(57)【要約】  上部椎骨に付着するための上部、下部椎骨に付着するための下部及び上下部間に配置する中間部を含む脊柱用人工器官であって、上部は第１の曲率半径を有する下面部分を有し、中間部は第２の曲率半径を有する上面部分と第３の曲率半径を有する下面部分とを有し、下部は、第４の曲率半径を有する上面部分を有し、少なくとも２つの表面の曲率半径中心が、上下椎骨及び／又は上下部を通る中心垂直軸に対して後方にオフセットされる脊柱用人工器官。
2008534180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部椎骨に付着するための上部、
下部椎骨に付着するための下部及び上下部間に配置する中間部を含む脊柱用人工器官であって、
上部は第１の曲率半径を有する下面部分を有し、
中間部は第２の曲率半径を有する上面部分と第３の曲率半径を有する下面部分とを融資、
下部は、第４の曲率半径を有する上面部分を有し、
少なくとも２つの表面の曲率半径中心が、上下椎骨及び／又は上下部を通る中心垂直軸に対して後方にオフセットされる脊柱用人工器官。
【請求項２】
第４の曲率半径と第１の曲率半径のうちの少なくとも1つは、中心垂直軸の後方にオフセットされる請求項１の人工器官。
【請求項３】
表面の各々の曲率半径中心は、中心垂直軸に対して後方にオフセットされる請求項１の人工器官。
【請求項４】
表面の各々のための曲率半径中心は、人工器官の第３番目において位置する請求項１の人工器官。
【請求項５】
中間部は短中心軸と長中心軸を有し、短中心軸が第２と第２の表面の曲率半径中心を通って位置する請求項１の人工器官。
【請求項６】
短中心軸は、垂直中心軸に対して傾斜する請求項１の人工器官。
【請求項７】
長軸は、中間部の後方で前方端の中心を通って位置する請求項１の人工器官。
【請求項８】
中間部は、凸面上面と凹下面を有する請求項１の人工器官。
【請求項９】
中間部の上面は凹であり、中間部の下面は凹である請求項１の人工器官。
【請求項１０】
中間部の上面の曲率半径は、下面の曲率半径より大きい請求項１の人工器官。
【請求項１１】
低い表面の最初の曲率半径は、第２の曲率半径の曲率半径と実質的に同じである請求項８の人工器官。
【請求項１２】
第３の曲率半径は、第３の曲率半径と実質的に同じである請求項８又は１１の人工器官。
【請求項１３】
第１、第２、第２及び第４の曲率半径は、上部と下部を通る中心垂直軸から後方にオフセットする垂直軸に中心を有する請求項１又は１２の人工器官。
【請求項１４】
上部は、実質的に平らである下面正面部を有する請求項１又は１４の人工器官。
【請求項１５】
下部は、実質的に平らである上面正面部を有する請求項１又は１４の人工器官。
【請求項１６】
下部は、後部面部が中間部を通る垂直中心軸に対して対称形の凸面部分からなる後部面部と前面部からなる上面を有する請求項１又は１５の人工器官。
【請求項１７】
下部の上の表面の後部の部分は、凸面部分の両側の凹んだ部分からなる請求項１６の人工器官。
【請求項１８】
中間部は、それによって中間部の動きを構成されている中間部の上下の表面の各々の曲率半径で、上の凸面と下の凸面を持つ上部または下部が、予め定められた範囲の中で人工器官の中心軸に沿って大幅に位置する平衡の位置に動かされている中間部に終わる請求項１の人工器官。
【請求項１９】
中間部はそれによって中間部の動きを構成されている中間部の上下の表面の各々の曲率半径で上の凹面と下の凹面を有し、上部または下部は予め定められた範囲の中で人工器官の中心軸に沿って大幅に位置する平衡の位置に動かされている中間部に終わる請求項１の人工器官。
【請求項２０】
第２の曲率半径は、第２の曲率半径より大きい請求項１８又は１９の人工器官。
【請求項２１】
第３の曲率半径と比較した第２の曲率半径の比率は、３：１から１０：１である請求項２０の人工器官。
【請求項２２】
第２の曲率半径は、ＸとＹの間にある請求項１の人工器官。
【請求項２３】
上部、中間部と下部の回転中心は、人工器官によって中心垂直軸に対して後方にオフセットされる請求項１の人工器官。
【請求項２４】
各々の表面の曲率半径はそれによって一つ以上のどんな要素の動きでも構成され、予め定められた範囲は人工器官の中心垂直軸に沿って大幅に位置する平衡の位置に動かされている中間部に終わる請求項２３の人工器官。
【請求項２５】
人工器官は、中間部のために平衡の位置と一致している回転中心を有する請求項１又は２４の人工器官。
【請求項２６】
上下の椎骨が実質的に垂直に整列するとき、中間部の大部分は脊柱の構造上の回転中心の前方に位置するように構成される請求項１の人工器官。
【請求項２７】
人工器官が脊柱に位置するとき、人工器官は中間部の後及び前方に位置する停止手段を含む請求項１の人工器官。
【請求項２８】
停止手段は、上下部のエンド部分を含む請求項２７の人工器官。
【請求項２９】
中間部は、
【数１】
2008534180.tif 000034
（式中、αは中間部に対する上部の角変位、βは下部に対する中間部の角変位であり、ｌは使用時において上部を骨格構造の回転中心でつないでいる結紮の長さであり、ここで、
【数２】
2008534180.tif 000035
であり、ｘ（α、β）及びｙ（α、β）は異なる関数である）。
によって定義される平衡の位置を有する請求項１の人工器官。
【請求項３０】
中間部は、
【数３】
2008534180.tif 000036
（式中、αは中間部に対する上部の角変位、βは下部に対する中間部の角変位であり、ｌは使用時において上部を骨格構造の回転中心でつないでいる結紮の長さであり、ここで、
【数４】
2008534180.tif 000037
であり、ｘ（α、β）及びｙ（α、β）は異なる関数である）
によって定義される上下部に対する平衡の位置を有する上下表面を有し、
中でも小さな変化と比較して長さ1で小さい変化角α又はβ中間部が平衡の位置から移動するならば、長さ1が増やす平衡の位置の最小限とどちらの側ででもある請求項１の人工器官。
【請求項３１】
各変数α、β又はｌは人工器官の回転中心に対して測定される請求項３０の人工器官。
【請求項３２】
上部、中間部及び下部が、それによって人工器官を構成した解剖学的中心軸からオフセット中心垂直軸に合わせて平衡の位置をし、部分のいずれか一つの動きが平衡の位置から立ち去るためにあるならば、人工器官が平衡位置で整列する原因になる傾向がある自己センタリング手段で構成される請求項１の人工器官。
【請求項３３】
自己センタリング手段は、上部、中間部が平衡の位置から移動するときはいつでも、平衡の位置について自己センターに人工器官の傾向に終わる第１、第２、第３、第４の曲率半径のために、それぞれ予め定められた表面の構成からなる請求項３２の人工器官。
【請求項３４】
上部、中間部及び下部は、安定した平衡位を有する請求項１の人工器官。
【請求項３５】
平衡位は、人工器官によって垂直中心軸に対してオフセットされている請求項３４の人工器官。
【請求項３６】
相対的な運動が上部、中間部及び下部のいずれかの間にあるならば、第１、第２、第３及び第４の曲率半径は人工器官を安定した平衡位を動かすように構成される請求項３４の人工器官。
【請求項３７】
人工器官が上下の椎骨に付着する上部は、密接に椎間板で可能な回転で変換運動をシミュレーションする請求項１の人工器官。
【請求項３８】
