(57)【要約】【解決手段】上椎骨と下椎骨との間に挿置するための人工脊椎関節（１００）が開示されており、この人工脊椎関節は、上保持部（１１０）と下保持部（１１４）を備えている。この関節は、更に、上保持部と下保持部の間に挿入できるようになっている半円筒形の可動支承部（１０２）を備えており、この半円筒形の可動支承部は、更に、下保持部内で動けるようになっている。【選択図】図１９
2007517607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上椎骨と下椎骨との間に挿置するための人工脊椎関節において、
上保持部と、
下保持部と、
前記上保持部と前記下保持部の間に挿入するようになっている半円筒形の可動支承部と、を備えており、
前記半円筒形の可動支承部は、更に、前記下保持部内で動けるようになっている、人工脊椎関節。
【請求項２】
前記半円筒形の可動支承部は、前記下保持部内で前後方向に並進できるようになっている、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項３】
前記半円筒形の可動支承部は、前記下保持部内で横方向に並進できるようになっている、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項４】
前記半円筒形の可動支承部は、更に、前記下保持部内で回転できるようになっている、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項５】
前記上保持部は、前記半円筒形の可動支承部に嵌り合うようになっている半円筒形の溝を備えている、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項６】
前記半円筒形の溝の長手方向軸は、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間を通って伸張する横軸に略平行である、請求項５に記載の人工脊椎関節。
【請求項７】
前記半円筒形の溝の長手方向軸は、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間を通って伸張する前後方向軸に略平行である、請求項５に記載の人工脊椎関節。
【請求項８】
前記半円筒形の可動支承部は、研磨された面を備えている、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項９】
前記下保持部は、運動停止面によって境界を画定された平坦な面を備えている、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項１０】
前記半円筒形の可動支承部を前記下保持部に接続するピンを更に備えており、前記半円筒形の可動支承部は前記ピンの周りに回転する、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項１１】
前記下保持部は、前記ピンが可動的に係合するトラックを備えている、請求項１０に記載の人工脊椎関節。
【請求項１２】
前記トラックは、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間を通る前後方向軸に平行である、請求項１１に記載の人工脊椎関節。
【請求項１３】
上椎骨と下椎骨との間に挿置するための人工脊椎関節において、
第１上保持部と、第１下保持部と、前記第１上保持部と前記第１下保持部の間に挿入するようになっている第１の半円筒形の可動支承部と、を備えている第１関節形成用半部であって、前記第１の半円筒形の可動支承部は前記第１下保持部内で可動である、第１関節形成用半部と、
第２上保持部と、第２下保持部と、前記第２上保持部と前記第２下保持部の間に挿入するようになっている第２の半円筒形の可動支承部と、を備えている第２関節形成用半部であって、前記第２の半円筒形の可動支承部は前記第２下保持部内で可動である、第２関節形成用半部とを備えている、人工脊椎関節。
【請求項１４】
前記第１及び第２関節形成用半部は、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間内に後方挿入できるようになっている、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項１５】
前記第１の半円筒形の可動支承部の第１長手方向軸は、前記第２の半円筒形の可動支承部の第２長手方向軸と同一直線上にある、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項１６】
前記第１及び第２の長手方向軸は、前記椎間円板空間を通る横軸に平行である、請求項１５に記載の人工脊椎関節。
【請求項１７】
前記第１及び第２の長手方向軸は、前記上及び下椎骨の間の前記椎間円板空間を通って伸張する横軸に略平行である、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項１８】
前記第１及び第２上保持部は、それぞれ、第１及び第２の半円筒形の溝を備えており、前記第１及び第２の半円筒形の溝は、それぞれ、前記第１及び第２の半円筒形の可動支承部に嵌り合うようになっている、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項１９】
前記第１の半円筒形の溝の第１長手方向軸は、前記第２の半円筒形の溝の第２長手方向軸と同一直線上にある、請求項１８に記載の人工脊椎関節。
【請求項２０】
前記第１の半円筒形の可動支承部は、前記第１保持部内で前後方向に並進できるようになっている、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項２１】
前記第１の半円筒形の可動支承部は、前記第１下保持部内で横方向に並進できるようになっている、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項２２】
前記第１の半円筒形の可動支承部は、更に、前記第１下保持部内で回転できるようになっている、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項２３】
前記第１の半円筒形の可動支承部は、研磨された面を備えている、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項２４】
前記第１の半円筒形の可動支承部を前記第１下保持部に接続する第１ピンを更に備えており、前記第１の半円筒形の可動支承部は前記第１ピンの周りに回転する、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項２５】
前記第１下保持部は、前記ピンが可動的に係合するトラックを備えている、請求項２４に記載の人工脊椎関節。
【請求項２６】
前記第１トラックは、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間を通る前後方向軸に平行である、請求項２５に記載の人工脊椎関節。
【請求項２７】
前記第１トラックは、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間を通る横軸に平行である、請求項２５に記載の人工脊椎関節。
【請求項２８】
前記第１関節形成用半部は、前記第１上保持部に接続された上ブリッジと、前記第１下保持部に接続された下ブリッジと、を更に備えており、前記上及び下ブリッジは、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間から伸張している、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項２９】
前記第１関節形成用半部は、前記上ブリッジに接続された上後方関節構成要素と、前記下ブリッジに接続された下後方関節構成要素と、を更に備えており、前記上及び下後方関節構成要素は可動的に係合している、請求項２８に記載の人工脊椎関節。
【請求項３０】
前記下ブリッジは、人工椎弓根の少なくとも一部である、請求項２８に記載の人工脊椎関節。
【請求項３１】
前記第１の半円筒形の可動支承部の第１高は、前記第２の半円筒形の可動支承部の第２高よりも高い、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項３２】
前記第１の半円筒形の可動支承部の第１側方縁は湾曲しており、前記第２の半円筒形の可動支承部の第２側方縁は湾曲している、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項３３】
前記第１の半円筒形の可動支承部は、前記第２の半円筒形の可動支承部と係合して、一体化した支承部を形成している、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項３４】
上椎骨と下椎骨の間の連結部の少なくとも一部を作成するためのシステムにおいて、
前記上椎骨に接続するための第１手段であって、第１保持手段を備えている第１手段と、
