、１本の支柱と複数のスクリューピンにより骨を固定する単支柱式など、種々の創外固定器が提案されている。
リング式の創外固定器は、比較的調整が容易で骨の変形矯正に適しているが、固定器がかさばるため、患者の負担が大きいという問題点があった。
単支柱式の創外固定器は、比較的外形が小さく患者の負担を軽減できるが、骨の変形矯正には複雑な調整が必要であった。
単支柱式の創外固定器に関する従来技術として、例えば、特開平３−９４７４５公報に、骨を任意の角度で固定できるようにＸ，Ｙ，Ｚの３軸の角度調整ができる骨の固定装置が提案されており、その固定装置を骨に装着した状態を図１に示す。
図１において、骨１は複数のピン３を挿入して固定されており、ピン３は固定部材４により、支柱２と傾動自在に固定されている。
図１の骨の固定装置には、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸の旋回角を調整する機構が設けられており、骨１に対して任意な位置で固定することができるようになっている。
しかし、この従来の骨の固定装置を実際に使用すると、骨を固定するピンが旋回するときに、ピンの旋回中心が骨の軸芯から外れてしまうという問題点があった。
【０００４】
図２に、特開平３−９４７４５公報に開示された骨の固定装置において、骨を固定するピンが旋回する様子を示す。
図２において、固定部材４が支柱２の軸方向に移動するときに、骨を固定するピン３が矢印の方向に旋回するが、このときピン３が固定部材４の方向に引っ張られる力が働くため、ピン３の旋回中心は骨１の軸芯から固定部材４の側に外れてしまう。図２は、ピン３の旋回中心が、骨の軸芯からズレた状態を示している。
【０００５】
このように、骨を固定するピン３の旋回中心が、骨の軸芯から外れた位置になると、ピン３が旋回したときに骨１の軸芯が平行的にズレてしまい、骨の固定や矯正に複雑な調整が必要となるという問題点があり、しかも、この調整は繰り返し行う必要があるため、医師と患者双方にとって大きな負担となっていた。
また、骨１の軸芯がズレてしまうと、骨１に余分な力やモーメントによる負荷がかかり、骨１にダメージを与える原因となっていた。
さらに、従来の骨の固定装置を骨の変形矯正に用いる場合に、骨の軸芯を中心に骨を旋回させて矯正することができなかった。
また、骨を固定するピンの旋回方法に関する従来技術として、特公平６−２８６６８号公報には、ピンが旋回する円弧の中心を骨皮質内に位置させることによりピンと骨との接触面での応力集中を除去する方法が開示されている。
しかし、この従来技術は、骨が変形することによって受動的にクランプ側のピンが移動するものであり、クランプ側を能動的に移動させて骨の変形矯正を行うものでないうえ、ピンの旋回中心が骨の軸芯ではなく骨皮質であるため、骨の軸芯を中心に変形矯正を行うことができないという問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のような単支柱式の創外固定器における従来の問題点を解決し、骨の変形矯正等を行うために骨を固定するピンが骨と共に旋回する際に、骨の軸芯が平行的にズレない骨の固定装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を解決するために、鋭意検討した結果なされたものであり、支柱と骨を固定するピンとを傾動自在に固定する固定部材にピンの旋回中心が骨の軸芯上に位置するような動作を導く機構を設けることにより、骨を固定するピンが旋回する際に、骨に無理な力がかからない骨の固定装置を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
【０００８】
（１）骨の長さ方向に沿って配置される支柱と、該骨を固定するピンと、前記支柱と前記ピンとを傾動自在に固定する固定部材とを有する骨の固定装置であって、前記固定部材における前記支柱の軸方向への移動と、前記骨の軸芯方向への移動を組み合わせることにより、前記ピンが骨の軸芯上の仮想軸を中心として旋回することを特徴とする骨の固定装置。
