(57)【要約】 【課題】  ３本の回転軸の周囲での動きに対し、動きの終了時の衝撃を回避する椎間板置換装置を提供すること。【解決手段】  本発明の関節装置は、圧縮性の軸方向力がかかった時に、（i）前記第１脊椎接触表面と第２脊椎接触表面は、所定の最小椎骨間スペースを確保するために、圧縮力に抗して支持され、（ii）前記第２部材は、第１部材に対し、軸回転と前方屈曲と後方伸展と側面方向曲げに対応する動きの間、変位可能であり、前記各動きは、対応する動作範囲を有し、（iii）前記椎骨間スペースは、前記軸回転、前方屈曲、後方伸展、側面方向曲げの各々の方向に対して、前記動作範囲の少なくとも一部に渡って、中立位置からスムーズな角度変化で増加する。【選択図】  図１Ａ【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１脊椎本体の終板と第２脊椎本体の終板の間の脊柱内の椎間板の少なくとも一部を置換する装置において、
（a）前記第１脊椎本体の終板と係合する第１脊椎接触表面と第１関節表面とを有する第１部材と、
（b）前記第２脊椎本体の終板と係合する第２脊椎接触表面と第２関節表面とを有する第２部材と
を有し、
椎骨間スペースが、第１脊椎接触表面の重心と第２脊椎接触表面の重心との間を結ぶ線の軸方向成分として、定義され、
前記第１関節表面と第２関節表面とは、関節装置の少なくとも一部を構成し、
圧縮性の軸方向力がかかった時に、
（i）前記第１脊椎接触表面と第２脊椎接触表面は、所定の最小椎骨間スペースを確保するために、圧縮力に抗して支持され、
（ii）前記第２部材は、第１部材に対し、軸回転と前方屈曲と後方伸展と側面方向曲げに対応する動きの間、変位可能であり、前記各動きは対応する動作範囲を有し、
（iii）前記椎骨間スペースは、前記軸回転、前方屈曲、後方伸展、側面方向曲げの各々の方向に対して、前記動作範囲の少なくとも一部に渡って、中立位置からスムーズな角度変化で増加し、これにより非衝撃的な動作減衰を提供する
ことを特徴とする椎間板の少なくとも一部を置換する装置。
【請求項２】
前記関節装置は、中立位置からの角度変化の関数としての椎骨間スペースの第１導関数は、前記軸回転、前方屈曲、後方伸展、側面方向曲げのそれぞれに対し、前記動作範囲の大部分に渡って、前記中立位置からの前記角度位置に対し単調に増加するよう、構成される
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記関節装置は、前記第２部材は、前記第１部材に対し、軸回転、前方屈曲、後方伸展、側面方向曲げの組み合わせに対応する動作中、変位可能であるよう、構成される
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記関節装置は、所定の中立位置に戻るように、軸方向負荷の下で、自動的に中心にいく
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記第１部材と第２部材とは、剛性体である
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記第１部材と第２部材とは、金属材料製である
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記第１部材と第２部材とは、セラミック材料製である
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記第１関節表面と第２関節表面は、前記関節装置を提供するよう、直接接触して留置される
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記第１関節表面は、突起部を有し、
前記第２関節表面は、それと適合するリセスを有し、
前記突起部は、前後の断面では、前記突起部の外側形状は、
（a）凸状の湾曲した王冠状の領域と、
前記領域は、前記王冠状領域の頂部で、局部的な最小湾曲を有し、
（b）前記突起部のベースで凹んだ湾曲状の遷移領域と
を有するよう、形成される
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記突起部は、冠面の断面では、前記突起部の外側形状は、
（a）凸状の湾曲した王冠状の領域と、
前記領域は、前記王冠状領域の頂部で、局部的な最小湾曲を有し、
（b）前記突起部のベースで凹んだ湾曲状の遷移領域と
を有するよう、形成される
ことを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記突起部は、前記突起部の冠面方向断面の幅は、前記突起部の前後方向断面の幅より大きいよう、形成される
ことを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記突起部は、軸方向断面において前記突起部の外形は楕円形であるよう、形成される
ことを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
前記対応するリセスは、前記第２関節表面の周囲領域に接続される凸状に湾曲した遷移領域を有する楕円状の凹部として、形成される
ことを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記突起部は、複数の凹んだ側面領域を有し、
前記対応するリセスは、対応する複数の隆起領域を有する
ことを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１５】
前記第１関節表面は、複数の隆起部を有する突起を有し、
前記第２関節表面は、前記隆起部を収納する複数のチャネルを有する対応するリセスを有し、
前記隆起部は、前記チャネルの隣接する表面と相互作用して、椎骨間スペースを増加させる
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１６】
前記第１関節表面は、複数の突起を有し、
前記第２関節表面は、それに対応するリセスを有する
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１７】
前記第１関節表面は、複数のリセスを有し、
前記第２関節表面は、それに対応するリセスを有し、
前記関節装置は、複数のベアリング要素を含み、
前記各ベアリング要素は、前記第１関節表面のリセスと第２関節表面のリセスの向かい合った対の間に入る
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１８】
前記ベアリング要素は、ボール・ベアリングである
ことを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記第１関節表面と第２関節表面の複数のリセスは、前記ボール・ベアリングよりも大きな湾曲の部分的に球状リセスであり、