前記下椎骨に接続するための第２手段であって、第２保持手段を備えている第２手段と、
前記第１及び第２保持手段の間に挿入するようになっている第３手段であって、半円筒形状部分を備えており、前記第２保持手段に対して並進できるようになっている第３手段と、を備えているシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概括的には、脊椎外科処置を実施するための装置と方法に関し、より具体的には、実施形態の中には、椎間板空間に後方進入的に挿入可能な脊椎関節形成用装置に関するものもある。本発明では、天然の脊椎関節の円板及び関節面機能の両方を、後方進入法によって置換する全脊椎関節形成術での使用を含め、各種実施形態を想定している。  
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００４年１月９日出願の米国仮特許出願第６０／５３４，９６０号「後方腰椎関節形成術」からの優先権を主張する。以下の出願も、上記仮特許出願に対する優先権を主張しており、本出願にも関連している。それら一連の出願を参考文献として本願に援用する。米国特許出願番号不詳（弁理士事件番号ＰＣ１１４６）、２００５年１月７日出願、「脊椎関節形成装置及び方法」；米国特許出願番号不詳（弁理士事件番号Ｐ２１７６９）、２００５年１月７日出願、「二重関節運動式脊椎装置及び方法」；米国特許出願番号不詳（弁理士事件番号Ｐ２１７５６）、２００５年１月７日出願、「分割式脊椎装置及び方法」；米国特許出願番号不詳（弁理士事件番号Ｐ２１７５２）、２００５年１月７日出願、「相互接続式脊椎装置及び方法」；米国特許出願番号不詳（弁理士事件番号Ｐ２１７４３）、２００５年１月７日出願、「支持構造装置及び方法」；米国特許出願番号不詳（弁理士事件番号Ｐ２１７６５）、２００５年１月７日出願、「中央関節運動式脊椎装置及び方法」；及び、米国特許出願番号不詳（弁理士事件番号Ｐ２１７５１）、２００５年１月７日出願、「後方脊椎装置及び方法」
当技術では既知のように、ヒトの解剖学的構造において、脊椎は、一般的には、引張及び圧縮荷重を受け止める可撓性のある柱であり、屈曲動作を可能にすると共に、肋骨、筋肉、及び靭帯の接合場所を提供している。脊柱は、大まかには３つの部分、即ち、頚椎、胸椎、腰椎に分けられる。図１は、健康なヒトの脊柱の腰椎１と仙骨領域３を概略的に示している。脊椎の部分は、椎骨と呼ばれる個々の骨から成り、椎骨同士は、その間に収まっている椎間円板によって分離されている。
【０００３】
図２は、２つの隣接する椎骨７、９の間に配置された健康な椎間円板５を有する腰椎領域の右側面の一部を示している。所与の何れの関節においても、上側の椎骨を上椎骨と呼び、下側の椎骨を下椎骨と呼ぶ。各椎骨は、重量を支える主要領域である略円筒形の椎体７ａ、９ａと、３つの骨突起、例えば７ｂ、７ｃ、７ｄ（図２ではこの内２つが見える）を備えている。図７Ａでは、全ての突起が見えているが、この図に示すように、突起７ｂ、７ｃ、７ｄは、椎体７の円周方向に間隔を空けた位置から外向きに伸張している。突起は、他にも機能はあるが、特に筋肉と靭帯を接合するための領域を提供している。隣り合う椎骨は、関節面構成要素７ｅ（図２）を介して互いに対して動くが、この関節面構成要素７ｅは、椎骨の円筒形の椎体から伸張し、屈曲時は互いに重なり合って滑動し脊椎の動きを誘導するようになっている。面関節は２つあり、それぞれ、隣接する椎骨に関わりを持つ上側及び下側関節面構成要素によって画定されている。健康な椎間円板を図３に示している。図３に示すように、椎間円板には４つの領域、即ち、髄核１１、遷移領域１３、内層線維輪領域１５、外層線維輪領域１７がある。一般に、内層線維輪領域１５と外層線維輪領域１７は、その上方及び下方の椎体にしっかりと取り付いた繊維性軟骨質物質の層で構成されている。通常、髄核１１は、より水和した状態にある。
【０００４】
これら椎間円板は、衝撃吸収装置と関節の機能を兼ね備えている。椎間円板は、脊柱が受ける圧縮及び引張荷重を吸収すると同時に、隣接する椎体が、特に脊椎の屈曲（撓む）時に、互いに対して或る制限された量だけ動けるように作られている。この様に、椎間円板は、常に筋肉及び／又は重力による圧力の下にあるので、一般に腰椎の中では「摩耗と断裂」の徴候が現れる最初の部分である。
【０００５】
面関節は脊椎と共に殆ど常に動いているため、面関節変性も普通に起こる。実際に、面関節変性と円板変性は併発する頻度が高い。一般的には、一方が一次的な問題であり、他方は脊椎の機構が変質したことにより生じる二次的問題であるかもしれないが、外科的選択肢を考慮する段階までに、面関節変性と円板変性の両方が通常は発症している。例えば、面関節及び／又は椎間円板の機構が変質したせいで、脊髄の狭窄、変性脊椎すべり症、及び変性脊柱側弯症が引き起こされることもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記症状を治療するための外科的処置の１つに、脊椎関節固定術(spinal arthrodesis)（即ち、脊椎固定術(spine fusion)）があり、これは前方進入法及び／又は後方進入法の両方で実施されてきた。後方進入法による処置には、現場固定術(in-situ fusion)、後側方的器具使用による融合、経椎間孔腰椎椎体間固定術(transforaminal lumbar interbody fusion)（「ＴＬＩＦ」）及び後方腰椎椎体間固定術(posterior lumbar interbody fusion)（「ＰＬＩＦ」）が含まれる。脊椎体節の固定的融合(solidly fusing)でそのレベルの動きを無くしてしまうと、当面の症候は緩和されるが、患者によっては動きを維持するのが好都合な場合もある。変性した円板又は面関節をそれぞれ人工円板又は人工面関節に外科的に置換することも知られている。しかしながら、既知の装置又は方法には、本開示の実施形態の利点を提供できるものは皆無である。
【０００７】
従って、上記状況は、既知の移植片及び外科処置技法の欠点及び不都合を回避した、改良された脊椎関節形成術の必要性を示している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
或る実施形態では、上椎骨と下椎骨の間に介入するための人工脊椎関節が提供されており、この人工脊椎関節は、上保持部と下保持部を備えている。この関節は、上保持部と下保持部の間に挿入できるようになった半円筒形の可動支承部を備えており、この半円筒形の可動支承部は、更に、下保持部内で動くようになっている。
【０００９】
第２の実施形態では、人工脊椎関節は、上椎骨と下椎骨と間に介入できるように作られている。人工脊椎関節は、第１上保持部、第１下保持部、及び第１上保持部と第１下保持部の間に挿入できるようになっている第１の半円筒形の可動支承部を含んでいる、第１関節形成用半部を備えている。第１の半円筒形の可動支承部は、第１上保持部内で可動である。人工脊椎関節は、更に、第２上保持部、第２下保持部、及び第２上保持部と第２下保持部の間に挿入できるようになっている第２の半円筒形の可動支承部を含んでいる、第２関節形成半部を備えている。第２の半円筒形の可動支承部は、第２下保持部内で可動である。第３の実施形態では、人工脊椎関節を移植する方法は、椎間空間へアクセスするために患者の背部に第１露出部を作成する段階と、人工脊椎関節の少なくとも一部を、この第１露出部を介して挿入する段階と、を含んでいる。本方法は、人工脊椎関節の第１前関節部を椎間空間に位置決めする段階を更に含んでいる。この第１前関節部は、第１上保持部、第１下保持部、及び第１上保持部と第１下保持部の間に配置された第１の半円筒形の可動支承部と、を備えている。第１の半円筒形の可動支承部は、更に、第１下保持部内で動けるようになっている。
【００１０】
開示されている実施形態は、腰椎の外傷後の、椎間板に起因する、関節面痛又は脊椎すべり症の退行性変化、及び／又は腰椎の複数レベルの運動機能の維持に有用である。
【００１１】
追加的及び代わりの特徴、利点、使用法及び実施形態は、以下の説明、図面及び特許請求の範囲に記載しており、その中で明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
各図面は、椎間円板、又は椎間円板と少なくとも１つの対応する面関節との組み合わせを置換するための人工脊椎関節の様々な実施形態を示している。本開示の原理による人工脊椎関節の各種実施形態は、関節置換に陥り易い問題の何れを治療するのにも使用することができ、特に、例えば、腰椎の外傷後の、椎間板に起因する、関節面痛又は脊椎すべり症の退行性変化、及び／又は腰椎の複数のレベルの運動機能維持に使用することができる。
【００１３】