ＡＣＲで参照点のために座標系を意味している上下の椎骨の間の本来の人工器官のための最少の２Ｄに加わるフレーム行列ＦＲｌを決定し、
ＡＣＲでフレームＦＲｌに関して表されるＣＵＰＲでの点のために参照フレームＢｌを決定し、ここで、
【数５】
2008534180.tif 000038
（ここで、ｌ＝ｘ軸に沿ったＡＣＲからＣＵＰＲの距離であり、ｐ＝ｙ軸に沿ったＡＣＲからＣＵＰＲの距離である）
新たなフレームＢ２＝Ｂ１×Ｔを形成するためにα°フレームＢ１を回転し、ここで、αは、ＣＵＰＲに関するＣＬＰＲの回転角であり、Ｔは変換行列
【数６】
2008534180.tif 000039
であり、
フレームＢ３を形成するためにｙ軸に沿ってＣＬＰＲにＣＵＰＲの距離ｂによってフレームＢ２を変換し、ここで変換行列は
【数７】
2008534180.tif 000040
であり、
Ｔを新たなフレームＢ４＝Ｂ３×Ｔを形成するために用いられるβ°回転させ、ここでβは、ＣＬＰＲに対する上部の椎骨における点Ｂの回転角であり、
新たなフレームＢ５を形成するためにｙ軸に沿って点ＢまでのＣＬＰＲの距離ＣによってフレームＢ４を変換し、ここで、
【数８】
2008534180.tif 000041
であり、
新たなフレームＢ６を形成するために、ＡＣＲを通る垂直軸で同軸の点Ｅにｘ軸に沿って点Ｂの距離１によってフレームＢ５を変換し、ここで、変換行列は、
【数９】
2008534180.tif 000042
であり、
新たなフレームＡ２を形成するために、Ｔを用いてγフレームＡ１を回転し、ここで、γ＝ＡＣＲに対する上部椎骨の通常の回転であり、
フレームＡ１３を形成するためにｙ軸に沿う点ＥにＡＣＲの距離ｈによってＡ２を変換し、ここで、変換行列は、
【数１０】
2008534180.tif 000043
であり、Ｂ６とＡ３とを比較してどのように正確に椎間板の動力学をシュミレーションするかを決定することを含む人工器官のモデリング方法。
【請求項３９】
フレームＢ６とＡ３とは、新たなフレームＡ４とＢ７とを形成するために、全体参照フレームＡｌについてγ°回転する請求項３８のモデリング方法。
【請求項４０】
比較工程は、最小値のために以下の式
【数１１】
2008534180.tif 000044
（ここで、数は、それぞれ適用できるマトリックスの行と列とを表わすブラケットである）
のうちの少なくとも１つを解くことを含む請求項３９のモデリング方法。
【請求項４１】
比較工程は、Ａ４とＢ７との等しい行と列に対する連立方程式を解くことを含む請求項４０のモデリング方法。
【請求項４２】
上下椎骨間での使用のために人工器官の性能を分析する方法であって、該方法は、
人工器官の中間部の下表面に対する曲率半径の上中心を測定し、
人工器官の中間部の上表面に対する曲率半径の下中心を測定し、
曲率半径の上中心及び曲率半径の下中心間のリンクを準備し、
上部椎骨の傾斜を示すα°曲率半径の上中心に対して曲率半径の下中心を回転し、
β°第１リンク部を回転し、部分の長さは曲率の回転の下中心から上部椎骨の下表面又は上部の上表面の中心までの長さに対応し、βは中間部の上表面上の上部の角変異に対応し、
構造上の回転中心を決定し、
構造上の回転中心に対する椎間板の所望の回転角に対応する角γを決定し、
角γと角α＋βとを比較し、γ−（α＋β）の値を最小限にする曲率半径の上下中心の値で人工器官を設計することを含む人工器官の性能を分析する方法。
【請求項４３】
リンクは、中間部の短軸を通る請求項４２の方法。
【請求項４４】
角αは、上下椎骨の中心垂直軸に対する曲率半径の上中心の角度に対応する請求項４２の方法。
【請求項４５】
椎骨用人工器官の製造方法であって、椎間板の動力学をシュミレーションするために用いられる人工器官を設計するためのモデルを準備し、該モデルを用いて、上部、下部及び中間部を有する人工器官を製造し、その人工器官は椎間板の動力学をシュミレーションし、人工器官が上下椎骨に付着する場合、上部は椎間板で可能な回転及び変換動作をシュミレーションすることを含む椎骨用人工器官の製造方法。
【請求項４６】
人工器官で与えられるシミュレーションは、人工器官が、下部椎間板の構造上の回転中心に対して上部を傾斜させること及び、椎間板で上部椎骨で可能な程度の前方及び後方への変換動作を含む請求項４５の方法。
【請求項４７】
人工器官上部は第１の曲率半径の下面部分を有し、中間部は第２の曲率半径の下面部分及び第３の曲率半径と上面部分を有し、下部は第４の曲率半径の上面部分を有し、少なくとも２つの表面に対する曲率半径の中心が上下部を通る中心垂直軸に対して後方にオフセットする請求項４５の方法。
【請求項４８】
中間部は上凸面と下凹面又は上凹面と下凹面とを有する請求項４５の方法。
【請求項４９】
人工器官は、人工器官または解剖学的中心軸のうちの１本を通って中心垂直軸に対してオフセットする平衡位置を有する請求項４６の方法。
【請求項５０】
上下骨に付着するための各付着部分に第１及び第２エンドと、細胞成長に寄与する複数のゾーンを与えるために形成された複数のフィラメントをと有するバンドを含む連結骨用デバイス。
【請求項５１】
複数のゾーンがスペースを含む請求項５０のデバイス。
【請求項５２】
複数のフィラメントはマトリクスを形成するように形成されている請求項５１のデバイス。
【請求項５３】
複数のゾーンは複数の織り合わされた部分を含む請求項５０のデバイス。
【請求項５４】
バンドは弾性変形可能である請求項５３のデバイス。
【請求項５５】
バンドは圧縮に抵抗するために固有の剛性を有する請求項５４のデバイス。
【請求項５６】
バンドは弾性伸長の所定のレベルを与える請求項４５のデバイス。
【請求項５７】
バンドは靭帯の伸張及び圧縮特性をシュミレーションする請求項５０のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大部分はヒトの脊椎（spine）での使用のために、主に、人工椎間板として用いられる人工器官（prosthesis）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒト椎間板（invertebral disk）は、脊柱（vertebral column）の隣接する椎骨（vertebrae）間の連結を維持する。それは、荷重及び衝撃力の減衰を含む多くの重要な機能を果たすに違いない。さらに、矢状、冠状及び軸面において、単一の又は組み合わせの、複雑なパターンの動作をさせ、種々のストレスに耐えるに違いない。脊椎（spine）を囲んでいる筋（musco）−靭帯の構造によって補助され、椎間板は、脊柱（spinal column）の椎骨の正常な配列を維持するのも補助するに違いない。
【０００３】
理想的な人工のディスクの複製は、椎間板のすべての機能を正確に複写する。しかし、評価され、テストされた多くの種々の人工椎間板があるが、現時点では、それら全ては椎間板の機能を複写することができないでいる。
【０００４】
先の人工椎間板の典型的な欠点は、椎骨固定の遊離又は移動、未熟な材料ウェア又は構造欠陥、正常又は生理的脊髄分節運動及び正常な中立椎骨配列の遊離に対する素因の不十分な複製である。脊柱の正常な運動及び種々の椎骨運動部分の動力学の重要な観点は、矢状面.における屈曲及び伸張運動の間の運動部分の作用である。回転（ＩＡＲ）の瞬間的な軸の位置は、運動学の基本となる。ＩＡＲは、いずれかの所定の運動部分（レベル）に対する屈曲及び伸張運動の間、脊柱内で、レベルからレベルの間変化する。