前記第１関節表面のリセスの位置は、前記第２関節表面のリセスの位置に対し、ずれている
ことを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記関節装置は、前記第１関節表面と第２関節表面内の４個のリセスと４個のボール・ベアリングで具体化される
ことを特徴とする請求項１９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、椎間板置換装置に関し、特に３本の回転軸の周囲で動くことができ、各軸の周囲の動きに対し、動きに減衰を与え動きの終了時の衝撃を回避する椎間板置換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に使用されるTotal Disc Replacements(TDR)の装置の多くは、ボール・ソケット型の関節結合（articulated joint：以下単に「関節」とも称する）に基づいている。このボール・ソケット型の関節結合は、全方向で完全な運動ができるが、動きに減衰を提供できない。特に、軸の回転に関しては、ボール・ソケットの関節結合そのものは、最小の抵抗で無制限に回転できるようになっている。この脊椎骨の部分は、この動きを制限するために、周りの軟らかい組織と動きを制限する面の衝撃を利用している。かくしてこの面と隣接する組織との劣化が加速される。前方向の屈曲（anterior flexion）と、後方向の伸延（posterior extention）と、側面方向の曲げ（lateral bending）とに関しては、動きは、通常TDRのフランジのエッジの上に互いにかかる衝撃で、制限され、通常の使用時において、繰り返し衝撃を生成する。これが、TDRそのものあるいは周囲組織の劣化に繋がる。
【０００３】
より具体的に、本発明と比較するために次に例を挙げる。図１１Ａ−１１Ｃは、側面方向の曲げの様々な位置におけるボール・ソケット構成に基づくTDRの断面を示す。図１１Ｄと１１Ｅは、中央（中立）位置からの角度変化と、関節の曲げモーメントと関節の挙上（以下に定義する椎骨間スペースに相当する）との関係を示す。関節の動きの通常の範囲は、図１１Ａの中立位置から図１１Ｂのフランジ・オン・フランジの（フランジ同士の）接触位置の間である。これは、約６度の曲げ角に相当する。この範囲においては、図１１Ｄに示すように、最小の曲げモーメントは、動きを生成するために、必要とされるが、これは、関節の摩擦抵抗に打ち勝つだけのものである。フランジ間で接触が発生し（図１１Ｂ）、さらに曲げようとすると突然抵抗が発生する。その結果、加えられるモーメントが徐々に増加することでは、更なる動きができなくなる。トルクがあるしきい値を超えた時のみ、曲げは、図１１Ｃに示すように、ボールがソケットから持ち上がり離れることにより、増加し続ける。この状態は、通常発生することを想定していない。持ち上げ運動は、一旦発生すると、加えられた一定トルクで継続する。曲げ角と椎間スペースの間の関係のグラフを図１１Ｅに示す。通常のボールとソケットの動作範囲が０−６度の間にある時には、通常関節の挙上は、発生しない。十分なトルクが加えられてボールをソケットから持ち上がり始めると、椎骨間スペースは、最初は曲げ角の線形関数として始まるが、急峻に広がり始める。
【０００４】
TDRに対する関節装置を開発する様々な試みがなされている。この試みは、人間の椎間板の運動力学の様々な態様を忠実に模写しようとするものである。これらの試みには、円筒状のベアリングあるいはサドル状の関節駆動の表面を採用する様々な装置を含む。これらの装置の一例は、特許文献１−１３に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６７０６０６８号明細書
【特許文献２】米国特許第６９０８４８４号明細書
【特許文献３】米国特許第６９７２０３７号明細書
【特許文献４】米国特許第６９７２０３８号明細書
【特許文献５】米国特許第６９８６７８９号明細書
【特許文献６】米国特許第６９８９０３２号明細書
【特許文献７】米国特許第６９９４７２７号明細書
【特許文献８】米国特許第６９９４７２９号明細書
【特許文献９】米国特許第６９９７９５５号明細書
【特許文献１０】米国特許第７０４８７６４号明細書
【特許文献１１】米国特許第７０４８７６６号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００４／０２２５３６４号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００４／００７３３１１号明細書
【０００６】
本発明の背景技術として特に興味を引くものは、上記の特許文献の内の、回復（自己中心型）力を生成するために、軸回転の角度変化の関数としての伸延（即ち、椎骨間スペースの増加）の技術的思想である。具体的には、脊柱の通常の状態は、上半身の体重が軸方向にかかった状態にある為、軸回転の関数として関節の伸延を引き起こす関節装置は、負荷（上半身の体重）に抗する働きをし、それが、関節を軸回転の中立位置に戻す復元（回復）力となる。このような一例は、特許文献７に教示されている。
【０００７】
回復力を提供するために、負荷のかかった状態での関節の伸延の技術思想は、前述の特許文献で議論されているが、これは１つの回転モードすなわち軸回転にのみ当てはまる。さらに発明者の知る限りでは、周囲組織を損傷する衝撃を起こさないよう、各種の動きの範囲を制限するために、動きの減衰に対する解決法を提供する従来技術は、存在しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、３本の回転軸の周囲で動くことができ、各軸の周囲の動きに対し、動きに減衰を提供して動きの終了時の衝撃を回避する椎間板置換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、３本の回転軸の周囲で動くことができ、各軸の周囲の動きに対し、動きに減衰を提供して動きの終了時の衝撃を回避する椎間板置換装置である。
【００１０】
本発明の一実施例によれば、第１脊椎本体の終板と第２脊椎本体の終板の間の脊柱内の椎間板の少なくとも一部を置換する装置において、（a）前記第１脊椎本体の終板と係合する第１脊椎接触表面と第１関節表面とを有する第１部材と、（b）前記第２脊椎本体の終板と係合する第２脊椎接触表面と第２関節表面とを有する第２部材とを有する。椎骨間スペースが、第１脊椎接触表面の重心と第２脊椎接触表面の重心との間を結ぶ線の軸方向成分として、定義され、前記第１関節表面と第２関節表面とは、関節装置の少なくとも一部を構成する。圧縮性の軸方向力がかかった時に、（i）前記第１脊椎接触表面と第２脊椎接触表面は、所定の最小椎骨間スペースを確保するために、圧縮力に抗して支持され、(ii）前記第２部材は、第１部材に対し、軸回転と前方屈曲と後方伸展と側面方向曲げに対応する動きの間、変位可能であり、前記各動きは対応する動作範囲を有し、（iii）前記椎骨間スペースは、前記軸回転、前方屈曲、後方伸展、側面方向曲げの各々の方向に対して、前記動作範囲の少なくとも一部に渡って、中立位置からスムーズな角度変化で増加し、これにより非衝撃的な動作減衰を提供する。