図４−図７は、人工脊椎関節の第１の代表的な実施形態を示している。図４及び図５に示すように、各関節は２つの関節形成用半部から構成され、各半部は、スペーサ又は円板１９と保持部２１とを有している。保持部２１は、第１保持部２１ａと第２保持部２１ｂを含んでいる。図４に示す例では、第１保持部２１ａは、第２保持部２１ｂに対して上位（上方）にあり、円板１９がその間に収まっている。この代表的な実施形態による人工脊椎関節は、第１保持部と第２保持部それぞれとして２つの半部を有しているが、代わりの実施形態は、人工脊椎関節が、１つの第１保持部材と、１つの第２保持部材と、１つのスペーサを有するように実施してもよいと理解されたい。また、代わりの実施形態は、それぞれに大きさの異なる半部又は２つより多い構成要素で構成されている、第１保持部と、第２保持部と、及び／又は円板とを有する関節形成用装置で実施してもよい旨理解されたい。
【００１４】
また、図４に示すように、第１保持部２１ａと第２保持部２１ｂは、２つの隣接する椎骨の間に装着されている。より具体的には、第１保持部は２つの隣接椎骨の内の上側の椎骨の下面に沿って装着され、第２保持部は、２つの隣接する椎骨の内の下側の椎骨の上面上方に装着される。しかしながら、当業者には理解頂けるように、第１保持部と第２保持部は、このような配置に限定されず、ここに図示したものとは異なる位置に配置し及び／又は異なる形状であってもよい。
【００１５】
椎骨の残っている終板に接する関節形成用装置の保持部２１ａ、２１ｂの表面は、骨の内部成長とそれらの間の堅固な接合を促すために、ビード付き材料で被覆され又はプラズマ噴霧されていてもよい。具体的には、骨の内部成長を促す面は、コバルトクロムモリブデン合金に、チタン／カルシウム／リン酸塩の二重被覆、メッシュ面、又は他の効果的な面仕上げを施したものでもよい。代わりに、又は組み合わせて、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のような接着剤又はセメントを、終板の一方又は両方に移植片の全体又は一部を固定するために使用してもよい。
【００１６】
後で詳しく説明するが、外層線維輪領域１７（例えば、図４、７Ｂ参照）の大部分、或る実施形態では約３００度は、終板の下部分にそのまま残され、これは、骨の内部成長が起こって保持部を相手方の各椎骨にしっかりと取り付けるまで、下側保持部を所定の位置に保持するストッパとして機能する（図４は、残されている外層線維輪１７の一部しか示していない）。対照的に、従来の前方関節形成術では、通常、外層線維輪１７の約２７０度が取り除かれる。また、当面の固定には椎弓根スクリュー(pedicle screws)も使用することができ、これについては後で論じる他の実施形態に結び付けて詳しく説明する。
【００１７】
本開示の各種実施形態では、第１保持部２１ａと第２保持部２１ｂは、両者の間に円板１９を保持できる構造に作られている。例えば、２つの凸状面１９ａを備えた円板１９の場合、第１保持部２１ａと第２保持部２１ｂは、それぞれ、円板１９が保持される空間を画定する凹状面２１ｃを有している。例えば、図４に示す代表的な実施形態では、円板１９の上側凸状面１９ａは、第１保持部２１ａの凹状面２１ｃにより画定されている陥凹部内に嵌め込まれ、円板１９の下側凸状面１９ｂは、第２保持部２１ｂの凹状面２１ｃにより画定されている陥凹部内に嵌め込まれる。
【００１８】
図５は、組み立て済みの代表的な人工脊椎関節の、関節形成用半部が両方共に所定の位置に配置された状態の前面図を示しており、図６は、図５に示す組み立て済み人工脊椎関節の側面図を示している。図５と図６に示すように、円板１９は、第１保持部２１ａと第２保持部２１ｂの間に保持されている。なお、円板１９は第１保持部２１ａと第２保持部２１ｂの間に保持されているが、円板１９は、第１保持部２１ａの対応する面２１ａと第２保持部２１ｂとにより画定された空間内で自由に滑動できるものと理解されたい。この様にして、隣接する椎骨の間の制限された動きを実現している。
【００１９】
図４、５、６に示す代表的な実施形態では、円板１９は、第１保持部２１ａと第２保持部２１ｂの間に挿入される別体の構成要素である。しかしながら、下に論じるように、スペーサ又は円板１９は、第１保持部２１ａと第２保持部２１ｂの一方又は両方と共に形成してもよいし、一体に形成してもよいと理解されたい。本開示の代表的な実施形態では、図４、６、７Ａ、７Ｂを見れば良く分かるように、人工脊椎関節の各保持部は、第１人工関節面構成要素２３ａと第２人工関節面構成要素２３ｂを含んでいる。図７Ａと図７Ｂに示すように、第１人工関節面構成要素２３ａは面２５ａを有し、対応する第２人工関節面構成要素２３ｂは面２５ｂを有しており、面２５ａが面２５ｂに嵌り込んで隣接する椎骨を安定化させると共に、各椎骨の他方の椎骨に対する可動性を留保し及び案内するように構成されている。上側及び下側保持部２１ａ及び２１ｂの各セットは、一対の関節面構成要素２３ａ、２３ｂを有し、それらは一体となって面関節を画定している。この実施形態による関節面を用いた関節全置換術(total joint replacement)の場合、左右の関節形成用装置は、後方から見た場合に２つの隣接する面関節を画定することになる。
【００２０】
人工面関節が設けられているか否かに関わりなく、関節形成用装置の左右半部に関係付けられた各上側及び下側保持部は、互いに完全に独立している。即ち、図７Ａに示すように、例えば、各半部に対応付けられた第１保持部２１ａは、互いに直接接触しているわけではない。図７Ｂに示す第２保持部２１ｂに関しても同じことが当てはまる。しかしながら、当業者には理解頂けるように、人工面関節を含んでいる本開示の実施形態においてさえ、各半部の第１保持部２１ａの少なくとも一部、及び／又は各半部の第２保持部２１ｂの少なくとも一部は、互いに直接接触し及び／又は接続されていてもよく、これについては図１７から図１８の説明に関連付けて更に詳しく説明する。
【００２１】
また、本開示の様々な実施形態では、円板１９、第１保持部２１ａ、及び第２保持部２１ｂは、圧縮力及び引張力を伝達する接続をやり易くすると共に、隣接面それぞれの間で略横方向に上記のような滑動運動ができるようにするのに適していれば、どの様な材料で作ってもよい。例えば、第１の実施形態では、第１保持部２１ａと第２保持部２１ｂは、通常、ステンレス鋼、チタン、及びコバルトクロムのような外科用移植片適している金属又は金属合金、又は炭素繊維のような複合材料、又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のようなプラスチック材料、又は他の適した材料で作られる。円板は、高分子量ポリエチレン又はＰＥＥＫのようなプラスチックから、又はセラミック、金属、及び限定するわけではないが、炭素繊維、ゴム、又は他の適した材料のような天然又は合成繊維から作られる。一般的に、面の滑動特性を維持し易くするため、面は、研磨し及び／又は被覆して滑らかな面にする。例えば、面が金属製の場合、金属面は研磨された金属でもよい。
【００２２】
図８から図１４は、人工脊椎関節の第２の実施形態を示している。第１の実施形態と異なる特徴だけをここでは詳しく説明する。第２の代表的な実施形態では、例えば椎弓根スクリュー(pedicle screws)２７のような固定用構成要素が設けられ、第１保持部２１ａ及び／又は第２保持部２１ｂそれぞれの間に、対応する椎骨に対してよりしっかりした且つ直接的な接合を形成している。更に、この実施形態は、一方の保持部、ここでは下側保持部２１ｂと一体に作られた円板１９を示している。円板１９は、その保持部と同じ材料で一体成形してもよいし、似た又は異なる材料で別個に成形した後、保持部に永続的に接合して一体の装置を形成してもよい。この実施形態では、円板１９と保持部は全て金属で作られている。
【００２３】
図１５と図１６は、人工脊椎関節の第３の実施形態を示している。第３の代表的な実施形態では、例えばテンションバンド３１のような追加の固定用構成要素が設けられ、第１保持部２１ａを第２保持部２１ｂに締結することによって隣接する椎骨の間の可動性を制限する、後靭帯の機能を補い、又はこれに置き換えている。図１５と図１６に示すように、後部テンションバンド３１は、対応する椎弓根スクリュー２７同士の周りに、又は他の都合のよい取り付け箇所に巻きつけることにより設けられる。
【００２４】
図１７と図１８は、人工脊椎関節の第４の実施形態を示している。図１７と図１８に示す代表的な実施形態では、人工脊椎関節は、人工関節面構成要素を除いて、上に論じた特徴を全て備えている。この実施形態では、天然の面関節が留保されている。靭帯のテンションバンドが無傷のまま残される実施形態もある。加えて、この実施形態は、第１保持部２１ａと第２保持部２１ｂの配置を維持するのに役立つ各上側及び下側保持部の間の前方正中線接合の具体的な事例を含んでいる。
【００２５】
図１７と図１８は、第１保持部２１ａに、第２保持部２１ｂに形成された対応する嵌め込み部分と相補形のロック・キー式のパターンを設けることができることを示している。より具体的には、第１保持部２１ａの一方の半部は、Ｕ字形状部３５ａの外側境界を有しており、対応する第１保持部２１ａの他方の半部は、Ｕ字形状部３５ａに嵌る突き出た部分３５ｂの形をした外側境界を有している。その結果、第１保持部２１ａ、２１ｂの各半部は、所定の位置に維持される。しかしながら、上側又は下側保持部は、移植し易くし及び／又は関節を概ね安定した対称的構成に形成し及び／又は維持するのを支援する何らかのやり方で、椎体間空間、例えばその正中線前方部で、一体に嵌め合わせ、及び／又は接続してもよい。図１８に示す下側の終板に残された線維輪１７により与えられる内向きの力によって、下側保持部の間にそのような接合を作り出すことがなおさら重要である。各下側保持部の間の正中線接合は、保持部を正中線３７に向けて移動させようとする外層線維輪の力に抵抗することになる。