ここに、骨の軸芯上の仮想軸とは、骨の軸芯上に交差するように仮想的に設けられる軸であって、骨折や変形した骨を固定または矯正する際に、骨を固定するピンが骨に装着された状態で旋回する中心となる軸をいう。
（２）前記固定部材には、前記ピンが骨の軸芯上の仮想軸を中心として旋回するように、前記支柱と前記ピンとの旋回方向の相対運動を導く第１の案内溝および第１のカムと、前記支柱と前記ピンとの半径方向の相対運動を導く第２の案内溝および第２のカムとが設けられていることを特徴とする（１）に記載の骨の固定装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図３乃至図１３を用いて詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図３は、本発明の骨の固定装置において、骨を固定するピンが旋回する様子を示す。
図３において、固定部材４が支柱２の軸方向への移動に伴って、骨を固定するピン３が矢印の方向に旋回する際に、支柱２とピン３との旋回方向の相対運動を導く第１の案内溝５と、支柱２とピン３との半径方向（ピン３の軸方向）の相対運動を導く図示されていない第２の案内溝とが設けられていることにより、ピン３が矢印の方向に例えば３´まで旋回すると同時に、固定部材４から骨１の軸芯の方向に押し出されるため、ピン３の旋回中心は骨１の軸芯からズレることがなく、骨１の軸芯を中心として旋回することができる。
これにより、骨を固定するピンが旋回しても骨軸がズレないので、骨の固定のために複雑な調整を必要としない。
【００１０】
さらに、この骨の固定装置を用いて、変形した骨を矯正する場合には、骨の軸芯上の仮想軸を中心として骨を旋回することができる。
なお、図３において、１０および１０´は第１の案内溝と勘合してピン３を旋回させる第１のカムを示し、１１および１１´は第２の案内溝と勘合してピン３を軸方向（旋回の半径方向）に押し出す第２のカムを示す。
【００１１】
図４は、本発明に用いる固定部材４の平面図である。
図４において、支柱２に固定部材４の本体８が軸支されており、この本体８にピン３と共に旋回する座部材７が枢支されている。
さらに、座部材７にはピンの保持部材９が軸支されており、ピンはネジ１８により保持部材９に固定されている。
図４において、１４は座部材７を本体８に枢支するネジを示し、１０は本体８に設けられている第１の案内溝と勘合してピンを旋回させる第１のカムを示し、１１は同じく本体８に設けられている第２の案内溝と勘合してピンを軸方向（旋回の半径方向）に押し出す第２のカムを示す。
【００１２】
図５は、本発明に用いる固定部材４の立面図である。
図５において、支柱２に固定部材４の本体８がネジ１６および１７により軸支されており、この本体８にピン３と共に旋回する座部材７が枢支されている。
さらに、座部材７にはピン３の保持部材９が旋回軸１５に軸支されており、調整ネジ１３によりピンの軸における周方向の位置調整を行うことができるようになっており、ピン３はネジ１８により保持部材９に固定されている。
図６は、本発明に用いる固定部材４の側面図である。
図６において、本体８に設けられている第１の案内溝と勘合してピン３を旋回させる第１のカム１０は、第１の案内溝５を貫通する構造となっている。
【００１３】
図７は、本発明に用いる固定部材を構成する本体８の平面図および側面図である。
図７において、左側の図が本体８の平面図を示し、右側の図が側面図を示す。
本体８には、支柱２と図示されていないピンとの旋回方向の相対運動を導く第１の案内溝５と、支柱２とピンとの半径方向（ピンの軸方向）の相対運動を導く第２の案内溝６とが設けられている。
図７に示すように第１の案内溝５は円弧より鋭角な曲線形状の穴であり、第２の案内溝６は平行部と半円部とからなる図８に示す第２のカム１１と勘合する深さを有する凹状となっている。
【００１４】