【００１１】
本発明の一実施例によれば、前記関節装置は、中立位置からの角度変化の関数としての椎骨間スペースの第１導関数は、前記軸回転、前方屈曲、後方伸展、側面方向曲げのそれぞれに対し、前記動作範囲の大部分に渡って、前記中立位置からの前記角度位置に対し単調に増加するよう、構成される。
【００１２】
本発明の一実施例によれば、前記関節装置は、前記第２部材は、前記第１部材に対し、軸回転、前方屈曲、後方伸展、側面方向曲げの組み合わせに対応する動作中、変位可能であるよう、構成される。
【００１３】
本発明の一実施例によれば、前記関節装置は、所定の中立位置に戻るように、軸方向負荷の下で、自動的に中心にいく。
【００１４】
本発明の一実施例によれば、前記第１部材と第２部材とは、剛性体である。
【００１５】
本発明の一実施例によれば、前記第１部材と第２部材とは、金属材料製である。
【００１６】
本発明の一実施例によれば、前記第１部材と第２部材とは、セラミック材料製である。
【００１７】
本発明の一実施例によれば、前記第１関節表面と第２関節表面は、前記関節装置を提供するよう、直接接触して留置される。
【００１８】
本発明の一実施例によれば、前記第１関節表面は、突起部を有し、前記第２関節表面は、それと適合するリセスを有し、前記突起部は、前後の断面では、前記突起部の外側形状は、（a）凸状の湾曲した王冠状の領域と、前記領域は、前記王冠状領域の頂部で、局部的な最小湾曲を有し、（b）前記突起部のベースで凹んだ湾曲状の遷移領域とを有するよう、形成される。
【００１９】
本発明の一実施例によれば、前記突起部は、冠面の断面では、前記突起部の外側形状は、（a）凸状の湾曲した王冠状の領域と、 前記領域は、前記王冠状領域の頂部で、局部的な最小湾曲を有し、（b）前記突起部のベースで凹んだ湾曲状の遷移領域とを有するよう、形成される。
【００２０】
本発明の一実施例によれば、前記突起部は、前記突起部の冠面方向断面の幅は、前記突起部の前後方向断面の幅より大きいよう、形成される。
【００２１】
本発明の一実施例によれば、前記突起部は、軸方向断面において前記突起部の外形は楕円形であるよう、形成される。
【００２２】
本発明の一実施例によれば、前記対応するリセスは、前記第２関節表面の周囲領域に接続される凸状に湾曲した遷移領域を有する楕円状の凹部として、形成される。
【００２３】
本発明の一実施例によれば、前記突起部は、複数の凹んだ側面領域を有し、前記対応するリセスは、対応する複数の隆起領域を有する。
【００２４】
本発明の一実施例によれば、前記第１関節表面は、複数の隆起部を有する突起を有し、前記第２関節表面は、前記隆起部を収納する複数のチャネルを有する対応するリセスを有し、前記隆起部は、前記チャネルの隣接する表面と相互作用して、椎骨間スペースを増加させる。
【００２５】
本発明の一実施例によれば、前記第１関節表面は、複数の突起を有し、前記第２関節表面は、それに対応するリセスを有する。
【００２６】
本発明の一実施例によれば、前記第１関節表面は、複数のリセスを有し、前記第２関節表面は、それに対応するリセスを有し、前記関節装置は、複数のベアリング要素を含み、前記各ベアリング要素は、前記第１関節表面のリセスと第２関節表面のリセスの向かい合った対の間に入る。
【００２７】
本発明の一実施例によれば、前記ベアリング要素は、ボール・ベアリングである。
【００２８】
本発明の一実施例によれば、前記第１関節表面と第２関節表面の複数のリセスは、前記ボール・ベアリングよりも大きな湾曲の部分的に球状リセスであり、前記第１関節表面のリセスの位置は、前記第２関節表面のリセスの位置に対し、ずれている。
【００２９】
本発明の一実施例によれば、前記関節装置は、前記第１関節表面と第２関節表面内の４個のリセスと４個のボール・ベアリングで具体化される。
【実施例】
【００３０】
本発明は、３本の回転軸の周囲で動くことができ、各軸の周囲の動きに対し、動きに減衰を提供して動きの終了時の衝撃を回避する椎間板置換装置である。
【００３１】
図１Ａ−５Ｃには、本発明の第１実施例が示されている。本発明の装置は、第１脊椎本体の終板と第2脊椎本体の終板の間の脊柱内の椎間板の少なくとも一部を置換する装置である。
【００３２】
本発明の一実施例は、第１部材１００と第２部材１０２とを有する。この第１部材１００、第１脊椎本体の終板と係合する第１脊椎接触表面２２を有する。また第２部材１０２は、第２脊椎本体の終板と係合する第２脊椎接触表面１０を有する。第１部材１００と第２部材１０２とは、それぞれ関節表面１０４、１０６を有する。この関節表面１０４、１０６は、関節装置の少なくとも一部を形成する。関節装置の構成は、次の通りである。圧縮性の軸方向力がかかった時に、（i）前記第１脊椎接触表面と第２脊椎接触表面は、所定の最小椎骨間スペースを確保するために、圧縮力に抗して支持され、（ii）前記第２部材は、第１部材に対し、軸回転と前方屈曲と後方伸展と側面方向曲げに対応する動きの間、変位可能であり、前記各動きは、対応する動作範囲を有し、（iii）前記椎骨間スペースは、前記軸回転、前方屈曲、後方伸展、側面方向曲げの各々の方向に対して、前記動作範囲の少なくとも一部に渡って、中立位置からスムーズな角度変化で増加し、これにより非衝撃的な動作減衰を提供する。
【００３３】
言い換えると、本発明の実施例は、軸方向負荷を支える椎間板置換装置を提供する。本発明の椎間板置換装置は、人体の動きの範囲に類似する３本の軸の周囲の動作が可能で、各軸の周囲での動作に対する椎骨間スペースを順次増加させ、あらゆる種類の動作の減衰を可能とする。広範囲の形状を採用することにより、上記の特性を達成できる。一例として６個の実施例を以下説明する。
【００３４】
本発明は、従来の椎間板置換装置に比較して、特に優れた複数の利点を有する。特に、各方向の動きに対し機械的減衰機能を持った動き（動作）を提供することにより、動きの自然の範囲に類似したあらゆる範囲の動きが提供でき、しかも従来の装置の動きの終了時の衝撃に起因する組織の劣化が加速する問題を回避できる。このような利点あるいは他の利点は、以下の説明から明らかである。
【００３５】
中立位置からの所定の動き（変位）に対する椎骨間スペースの所望の大きさは、以下の式から導き出される。エネルギー消費（摩擦は無視する）は、次の通りとなる。
∫M.dα＝∫F.dx
Ｍは、所定軸の周囲の回転を生成するため加えられたモーメントである。