【００２６】
各種代表的実施形態に示すように、ロックとキーのように一体に嵌り合って各部の互いに対する配置を維持する第１及び／又は第２保持部以外の部分も、人工脊椎関節の各半部は、椎骨の正中線３７を中心に概ね対称になっている。
【００２７】
繰り返すが、これらの代表的実施形態は、単に説明を目的としており、本発明の可能な設計、実施例、変更及び使用例を網羅することを意図しているわけではない。また、本開示の或る実施形態に関連して説明した特徴は、上に明示的に述べていなくとも、他の実施形態に結び付けて使用することができる。
【００２８】
上に論じたことから当業者には自明であろうが、人工関節の移植に使用するのに適した外科処置の手法を以下に簡単に説明する。一般的には、上で論じたように、人工脊椎関節は、既知のＴＬＩＦ又はＰＬＩＦ手法に類似の後方孔横断式進入法を用いて体内に移植される。この進入法によれば、患者の背部に正中線切開のような切開を施し、この孔を経由して罹患した円板の一部又は全部と周辺組織を取り出す。面関節を一部でも置換するか否かによるが、天然の面関節を削って人工面関節用の空間を作成する。次いで、人工脊椎関節の各半部を、左右の孔横断開口部を通してそれぞれ一個ずつ挿入する。即ち、関節面構成要素を備えている場合もいない場合もあるが、上側及び下側保持部と、人工円板が別体で設けられていればその人工円板と、を含んでいる人工脊椎関節の各部品を、孔を通して適切な椎間空間に配置する。人工関節の各部品は、完全に別々でもよいし、又は孔を通して挿入する前にその内の２つ又は３つ以上を、布又は当技術で既知の材料で一体に繋ぎ又はパッケージ化してもよい。天然の円板の外層線維輪の少なくとも一部を残しておける場合、人工脊椎関節の各側の下側保持部は、線維輪の対応する部分に当接するように挿入する。正中線前方接合が設けられている場合、保持部材の左右半部は、嵌め合わされ、外層線維輪で所定の位置に保持される。すると、線維輪の残り部分は、それが処置前に在ったのと実質的に同じ場所に位置することになる。また、天然円板の線維輪全体を取り除かねばならない場合、又は残っている線維輪が不十分である場合は、例えば、人工脊椎関節の諸部品が確実に定位置に留まるように、椎弓根スクリューを使用している本開示の実施形態を用いることができる。なお、当業者には理解頂けるように、後方進入法の利点が限定されることにはなるが、人工関節は、前方進入法又は前方進入法と後方進入法の組み合わせにより実施することもできる。例えば、人工脊椎関節の部品の一部を前方進入法で挿入し、他の部品を後方進入法で挿入してもよい。前方及び後方進入法で配置された部品は、図１７と図１８に示す実施形態と同じように一体に嵌め合せることができる。
【００２９】
次に、図１９に示す実施形態では、人工脊椎関節１００は、２つの終板アッセンブリ１０４、１０６の間に挟まれたスペーサ又は可動支承部１０２を含んでいる。終板アッセンブリ１０４は、外面１０８と上保持部１１０を含んでいる。終板アッセンブリ１０６は、外面１１２、下保持部１１４、及び運動停止面１１５を含んでいる。この実施形態では、保持部１１０は、スペーサ１０２と滑らかな関節運動ができるようにする半円筒状の溝(trough)である。保持部１１０は、組み立てられた状態の関節１００の横軸１１８と略同一直線上に又は平行に整列し、且つ組み立てられた状態の関節１００を通って伸びる前後軸１２０を中心とする長手方向軸１１６を有する細長い形状をしている。この横軸１１８と前後軸１２０は、関節１００が装着されると、椎骨７、９の間の椎間円板空間を通って伸張することになる。
【００３０】
スペーサ１０２は、湾曲した上面１２２と平坦な下面１２４を有する半円筒状をしている。スペーサ１０２は、組み立てられた状態の関節１００の横軸１１８と略平行に又は同一直線上に整列した長手方向軸１２６を有する細長い形状をしている。このスペーサ１０２は、高さ寸法１２８、幅寸法１３０、及び長さ寸法１３２を有している。スペーサ１０２の半円筒形状は、豆形状、楕円形、縁が丸い半円筒形、上下面が湾曲した半円筒形を含む様々な細長い形状を含むものと広く理解されたい。半球状面も採用できるが、円筒状に近いものの方が製造し易い。
【００３１】
保持部１１４は、スペーサ１０２と滑らかに相互作用出来るようにするトレイである。この実施形態では、保持部１１４は、平坦な下面１２４に合わせて平坦である。運動停止面１５５は、保持部１１４の周囲に隆起した周辺部を形成している。保持部１１４は、保持部１１４に対してスペーサ１０２が前後に並進できるように、幅寸法１３０より僅かに幅広くなっている。保持部１１４は、スペーサ１０２が保持部１０４に対して横方向に並進できるように、長さ寸法１３２よりも僅かに長くなっている。代わりの実施形態では、下保持部はスペーサの湾曲した下面の形状に合わせて湾曲していてもよいと理解されたい。２００４年１月７日出願の米国特許出願第１０／７５，８６０号「可動支承式関節運動円板」は、他の関節運動スペーサの実施形態を開示しており、同出願を参考文献としてここに援用する。２００４年３月２３日出願の米国特許出願第１０／８０６、９６１号「拘束型人工脊椎円板」は、他の関節運動スペーサの実施形態を開示しており、同出願を参考文献としてここに援用する。
【００３２】
代わりの実施形態では、下保持部に対するスペーサの運動は、運動停止面の位置と、平坦な下面の出来上がり寸法によって制御されるものと理解されたい。例えば、下保持部がスペーサの幅寸法よりも広いが長さ寸法にはぴったりと一致している場合、スペーサの運動は、下保持部に沿う前後方向の並進に限定される。下保持部がスペーサの幅寸法に一致しているが長手寸法方向には隙間があるような場合、スペーサの運動は、横方向の並進に限定される。下保持部が、平坦な下面よりも幅が広く長さも長い場合、スペーサは、下保持部上で回転又は軸回転することができる。
【００３３】
人工脊椎関節１００は、終板アッセンブリ１０４、１０６からそれぞれ伸張するキールとなる接続要素１３４、１３６を更に備えていてもよい。キール１３４、１３６は、それぞれ椎体７、９と係合して、関節１００を固定する。なお、脊椎関節を所定の位置に固定するため、様々な接続要素を使用することができる。例えば、他の適した接続要素としては、スパイク、リッジ、骨スクリュー、及び／又は面の肌理が挙げられる。
【００３４】
関節１００は、前方進入法、後方進入法、孔横断式進入法、又は当技術では既知の他の進入法を用いて、椎体７、９の間に装着される。湾曲した上面１２２は、上保持部１１０と関節運動可能に接触し、平坦な下面１２４は、運動停止面１１５の境界内で下保持部１１４と関節運動可能に接触する。この実施形態では、保持部１１４は、スペーサ１０２の幅１３０及び長さ１３２寸法の両方について隙間を設けており、スペーサが前後方向及び横方向の両方に並進できるようにすると共に、関節１００を一定の範囲内で捩ることができるようにしている。湾曲した上面１２２と上保持部１１０は、関節１００の屈曲−伸展運動を許容する関節運動をする。この実施形態では、横方向の屈曲は、スペーサ１０２を終板アッセンブリ１０４、１０６の何れかから外して「リフトオフ」状態を作り出す運動を除き、制限され又は排除されている。
【００３５】
スペーサ１０２及び２つの終板アッセンブリ１０４、１０６は、適した生体適合性を有する材料であれば、コバルト−クロム合金、チタン合金、ニッケルチタン合金、及び／又はステンレス鋼合金のような金属を含め、どの様な材料で形成してもよい。酸化アルミニウム又はアルミナ、酸化ジルコニウム又はジルコニア、粒子状ダイアモンドの圧縮物、及び／又は熱分解性炭素のようなセラミック材料も適している。ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、炭素強化ＰＥＥＫ、又はポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）のようなポリアリルエーテルケトン（ＰＡＥＫ）系のあらゆる種類；ポリスルフォン；ポリエーテルイミド；ポリイミド；超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）；及び／又は架橋ＵＨＭＷＰＥを含むポリマー材料も使用することができる。このスペーサと終板アッセンブリ１０４、１０６は、異なる材料で形成してもよく、従って、金属と金属、金属とセラミック、金属とポリマー、セラミックとセラミック、セラミックとポリマー、ポリマーとポリマーの積層構造とすることもできる。全ての接触面の間に滑らかな関節運動を作り出すために、上保持部、下保持部、及びスペーサの面の少なくとも一部は、研削し研磨されている。
【００３６】