【０００５】
脊髄ディスク人工器官のひとつのタイプが、米国特許５６７４２９６に記載されている。記載された内蔵式人工臓器は、一般に楕円形の弾性のある本体からなる。内蔵式人工臓器は、各々、一表面における隣接した骨部分の厚みを確保し、その間で弾性のある内蔵式人工臓器を保持するために凹凸足に対面するＬ字状の支持体によって、隣接した上下の椎骨間に固定される。内蔵式人工臓器は、下部の椎骨に対する上部の椎骨の椎体回転を可能にするために、上下の椎骨間の中央に配置される。
【０００６】
上記に加え、ガスケット及びシールが、上下の椎骨間で内蔵式人工臓器をその位置に封止するために、椎骨間の前方及び後方領域で配置される。
米国特許５５５６４３１は、表面で下部プレートが上記で認識された米国特許のＬ字状の支持体の代わりに用いられる別のタイプの脊柱の内蔵式人工臓器を示す。示された内蔵式人工臓器は、上下の椎骨を通して中心垂直軸に合わせられるように示された図面において、球状の上下の表面を有するコアを含む。米国特許５６７４２９６に対して、この特許の人工器官のコアは、コアの運動範囲を制限し、極端な状況の下でも人工器官の密着を確実にする端縁を有する。
【０００７】
また、この特許は、骨ネジの受けを可能にするために、人工器官上下のプレートの下端領域で十分なスペースを提供するために、下面端板の中心に対して、後方へ人工器官の関節の中心移動を開示する。他の人工器官は、粘弾変形可能なコアの使用を含む種々のメカニズムを用いるＩＡＲの配置における通常のバリエーションの再現を意図している。この実施例は、米国特許第５８２４０９４号で示される。残念なことに、これらのタイプの人工椎間板は、未熟な材料ウェア及びストレス欠陥を被ることがある。さらにまた、金属バネ付きの人工椎間板は、臨床使用に対する方法が見いだされていない。
【０００８】
上述した人工椎間板の全てには、人工椎間板の移植受容者に、不自然なストレス及び結果として生じる痛みをもたらす固有の問題がある。本発明は、少なくとも先行技術の人工器官に関する問題のいくつかを軽減することを目的とする代替の人工器官を提供する。
発明の概要
略記のための定義が、図面の詳細説明の始めに与えられる点に留意する必要がある。
【０００９】
本発明の一実施形態によると、ヒト椎間板にかなり類似した動力学を再現する脊柱板（vertebral disk）人工器官が提供される。
本発明の別の実形態によると、人工器官の性能を分析する方法は、可動のコアを有する人工椎間板の運動を説明するために独特のモデル方法を使用することを提供する。本発明のさらなる実施形態によると、分析方法は、線形代数及び行列変換の組合せを含む。
【００１０】
分析方法は、椎間板内蔵式人工臓器の最適のデザインを容易にすることが好ましい。
本発明の別の実施形態によると、脊柱板用人工器官は、回転軸を変化させることができるが、可動コアを有する既存の人工器官の回転（ＡＣＲ）の通常の解剖学的中心により近接することができる可動コアを備える。
【００１１】
本発明のも他の実施形態によると、隣接した靭帯構造における副作用及び異常な緊張を最小限に止めるディスク人工器官を提供する。
本発明の一実施形態の目的は、安静時、異常な位置又は定位を採る傾向に抵抗するディスク人工器官を提供することである。
【００１２】
長い寿命を有する人工ディスクが提供されることが好ましい。本発明の一観点によれば、上部椎骨に付着するための上部、下部椎骨に付着するための下部及び上部と下部との間に位置する中間部とからなる脊柱のための人工臓器が提供され、上部は第１の曲率半径を有する下方表面部分を有し、中間部は第２の曲率半径を有する上方表面部分と第３の曲率半径を有する下方表面部を有し、及び下部は第４の曲率半径を有し、少なくとも２つの表面に対する曲率半径の中央は、上下部椎骨を通して中心垂直軸に対して後方にオフセットされている。
【００１３】
第４の曲率半径及び／又は第１の曲率半径の中央が、中心垂直軸の後方にオフセットされていることが好ましい。
全表面の曲率半径の中央が、中心垂直軸に対して後方にオフセットされていることが好ましい。各表面の各々の曲率半径の中央は、人工器官の後部の３番目に配置されていることが好ましい。
【００１４】
中央部は、短中心軸及び長中心軸を有していてもよく、短中央軸は、第２及び第３表面の曲率半径の中央を通って配置されている。
短中心軸は、垂直中心軸に対して傾斜していてもよい。
【００１５】
長軸は、中央部の後及び前方端の中心を通って配置することが好ましい。第２及び第３表面は、実質的に同程度の曲率半径を有していてもよい。
第２及び第３の表面のうちの少なくとも１つは、凸、凹、円筒形の表面のうちの１つを有していてもよい。
【００１６】
後及び前方端は、平らな表面からなっていてもよい。
中間部は、凸上面と凹下面を有することが好ましい。
中間部の上面は凹であり、中間部の下面は凹であることが好ましい。
【００１７】
中間部の上面の曲率半径は、下面の曲率半径より大きいことが好ましい。
平らな表面は、椎骨の垂直な角のある部分に対して垂直になっているか、わずかに傾斜していてもよい。
【００１８】
平らな表面は、プラス又はマイナス角度オフセットした垂直軸に対して平行に垂直になっていることが好ましい。一実施形態によると、平らな表面は、短軸と平行である。
第３の表面の曲率半径の中央は、第２の表面の曲率半径の中央に対して後方にオフセットされていることが好ましい。
【００１９】
一実施形態では、第３の表面の曲率半径は、長軸に対する垂線上に中心を有している。
別の一実施形態では、第３の表面の曲率半径は、短軸に対する傾斜線上に中心を有している。
【００２０】
さらなる実施形態では、第２の表面の曲率半径は、長軸に直角／垂直な線上に中心を有している。
さらなる実施形態では、第２の表面は、短軸に対する傾斜線上に中心を有している。
【００２１】
さらなる実施形態では、第１及び第４の表面は、それぞれ第３及び第２の表面と同様の中央の曲率半径を有する。第２及び／又は第３の表面の曲率半径の中央が回転の構造上の中央を通る垂直軸と実質的に一致することが好ましい。
【００２２】
第２及び第３の表面の長さは、実質的に同じであってもよい。
後及び前方端の端面の長さは、異なることが好ましい。
第２及び第３の表面が凸面であるならば、後方端面は前方端面より大きくてもよい。
【００２３】
第２及び第３の表面が凹面であるならば、後方端面は前方端面より小さくてもよい。
一実施形態では、第２の表面は、回転の構造上の中央の前方に配置した主要部を有する。
【００２４】
第３の表面は、回転の構造上の中央の前方に配置した主要部を有する。
各表面は、回転の構造上の中央の前方に配置した主要部及びその後方に配置して後ろに位置する副部を有することが好ましい。
【００２５】
中間部は非対称であってもよい。
上下の椎骨が実質的に垂直に整列する場合、中間部の主要部は、回転の構造上の中央の前方に配置することが好ましい。
【００２６】
一実施形態では、中間部の短軸が、回転の構造上の中央を通る垂直軸と一致しない場合、安静時にその点に近い垂直配向（上下の椎骨と平衡）で、中間部の短軸をできる限り近づける。上部は、後方端にオフセットされた対称軸を含んでもよい。
【００２７】
対称軸は、第１の表面の曲率半径の中央に一致してもよい。
対称軸は、回転の構造上の中央を通ることが好ましい。