αは、加えられたモーメントにより生成される角度変化。
Ｆは、ベアリング装置にかかる軸方向負荷の力。
Ｘは、椎骨間スペースの増加量。
【００３６】
加えられたモーメントと角度変化との間の所望の関係が、所定の関数M＝f（α）で与えられたとすると、加えられた負荷は、所定の一定重さＦとなり、椎骨間スペースで必要とされる増加は、角度の関数として次式で表される。
ｘ＝∫Ｉ/f（α）.da／Ｆ
【００３７】
この関係式は、各方向の動きに対し定義できる。動作中の衝撃を回避するために、関数f（α）は、連続関数が選択される。即ち、小さな角度変化は、必要とされるモーメントの小さな変化に対応する（これは以下、「階段状」ではないと称する）。これにより本発明は、図１１Ｄの従来のボール・ソケットとは区別できる。最も好ましくは、関数f（α）は、動きの減衰が必要とされる動きの範囲の少なくとも一部に渡って、角度変化の増加量（正方向と負方向の両方向）に対し、単調に増加するよう選択される。角度変化の関数としての椎骨間スペースの傾斜は、角度変化の大きさが増加するにつれて、急激に厳しくなり、これにより特に有効な動きの減衰が得られる。
【００３８】
椎骨間スペースと角度変化との所望の関係が各軸に対し見出されると、関節表面は必要な動きを提供するよう設計される。さらに考慮すべき点は、各メインの方向における動きは、非衝撃の動作減衰特性を維持しながら、組み合わせが可能である。さらに注意すべき点は、回転の有効中心（この有効中心は、動きの間変動することがある）は、脊椎の運動方式と適合し、特に脊椎の面間の衝突を回避する点である。以下の示す実施例において、湾曲の中心は、側面方向の曲げと屈曲／伸展方向における動きの間、動的に変化するが、これは、湾曲の中心が椎骨間スペース内に留まることにより、行われる。少しの線形方向の動きは、人体の椎間板の生理学的挙動を模擬するために、調整（吸収）される。通常この動きは０．５ｍｍ未満である。
【００３９】
必要な形状特性は、様々な関節表面形状により提供される。この関節表面形状は、角度変化の関数として挙上が増加する一般的な特性を有する。このような関節構成の一例を以下説明する。各タイプの形状に対する設計パラメータを微調整することは、キャド（ＣＡＤ）を用いて行われ、各変位の大きさに対する必要とされる挙上を達成する。
【００４０】
本明細書および特許請求の範囲で使用される用語について次に説明する。椎間板置換装置の「中立位置」とは、この椎間板置換装置が脊柱（spinal column）に配置された時に、装置が屈曲していない通常の状態を意味する。上部部材と下部部材の関節表面が平坦な周囲領域を有する場合においては、「中立位置」は、この平坦な領域が平行な状態に対応する。最も好ましい実施例においては、椎間板置換装置は軸方向負荷がかかった状態で、これにより中立位置の方向に戻るような、自己バイアスがかかっている。
【００４１】
本明細書において、本発明の装置の形状を表現するのに使用される用語は、医学用語であるが、この医学用語は別の機械工学の用語と同時に使用することがある。この医学用語は、本発明の装置が体内に留置された時の位置と方向に従って解釈されるが、この用語はまた単独でも使用される。かくして装置の前から後ろに通る中央の垂直面は「前後面(sagittal)」と称し、横から横に通る水平断面は「冠面(coronal)」と称し、水平面は「軸(axial)」と称する。同様に、前面は「前面(ventral)」、後面は「背面(dorsal)」、側面は「側面（lateral）」、上面は「軸方向（axial）」と称する。
【００４２】
動きの種類に関しては、対応する人体の動きに関する通常の医学用語が使用される。かくして、前方への曲げは「（前方の）屈曲」、後方への曲げは「（後方の）伸展」、横への曲げは「側面曲げ」、側面への捻りは「軸回転」と称する。変位の軸あるいは回転の軸に関しては、横から横へ通る軸は屈曲と伸展で、前から後ろへ通る軸は側面曲げで、垂直方向に通る軸は軸回転である。しかしこれらの動きは、固定軸の周囲の純粋な回転ではなく、動きの間、軸の有効中心がシフトする複雑な動きである。
【００４３】
本明細書で使用される動きは、装置の第１部材と第２部材の間の相対的移動（動き）であり、それぞれの部材が固定される上部脊柱と下部脊椎の動きに対応する。便宜上、本明細書では、下部部材が水平面に固定され、上部部材が可動するとして説明する。装置が体内に留置された場合には、部材の実際の方向は、関連する脊柱のセグメントの局部的方向であり、装置は他の脊柱のセグメントと（人体の椎間板あるいは本発明の装置と共に）共働する。これにより、脊柱に必要とされる全体的な動作特性を提供する。
【００４４】
「第１部材」と「第２部材」とは、特に断りのない限り、上部部材と下部部材とも称する。しかし、突起（凸部）を有する要素と、リセス（凹部）を有する他の要素の実施例においては、リセスは上部部材に下方向を向いて形成され、そこに機械的な塵くずが溜まるのを回避する。
【００４５】
脊椎本体で使用される場合には、用語「第１」「第２」は、本発明の装置が間に挿入される隣接する脊椎本体の対を意味する。本発明の装置の寸法と形状を適宜選択することにより、本発明の装置は、脊柱の頸領域と胸領域と腰領域を通して、頸脊椎の関節Ｃ２／Ｃ３から下の腰関節Ｌ５／Ｓ１までの１つあるいは複数の場所で、採用できる。
【００４６】
次に「椎骨間スペース」について説明する。このパラメータは、装置が動いている間に起こる挙上（elevation）の値として用いられる。軸方向負荷がかかった状態での角度変化とこの挙上の変化の割合は、中立位置の方向にバイアスされた回復力に対応する。純粋な軸回転（上部部材と下部部材はほぼ平行な状態）においては、椎骨間スペースの変化は、脊椎の接触表面間の距離の変化とも解釈できる。屈曲と伸展と側面方向曲げにおいては、椎骨間スペースは、より注意深く定義しなければならない。その理由は、１つの要素が他の要素に対し傾斜すると、要素が互いに近づく領域と離れる領域が同一要素内で発生するからである。それ故に、椎骨間スペースは、２つの脊椎の接触表面の中心領域の間の離間距離として定義する。より正確な用語では、この使用されるパラメータは、第１脊椎接触表面の重心と第２脊椎接触表面の重心の間を結ぶ線の軸方向成分として定義する。本発明の明細書において、「重心」とは、脊椎の接触領域を有する共通の外形線を有する均一の厚さの薄く平坦なシートの質量の中心を言う。様々な固定隆起部と他の表面特徴のような垂直方向の特徴物は無視する。「軸方向成分」とは、装置の中立位置における純粋な軸（水平）回転の軸に平行な成分として定義する。多くのアプリケーションにおいては、各変位の方向の動きの範囲は９度以下角度であるが、この角度は十分小さく、上記の定義と中心間の単純な距離の間の差は、大きくない。
【００４７】