外面１０８、１１２は、移植された人工器官の固定を強化する造形又は被覆を含んでいてもよい。例えば、面は、化学的エッチング、ビード吹き付け、サンダー仕上げ、研削、セレーション加工、及び／又はダイヤモンド切削などで、粗面加工を施してもよい。外面１０８、１１２の骨接触面の全て又は一部は、骨の内部成長及び固定を促進するため、ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）、リン酸三カルシウム（ＴＣＰ）、及び／又は炭酸カルシウムのような生体適合性を有する骨誘導性の物質で被覆してもよい。代わりに、形質転換成長因子（ＴＦＧ）ベータ上科由来のタンパク質、又はＢＭＰ２又はＢＭＰ７のような骨形態形成タンパク質のような骨誘発性被覆を施してもよい。
【００３７】
次に、図２０に示す人工脊椎関節１５０は、下記の相違点を除き、関節１００と実質的に同じである。この実施形態では、関節１５０は、２つの終板アッセンブリ１５４、１５６の間に挿入されたスペーサ１５２を含んでいる。終板アッセンブリ１５４は、外面１５８と上保持部１６０を含んでいる。終板アッセンブリ１５６は、外面１６２と、下保持部１６４と、運動停止面１６５とを含んでいる。この実施形態では、保持部１６０は、スペーサ１５２と滑らかに関節運動ができるようにする半円筒形の溝の形をしている。保持部１６０は、組み立てた状態の関節１５０を通って伸びる前後軸１２０と略同一直線上に又は平行に整列した長手方向軸１６６を有する細長い形状をしている。スペーサ１５２は、前後軸１２０と略同一直線上に又は平行に整列した長手方向軸１６８を有する細長い形状をしている。スペーサ１５２は、高さ寸法１７０、幅寸法１７２、及び長さ寸法１７４を有している。
【００３８】
保持部１６４は、スペーサ１５２が平坦な下面１６４に対して横方向に並進できるように、幅寸法１７２よりも幅広になっている。保持部１６４は、スペーサ１５２が平坦な下面１６４に対して前後方向に並進できるように、長さ寸法１７４よりも僅かに長くなっている。この実施形態では、下保持部１６４は、スペーサ１５２の幅寸法１７２及び長さ寸法１７４の両方について隙間を設けており、スペーサが、前後方向及び横方向の両方に並進できるようにすると共に、関節１００を一定の範囲内で捩ることができるようにしている。この実施形態では、保持部１１０とスペーサ１５２は、関節１００が横方向の屈曲運動をできるようにする関節運動をする。スペーサ１５２をこの方向に配置すると、屈曲−伸展は、スペーサ１５２を終板アッセンブリ１５４、１５６の何れかから外して「リフトオフ」状態にする運動を除き、制限又は排除される。
【００３９】
次に、図２１に示す実施形態では、人工脊椎関節２００は、椎骨７、９の間に挿入された２つの関節形成用半部２０２、２０４を含んでいる。関節形成用半部２０２は、吻側前方関節構成要素２０６と、吻側後方関節構成要素２０８と、前方構成要素２０６と後方構成要素２０８の間を伸張する吻側ブリッジ２１０とを含んでいる。関節形成用半部２０２は、更に、尾側前方関節構成要素２１２と、尾側後方関節構成要素２１４と、前方構成要素２１２と後方構成要素２１４の間を伸張する尾側ブリッジ２１６とを含んでいる。関節形成用半部２０４は、関節形成用半部２０２と構造及び機能が実質的に同様なので、細部については限られた範囲のみを説明する。
【００４０】
「吻側」及び「尾側」という用語は、幾つかの実施形態で、それら実施形態の構成要素の位置を説明するのに使用している。吻側は、当技術では通常、頭部に向く位置を説明するのに用いられ、尾側は、尾部又は足に向く位置を説明するのに用いられており、吻側と尾側は、ここでは単に図示の実施形態の構成要素の相対位置に対する修飾語として用いている。例えば、吻側構成要素は、図示の関節の一方の側にあり、尾側は当該関節の別の側にある。構成要素は、図示の実施形態を説明するために吻側及び尾側と称しているからといって、患者の解剖学的構造に対する装置又は方法の適用の方向を限定することも、特許請求の範囲を何れかの装置又は方法に限定することも、意図しているわけではない。
【００４１】
この実施形態では、吻側ブリッジ２１０は、神経根を外に出すための出口ポータルと人工孔を作成するために凹凸２１７を含んでいる。更にこの実施形態では、尾側後方関節構成要素２１４は、後方突起２２０を含んでいる。ブリッジ２１０、２１６の何れか、具体的には尾側ブリッジ２１６は、天然の椎弓根を補助又は置換する「スーパー」又は人工椎弓根であってもよい。
【００４２】
この実施形態では、関節形成用半部２０２は、吻側と尾側の前方関節構成要素２０６、２１２の間に挿入されたスペーサ２３２を含んでいる。吻側前方関節構成要素２０６は、上保持要素２３４を含んでいる。尾側前方関節要素２１２は、下保持部２３６と運動停止面２３８を含んでいる。この実施形態では、保持部２３４は、スペーサ２３２と滑らかに関節運動が出来るようにする半円筒形の溝の形状をしている。上保持部２３４は、記載の相違点を除き、上保持部１１０と同じである。
【００４３】
スペーサ２３２は、湾曲した上面２４０と平坦な下面２４２を備えた半円筒形をしている。スペーサ２３２は、記載の相違点を除き、スペーサ１０２と同じである。スペーサ２３は、組み立てられた状態の関節２００の横軸２４６と略平行又は同一直線上に整列している長手方向軸２４４を含んでいる。
【００４４】
保持部２３６は、スペーサ２３２と滑らかに相互作用できるようにするトレイである。保持部２３６は、記載の相違点以外は保持部１１４と同じである。この実施形態では、保持部２３６は、両寸法が下面２４２よりも大きいので、スペーサ２３２は、保持部２３６に対して前後方向及び横方向に並進することができる。また、スペーサ２３２と保持部２３６の間で回転及び軸回転も行うことができる。上記のように、保持部２３６の大きさ及び運動停止面２３８の位置は、並進又は回転を所望どおりに制限又は許容することになる。
【００４５】
関節形成用半部２０４は、指摘の相違点以外は、関節形成用半部２０２と同様に構成されている。具体的には、関節形成用半部２０４は、スペーサ２３２と同様に配置され整列しているスペーサ２４７を含んでいる。スペーサ２３２の長手方向軸２４８は、横軸２４６と略平行に又は一直線上に、そしてスペーサ２３２の長手方向軸２４４と一直線上に、整列している。
【００４６】
吻側後方関節構成要素２０８は、後方突起２２０と係合するように作られた後方ソケット２２４を含んでいる。後方突起２２０の曲率半径は、後方ソケット２２４の曲率半径よりも小さいので、後方関節構成要素２０８、２１４の間の運動を許容し且つ結合を制限している。後方ソケット２２４と後方突起２２０の曲率半径は、関節形成用半部２０２の共通の回転中心から放射されていてもよい。この実施形態では、後方ソケット２２４の曲率半径は比較的大きいので、得られた関節は拘束が緩い。代わりの実施形態では、尾側後方構成要素の後方突起のガタの無い曲率半径が、ガタの無い曲率半径を有する吻側後方構成要素と嵌り合って、拘束のきつい後方関節を作成している。
【００４７】
前方構成要素２０６、２１２及びブリッジ構成要素２１０、２１６の大きさと形状は、後方外科的進入法の制約により制限される。例えば、前方構成要素２０６、２１２は、後方の外科的露出部、Kambinの三角形、及び他の神経要素の間を通過させて装着できるようにしながら、最大の椎骨終板面積を覆って荷重を分散し沈下を少なくするように構成される。ブリッジ構成要素２１０、２１６の幅も、Kambinの三角形を通過して、神経要素と共存させるために、できる限り小さくされている。
【００４８】
関節形成用半部２０２は、更に、椎骨７、９に固着するための造形を備えている。しかしながら、代わりの実施形態では、固定用の造形は省かれていると理解されたい。関節形成半部２０２は、吻側前方関節構成要素２０６から吻側に伸張する接続要素２５０を含んでいる。この実施形態の接続要素２５０は、スクリュー２５２のような骨ファスナを通すようになっている孔である。接続要素２５０は、スクリュー２５２を円筒形の椎体７ａに固着することができるような向きに配置されている。
【００４９】
関節形成術半部２０２は、更に、尾側後方関節構成要素２１４に取り付けられるか又はこれと一体に形成された接続用構成要素２５４を含んでいる。この実施形態の接続用構成要素２５４は、スクリュー２５６のような骨ファスナを通すようになっている孔である。接続用構成要素２５４は、スクリュー２５６が、中心軸から角度の付いた又は斜めに向いた、椎弓根を通して画定された経路を通るように、スクリューを椎弓根外に挿入できるような向きに配置されている。椎弓根外固定は、略後方−前方に椎弓根を通して画定された中心軸を下る経路を通らず椎弓根に固定されるどの様な固定でもよい。この実施形態では、スクリューは椎弓根の側壁を通過して、強力な皮質固定を実現する。全ての実施形態において、スクリューは、関節運動、軟組織及び天然構造に干渉しないように、埋め込まれる。例えば図１４に示す代わりの実施形態では、後方構成要素２５４から伸張する接続用構成要素は、スクリューが椎弓根を通る中心軸に概ね沿った経路を取って進むように、スクリューが椎弓根内に挿入される向きに配置されている。更に別の代わりの実施形態では、後方接続構成要素は、略円筒形の椎体部９ａに接続される。なお、他の代わりの実施形態では、接続用構成要素は、関節形成用半部の様々な構成要素から、様々な角度で、様々な方向に伸張していると理解されたい。例えば、接続用構成要素は、吻側前方関節構成要素からではなく吻側ブリッジから伸張していてもよい。