下部は、回転の構造上の中央を通る対称軸からなってもよい。
【００２８】
第１及び第２の表面は実質的に一致する曲率半径を有することが好ましい。第３及び第４の表面は実質的に一致する曲率半径を有することが好ましい。
上部は、対称軸に対して後方部分より大きな前方部分を含んでいてもよい。下部は、対称軸に対して後方部分より大きい前部部分を含んでいてもよい。
【００２９】
中間部は、上下部に対して可動であることが好ましい。中間部の移動は、中間部の後ろ及び前に配置する停止手段によって制限されることが好ましい。
停止手段は、上下部の端部を含んでいてもよい。上下部は、上下の椎骨に固定することができ、それぞれの前方端部間の小さなギャップとそれぞれの後方端部間のより大きなギャップを作るように構成することができる。
【００３０】
第２及び／又は第３の表面は、曲面部分を含むことが好ましい。
曲面部は、曲率半径を有する実質的に球状の輪郭を有する。
第２及び第３の表面は、垂直にオフセットされる曲率半径の中心を有することが好ましい。第１及び第２の表面は、異符号の実質的に同様の曲率半径を有することが好ましい。
【００３１】
第３及び第4の表面は、異符号の実質ｔ系に同様の曲率半径を有していてもよい。
一実施形態では、第２の曲率半径は、第３の曲率半径とは異なる。
他の実施形態では、第３の曲率半径は第１より大きいか、第１より小さい。
【００３２】
第３の表面は、椎骨の中心垂直軸から第２よりもオフセットされていてもよい。
一実施形態では、人工器官の部分が、それらが使われることになっている非対称の上下椎骨と一致するために非対称に設計されることが好ましい。
先に説明された実施形態又は好ましいオプションのいずれも、全表面が傾斜又は傾いたバリエーションを含むことを理解すべきである。
【００３３】
下部及び上部が中間部の後方の動きを制限するために後方部分で停止表面を含むことが好ましい。
前方から後方を測定したとき、第２の／第３の表面のうちの１つの長さは他より大きくてもよい。第４の表面は、曲がった部分の前方端部から広がる平坦な前方部分を含むことが好ましい。
【００３４】
曲がった部分は、球状円筒形のプロフィールがあることが好ましい。
上面及び底面は、凸面であることが好ましい。本発明の別の観点から述べると、上下の骨への接着のためにアタッチメント部分で、各第１及び第２の端部を有するバンドからなる骨及び細胞成長の助けになる複数のゾーンを与えるように構成される複数のフィラメントを結合する装置が提供される。
【００３５】
複数のゾーンはスペースを含むことが好ましい。
複数のフィラメントは、マトリクスを形成するように構成されていてもよい。
一実施形態では、複数のゾーンは、複数の混交部分を含む。フィラメントは編み合わせられていてもよい。
【００３６】
バンドは、ガーゼ又はメッシュからなることが好ましい。
バンドは、本質的に剛性であってもよい。
バンドは弾力性に富んで変形可能であることが好ましい。
【００３７】
バンドは伸張可能で圧縮できることが好ましい。
ゾーンは、フィラメント間にスペースを含んでいてもよい。
一実施形態では、ゾーンは、フィラメントがオーバーラップする領域を含む。
【００３８】
スペースはフィラメントによって作られることが好ましい。別の実施形態では、フィラメントは交差している格子パターンを作る平行で垂直な列で構成される。
装置は、上下の椎骨を結合するために使われることが好ましい。バンドが上下の椎骨の前方部分に連結していることが好ましい。
【００３９】
バンドは、通常、平坦であってもよい。
バンドは、平坦なストラップ形状であってもよい。
バンドは、繊維、金属又は重合体を含んでいてもよい。
【００４０】
バンドは、使用中に溶解する物質から製造されることが好ましい。
バンドは、コンサティーナ（折りたたみ）又は菱形とすることができる。
一実施形態では、バンドは所定レベルの圧縮に対して、軸の支持を提供する。
【００４１】
さらなる実施形態では、バンドは所定レベルの弾力的な伸張を提供する。
各アタッチメント部分は、固定部材がそれを通して挿入されることを可能にするために、穴を有するプレート又はストラップを含むかもしれない。本発明の別の観点から述べると、先に述べた人工器官の１以上の特徴を有する椎骨用人工器官であって、人工器官が上下の椎骨に付着する際、上部は近接して、椎間板で可能な限りの回転及び変換運動をシミュレーションする人工器官が提供される。
【００４２】
本発明の別の観点から述べると、椎骨用人工器官を製造する方法であって、椎間板の動力学をシュミレーションするために用いられる人工器官の設計するためのモデルを準備し、そのモデルを用いて、上部、下部及び中間部からなる人工器官を製造し、人工器官は椎間板の動力学をシュミレーションし、人工器官が上下の椎骨に付着する際、椎間板で可能な回転及び変換運動をシミュレーションする。
【００４３】
人工器官で提供されるシミュレーションは、下部の椎間板の回転の構造上の中央に対して上部が傾斜することを含むことが好ましい。
人工器官で提供されるシミュレーションは、椎間板で可能な弧に沿って回転する間の運動を含んでいてもよい。人工器官で提供されるシミュレーションは、前方へ変換運動を含んでいてもよく、椎間板で上部椎骨が可能な伸張に対して前方又は後方への変換運動を含んでいてもよい。
【００４４】
回転の構造上の中央が、脊柱で上下の椎骨の隣接した対で変化してもよい点に留意される。
一実施形態では、第１及び第２の表面の曲率半径は、下方の椎骨に対して上方の椎骨が可能な回転運動に基づいて選択される。
【００４５】
別の実施形態では、第３及びと第４の表面は、上方の椎骨で可能な傾斜の量をシュミレーションするために選択される曲率半径を有する。
上方椎骨で供される傾斜角度及び上方椎骨の回転運動を示す角度は、ともに近接して、上下部椎骨間で、椎間板での下方椎骨に対して上方椎骨の角変位にともに近接して近似することが好ましい。
【００４６】
本発明の別の観点から述べると、上下椎骨間での使用用人工器官の性能を分析する方法が提供され、その方法は、人工器官中間部の下表面の曲率半径の第１の中心を測定し、人工器官中間部の上表面の曲率半径の第２の中心を測定し、曲率半径の第１の中心と曲率半径の第２の中心との間の結合を与え、上部椎骨の傾斜を示すα度まで第１の曲率半径の中心に対して第２の曲率半径の中心を回転させ、β度まで第１リンクの部位を回転させ、その部位の長さは、曲率回転の第２の中心から上部椎骨の下表面又は上部の上表面の中心までの長さに対応し、βは、中間部の上表面上の上部の角運動に対応する、回転の構造上の中心を測定し、回転の構造上の中心に対する椎間板の所望の回転角に対応する角γを測定し、角α＋βと角γとを比較し、γ−（α＋β）の値を最小にする曲率半径の上下中心の値で人工器官を設計することを含む。
【００４７】
本発明のさらなる観点によれば、最小の２つの測定工程を、人工器官の下部の上表面に対する曲率半径の上部中心を測定し、人工器官の上部の下表面に対する曲率半径の下部中心を測定する工程に置き換えること以外は、先の方法と同様の方法が提供される。
【００４８】
一実施形態では、リンクは中間部の短軸を通過する。
別の実施形態では、角αは、上下の椎骨（人工器官軸）の中心垂直軸に対する曲率半径の上部中心間の角度と一致する。
【００４９】
一実施形態では、角βは、構造上の回転中心に対して最大許容量を動かした際、リンクが、上部椎骨の下表面における中心点と一致するような角度によって第１リンクを動かすことによって形成される角度に対応する。