椎骨間スペースの変化は、本明細書においては、中立位置からの角度変化の「滑らかな関数」として記述する。用語「滑らかな関数」とは、関連する範囲内におけるあらゆる点において微分が可能な関数を意味する。言い換えると、角度変化のある椎骨間スペースの変形は、急激な変化を有さないという意味で、滑らかである。その結果、軸方向の負荷の結果として機能する回復モーメントは、角度に関連する椎骨間スペースの微分に対応し、突然の階段状変化を有さず、それ故に減衰は、衝撃的な減衰とはならない。
【００４８】
最後に「リセス、凹部」または「突起、凸部」について説明する。用語「凹部」とは、内容積を包囲する１つの面を追加することにより、シールすることのできる表面を意味する。上記の定義による凹部は、その中に局部的な突起即ち凸状に湾曲した特徴物を収納できる凹部を含むが、サドル状の形状は排除する。逆に表面からの「突起」あるいは「凸部」は、１対の面に沿って切断することにより、下の面から切り離すことのできる本体の一部として定義される。これは突起即ち凸部の表面は、局部的な凹部あるいは凹形に湾曲した特徴物を有するか否かとは関係がない。
【００４９】
図１Ａ−５Ｃを参照して、本発明の第１実施例を説明する。この第１実施例では、第１部材１００と第２部材１０２は、直接接触して留置される第１関節表面１０４と第２関節表面１０６でそれぞれ形成され、関節装置を提供する。この実施例においては、関節表面の形状は、楕円形状が変形した外形である。
【００５０】
形状に関しては、その「側」上にある楕円は、その短軸は下の面に直交しかつ接触するが、これは質量の中心は、角度傾斜により持ち上がる特性を有する。扁球面（oblate spheroid）の場合にも、２本の直交する傾斜軸について、同じことが言える。楕円あるいはほぼ楕円形状を採用する本発明の一実施例を以下説明する。
【００５１】
本発明の実施例において、第１関節表面１０４は突起３２を有し、第２関節表面１０６はリセス３０を有する。突起３２の外形は、前後断面（図４Ｂ）に示すように、凸状湾曲王冠領域１０８を有するような形状をしている。この凸状湾曲王冠表面は、湾曲が変化するが、その頂部１１０で局部的な最小湾曲を有する。これにより上記した楕円形状と類似の機能が得られる。さらに突起３２は、この突起のベース部分で、凹状湾曲遷移領域１１２が形成される。突起３２の側面表面（即ち凸領域が凹状遷移領域と接続する場所）で、第１関節表面１０４の下の面に対し最大の傾斜（急峻さ）に達する。この最大傾斜は、９０度未満で、通常６０度から８０度の範囲内にある。
【００５２】
突起３２は、その冠面断面（図３Ｂ）に示すように、突起３２の外側形状が同様に凸状湾曲王冠領域１０８を有するような、形状をしている。この凸状湾曲大冠表面１０８は変化した湾曲を有し、この突起の頂部１１０において局部的最小湾曲を有し、その突起のベースにおいて凹状湾曲遷移領域１１２を有する。同図から分かるように、これら２つの方向における突起３２の幅は異なる。即ち、冠面断面の幅は、前後断面の幅よりも大きい。
【００５３】
第１関節表面１０４の平面図即ち軸方向断面において、突起３２は、楕円状の外部表面を有する。言い換えると、前後断面と冠面断面における上記の断面形状は、楕円プロファイルでスムーズに結合する。その結果、全体的な形状は、円味を帯びるが、上面は幾分平坦で、そのベースは外側に開く膨張形状となる（図１Ａ）。
【００５４】
ここに示した実施例においては、隆起部と共働するリセス３０は、楕円状の凹部すなわち楕円体の一部として形成され、凸状湾曲遷移領域１１４を第２関節表面１０６の周囲領域に接続させるよう、変形される。
【００５５】
関節表面１０４と１０６の共働作用により形成された関節装置の動作は、図１Ｃ−５Ｃを参照すると理解できるであろう。図１Ｃ、１Ｄにおいて、椎間板置換装置の中立位置あるいはその近傍において、突起３２の平坦な頂部１１０は、リセス３０のベース上に位置し、所定の最小椎骨間スペースで負荷を担う支持機能を提供する。
【００５６】
図２Ａ−２Ｃに、第１部材１００と第２部材１０２との間の軸回転を示す。突起３２とリセス３０の楕円形状の縦軸は、整合から順次外れるので、突起３２とリセス３０の傾斜した側面表面が、互いの上に乗り上げて、椎骨間スペースを増加させる。この動きの間、第１関節表面１０４と第２関節表面１０６との間の接触圧力は、その凸状湾曲王冠領域の頂部から離れる方向に動き、２つの接触ポイント３８の間で分割される（図２Ｃ）。１５０Ｎの軸方向負荷がかかった状態で、各角度変化に対応する軸方向の曲げモーメントを図２Ｄに、各角度変化に対応する椎骨間スペースの増加状況を図２Ｅに示す。上記したように加えられたモーメントは、角度変化の関数として単調かつ連続的に増加する（図２Ｄ）が、椎骨間スペースは、急峻に（パラボラ形状に類似して）増加する（図２Ｅ）。
【００５７】
図３Ａと３Ｂは、部材１００と１０２の間の側面曲げを示す。要素が先端を有するために、接触圧力は、突起３２の王冠領域の頂部から移り、２つの接触点に分かれる。この２つの接触点は、より大きな湾曲領域に沿って順次移動する。この動きが継続すると、２つの接触点の内の一方は、凹状遷移領域（図３Ｂに示す接触点４０）上に動き、連続した非衝撃的な変位を可能とする。１５０Ｎの軸方向負荷がかかった状態で、各角度変化に対応する加えられた側面曲げモーメントを図３Ｃに示す。各角度変化に対する椎骨間スペースの増加量を図３Ｄに示す。ここでも、加えられたモーメントも変位角の関数として単調かつ連続的に増加し、椎骨間スペースは急峻に増加する。
【００５８】
図４Ａと４Ｂは、部材１００と１０２の間の後部伸展を示す。この動きは、図３Ａ、３Ｂの側面曲げに類似する。接触点４２を図４Ｂに示す。１５０Ｎの軸方向負荷がかかった状態で、各角度変化に対応する後部伸展を図４Ｃに、各角度変化に対応する椎骨間スペースの増加状況を、図４Ｄに示す。上記したように、加えられたモーメントは、角度変化の関数として単調かつ連続的に増加する。この場合、椎骨間スペースは、中立位置近傍の動きの大部分の範囲において、低いままであり、その後急峻に増加する。これにより動きの範囲の意図した制限の方向に向けて、非衝撃的な動きの減衰が得られる。
【００５９】
モーメントの形状の変化：角度変化の関数にもかかわらず、動きの減衰の許容可能な結果は、実験的に達成できる。上記した様々なグラフは、試行錯誤で設計されたプロトタイプに対し得られた実験結果に対応する。この試行錯誤は、上記した一般的なパラメータで決めた関節表面を用い、初歩的なＣＡＤでオーバラップさせた固体本体のテストと組み合わせて、パラメータを様々に変化させて、軸回転に必要な挙上のプロファイルを決定する。側面曲げと屈曲／伸展に関連するパラメータは、凹状湾曲遷移領域１１２の表面と凸状湾曲遷移領域１１４の表面に対しては、試行錯誤で最適化できた。その結果得られた構造体は、動きの減衰とあらゆる方向の動きの自動中心化特性に対して極めて有効である。これはモーメント：変位の非均一な関数にもかかわらずある。必要によっては、より高級なＣＡＤと／または数値的方法を用いて、様々なタイプの動きに対しパラメータを同時に最適化することができる。