【００５０】
図２１に示すように、関節形成用半部１０２の吻側構成要素２０６、２０８、２１０は一体に形成されている。モジュール式の代わりの実施形態では、これら構成要素は、互いに取り外し可能に連結されていると理解されたい。例えば、吻側前方関節構成要素は、ブリッジとは別に装着してもよい。前方構成要素を所定の位置に配置した後、例えば、螺合接続、ボルト式接続、又はラッチ式接続のような当技術では既知の機構で、ブリッジを前方構成要素に取り付けてもよい。次いで、モジュール式吻側構成要素を、同様の締結機構でブリッジに取り付けて、関節形成用半部の吻側部分が完成する。
【００５１】
人工脊椎関節２００は、以下に述べるように、椎骨７、９の間に装着される。装着は、関節形成用半部２０２について説明するが、関節形成用半部２０４も同様のやり方で装着できるものと理解されたい。一般に、上記のように、人工脊椎関節２００は、既知のＴＬＩＦ又はＰＬＩＦと同様の手法で後方孔横断式進入法を使って体内に移植される。一般的に、ＰＬＩＦ進入法の方が正中寄りであり、椎骨内空間にアクセスするためには、横切っている神経根及び硬膜をより大きく後退させることになる。これら構造体の間の空間は、Kambinの三角形として知られている。ＴＬＩＦ進入法は、通常、もっと斜め方向になるので、出て行く神経根を後退させるのは少なくて済み、横切っている構造体の後退幅が小さいので硬膜外出血も少なくて済む。出て行く神経根の位置の上方且つKambinの三角形の外側で、更に側方寄りの進入法を用いて、内空間にアクセスすることもできる。幾つかの事例では、関節面を切除せずに、更に側方寄りの進入法によって、内空間にアクセスすることもできる。また、腰筋を通る直接側方進入法も、既知である。この進入法は、後方の神経要素を完全に回避する。本発明の実施形態は、上記一般的な進入法の何れを利用する場合も想定している。
【００５２】
上記進入法の少なくとも１つにより、患者の背部に正中切開のような切開を施して、罹患した円板の一部又は全部を周辺組織と共に孔を経由して取り出す。椎骨９の上終板面を削り、やすりをかけ、そうでなければ切除して、尾側前方骨接触面のプロフィールと整合させて、椎骨９の上終板面に作用する応力分布を正規化し、及び／又は骨の内部成長に先立つ初期固定を提供する。椎骨９の終板に前処理を施すことにより、面は平坦化され、又は、面輪郭が、ポケット、溝、又は骨接触面上の対応する造形に整合するものとなる。椎骨７の下終板は、出て行く神経根及び背根神経節が許容する範囲まで、吻側前方関節構成要素２０６を受け入れるように前処理される。面関節を置換するか否かにより、椎骨７、９の天然の面関節を仕上げて、後方構成要素２０８、２１４のための空間を作り出す。
【００５３】
次いで、人工脊椎関節２００の各半部２０２、２０４を、それぞれ左右の孔横断開口部を通して一個ずつ挿入する。即ち、吻側及び尾側前方関節構成要素２０６、２１２を含んでいる人工脊椎関節１００の各部品を、それぞれ孔に通して、略円筒形の椎体７ａ、９ａの間の適切な椎間円板空間に配置する。人工関節２００の各部品は、完全に別々でもよいし、又は孔を通して挿入する前にその内の２つ又は３つ以上を、布又は当技術で既知の材料により一体に繋ぎ又はパッケージ化してもよい。天然の円板の外層線維輪の少なくとも一部を残しておける場合、人工脊椎関節の各側の尾側前方関節構成要素は、線維輪の対応する部分に当接するように挿入する。ブリッジ２１０、２１６を、前方関節構成要素２０６、２１２から後方に、且つ椎間円板空間から後方に向けて伸張させる。後方構成要素２０８、２１４は、天然の面関節の機能を置換し又はこれを補助するために、椎間円板空間の後方に配置する。接続用構成要素２５０を通してスクリュー２５２を挿入し、略円筒形の椎体７ａにねじ込み、接続用構成要素２５４を通してスクリュー２５４を挿入し、椎弓根のような隣接する骨にねじ込む。スクリューは、関節形成用半部２０２全体が移植された後か、又は吻側及び尾側構成要素それぞれが移植された後か、の何れかの時期に移植できるものと理解されたい。
【００５４】
装着後、スペーサ２３２はスペーサ１０２の動きと同じ様に動き、屈曲−伸展運動、前後方向の並進、側方並進、及び限定された捻り運動が、概ね行えるようになる。上記のように、これらの運動は、何れもスペーサ２３２と運動停止面２３８の間の隙間を制限し又は増すことにより制限することができる。吻側後方関節構成要素２０８と尾側後方関節構成要素２１４とで作り出される後方関節は、関節形成用半部２０２が剪断力、特に前後方向の力に抵抗できるようにする。吻側前方関節構成要素２０６の尾側前方関節構成要素２1２に対する運動は、後方ソケット２２４内の後方突起２２０の変位によって制限される。例えば、吻側前方関節構成要素２０６の尾側前方関節構成要素２1２に対する横方向の並進は、後方関節により制限される。円筒形椎体７ａ、９ａにより画定される長手方向軸を中心とした回転は、後方関節の拘束と、２つの関節形成用半部２０２、２０４により提供される合成的拘束との両方によって制限される。また、後方関節は、どの様な真の側方屈曲の自由度にでも制約を課す。
【００５５】
ある一定の状況の下では、関節２００は、上記設計上の制約を乗り越えて、一定の範囲内の横方向、回転方向、及び連結型の運動を許容する。例えば、前方関節構成要素２０６はスペーサ２３２との接合から外れ、制限された「リフトオフ」状態になり、厳格な屈曲−伸展運動を超える追加的自由度と連結運動が可能になる。前方関節の自己心出し特性によって、リフトオフが生じた後の再接続と整列が確実に行われる。前方関節構成要素の制限付き接続解除は、後方関節の拘束の程度により調節される。例えば、後方関節の拘束が比較的緩ければ、リフトオフの程度は大きくなる。しかしながら、後方関節の再接続と整列を確実に行うには、後方関節にある程度の制約があったほうが有効であろう。
【００５６】
一般に、同一又は同程度の曲率半径を有する各構成要素できつく拘束した、単純な前方配置のボール・ソケット関節は、剪断力に抵抗し並進を制限しながら、屈曲−伸展、側方屈曲、及び捻り運動をできるようにする。後方構成要素に、更に拘束を強めたボール・ソケット関節を加えると、捻り等の自由度に制限を追加することもできる。追加の関節は、運動の自由度を更に制限する。前方又は後方関節が外れるか又は関節運動解除が許容される場合には、追加の自由度が上記のように許容される。ボールとソケットの間の隙間の形状を変えることによっても、追加の運動の自由度が許容されることになる。
【００５７】
前方及び後方関節の頑丈で寛大な構造は、関節形成用半部２０２、２０４の配置に整列不良や僅かな精度不良があっても、これを許容する。例えば、前方関節構成要素２０６、２１２、２３２の自己整列構造は、構成要素同士の或る一定量の整列不良を容認する。従って、構成要素２０６、２１２の挿入軌道は、少しならずれてもよい。後方突起２２０と後方ソケット２２４の相互作用は、関節形成用半部２０２、２０４の間の、平行整列不良及び／又は前後方向整列不良にも対応することができる。
【００５８】
或る代わりの実施形態では、上記人工脊椎関節は、何れも、更に、吻側前方構成要素から伸張する吻側キール、及び／又は尾側前方関節構成要素から尾側ブリッジに沿って伸張する尾側キールを含んでいる。吻側キールは、椎体７ａの下終板と係合し、尾側キールは、椎体９ａの上終板及び椎骨９の椎弓根の上面と係合する。椎体７ａの下終板は、吻側キールを受け入れるため、削られるか、又は別の方法で前処理されるものと理解されたい。同様に、椎体９ａの上終板と椎骨９の椎弓根は、尾側キールを受け入れる溝を作るために、削られ、彫られ、又は何らかのやり方で前処理される。キールは、骨への接続を助け、関節形成用半部の運動を所望の自由度に制限する。キールは、傾斜した又は半円筒形の断面を有している。２つ以上のキールを所与のどの構成要素に使用してもよいと理解されたい。
【００５９】
次に、図２２に示す実施形態では、人工脊椎関節３００は、椎骨７、９の間に挿入される２つ関節形成用半部３０２、３０４を含んでいる。関節形成用半部３０２、３０４は、記載の相違点を除き関節形成用半部２０２、２０４と同じである。関節形成用半部３０２は、吻側前方関節構成要素３０６、吻側後方関節構成要素３０８、及び前方構成要素３０６と後方構成要素３０８の間を伸張する吻側ブリッジ３１０を含んでいる。関節形成用半部３０２は、更に、尾側前方関節構成要素３１２、尾側後方関節構成要素３１４、及び前方構成要素３１２と後方構成要素３１４の間を伸張する尾側ブリッジ３１６を含んいる。
【００６０】
この実施形態では、関節形成用半部３０２は、吻側及び尾側前方関節構成要素３０４、３１２の間に挿入されるスペーサ３３２を含んでいる。吻側前方関節構成要素３０６は、上保持部３３４を含んでいる。尾側前方関節構成要素３１２は、下保持部３３６を含んでいる。この実施形態では、保持部３３４は、スペーサ３３２と滑らかに関節運動できるようにする半円筒形の溝の形状をしている。スペーサ３３２は、湾曲した上面３４０と平坦な下面３４２を備えた半円筒形をしている。スペーサ３３２は、組み立てた状態の関節３００の横軸３４６と略平行に又は同一直線上に整列する長手方向軸３４４を含んでいる。