図８は、本発明に用いる固定部材を構成する座部材７の平面図および側面図である。
図８において、左側の図が座部材７の平面図を示し、右側の図が側面図を示す。
座部材7の端部には、図７に示した支柱とピンとの旋回方向の相対運動を導く第１の案内溝５と勘合する第１のカム１０が設けられている。
また、座部材7の下部には、図７に示した支柱とピンとの半径方向（ピンの軸方向）の相対運動を導く第２の案内溝６と勘合する第２のカム１１が設けられている。
図８における１２は、座部材７を固定部材の本体８に枢支するための長穴を示す。
【００１５】
図９は、骨を固定するピン、第１および第２の案内溝、第１および第２のカムの動作を示す図である。
図９において、ピンが骨の軸芯上の軸Ｏを中心にθだけ旋回したとき、支柱とピンとの旋回方向の相対運動を導く第１の案内溝５は支柱の軸芯方向に５´の位置に移動し、この第１の案内溝に沿って移動する第１のカム１０は１０´の位置に移動することにより、Ｏ点を中心とするピンの旋回運動を実現することができる。
【００１６】
一方、支柱とピンとの半径方向（ピンの軸方向）の相対運動を導く第２の案内溝６は支柱の軸芯方向に６´の位置に移動し、この第２の案内溝に沿って移動する第２のカム１１は１１´の位置に移動することにより、ピンの旋回運動の中心は、旋回前のＯ点と一致させることができる。
この動作により、ピンが旋回しても、骨の固定装置の方にピンが引っ張られることがなく、骨の軸芯上の仮想軸を中心としてピンを旋回させることができ、ピンが旋回しても骨の軸芯がズレないので、骨の固定に複雑な調整の必要がなく、医師と患者双方の負担を著しく軽減することができる。
また、骨を固定するピンが旋回しても骨の軸芯が平行的にズレることがなく、骨に余分な力やモーメントがかからないので、骨にダメージを与える危険性が少ないうえ、神経や血管に損傷を与えることもない。
【００１７】
さらに、本発明の骨の固定装置を、変形した骨の矯正に用いる場合には、このように、骨を固定するピン３の旋回中心を、骨の軸芯上の仮想軸とすることができ、この仮想軸を中心として骨を旋回することができるので、骨の矯正を容易に行うことができる。
なお、第１の案内溝１０の形状は、図９におけるθの値を変化させて作図を行い、第１のカムの中心点をプロットして、この点を、スプライン曲線を用いてつなぐことにより決めることが好ましい。
また、９図では、ピンの旋回中心をピンの軸線と骨の軸線の交点としたが、実際の手術においては、ピンの旋回中心を骨折の箇所にするケースが多いため、
ピンの旋回中心を、骨の軸芯上であってピンの軸芯とは異なる位置にすることになるが、この場合であっても本発明における骨の固定装置を用いることによりピンの旋回中心を骨の軸芯上のズレない位置にすることができる。
【００１８】
＜第２の実施形態＞
図１０および図１１は、本発明に用いる固定部材を構成する座部材にピンの保持部材の位置調整を行うための溝を設けた実施形態を示す図である。
図１０において、座部材７に、ピン３の保持部材９を軸支する旋回軸１５がスライドするピンの保持部材９の位置調整溝１９が設けられている。
この位置調整溝１９は、図１０に示すように上に凸の円弧状となっているため、旋回軸１５を位置調整溝１９の中をスライドさせることにより、ピン３の保持部材９の位置を調整することができ、骨の固定装置を支える支柱と骨とか平行でなく捩れの位置関係にある場合であっても、ピンを骨に対して垂直に固定する位置に調整することができる。
【００１９】
図１１は、ピン３の保持部材９を、スライドさせる位置調整溝を設けることにより、保持部材９の位置調整を行う場合を示す図である。
この位置調整溝１９は、図１１に示すように下に凸の円弧状となっているため、ピン３の保持部材９を位置調整溝１９の中をスライドさせることにより、ピン３の保持部材９の位置を調整することができ、骨の固定装置を支える支柱と骨とか平行でなく捩れの位置関係にある場合であっても、ピンを骨に対して垂直に固定する位置に調整することができる。
【００２０】
＜第３の実施形態＞
