骨ネジとアンカーのスイス加工

整形外科および歯科用途向けの精密で複雑な機能の実現

他の多くの医療機器と比較して、骨ネジは一見単純な構造をしています。一方の端に頭があり、もう一方の端に先端があるネジ付きシリンダーです。しかし、骨ねじ (アンカーとも呼ばれます) の設計は驚くほど複雑になる場合があります。

そのため、精密な CNC スイス式機械加工が、骨ねじ​​に最終用途に適した特徴と機能性を与える設計を実現する上で重要な役割を果たします。

ボーンスクリューの基本構造

ほとんどの人がよく知っている一般的な木ねじと同様に、骨ねじの構造には特定の基本的な特徴があります。

• 頭 ネジの上部は、ネジの挿入を助ける平らな表面です。
• ヒント ネジのもう一方の端で、頭の反対側です。
• 長さ ねじのシャフト (または本体) の直径は、頭から先端までの長さです。
• ピッチ スクリューの距離は、スクリューが 360 度回転するごとに移動する距離です。
• 外径 ねじの 1 つの山から反対側のもう 1 つの山までのねじの総厚です。
• 内径 ねじ山を含まないねじの太さです。ねじを挿入する下穴は内径と同じサイズにする必要があるため、これは知っておくことが重要です。

ボーンスクリューを使用する理由

骨ネジの主な機能は、骨折の修復を助けることです。通常、スクリューは骨の動きの力を圧縮に変換して骨を所定の位置に保持し、より迅速に治癒できるようにします。

骨ねじの使用は、20 世紀初頭にさかのぼります。それは、外科医のウィリアム・オニール・シャーマンが、プレートと従来のネジを骨に取り付けるように改造して、骨折の固定を開拓したときでした.

今日、骨ねじは整形外科および歯列矯正の幅広い用途で使用されています。整形外科用ネジは、主に骨の固定に使用されるか、軟部組織 (腱など) を骨に取り付けるのに役立ちます。歯科では、骨ねじは通常、代わりの歯などの何かを固定するアンカーとして機能します。

予想通り、最新の骨ねじは、Doc Sherman のバージョンよりも正確で専門的です。当然のことながら、CNC スイス機械加工は、スクリューの固定方法や骨や他の組織への接着能力を強化する正確な機能を作成するためによく使用される方法です。

異なる骨、異なるネジ

ピッチの異なる 4 つの市販の骨ねじの強度を比較した研究では、ねじの保持力は、骨の密度、ねじ山の設計、および骨にかみ合うねじ山の数と相関していました。骨の種類によって密度が異なるため、骨の種類がスクリューの設計に影響を与えることは理にかなっています。

皮質（または緻密）骨 人体に支持構造を提供し、内臓を保護するのに役立つ骨の硬くて密な外層を構成します。これらの滑らかで白いしっかりとした骨は、成人の体重の約 80% を占めています。

海綿骨 （海綿骨とも呼ばれます）は、人間の骨の内部組織ネットワークを形成し、一般に他の骨の先端、関節の近く、および椎骨の内側に見られます。海綿骨は、皮質骨より密度が低く、やや柔らかく、柔軟です。

したがって、CNC スイス機械加工を使用して、使用される骨の種類に基づいてねじ切り、ピッチ、およびその他の機能が異なるねじを作成できます。

• コーティカル スクリュー — コーテックス スクリューとも呼ばれる — は、皮質骨に挿入したときにしっかりと固定され、最大限の安定性を提供するように設計されています。これらの強力なねじはピッチが小さく、全長に沿って狭い間隔で浅いねじ山があり、通常は先端が鈍くなっています。コーティカル スクリューの長さは通常、0.059 インチ (1.5 mm) から 0.177 インチ (4.5 mm) です。

• 海綿ネジ は、海綿骨の固定用に設計されており、コーティカル スクリューよりも長く、ピッチが大きくなっています。海綿状のねじ山は、より深く切り込まれ、間隔が広く、シャフトは完全にねじ切られているか、部分的にしかねじ切られていません。ネジの長さは通常、0.138 インチ (3.5 mm) から 0.256 インチ (6.5 mm) です。

ボーンスクリューの設計におけるその他の変数

ねじ山とピッチのバリエーションに加えて、CNC スイス機械加工の精密な機能により、ボーン スクリューには穴、段、スロット、およびその他の機能が作成されます。たとえば、特定のニーズを満たすために、さまざまなタイプの骨スクリュー ヘッドを作成できます。

• 歯を固定するためのネジには、代わりの歯を押し付けることができる先細りのヘッドが付いている場合があります。
• ネジ付きのネジ頭を使用して、骨ネジとそのアタッチメント (プレートなど) を所定の位置に固定し、安定性を高めることができます。
• ねじ回しを使用して挿入できるように、一般的に六角形のねじ頭が使用されます。

スイスの機械加工された骨ねじも、さまざまなねじ挿入技術をサポートするさまざまな先端設計を利用できます。

• 非タッピングねじ パイロット穴を開けて穴の内側にねじ山をたたくことで挿入される、滑らかで丸い先端を持っています。
• タッピンねじ ねじが下穴に挿入されると、ねじがそれ自体のねじ山をタップするように、溝が切られています。たとえば、海綿骨は皮質骨よりもはるかに密度が低いため、海綿骨ネジはセルフタッピングです。つまり、ネジが挿入されると、骨の中で経路を切ります。
• セルフドリルねじ 下穴等の下準備不要でそのまま挿入できます。ネジは独自の下穴を作成し、セルフタッピングも行います。