【００６１】
保持部３３６は、スペーサ３３２と滑らかに相互作用できるようにする平坦な面である。この実施形態では、保持部３３６は、更に、装着状態で概ね前後方向に伸張するトラック又は溝３４８を含んでいる。ピン３５０は、スペーサ３３２を貫通して伸張し、トラック３４８に可動的に取り付けられ、スペーサ３３２がトラックに沿って前後方向に移動できるようにしている。スペーサ３３２は、ピン３５０の周りに軸回転できるようになっている。横方向の並進は、トラック３４８によって完全に制限又は制約される。
【００６２】
人工脊椎関節３００は、上記のように椎骨７、９の間に装着される。装着後、スペーサ３３２は、一般的に、屈曲−伸展運動、前後方向並進、及び一定範囲内の捻りを許容する。横方向の屈曲は概ね制限されるが、リフトオフは許容される。屈曲−伸展と横方向屈曲運動との連結も概ね制限される。これらの運動は、何れも、トラックの長さ又は方向を変えることにより制限又は変更することができる。或る代わりの実施形態では、スペーサの並進を制約するためにトラックを省いて、ピンは軸回転だけができるようになっている。別の代わりの実施形態では、トラックは、湾曲し、又は矢状面内でアーチ状になっている。別の代わりの実施形態では、スペーサは、前後方向に細長くなるように配置され、トラックは横方向に伸張している。このような実施形態では、横方向の並進と横方向の屈曲は許容され、前後方向の並進と屈曲−伸展運動は制限される。
【００６３】
次に、図２３に示す実施形態では、人工脊椎関節４００は、記載の相違点を除き、人工脊椎関節２００と実質的に同じである。関節４００は、一対の関節形成用半部４０２、４０４を備えている。関節形成用半部４０２は、吻側前方関節構成要素４０６と尾側前方関節構成要素４０８を含んでおり、両者の間にスペーサ４１０が伸張している。スペーサ４１０は、吻側−尾側高４１１を有している。関節形成半部４０４は、吻側前方関節構成要素４１２と尾側前方関節構成要素４１４を含んでおり、両者の間にスペーサ４１６が伸張している。スペーサ４１６は、吻側−尾側高４１８を有している。高さ４１１は高さ４１８よりも高くなっており、椎骨７、９の間に楔効果を作り出して、椎骨７、９の整列を矯正し、又は伸延を作り出している。スペーサの高さは、スペーサ全体を通して等しくてもよいし、スペーサ自体が先細になっていてもよい。
【００６４】
次に、図２４に示す実施形態では、人工脊椎関節４５０は、記載の相違点を除き、人工脊椎関節２００と実質的に同じである。関節４５０は、一対の関節形成用半部４５２、４５４を備えている。関節形成用半部４５２は、吻側前方関節構成要素４５６と、尾側前方関節構成要素４５８を含んでおり、両者の間にスペーサ４６０が伸張している。スペーサ４６０は、湾曲した側方縁４６１を有している。関節形成用半部４５４は、吻側前方関節構成要素４６２と、尾側前方関節構成要素４６４を含み、両者の間にスペーサ４６６が伸張している。スペーサ４６６は、湾曲した側方縁４６８を有している。湾曲した側方縁４６１、４６８は、共通の中心軸の周りに丸みをつけたものでもよい。この実施形態では、湾曲した側方縁４６１、４６８は、脊椎関節２００について説明した他の種類の運動に加えて、制限付きではあるが横方向の屈曲を許容している。リフトオフは、この場合も許容されている。
【００６５】
次に、図２５に示す実施形態では、人工脊椎関節５００は、記載の相違点を除き、人工脊椎関節４５０と実質的に同じである。関節５００は、一対の関節形成用半部５０２、５０４を備えている。関節形成用半部５０２は、吻側前方関節構成要素５０６と、尾側前方関節構成要素５０８を含み、両者の間にスペーサ５１０が伸張している。スペーサ５１０は、湾曲した側方縁５１１を有している。関節形成用半部５０４は、吻側前方関節構成要素５１２と、尾側前方関節構成要素５１４を含み、両者の間にスペーサ５１６が伸張している。スペーサ５１６は、湾曲した側方縁５１８を有している。湾曲した側方縁５１１、５１８は、脊椎関節２００について説明した他の種類の運動に加えて、制限付きではあるが横方向の屈曲を許容している。この実施形態では、スペーサ５１０、５１６は、係合して、丸みの付いた側方縁を有する一体構成の円筒形可動支承部を形成する。係合の方法及び同様の一体構成の支承部は、２００５年１月７日出願の米国特許出願番号不詳（弁理士事件番号Ｐ２１７５６）「分割式脊椎装置及び方法」に詳しく記載されている。同出願は参考文献として本願に援用している。
【００６６】
以上、代表的な実施形態を幾つか詳しく説明してきたが、当業者には容易に理解頂けるように、これら代表的な実施形態には、本開示の新規な教示及び利点から実質的に逸脱すること無く、多くの修正を施すことができる。従って、そのような修正及び変更は、全て特許請求の範囲に定義する本発明の範囲内に含まれるものとする。当業者には理解頂けるように、そのような修正及び等価な構造又は方法は、本開示の精神及び範囲を逸脱するものではなく、本開示の精神及び範囲を逸脱することなく、様々な変化、置換、及び変更を施すことができる。「水平」、「垂直」、「上」、「上側」、「下側」、「下」、「左」、及び「右」など、空間についての言及は全て、説明だけを目的としたものであり、本開示の範囲内で変えることができるものと理解されたい。請求項において、手段プラス機能の節は、列挙した機能を実行するものとしてここに説明した構造を、構造的等価物だけではなく等価的構造も含めて、包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】健康な人間の脊柱の腰椎及び仙骨領域の側面概略図である。
【図２】図１に示す腰椎の右側の一部を示す詳細斜視図であり、健康な円板が２つの椎骨の間に配置されている状態を示している。
【図３】図２に示す椎間円板の上面斜視図であり、円板の主要部分を示している。
【図４】本開示の原理により構築された人工脊椎関節の第１の実施形態を示している、腰椎の一部の側面分解図である。
【図５】本開示の第１の実施形態により構築された、組み立て後の人工脊椎関節の左側及び右側半部の、上部分、円板、及び下部分を示す、腰椎の一部の前面図である。
【図６】図５に示す人工脊椎関節の右側半部の側面図である。
【図７Ａ】図４に示す人工脊椎関節の上部分を示している、腰椎の一部を横断方向に下から見た図である。
【図７Ｂ】図４に示す人工脊椎関節の下部分を示している、腰椎の一部を横断方向に上から見た図である。
【図８】人工脊椎関節の上部分の第２の実施形態を示している腰椎の一部を横断方向に下から見た図であり、ここでは移植を支援するために椎弓根スクリューが使用されている。
【図９】人工脊椎関節の下部分の第２の実施形態を示している腰椎の一部を横断方向に上から見た図であり、ここでは移植を支援するために椎弓根スクリューが使用されている。
【図１０】図８に示す人工脊椎関節の上部分を示している腰椎の一部の側面図であり、椎弓根スクリューの１つが見えている。
【図１１】図９に示す人工の一体型脊椎関節の下部分及び一体構成の円板部分を示している腰椎の一部の側面図であり、椎弓根スクリューの１つが見えている。
【図１２】図８に示す人工脊椎関節の上部分を示している腰椎の一部の後面図であり、椎弓根スクリューが２つ見えている。
【図１３】図９に示す人工脊椎関節の下部分を示している腰椎の一部の後面図であり、椎弓根スクリューが２つ見えているる。
【図１４】椎弓根スクリューを用いて組み立てられた状態の第２の実施形態を示している腰椎の一部の側面図である。
【図１５】人工脊椎関節の下部分、円板、及び上部分の第３の実施形態を示している腰椎の一部の後面図であり、ここではテンションバンドを使用している。
【図１６】組み立てた状態でテンションバンドが使用されている、第３の実施形態を示している、腰椎の一部の側面図である。
【図１７】本開示の原理により構築された人工脊椎関節の第４の実施形態の上部分を示している腰椎の一部を横断方向に下から見た図であり、ここでは面関節は置換されていない。
【図１８】人工脊椎関節の第４の実施形態の下部分を示している、腰椎の一部を横断方向に上から見た図である。
【図１９】本開示の別の実施形態の分解斜視図である。
【図２０】本開示の別の実施形態の分解斜視図である。
【図２１】本開示の別の実施形態の分解斜視図である。
【図２２】本開示の別の実施形態の分解斜視図である。
【図２３】本開示の別の実施形態の断面図である。
【図２４】本開示の別の実施形態の断面図である。
【図２５】本開示の別の実施形態の断面図分解斜視図である。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年11月2日(2005.11.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上椎骨と下椎骨との間に挿置するための人工脊椎関節において、
上保持部と、
下保持部と、