図１２および図１３は、本発明の骨を固定するピンの旋回方向の移動を導く第１のカムの位置調整部材を有する実施形態を示す図である。
図１２は、本発明に用いる第１のカムの位置調整部材を装着した骨の固定装置の平面図である。
図１２において、斜線部で示した第１のカムの位置調整部材２０の端部に設けられた調整ネジ２１を旋回させることにより、第１のカムの位置を変更できるようになっており、骨を固定するピンの位置を微調整することができるうえ、骨の変形矯正を行うときにこの調整ネジ２１を回すことによって骨の軸芯上の仮想軸を中心として骨の角度を変えることができる。
図１３は、本発明に用いる第１のカムの位置調整部材を装着した骨の固定装置の立面図である。
図１３において、第１のカムの位置調整部材を２０´の位置に付け替えて調整ネジ２１を回すことにより、第１のカムを２０の時と逆方向に移動することができる。
【００２１】
【実施例】
本発明の骨の固定装置を、人体の上下肢における骨の変形矯正用として、下記の仕様にて製作した。
１）固定部材（１本）：外径16mm、長さ340mm
２）固定部材（２個）：長さ70mm×幅60mm×厚み35mm
３）骨の固定用ピン（６本）：スクリューピン、外径6mm、長さ180mm、ネジ切り部長さ70mm
この実施例のように、複数の固定部材を使用することにより、変形した骨を共通の仮想軸を中心として旋回させて矯正することができる。
上記の仕様にて製作した本発明の骨の固定装置を用いた結果、ピンの旋回角θが±２０度までピンの旋回中心が骨の軸芯上からズレなかった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、支柱と骨を固定するピンとを傾動自在に固定する固定部材にピンの旋回中心が骨の軸芯上に位置するような動作を導く機構を設けることにより、骨を固定するピンが旋回する際に、骨の軸芯がズレることがなく、骨の固定のための複雑な調整が不要となり、骨に余分な力やモーメントがかからないうえ、骨軸上の仮想軸を中心として骨の変形矯正ができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】骨に固定装置を装着した状態を示す図である。
【図２】従来の骨の固定装置において、骨を固定するピンが旋回する様子を示す図である。
【図３】本発明の骨の固定装置において、骨を固定するピンが旋回する様子を示す図である。
【図４】本発明に用いる固定部材の平面図である。
【図５】本発明に用いる固定部材の立面図である。
【図６】本発明に用いる固定部材の側面図である。
【図７】本発明に用いる固定部材を構成する本体の平面図および側面図である。
【図８】本発明に用いる固定部材を構成する座部材の平面図および側面図である。
【図９】骨を固定するピン、第１および第２の案内溝、第１および第２のカムの動作を示す図である。
【図１０】本発明に用いる固定部材を構成する座部材にピンの保持部材の位置調整を行うための上に凸の溝を設けた実施形態を示す図である。
【図１１】本発明に用いる固定部材を構成する座部材にピンの保持部材の位置調整を行うための下に凸の溝を設けた実施形態を示す図である。
【図１２】本発明に用いる第１のカムの位置調整部材を装着した骨の固定装置の平面図である。
【図１３】本発明に用いる第１のカムの位置調整部材を装着した骨の固定装置の立面図である。
【符号の説明】
１：骨、
２：支柱、
３：ピン、
４：固定部材、
５：第１の案内溝、
６：第２の案内溝、
７：座部材、
８：本体、
９：ピン保持部材、
１０：第１のカム、
１１：第２のカム、
１２：長穴、
１３：調整ネジ、
１４：ネジ、
１５：旋回軸、
１６〜１８：ネジ、
１９：ピンの保持部材の位置調整溝
２０、２０´：第１のカムの位置調整部材
２１、２１´：調整ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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