【００５０】
本発明の種々の実施形態では、第２及び第３の表面は、以下の組合せのいずれか１つとすることができる。
凸／凸、
凹／凹、
凹／凸、
凸／凹、
凸／円筒形、
凹／円筒形。
【００５１】
方法は、曲率半径の下中心、上部椎骨の課表面における中心点との間の第１リンクの長さと第２リンクの長さとを測定することを含むことが好ましい。本発明のさらなる実施形態によれば、方法は、構造上の回転中心で位置するフレームを、グローバル・コーディネート・システムに変換し、上部椎骨が下部椎骨上にある場合、上の椎骨の下表面の中心で又は構造上の回転中心を通って垂直軸にある上部椎骨の下表面上の点のいずれかでフレームを再配置するために並進又は回転変換によってフレームを移動させることを含む。
【００５２】
関連する変換は、好ましい実施形態で記述される代数及び行列変換を含むことが好ましい。
一実施形態では、人工器官の装着不良（malplacement）のための靭帯長の最大変化を最小限に止めるように人工器官を設計することを含む。人工器官の装着不良は、人工器官軸と患者の回転中心（図５ａ、５ｃ中、Ｌｄｓｋ値；図１９Ａ及び１９Ｂ中、Ｌ値）との間の水平距離の値によって定義することができる。
【００５３】
別の実施形態では、方法は、靭帯が屈曲及び伸張においてより多くの緊張下にあり、中立位置で最少の緊張下にあるように伸長されるメカニズムを設計することを含む。そのようなは、中立位置へもどすように人工器官を動かすのに役立つ復元力を提供する。
【００５４】
本発明のさらなる観点では、以下のような人工器官のためのモデル方法が提供される。
線形椎骨のＡＣＲでの参照点のための座標系を表す上下椎骨間に、本来の位置で、人工器官のための少なくとも２Ｄにおいて、フレームマトリクスＦＲ１を決定し、
ＡＣＲでフレームＦＲ１に関して表わされるＣＵＰＲでの点のための参照フレームＢ１を決定し、
ここで、
【００５５】
【数１】
2008534180.tif 000003
【００５６】
であり、ｌ＝ｘ軸に沿ったＡＣＲからのＣＵＰＲの距離、ｐ＝ｙ軸に沿ったＡＣＲからのＣＵＰＲの距離、
α°までフレームＢ１を回転し、新たなフレームＢ２＝Ｂ１ＸＴを形成し、
ここで、αはＣＵＰＲに対するＣＬＰＲの回転角であり、Ｔは変換行列：
【００５７】
【数２】
2008534180.tif 000004
【００５８】
であり、
フレームＢ２をｙ軸にそったＣＬＰＲへのＣＵＰＲの距離ｂによって変換してフレームＢ３を形成し、ここで、行列変換
【００５９】
【数３】
2008534180.tif 000005
【００６０】
であり、
フレームＢ３を、Ｔを用いたβ°まで回転し、新たなフレームＢ４＝Ｂ３ＸＴを形成し、ここで、βは、ＣＬＰＲに関する上椎骨における点Ｂの回転角であり、
フレーム４をｙ軸に沿った点ＢまでのＣＬＰＲの距離Ｃで変換し、新たなフレームＢ５を形成し、ここで、Ｂ５＝
【００６１】
【数４】
2008534180.tif 000006
【００６２】
フレームＢ５をｘ軸にそった点Ｂの距離ｌによって、ＡＣＲを通る垂直軸で同軸の点Ｅに変換し、新たなフレームＢ６を形成し、ここで変換行列は
【００６３】
【数５】
2008534180.tif 000007
【００６４】
であり、
フレームＡ１をＴを用いてγ回転し、新たなフレームＡ２を形成し、γ＝ＡＣＲに対して上椎骨の正転であり、
Ａ２をｙ軸に沿った点ＥまでのＡＣＲの距離ｈによって変換し、フレームＡ３を形成し、ここで変換行列は、
【００６５】
【数６】
2008534180.tif 000008
【００６６】
であり、
Ｂ６とＡ３とを比較して、人工器官がどれくらい明らかに椎間板の動力学をシミュレーションするかについて決定する。
【００６７】
一実施形態では、フレームＢ６とＡ３とは、γ°（グローバル参照フレームＡ１近く）まで回転し、新たなフレームＡ４とＢ７とを形成する。
比較の工程は、最小値のための以下の方程式のうちの少なくとも１つを解くことを含む。
【００６８】
【数７】
2008534180.tif 000009
【００６９】
ここで、括弧内の数字は、それぞれ、該当する行列の列及び行を表す。
別の実施形態では、比較の工程は、Ａ４とＢ７との等しい行及び列のために連立方程式を解くことを含む。
【００７０】
参照フレームＡ１はグローバル参照フレームであることが好ましい。
用語「シミュレーション」の使用は、同様及び若干正確でない複製をカバーするために広く解釈されることを目的とすることを理解すべきである。
【００７１】
用語「人工器官」は、多くの構成要素を有するいかなる人工挿入物をもカバーすることを目的とする。
人工器官の性能を分析するために使用されるモデル方法は、可動コアを有し、隣接した靭帯の構造で制約される人工ディスクの運動を説明することが好ましい。
【００７２】
モデル方法は、より正確に正常なディスクのＩＡＲの位置を復元し、屈曲／伸張運動及び／又は安静時の矢状面において異常な中立の不偏調整の間、運動の異常な経路をたどるか又は選択する傾向を最小限にするために、可動コア人工器官の種々のデザインパラメータを最適化するために用いることができる。
【００７３】
モデル方法を用いて、関節表面で上下プレートを有する可動コアを備える人工器官のために、本発明の好ましい実施形態によれば、以下の適用を示すこと。
１．半径がより大きくなると、コアは、配向における所定の変化のためにより変換される必要がある。
２．半径がよりちいさくなると、コアは、配向における所定の変化のために変換される必要なより少ない。
３．位置と配向とにおける所定の変化のために、
（ａ）人工器官の回転の軸が通常の構造上の中心に近くなるとＬＬＳは長さをより変える必要はない。
（ｃ）人工器官の回転軸が回転の構造上の中心より前方に移動した場合、両凹又は両凸人工器官の上下の関節表面の半径がより大きくなると、ＬＬＳはより伸長することが必要となる。
（ｄ）ディスク人工器官の回転の軸が、回転の通常の構造上の軸より前方に移動した場合、屈曲の間、上の椎骨の最終的な位置及び配向が、ＰＬＬ及びＬＬＳの双方の伸長能によって決定されるであろう。以下の４つの可能性があることになる。
（ｉ）ＰＬＬは伸長できず、ＬＬＳは伸長できず、上の椎骨は動くことができない、
（ii）ＰＬＬは伸長でき、ＬＬＳは伸長できず、上の椎骨は後彎の位置を採るであろう、
（iii）ＰＬＬは伸長でき、ＬＬＳは伸長でき、上の椎骨は不安定となり、非構造上の位置／配向を採るかもしれず、
（iv）ＰＬＬは伸長できず、ＬＬＳは伸長でき、上の椎骨は動くことができない、
（ｉ）ＰＬＬは伸長できず、ＬＬＳは伸長できず、臨床診療においては起こりそうにない。
屈曲の間、所定の配向を採るために上の椎骨に対して、ＬＬＳは伸長しなければならず、したがって、最終的な椎骨位置は正常でないであろう。
【００７４】
（ｅ）ディスク人工器官の回転軸が通常の構造上の回転軸の前方にずれる場合、伸張の間、上の椎骨の最終的な位置及び配向は、ＬＬＳの伸張能によって全体的に決定されるであろう。これは、ＡＬＬが外科的アプローチの間に切除されるためである。以下の２つの可能性があることになる。
（ｉ）ＬＬＳは、伸長できず、上の椎骨は、通常よりも小さい前湾の位置を採るであろう。
（ii）ＬＬＳは伸長でき、上の椎骨は通常の配向をとることができるが、ＬＬＳの伸長によって許容される異常な位置となるであろう。