【００６０】
図５Ａ−５Ｃにおいて、本発明の関節装置により、軸回転、前屈曲、後伸展、側面曲げの組み合わせに対応する動きにおいて、部材１００、１０２の相対的な移動が可能となる。一例として、図５Ａ−図５Ｃに、中立位置から屈曲が５度、側面曲げが４度、軸回転が４度の組み合わせで移動（変位）した部材を有する椎間板置換装置を示す。一般的に、このような合成運動は、接触点が３箇所となる。これを図５Ａ、５Ｂの切欠き斜視図でポイント４４で示す。本発明の装置は、各動きの面において、同時に非衝撃的な動きの減衰と回復力を示す。
【００６１】
本発明の第一実施例の残りの特徴を示す。図１Ａ、１Ｂには、上部終板接触表面１０と下部終板接触表面２２を示す。これらは、上部と下部の脊椎終板内で信頼性の高い固定を提供し、その後骨との一体化が行われ、装置の骨の置換が強化される。上部終板接触表面１０の基本的な外形は、外側−側面（latero-lateral (ＬＬ)）方向で緩い凹状部分２６と、前−後面（antero-posterior plane）内で累進的な凸状部分２８とを有する。凸状部分２８は仮想線で表す。この特殊な形状は、上部終板接触表面１０が取り付けられる上部頸部の終板の関連する凹部と適合するのに有利である。累進的凸状部分２８は、その後面に比較すると、約１−１．５ｍｍの前部高さの挙上を有する。これにより椎骨間スペースと全体的なセグメント装置において、椎骨の相互位置とそれらの間隔を回復するのに役立つ。この形状により、早期の固定段階における移動のリスクを減らす係合が提供できる。凹状部分２６は、頸椎骨の一般的な解剖学上の上部終板形状に適合し、移植手術後の早期の固定段階における潜在的な小さな側面方向の移動を回避する。下部終板接触表面２２は、ＬＬ方向に凸状となっており、これにより下部頸椎骨の表面の解剖面内での収納を容易にする。装置の下部構成要素は、椎体鉤状突起手術の間に移植され、これらの骨の構造により、側面方向の動きに抗して、固定される。上部終板接触表面１０と下部終板接触表面２２の全体形状に加えて、これらの表面は、突起状の隆起部分を有し、椎骨の終板内で装置を繋ぎ止める。上部終板接触表面１０上の後部のアンカー留め用隆起１４は、椎骨の終板内に挿入されよう、外側−側面（latero-lateral）方向を向いており、これにより、前−後の動きの可能性を阻止する。三角状表面１６が、隆起部１４の端部と中間の割れ目に形成され、好ましくない側面方向の動きを押さえる表面として機能する。前部のアンカー留め用突起部１２は、椎骨の終板内に挿入されて、固定を強化する。この突起部全体は、切頭型の円錐形状をしており、椎骨の終板内にウェッジとして挿入される。突起部１２のベースは、その上部表面より広がっており、これにより移植を固定し早急に骨と一体化するような圧力結合（press-fit）の効果を達成する。
【００６２】
腰椎においては、両方の終板の係合表面は、上記したものと同様に、固定を強化する突起部のパターンを具備する両凸型（bi-convex）である。この両凸の形状は、凹状の上部と下部の腰椎の凹面内に押されて適合するよう、構成される。これにより、骨の移動を阻止し、骨の置換を強化する。
【００６３】
図１Ａの椎間板置換装置は、全部あるいはその大部分が、椎骨間スペースの空間内に移植される。従って、その上部と下部の表面周囲（設置面積）とその全体の体積形状は、終板の皮層の縁から飛び出すことはない。人体の軟骨板を含むよう使用される椎骨間スペースは、ＴＤＲを収納する。ＴＲＤは、椎骨の終板に接触し、１個あるいは複数個の椎骨間スペース（連続する椎骨間スペースを含む）内に移植できる。さらに上記の特徴に加えて、接触と固定は、さらなる技術で強化できる。例えば、表面を椎骨の終板に固定するネジの使用、表面に微細あるいは超微細の粗さを形成すること、骨導電性あるいは骨誘導性の生物適合材料（例。セラミック、金属、）あるいは生物学的な活性材料を終板の接触表面に使用すること、これにより、骨の富裕化を誘導したり、骨の一体化を強化する。
【００６４】
頸部のインプラントの寸法は、意図したインプラントの位置の寸法によって決まる。頸部への適応において、前−後（ＡＰ）の寸法は、上部終板と下部終板の両方とも、約１５ｍｍである。ＬＬ方向において、その寸法は、通常椎骨間スペースの下側表面では約１８−２４ｍｍの範囲にあり、上側表面では約１７−２２ｍｍの範囲内にある。腰椎への適応においては、ＡＰ方向では約２５ｍｍの寸法が、ＬＬ方向では約３０−３８ｍｍの寸法が用いられる。
【００６５】
本発明の装置が椎骨間スペース内に挿入されると、所望の最小椎骨間スペース（通常６−８ｍｍの範囲内）が保持される。ある実施例においては、特に腰椎と頸椎の適応においては、脊柱前弯症"Lordosis"（通常４−６度）の発生が、回復される。ここに示した実施例においては、前部のアンカー留めする突起部１２の存在と、上部終板接触表面１０内で比較的低い後部領域により、全体的に傾斜した椎骨の接触プロファイルが得られる。これにより、椎間板置換装置に対し有効なウェッジ形状のプロファイルを提供し、前記したLordosisを提供する。
【００６６】
本発明の前記した機械的特性を保持する好ましい動きの範囲（ＲＯＭ）は、通常中立位置から両方に９度の軸回転であり、横方向の曲げと前方向の屈曲と後方向の伸展の各方向に対しては８度である。これらの値は、複数の方向で結合した動きの間は、幾分小さくなるが、このことは人間の関節についても当て嵌まる。軸回転と側面曲げが最大４度あるいは５度の範囲にあることは、動きの治療的に関連する範囲を受け入れるのに十分である。各患者に対する実際の動きの範囲は、面の関節と他の周囲の組織の状態のようなファクターで決まる。より小さな動きが可能な場合でも、本発明は、非衝撃的動きの減衰の機能と、この動きの範囲における力の回復を提供する。
【００６７】
次に本発明の椎間板置換装置の挿入について説明する。図１Ａ−１Ｃは、インプラントの後部エッジに配置された上部ホルダー・スロット１８と下部ホルダー・スロット２０を示す。これらのスロットは、配置装置１２０（図６Ａ−６Ｄ）で係合する。配置装置１２０は、本発明の装置を保持し、椎骨間スペース内に挿入している間、第１部材と第２部材をその中立位置に保持する。本発明の装置の詳細と外科手術は、当業者に明らかであるので、詳細な説明は割愛する。
【００６８】