前記上保持部又は前記下保持部の何れかから伸張しており、且つ前記上椎骨と前記下椎骨の間の椎間円板空間から伸張しているブリッジ部と、
前記上保持部と前記下保持部の間に挿入するようになっている半円筒形の可動支承部とを備えており、
前記半円筒形の可動支承部は、更に、前記下保持部内で動けるようになっている、人工脊椎関節。
【請求項２】
前記半円筒形の可動支承部は、前記下保持部内で前後方向に並進できるようになっている、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項３】
前記半円筒形の可動支承部は、前記下保持部内で横方向に並進できるようになっている、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項４】
前記半円筒形の可動支承部は、更に、前記下保持部内で回転できるようになっている、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項５】
前記上保持部は、前記半円筒形の可動支承部に嵌り合うようになっている半円筒形の溝を備えている、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項６】
前記半円筒形の溝の長手方向軸は、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間を通って伸張する横軸に略平行である、請求項５に記載の人工脊椎関節。
【請求項７】
前記半円筒形の溝の長手方向軸は、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間を通って伸張する前後方向軸に略平行である、請求項５に記載の人工脊椎関節。
【請求項８】
前記半円筒形の可動支承部は、研磨された面を備えている、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項９】
前記下保持部は、運動停止面によって境界を画定された平坦な面を備えている、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項１０】
前記半円筒形の可動支承部を前記下保持部に接続するピンを更に備えており、前記半円筒形の可動支承部は前記ピンの周りに回転する、請求項１に記載の人工脊椎関節。
【請求項１１】
前記下保持部は、前記ピンが可動的に係合するトラックを備えている、請求項１０に記載の人工脊椎関節。
【請求項１２】
前記トラックは、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間を通る前後方向軸に平行である、請求項１１に記載の人工脊椎関節。
【請求項１３】
上椎骨と下椎骨との間に挿置するための人工脊椎関節において、
第１上保持部と、第１下保持部と、前記上保持部又は前記下保持部の何れかから伸張しており、且つ前記上椎骨と前記下椎骨の間の椎間円板空間から伸張しているブリッジ部と、前記第１上保持部と前記第１下保持部の間に挿入するようになっている第１の半円筒形の可動支承部と、を備えている第１関節形成用半部であって、前記第１の半円筒形の可動支承部は前記第１下保持部内で可動である、第１関節形成用半部と、
第２上保持部と、第２下保持部と、前記第２上保持部と前記第２下保持部の間に挿入するようになっている第２の半円筒形の可動支承部と、を備えている第２関節形成用半部であって、前記第２の半円筒形の可動支承部は前記第２下保持部内で可動である、第２関節形成用半部とを備えている、人工脊椎関節。
【請求項１４】
前記第１及び第２関節形成用半部は、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間内に後方挿入できるようになっている、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項１５】
前記第１の半円筒形の可動支承部の第１長手方向軸は、前記第２の半円筒形の可動支承部の第２長手方向軸と同一直線上にある、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項１６】
前記第１及び第２の長手方向軸は、前記椎間円板空間を通る横軸に平行である、請求項１５に記載の人工脊椎関節。
【請求項１７】
前記第１及び第２の長手方向軸は、前記上及び下椎骨の間の前記椎間円板空間を通って伸張する横軸に略平行である、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項１８】
前記第１及び第２上保持部は、それぞれ、第１及び第２の半円筒形の溝を備えており、前記第１及び第２の半円筒形の溝は、それぞれ、前記第１及び第２の半円筒形の可動支承部に嵌り合うようになっている、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項１９】
前記第１の半円筒形の溝の第１長手方向軸は、前記第２の半円筒形の溝の第２長手方向軸と同一直線上にある、請求項１８に記載の人工脊椎関節。
【請求項２０】
前記第１の半円筒形の可動支承部は、前記第１保持部内で前後方向に並進できるようになっている、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項２１】
前記第１の半円筒形の可動支承部は、前記第１下保持部内で横方向に並進できるようになっている、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項２２】
前記第１の半円筒形の可動支承部は、更に、前記第１下保持部内で回転できるようになっている、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項２３】
前記第１の半円筒形の可動支承部は、研磨された面を備えている、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項２４】
前記第１の半円筒形の可動支承部を前記第１下保持部に接続する第１ピンを更に備えており、前記第１の半円筒形の可動支承部は前記第１ピンの周りに回転する、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項２５】
前記第１下保持部は、前記ピンが可動的に係合するトラックを備えている、請求項２４に記載の人工脊椎関節。
【請求項２６】
前記第１トラックは、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間を通る前後方向軸に平行である、請求項２５に記載の人工脊椎関節。
【請求項２７】
前記第１トラックは、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間を通る横軸に平行である、請求項２５に記載の人工脊椎関節。
【請求項２８】
前記第１関節形成用半部の前記ブリッジ部は、前記第１上保持部に接続された上ブリッジを備えており、前記第１関節形成用半部は、前記第１下保持部に接続された下ブリッジを更に備えており、前記上及び下ブリッジは、前記上及び下椎骨の間の椎間円板空間から伸張している、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項２９】
前記第１関節形成用半部は、前記上ブリッジに接続された上後方関節構成要素と、前記下ブリッジに接続された下後方関節構成要素と、を更に備えており、前記上及び下後方関節構成要素は可動的に係合している、請求項２８に記載の人工脊椎関節。
【請求項３０】
前記下ブリッジは、人工椎弓根の少なくとも一部である、請求項２８に記載の人工脊椎関節。
【請求項３１】
前記第１の半円筒形の可動支承部の第１高は、前記第２の半円筒形の可動支承部の第２高よりも高い、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項３２】
前記第１の半円筒形の可動支承部の第１側方縁は湾曲しており、前記第２の半円筒形の可動支承部の第２側方縁は湾曲している、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項３３】
前記第１の半円筒形の可動支承部は、前記第２の半円筒形の可動支承部と係合して、一体化した支承部を形成している、請求項１３に記載の人工脊椎関節。
【請求項３４】
上椎骨と下椎骨の間の連結部の少なくとも一部を作成するためのシステムにおいて、
前記上椎骨に接続するための第１手段であって、第１保持手段を備えている第１手段と、
前記下椎骨に接続するための第２手段であって、第２保持手段を備えている第２手段と、
前記第１及び第２保持手段の間に挿入するようになっている第３手段であって、半円筒形状部分を備えており、前記第２保持手段に対して並進できるようになっている第３手段と、
前記上椎骨と前記下椎骨の間の椎間円板空間から後方に伸張するための、前記第１又は第２手段の何れかに接続されている第４手段とを備えている、システム。
【国際調査報告】
2007517607.tif 000029
2007517607.tif 000030
2007517607.tif 000031