４．通常のＡＣＲに近い人工器官の回転軸の動きは、
（ｉ）通常の屈曲及び伸張運動の間、靭帯が伸長又は短縮する必要を最小限にし、
（ii）屈曲と伸長運動の間、椎骨が通常の配向及び位置をとる能力を最適化するであろう。
【００７５】
５．ディスクスペースの後方の半分以下に存在しているＡＣＲのための通常の構造上の位置の前方への人工器官軸の移動は、２つの新たな問題をもたらす。
（ｉ）屈曲におけるコアの後方への変換は、既存の両凸デザインを伴い、神経圧縮を引き起こす。解決は、両凹のコアを使うことである。両凹のコアのメカニズムは、コアが屈曲に伴って前方に、伸張に伴って後方に動かすことになる。（ii）いくつかの実施形態では、コアは、補綴軸を中心として非対称になる。従って、この軸を中心とする回転は、神経圧縮を生じる。補綴軸を中心とする回転を防ぐ１つの解決は、球面であるというよりはむしろ円筒形の２つの補綴関節のひとつを作ることによる。さらなる解決は、２つの補綴関節のひとつを楕円体形とすることである。さらにもう１つの解決は、両方の表面が球形であるが、機械的停止又はガイドフィンを載置することである。
【００７６】
６．他の実施形態では、数学的方法は、コーティング中心がディスクベースの下に配置するが、半径が等しくない湾曲した上下関節からなるディスクメカニズムを最適化するために用いることができる。これは人工器官の回転軸の垂直位置における変化を許容することができるが、ディスクベース下でそれを制約するかもしれない。そのような人工器官には、当業者のいずれかにとって容易に明らかとなる特定の好ましくない位置を達成する能力を有さない。
【００７７】
７．それは、人工器官が隣接した靭帯の構築物で適当な緊張なしで正しく機能しないかもしれない本質的に制約されないディスク人工器官の前方挿入のために、構造上のＡＬＬの以下の切除に従い、人工器官は、隣接する靭帯構造における適切な伸張なしで適切に機能しないかもしれない。ディスク人工器官内の制約の配置は、人工器官／椎骨界面を緊張させ、人工器官を弛緩させやすくするかもしれない。
【００７８】
しかし、ある条件下では、上部の下方の非関節表面及び下部の上方の非関節表面に付着する材料の配置を可能にすることが望ましいかもしれない。そのような材料は、望ましい方法で構造の剛性を増加させることができる適当な弾性材料（例えば、限定されないが、ポリマー）のいずれかによって作ることができるであろう。
【００７９】
数学的方法が、隣接する靭帯構造における異常な伸張の作用を最小限に止める人工器官を設計するために用いることができるが、人工器官は、人工ＡＬＬは位置によってさらに最適に支持することができ、それは、椎骨本体の前面に付着され、ディスク人工器官から分離することができる。
【００８０】
人工器官が隣接した靭帯の構築物で適当な緊張なしで正しく機能しないかもしれないことは、本質的に制約されないディスク人工器官の前方挿入のための構造上のＬＬＬ以下の切除は、人口器官は、隣接する靭帯構造における適当な伸張なしで正確に機能しないかもしれないことが好ましい。ディスク人工器官内の制約の配置は、人工器官／椎骨界面を緊張させ、人工器官を弛緩させやすくするかもしれない。
【００８１】
数学的方法が、隣接する靭帯構造における異常な伸張の作用を最小限に止める人工器官を設計するために用いることができるが、人工器官は、人工ＡＬＬは位置によってさらに最適に支持することができ、それは、椎骨本体の前面に付着され、ディスク人工器官から分離することができる。
【００８２】
あとに続くクレーム及び先の発明の記載において、文脈が、言語又は必要な含意を表すために特に断らない限り、用語「を含む」又は「を含む」、「を含む」のような変形は、言及した特長の存在を明記する意義を包含して用いられ、発明の種々の実施形態におけるさらなる特徴の存在又は付加を除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照して実施例によってここに説明する。
【図１】上下椎骨間の従来の人工器官の概略図である。
【図２】本発明の実施形態の人工器官の２部分からなる結合モデルを示す。
【図３】構造上の回転中心についての正常な椎間板の動きの概略図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態における付着した全体の参照フレームを備える上下椎骨の概略図である。
【図５Ａ】本発明の好ましい実施形態の人工器官（凸／凹のコア）及びモデルの変換性能を示す上下椎骨の概略図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示されたモデルの回転特性を示す。
【図５Ｃ】本発明の好ましい実施形態の人工器官（両凹のコア）及びモデルの変換性能を示す上下椎骨の概略図である。
【図５Ｄ】図５Ｃに示されたモデルの回転特性を示す。
【図６】後湾症における上椎骨を有する両凸コア人工器官の概略図である。
【図７】後湾症における上椎骨を有する凹／凸コア人工器官の概略図である。
【図８】最大靭帯伸長（ＭＬＳ）の制約下の上椎骨を伴う両凸人工器官の概略図である。
【図９】最大靭帯伸長（ＭＬＳ）の制約下の上椎骨を伴う凸上面及び凹下面を有する人工器官の概略図である。
【図１０Ａ】安静位での上下椎骨を有する他の実施形態の人工器官を示す。
【図１０Ｂ】１０°回転した上椎骨を有する図１０Ａで示された人工器官を示す。
【図１１】安静位での上椎骨及び下椎骨を有する本発明の他の実施形態の人工器官を示す。
【図１２】１０°回転した上椎骨を有する図１１で示された人工器官を示す。
【図１３Ａ】本発明の他の人工器官の上面図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡのＡ−Ａ線断面図である。
【図１３Ｃ】図１３ＡのＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３Ｄ】図１３Ａで示す人工器官の上面図である。
【図１３Ｅ】図１３Ａで示す人工器官の裏面図である。
【図１３Ｆ】図１３Ａの左側面の後方端を示す人工器官の側面図を示す。
【図１４】本発明の他の実施形態の人工器官の斜視図である。
【図１５Ａ】安静位における上下椎骨を有する本発明の他の実施形態の人工器官の側面図である。
【図１５Ｂ】１０°回転した上椎骨の図１５Ａの人口器官を示す。
【図１６】本発明の他の実施形態の人工器官の側面図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施形態の人工器官の側面図である。
【図１８】本発明の一実施形態の靭帯バンドの正面図である。
【図１９Ａ】本発明の他の実施形態の平衡位における人工器官の断面端面図である。
【図１９Ｂ】不安定位での図１９Ａの人工器官を示す。
【図２０Ａ】本発明の実施の形態における凸上面及び凸下面を有するコアを備える人工器官の種々の一実施形態での３次元グラフィック分析を示す。
【図２０Ｂ】本発明の実施の形態における凸上面及び凸下面を有するコアを備える人工器官の種々の一実施形態での３次元グラフィック分析を示す。
【図２１】図２０で分析された人工器官のグラフを示す。
【図２２】両凸人工器官の３Ｄグラフィック分析を示す。
【図２３】２部分からなる凸人工器官の靭帯長さ対角運動の２Ｄグラフである。
【図２４Ａ】本発明の実施形態の両凹人工器官の３Ｄグラフィック分析を示す。