第１部材１００と第２部材１０２は、長寿命の生物適合性材料から形成される。好ましくは、第１部材と第２部材は、剛性体である。このような好ましい材料としては、これに限定される訳ではないが、金属材料、セラミック材料、ポリマー材料である。本発明の装置に適合した金属材料の一例は、ステンレス・スチールと、チタンと、チタン合金（例えば、チタン・モリブデン・ジルコニウム・鉄（ＴＭＺＦ）と、コバルト・クロム合金（コバルト・クロムニウム・モリブデン）とである。選択的事項としては、部材の関節表面は、表面処理あるいはコーティングを施し、対摩耗性を改善し摩擦を減らし、他の所望な機械的、医療的特性を提供する。このような摩擦／摩耗を減らすコーティング材料は、ＣｒＮ（窒化クロム）、あるいは他のクロムベースのコーティング、ＴｉＮ（窒化チタン）、ダイヤモンド、ダイヤモンド状材料である。
【００６９】
図７Ａ−７Ｆは、本発明を実現する他のアプローチを示す。ここに示した装置は、図１Ａの実施例と機能的には類似する。この装置は、あらゆる方向の動きに対し、非衝撃的な即ちゆっくりとした動きの減衰と力の回復を提供するが、これは椎骨間スペースを増加させることにより行う。この実施例が図１Ａと異なる点は、その構造である。この場合、第１関節表面１０４と第２関節表面１０６の両方は、複数のリセス１３０、１３２を有し、さらに関節装置は、それに対応する複数のボール要素６４を有する。このボール要素は、一対の向かい合ったリセス１３０、１３２の間に配置される。ここに示した実施例においては、ボール要素６４は、ボール・ベアリングで実現され、これにより上部部材と下部部材の間で、低摩擦の回転表面を提供する。
【００７０】
この実施例においては、椎骨間スペースの増加は、リセス１３０の位置をリセス１３２に対しオフセット（ずらす）ことにより行われる。ここに示した実施例においては、リセス１３０、１３２は、ボール・ベアリング６４よりも大きな湾曲半径の部分的な球状凹部を有し、リセス１３０とリセス１３２は離れている。その結果、図７Ｃと７Ｅに示す中立位置においては、ボール・ベアリング６４は、互いのリセスに対し中心がずれており、ポイント６２で示す各ボールの直径に渡って対向する面と接触する。この動きの間、リセス１３０、１３２の対の間の相対的なオフセットが変化する。図７Ｄは、５度の軸回転に対し、得られた位置と新たな接触ポイント５８とを示す。図７Ｆは、同様に４度の側面曲げを示す。各場合において、ボール・ベアリング６４の少なくとも一部は、ある位置に達する。その位置では、リセス１３０、１３２の壁上でより高い点で、ボール・ベアリングとリセスとの接触が発生する。これにより椎骨間スペースの必要な増加量が得られる。
【００７１】
この実施例において、リセスとボール・ベアリングの数は、変更可能である。通常３個以上のベアリングとリセスの対が安定性のために用いられる。それ以上の数のベアリングも可能であるが、しかし数が増えると、各ベアリングの寸法が過度に制限され、その結果動きの範囲も制限されてしまう。ここに示した４個のボール・ベアリングの実施例は、特に好ましい。その理由は、主軸に沿った動きの範囲が最小となるからである。この場合リセスのレイアウトは、四角形か長方形であり、四角形の対称性は、側面の曲げと屈曲／伸展における対称の動きの範囲を提供するために、好ましい。側面曲げと屈曲−伸展の主軸に平行な四角形の両側を具備する実施例が好ましいが、これらの軸に平行な菱形なレイアウトもまた可能である。
【００７２】
ここに示した部分的に球状のリセスは特に好ましいが、リセス１３０、１３２は、様々な異なる動きのプロファイルを達成するために、他の形態でも実現できる。この場合、これに限定される訳ではないが、部分的に楕円のリセス、あるいは部分的に非対称の卵形のリセスがその例である。ボール・ベアリングの中心に１８０度回転できるリセスが好ましい。
【００７３】
図７Ｇ−７Ｋにおいて、ここに図７Ａの実施例の変形例を示す。同図において、第２部材１０２は、変わらず、リセス１３２を有するが、ボール・ベアリング６４とリセス１３０は、第１部材１００と一体に形成された部分的に球状の突起物４８で置き換えられている。この変形例の動作は、図７Ａ−７Ｆのそれと類似するが、この動きは回転ではなくスライド接触であり、あるサイズのリセス１３２に対する範囲も小さくなる。様々な設計パラメータを変更して所望の動きの範囲を達成できる。
【００７４】
上記以外の他の点に関しては、これらの実施例の構造と動作は、上記した図１Ａ−６Ｄの実施例と類似しているため、十分に理解できるであろう。
【００７５】
図８Ａ−８Ｆにおいて、ここには図７Ｇ−７Ｋに概念的に類似する本発明のさらなる実施例を示す。上記したように第２関節表面１０６内のリセスの形状は、上記した部分的に球状のリセスに限定されない。本発明の関節装置の軸に最も近いリセス１３２の外側に面した領域は、通常は動作中には、突起物４８には全く接触しない。そのためリセスの形状を変えることができ、ここに示したように、これらの複数のリセスを、１個の適宜な形状のリセス６８にすることもできる。
【００７６】
形状が重要であるリセス６８の一部のみが、点線６６で示す突起部が接触するＸ形状の端部近傍にある部分となる。これらの接点領域は、部分的に球状あるいは部分的に楕円、あるいは所望の力学特性を提供する他の形状でもよい。
【００７７】
図８Ａ−８Ｆの実施例と図７Ｇ−７Ｋの実施例との相違点とは、突起部４８とそれに対応するリセス６８が、図７Ｇ−７Ｋのレイアウトに対し４５度で対角位置に配置されている点である。他の点に関しては、この構図と操作は、上記の実施例に類似するので理解できるであろう。
【００７８】
図９Ａ−９Ｈに関し、同図に示した実施例は、２個の直交する前後隆起部８０と横並び隆起部８２と、それに対応する１個のリセス７０とを有する。この場合、隆起部８０と８２の外側当接面は、図９Ｄと９Ｅに示すよう、円形である。これは、従来のボール・ソケットのジョイントのあたかも一部のようである。隆起部８２の場合には、当接機能に重要ではない円形のプロファイルの一部は、製造を容易にするため、切り取られている。椎骨間スペースの所望の増加は、隆起部８０と８２の断面を適宜に成形し、かつリセス７０内に形成されたチャネルのそれに対応する側面部分で達成される（図９Ｆ−９Ｈ）。かくして屈曲−伸展においては、横並び隆起部８２は、リセス７０の隣接表面と相互作用する。このリセス７０が、椎骨間スペースの増加に寄与する。前から後の隆起部８０が、挙上を引き起こす。軸回転においては、３個または４個の接触点が椎骨間スペースの増加に寄与する。
【００７９】
最後に図１０Ａ−１０Ｂにおいて、同図の実施例は、概念的には、図１Ａと図９Ａの２つの実施例の合成体である。具体的には、この実施例は、図１Ａに記載したとおり、全体的に楕円形状を有す。さらにこの場合の突起部は、複数の凹んだ側面領域を有し、それに対応するリセスは、複数の隆起領域を有し、図９Ａに類似するさらなる接触表面を提供する。この構成は、多くの設計パラメータを有し、あらゆる方向の動きに対する椎骨間スペースのプロファイルを同時に最適化するよう、調整される。
【００８０】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１Ａ】本発明の第１関節部材と第２関節部材を有する椎間板置換装置の斜視図。