独自のスクリュー設計の利点

医療機器会社は、独自のボーン スクリュー設計のバリエーションを考案して、他とは一線を画し、競争上の優位性を提供する独自のものを作成することもできます。

特許取得可能な独自の設計は、アンカー メーカーにとってのメリットであるだけでなく、CNC スイス式機械加工で非常に複雑な設計になる可能性があるものを作成する機会と課題を生み出します。たとえば、より複雑な形状は、スイスの機械加工におけるセグメンテーション技術により、より洗練された機械工場が顧客の複雑な設計ニーズを満たすことができる完璧な例です。

もう 1 つの指針となる原則 - ワンピース構造の医療機器を設計する - は、機械加工の観点から部品をより複雑にすることがよくあります。スイスの機械加工は、この課題に立ち向かい、複数の部品のうちの 1 つが故障したためにデバイスが分解したり、問題が発生したりするリスクを最小限に抑える単一部品の設計を製造業者が実現するのに役立ちます。

さらに、骨の成長と接着にプラスの影響を与えるために、機械加工後の骨ネジにさまざまな表面修正 (下記参照) を追加することができ、特定のアンカー設計を他のメーカーのオプションとは一線を画すものにします

ボーン スクリューの特定の材料に関する考慮事項

整形外科および歯科用の骨ねじおよびアンカーは、1 世紀以上にわたって金属合金から作られてきました。つまり、どの材料が高強度、耐腐食性、および生体適合性を適切に組み合わせているかを知るために、多くの時間が費やされました。

今日の製造業者は一般に、米国材料試験協会 (ASTM) または ISO 仕様を満たすインプラントグレードの材料を選択しています。したがって、正しい特徴と機能を備えた骨ねじを作成するには、それぞれ独自の特性を持つさまざまな材料をスイス機械加工する能力が必要です。

ステンレス鋼は医療機器で人気があり、骨ねじに使用できますが、ここ数十年で、チタンと、独自の特性と利点のために選択された一連の特殊金属の使用が増加しています。

例:チタン — 純粋なバージョンと合金バージョンが利用可能 — 目標が軽量で高強度である場合、またはデバイスを別のチタン コンポーネントと嵌合または接続する必要がある場合によく使用されます。下顎骨折の治療には、チタン製のネジがよく使用されます。

チタン合金 Ti-6Al-4V ELI (チタン-6 アルミニウム-4 バナジウム超低インタースティシャル) は、軽量、耐腐食性、強度、および生体適合性を備えています。溶融プロセス中の厳密な制御により、延性と強度が向上した材料が得られるため、チタン ELI は骨ねじやその他の医療機器に人気があり、耐久性のある選択肢となっています。

ニチノール (NiTi) 変形せずに大きな応力に耐えることができるため、選択されることがあります。つまり、骨ネジやその他のデバイスが永久的なセットを行わずにわずかに伸びて変化する必要がある用途に使用できます.

その他の高強度で生体適合性のある素材は、骨ネジとアンカーのスイス機械加工で互換的に使用されることが多く、次のものがあります。

• MP35N ^® および同様の 35N LT ^® (低チタン)、MP35N の微量のチタンを除去した溶融物であり、疲労寿命が向上します
• L605
• 316LVM
• Elgiloy ^® 、コニクローム ^® 、ASTM F1058 および ISO 5832-7 で指定されたその他の合金

オッセオインテグレーションを促進する表面処理

ここメタルカッティングでは、表面仕上げは非常に重要なトピックです。ボーンスクリューやスイスマシニングの場合、表面処理はユニークなトピックです。

一部の骨ネジは一時的なものであり、最終的には取り外されますが、ほとんどのネジは留置されます。スクリューの表面仕上げは、スクリューがしっかりと埋め込まれ、骨がその周りで成長するように、骨の成長を促進することに大きく関係していることが判明しました.

科学者は、オッセオインテグレーションを促進するために適用できる特別なコーティングの開発に引き続き取り組んでいますが (一例について読んでください)、ネジ製造業者は、より粗い仕上げやその他のさまざまな種類の表面が骨の成長を促進するのに役立つことを発見しました.

直接レーザー焼結 (3D 金属印刷としても知られる) の発明により、これまで達成できなかったレベルの多孔性を達成できるようになり、単なる粗い表面仕上げを超えてオッセオインテグレーションが促進されます。そのため、3D 製造は骨ねじや他の多くの医療機器用途の未来になる可能性が非常に高いのです。

ただし、整形外科用骨ねじおよび歯科用アンカーの製造に使用される材料のほとんどは、熱処理できません。代わりに、3D 金属印刷ではできない冷間加工によって強度が増します。

つまり、あなたはまだ レーザー焼結の前に、スイスで機械加工されたロッドまたはワイヤーから始めなければなりません!

スイス機械加工 vs. 骨ねじの 3D レーザー プリント?

3D 金属プリンターは何でもできると言いますが、冷間加工は、骨ねじのすべての用途を 3D プリントできるようになる前に克服しなければならない課題の 1 つです。それまでは、スイス式機械加工には、棒材として冷間加工材料から始めるという利点があります。

3D プリントの魔法は、付加的なプロセスとしてボイドを生成できることです。これは、軽量化と多孔性のために、スイスの機械加工では太刀打ちできない利点です。ただし、ネジの機能にとって重要なねじ山、穴、段差、およびその他の機能については、追加プロセスと削除プロセスの両方で同じ寸法の最終結果が得られます。

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