【図２４Ｂ】本発明の実施形態の両凹人工器官の３Ｄグラフィック分析を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８４】
図面の詳細な説明
用いられる本発明の用語の理解を助けるために、以下を明確に示す。
専門用語
ａ．回転中心（ＣＯＲ）：対象が、ゼロ変換での所望の位置及び配向を達成するために回転される場合の中心点（変換は、配向における変更なしに単一線形移動として定義される）
ｂ．瞬間回転軸（ＩＡＲ）：時間内のいずれかの瞬間でのＣＯＲの位置は、２つの終点の間で移動の経過中（例えば、屈曲及び伸張）に、正確な場所が異なる。
ｃ．構造上の回転中心（ＡＣＲ）：２つの終点の間の未病の頸部の運動部分の回転中心（例えば、屈曲及び伸張）。
ｄ．上下人工器官半径（ＵＰＲ＆ＬＰＲ）：ディスク人工器官の上下曲率半径。
ｅ．上下人工器官半径の中心（ＣＵＰＲ＆ＣＬＰＲ）：上下ディスク人工器官半径の中心点。両凸ディスク人工器官コアに対して、ＣＵＰＲは下位であり、ＣＬＰＲは上位である。
【００８５】
ｆ．人工器官軸（ＰＡ）：ＣＵＰＲ及びＣＬＰＲを連結する線。
ｇ．ラテラル靭帯構造（ＬＬＳ）：下部椎骨の上横方向端から由来で、上部椎骨の下横方向端に付着している靭帯、ＡＣＲから上方及び前方へ放射している線に沿って、ＡＣＲのまわりで椎骨分節屈曲及び伸張の間、最少のものを広げる。
ｈ．簡略ラテラル靭帯構造（ＳＬＬＳ）：ＬＬＳの数学的挙動を説明する単一線又は椎間結合。
ｉ．前方の長手靭帯（ＡＬＬ）：前方の靭帯構造。
ｊ．後方の長手靭帯（ＰＬＬ）：後方の靭帯構造。
ｋ．数学的方法：線形代数を含む数学的なプロセスと可動コアを有する人工椎間板の運動を説明するのに用いることができる行列変換。
【００８６】
図１は、米国５６７４２９６（ブライアン）における実施例として示されている先行技術を表す両凸コアを有する人工器官を示す。
図１から、上部椎骨１０がコア１１に対して回転することができ、コア１１は下部椎骨１２に対して回転することができることが明らかであるべきである。従来、２つの回転角が実質的にあるので、人工器官がいかなる位置でもとることができることが通常の回転をシミュレーションするために必要である仮定されている。しかし、本発明の好ましい実施形態による分析では、通常の回転の正確なシミュレーションが可能でないが、ほぼ通常の運動で人工器官を設計することは可能である。
【００８７】
矢状面で少しずつ増える通常の回転は、瞬間的回転中心の周りで起こる。大きな角度で測定される場合、胸椎及び頚椎の双方において常に下部椎骨の後方半分であるが、このＩＣＲは若干動く。
【００８８】
本発明の一実施形態では、上部椎骨１０の運動は、図２で示すリンク１４及び１５の２部分の結合としてそれを分析することによって説明することができる。点ＣＵＰＲは、全体的な座標系において固定されてとどまる。運動は、リンク１４及び１５の連続した変化と考えることができる。初めに上部椎骨１０、コア１１及び点ＣＬＰＲは、点ＣＵＰＲのまわりでα°回転する。次いで、下部椎骨１２は、ＣＬＰＲ（ＣＬＰＲ１）の新しく回転する位置のまわりでβ°回転する。
【００８９】
コア１１の短軸（図示せず）は、それ自体でコア１１の短軸を通るＡを結ぶために、直角でとどまる。従って、コア１１は、上部椎骨１０と同じ方向に動く。屈曲において、コア１１は前方に、拡張においてコア１１は後方に動くであろう。
【００９０】
人工器官を設計する際、先に概説したように、上下椎骨間の椎間板での通常の活動における椎骨の可能な動きと同じくらい近くシミュレーションすることが望ましい。
従って、この通常の運動の参照フレームを提供するために、参照が、通常のディスクの運動を表す図３に、固定された回転中心（ＡＣＲ）の接近で（椎間板）作られる。椎骨１０のすべての点は、椎骨１８において対応する点に移動し、上部椎骨１０の位置から上部椎骨１６までいずれかの任意の点の動きを説明する変換がＡＣＲを中心として角γ回転する。線１７及び１８は、双方とも位置情報及び角度情報を示す。これらの特徴は、位置及び配向として定義される。
【００９１】
いずれかの人工のディスク機構でも、線分１７を線分１８へ動かすことができるに違いない、図３に示される運動の作用を再現することに続いて、運動終了後、人工ディスク機構（人工器官）による線分Ｃ１−Ｄ１の位置及び配向の双方が、図３における線分１８に一致しなければならない。
【００９２】
図２に戻ると、椎骨の位置及び配向が角度α及びβ、リンク１４及び１５の長さによって十分に説明されることになる。図２におけるメカニズムが図３（普通の）におけるメカニズムに擬態することができるならば、双方の椎骨の位置及び配向を同じにするであろう変数α、β、１４、１５の値の組合せが存在しなければならないことになる。
【００９３】
二次元空間の対象の位置及び配向は、線形代数を用いて都合よく説明される。二次元空間で二次元の構造の位置及び配向を十分説明するために、座標系を対象に付すことができる。この座標系は、フレームと呼ばれる。移動対象のすべての点は新たなフレームにおいて固定された座標系を有し、そのフレームは、もう一つの座標系（通常全体又は「世界」座標系）の範囲内で動くために考慮される。図４は、図３における可動椎骨に付けられるフレームＦＲｌを表す。このフレームの起源は、位置ベクトルpによって全体フレームＧの起源から移される。フレームＦＲｌの配向は、ＦＲｌのｘ軸に対して単位ベクトルｎ単位ｙ軸に対してｏによって与えられる。
【００９４】
行列表記においてフレームＦＲｌは
【００９５】
【数８】
2008534180.tif 000010
【００９６】
として示され、ここで、
【００９７】
【数９】
2008534180.tif 000011
【００９８】
フレームＦＲ１に付けられた座標ｘ、ｙでのいずれかの点は、ＦＲ１における点の座両のベクトルによって左から掛ける（premultiplying）行列ＦＲ１による全体座標系に変換することができる。
【００９９】
【数１０】
2008534180.tif 000012
【０１００】
ＦＲ１のようないずれかのフレームは、以下の特徴で変換行列Ｔによって掛け算することによって変換することができる。
【０１０１】
【数１１】
2008534180.tif 000013
【０１０２】
ここで、α＝回転角、Δｘ及びΔｙ＝ｘ及びｙ位置における変化。
行列ＭがフレームＦＲ１によって左から掛けられる場合、フレームＦＲ１は、固定された全体参照フレームの起源のまわりで回転し、世界参照フレーム軸の方向に変換される。マトリックスＭがＦＲｌによって右から掛けられる場合、ＦＲｌは可動フレーム（ＦＲｌ）の起源のまわりで回転し、可動（ＦＲｌ）フレーム軸の方向に変換される。
【０１０３】
図５Ａから５Ｄは、凸上面及び凹下面を有する仮定的人工器官を表す。分析目的のために、点Ａのまわりを回転している線分ＡＤからなる機械的リンク及び線分ＤＢからなるさらなるリンクがある。ＤＢは、上部椎骨及び上部補綴端プレートに堅く付けられている。参照フレームは、点ＡＣＲで付けられている。さらに参照フレームは、点Ａで付けられている。
【０１０４】
図５Ａ及び５Ｃにおける変数を考慮して、ＢＦＲｌが以下値を有さなければならないことが明らかとなる（全体参照フレームＡＦＲ１で表される）。
【０１０５】
【数１２】
2008534180.tif 000014
【０１０６】