【図１Ｂ】図１Ａの椎間板置換装置を反転した斜視図。
【図１Ｃ】図１Ａの椎間板置換装置を組み立てた状態の背面図。
【図１Ｄ】図１Ａの椎間板置換装置を組み立てた状態の側面図。
【図２Ａ】図１Ａの椎間板置換装置を軸回転した状態の斜視図。
【図２Ｂ】図１Ａの椎間板置換装置を軸回転した状態の上面図。
【図２Ｃ】軸回転中における２個の関節部材の間の接触点の位置を示す、図１Ａの椎間板置換装置の部分切欠き断面図。
【図２Ｄ】軸回転のモーメント（縦軸）と、軸方向に負荷がかかった状態における図１Ａの椎間板置換装置の中立位置からの軸回転の角度変化（横軸）との関係を示すグラフ。
【図２Ｅ】軸方向の挙上（椎骨間のスペースの増加）（縦軸）と、図１Ａの椎間板置換装置の中立位置からの軸回転の角度変化（横軸）との関係を示すグラフ。
【図３Ａ】側面方向に曲げられた状態の図１Ａの椎間板置換装置の背面図。
【図３Ｂ】側面方向に曲げられた状態の図１Ａの椎間板置換装置の冠面の断面図。
【図３Ｃ】軸方向に負荷がかかった状態における側面方向の曲げのモーメント（縦軸）と図１Ａの椎間板置換装置の中立位置からの側面方向曲げの角度変化（横軸）との関係を示すグラフ。
【図３Ｄ】軸方向の挙上（椎骨間のスペースの増加）（縦軸）と、図１Ａの椎間板置換装置の中立位置からの側面方向曲げの角度変化（横軸）との関係を示すグラフ。
【図４Ａ】後方への伸展の状態の図１Ａの椎間板置換装置の側面図。
【図４Ｂ】後方への伸展の状態の図１Ａの椎間板置換装置の前後方向断面図。
【図４Ｃ】屈曲と伸延のモーメント（縦軸）と、軸方向に負荷がかかった状態における図１Ａの椎間板置換装置の中立位置からの屈曲又は伸延の角度変化（横軸）との関係を示すグラフ。
【図４Ｄ】軸方向の挙上（椎骨間のスペースの増加）（縦軸）と、図１Ａの椎間板置換装置の中立位置からの屈曲又は伸延の角度変化（横軸）との関係を示すグラフ。
【図５Ａ】中立位置から屈曲が５度、側面曲げが４度、軸回転が４度ずれている、第１関節部材と第２関節部材表面の間の３個の接触点を示す、図１Ａの椎間板置換装置の第１の部分切欠き斜視図。
【図５Ｂ】中立位置から屈曲が５度、側面曲げが４度、軸回転が４度ずれている、第１関節部材と第２関節部材表面の間の３個の接触点を示す、図１Ａの椎間板置換装置の第２の部分切欠き斜視図。
【図５Ｃ】図５Ａと図５Ｂの椎間板置換装置の状態を示す、図１Ａの椎間板置換装置の斜視図。
【図６Ａ】分配システムに取り付けられた図１Ａの椎間板置換装置の斜視図。
【図６Ｂ】図６Ａの椎間板置換装置と図６Ａの分配システムの先端部分の拡大図。
【図６Ｃ】分配システムと図６Ａの椎間板置換装置を通る軸方向断面図。
【図６Ｄ】図６Ｃの先端の拡大図。
【図７Ａ】第１関節部材と第２関節部材とそれらの間に配置されたボール・ベアリングを示す本発明の椎間板置換装置の他の実施例を表す斜視図。
【図７Ｂ】図７Ａの椎間板置換装置を反転した斜視図。
【図７Ｃ】中立位置にある図７Ａの組み立てられた椎間板置換装置の軸方向断面図。
【図７Ｄ】軸回転した図７Ａの組み立てられた椎間板置換装置の軸方向断面図。
【図７Ｅ】中立位置にある図７Ａの組み立てられた椎間板置換装置の冠面方向断面図。
【図７Ｆ】側面曲げを受けた図７Ａの組み立てられた椎間板置換装置の冠面方向断面図。
【図７Ｇ】図７Ａの椎間板置換装置の他の実施例を示す図で、ボール・ベアリングが一方の関節部材から突起した球状の突起部で置換されている変形例を表す分解斜視図。
【図７Ｈ】図７Ｇの椎間板置換装置を反転した斜視図。
【図７Ｉ】中立位置にある図７Ｇの組み立てられた椎間板置換装置の軸方向断面図。
【図７Ｊ】軸回転した図７Ａの組み立てられた椎間板置換装置の軸方向断面図。
【図７Ｋ】側面曲げを受けた図７Ｇの組み立てられた状態の椎間板置換装置の部分切欠き背面図。
【図８Ａ】第１関節部材と第２関節部材が分離した状態の本発明の他の実施例の椎間板置換装置を表す斜視図。
【図８Ｂ】図８Ａの椎間板置換装置を反転した斜視図。
【図８Ｃ】図８Ａの椎間板置換装置の軸方向断面図。
【図８Ｄ】図８Ａの椎間板置換装置の上部部材の関節表面を表す平（上）面図。
【図８Ｅ】図８Ｄの線Ｘ−Ｘに沿った断面図。
【図８Ｆ】図８Ａの組み立てられた状態の椎間板置換装置の前後方向の断面図。
【図９Ａ】第１関節部材と第２関節部材が分離した状態の本発明の他の実施例の椎間板置換装置を表す斜視図。
【図９Ｂ】図９Ａの椎間板置換装置を反転した斜視図。
【図９Ｃ】図９Ａの椎間板置換装置の下部部材の関節表面を表す平（上）面図。
【図９Ｄ】図９Ｃの線Ｘ−Ｘに沿った断面図。
【図９Ｅ】図９Ｃの線Ｗ−Ｗに沿った断面図。
【図９Ｆ】図９Ａの椎間板置換装置の上部部材の関節表面を表す平（上）面図。
【図９Ｇ】図９Ｆの線Ｚ−Ｚに沿った断面図。
【図９Ｈ】図９Ｆの線Ｙ−Ｙに沿った断面図。
【図１０Ａ】第１関節部材と第２関節部材が分離した状態の本発明の他の実施例の椎間板置換装置を表す斜視図。
【図１０Ｂ】図１０Ａの椎間板置換装置を反転した斜視図。
【図１１Ａ】様々な側面曲げ段階の従来のボール−ソケット関節の冠面の断面図。
【図１１Ｂ】様々な側面曲げ段階の従来のボール−ソケット関節の冠面の断面図。
【図１１Ｃ】様々な側面曲げ段階の従来のボール−ソケット関節の冠面の断面図。
【図１１Ｄ】側面曲げのモーメントと図１１Ａのボール−ソケット関節の中立位置からの側面曲げの角度変化との関係を表すグラフ。
【図１１Ｅ】軸方向挙上（椎骨間スペースの増加）の変位と図１１Ａのボール−ソケット関節の中立位置からの側面曲げの角度変化との関係を表すグラフ。
【符号の説明】
【００８２】
１００，１０２  部材
１００  第１部材
１０２  第２部材
１０４，１０６  関節表面
１０４  第１関節表面
１０６  第２関節表面
１０８  凸状湾曲王冠領域
１１０  頂部
１１２  凹状湾曲遷移領域
１３０，１３２  リセス
１０    第２脊椎接触表面
２２    第１脊椎接触表面
２８    垂直方向
３２    突起
３０    リセス
４８    突起部
６４    ボール・ベアリング
６８    リセス
７０    リセス
８０，８２  隆起部
８０  前後隆起部
８２  横並び隆起部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図７Ｊ】
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【図７Ｋ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図９Ｈ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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