参照フレームＢＦＲｌが点Ｂで一番上の椎骨に付けられるために変換されるために、図５Ｂ及び５Ｄで示される以下の変換に付さなければならない。
１．新たなフレームＢＦＲ１Ｒを形成するためにα°回転
【０１０７】
【数１３】
2008534180.tif 000015
【０１０８】
図１において、αは、反時計回りである正の回転の通常の規則を考慮して負である。
２．新たなフレームＢＦＲ２を形成するためにＢＦＲｌＲの参照フレームにおけるＢｄｓｋによる下位の変換。
【０１０９】
【数１４】
2008534180.tif 000016
【０１１０】
３．新たなフレームＢＦＲ２Ｒを形成するために、それ自体の参照フレームにおけるβ°のＢＦＲ２の回転
【０１１１】
【数１５】
2008534180.tif 000017
【０１１２】
４．新たなフレームＢＦＲ３を形成するために参照フレームＢＦＲ２ＲのＣｄｓｋによる変換
【０１１３】
【数１６】
2008534180.tif 000018
【０１１４】
ＢＦＲ３は点Ｂで上部椎骨に付けられ、上部椎骨の配向を有する。ＢＦＲ３（１，３）（列１、行３）は点Ｂのｘ座標を表す関数ｆ（α、β）を含み、ＢＦＲ３（２，３）は点Ｂのｙ座標を示す関数ｇ（α、β）を含む。ＢＦＲ３（１，１）が全体参照フレームで一番上の椎骨によって作られる角度のコサインを表す関数ｋ（α、β）を含む。
【０１１５】
ＢＦＲ３（上部椎骨）の参照フレームにおける−Ｌｄｓｋのさらなる線形変換を考慮する。これは点Ｅにおいて新たなフレームを作るであろう。
【０１１６】
【数１７】
2008534180.tif 000019
【０１１７】
等しい関数ｆ、ｇ及びｋは、点Ｅにおける座標及び上部椎骨の配向（不変）角度を表す。
行列計算を行うことによって、
【０１１８】
【数１８】
2008534180.tif 000020
【０１１９】
ここで、ｆ＝点Ｅのｙ座標、
【０１２０】
【数１９】
2008534180.tif 000021
【０１２１】
ここで、ｇ＝点Ｅにおけるｙ座標及び
【０１２２】
【数２０】
2008534180.tif 000022
【０１２３】
ここで、ｋ＝上部椎骨及び全体参照フレーム間の角度のコサイン
を示すことができる。
図５から、ＡＦＲ１が全体参照フレームとして、その値が
【０１２４】
【数２１】
2008534180.tif 000023
【０１２５】
であることがわかり、フレームＡＦＲ２は、ＡＦＲ１Ｒを形成するために、フレームＡＦＲ１の角γ（正常ディスクの所望の回転）の回転によって誘導することができる。
【０１２６】
【数２２】
2008534180.tif 000024
【０１２７】
フレームＡＦＲ１Ｒは、フレームＡＦＲ２を形成するためにＡＦＲ１Ｒのｙ軸に沿った値Ａｄｓｋによって変換される。
【０１２８】
【数２３】
2008534180.tif 000025
【０１２９】
ＡＦＲ２（１，３）は点Ｅのｘ座標であり、ＡＦＲ２（２，３）は点Ｅのｙ座標である。
かりに、
関数ｓ（γ）＝ＡＦＲ２（１，３）（ｘ座標）      ・・・（４）
関数ｔ（γ）＝ＡＦＲ２（２，３）（ｘ座標）      ・・・（５）
とする。
【０１３０】
双方のフレームＡＦＲ２及びＢＦＲ４が式１及び２からのそれと同じ点（Ｅ）であるので、
ｓ（γ）＝ｆ（α，β）      ・・・（６）
ｔ（γ）＝ｇ（α，β）      ・・・（７）
となる。
【０１３１】
式６及び７は、２つの変数を有する２つの連立方程式を意味する。メカニズムが正確に通常のディスクの動きをシミュレーションするために、ＡＦＲ２及びＢＦＲ４は等しくなければならないことになる。
【０１３２】
ＡＦＲ２＝ ＢＦＲ４    ・・・（８）
式６及び７が当てはまるのと同様のことが起こることを示すことができる。それもなる。
【０１３３】
λ＝α＋β      ・・・（９）
数的手段では、方程式6、7と8を満足する解決策がないことを示すことができる。通常のディスクが曲げる所定の角度γに対して、角度のために解決、あるいは、β人工器官が相対的な後湾（Kyphosis）または前湾（Lordosis）に置かれるようなものである。図6は、点Eが通常の人工器官と同じであるということである制約（制約１）で10度両凸芯で既存の人工器官を曲げる試みの影響を表す。方程式6（-10.72［度］と等しい［ベータ］ことを等しくなっているccの7つと8つの結果）の解決 - 18.26［度］。点線は本当のディスクがACRについて10［度］時までに回転していることを表す、この位置は後湾の解決が同じコーディネートで点Eを保管すると述べる。この位置は、0の靭帯範囲（ZLS）の位置である。図7は、点Eが通常の人工器官と同じであるということである制約（制約1）で10度凸上面と凹下面で芯で人工器官を曲げる試みの影響を表す。方程式6の解決、7と8は、5.71［度］に等しくなっており、-7.71［度］に等しくなっている［ベータ］ccに終わる。点線は本当のディスクが.ACRについて10［度］時までに回転していることを表す、この位置は後湾の解決が同じコーディネート（脊柱後弯の位置がかなり両凸中心的な人工器官より少なくあるThough）で点Eを保管すると述べる。この位置は、0靭帯範囲（ZLS）の位置である。図7の中で、10［度］時までに人工器官を広げようとする影響は、示される。方程式6、7と8の解決は、-1.55［度］に等しくなっていて、4.75［度］に等しくなっている［ベータ］ocに終わる。上の脊柱のダッシュの表現は、再び本当のディスクがACRについて10［度］時までに回転していることを表す。この位置は、前湾解決が同じコーディネートで点Eを保管すると述べる。この位置は、0の靭帯範囲位置（ZLS）を表す。制約を集会に加える他の方法が、ある。他の役に立つ制約は、『通常の』状況で上の脊柱の下部の端板と平行の上の脊柱の下部の端板を束縛して、彼らの間の距離を最小にすることである。これは、2つの新しいフレームAFR3とBFR5を生じるために、全体的な参照フレームのAFRlについて、ガンマ程度によって回転フレームBFR4とAFR2によって達成することができる。
【０１３４】
【数２４】
2008534180.tif 000026
【０１３５】
両ｘ座標は同じ（ゼロ）であるために、双方のエンドプレートが平行する。
ＡＦＲ３（１，１）＝ｌ（ｃｏｓ(０)＝１）    ・・・（１０）
及び
ＢＦＲ５(１，３)＝ＡＦＲ３（１，３）＝０          ・・・ (１１)
図8は、この制約（制約2）を既存の人工器官に両凸芯と加えて、『通常の』運動部分から屈曲の10の程度に匹敵しようとする影響を表す。2本の上の脊柱がオーバーラップすることができず、出会っている靭帯が示すこの制約で、EへのACRがその通常の長さを越えて伸ばされなければならないことがわかる。端板が平行である制約で、方程式6、7と8の解決は、-1.61［度］に等しくて、-8.39［度］に等しくて［ベータ］中で［アルファ］起こる。点線は、本当のディスクが.ACRについて10［度］時までに回転していることを表し、結果として生じる位置は、解決が平行して端板で、それらの間の最小限の距離で点を保管することを示す。この制約は、したがって、最大靭帯伸張（Maximal Ligament Stretch、MLS）と呼ばれる。図9は、凸面上面と凹下面でこの制約（制約2）をprostheisに芯と加えて、［ラムダ］標準から屈曲の10の程度に匹敵しようとする影響を表す運動部分。2本の上の脊柱が重畳することができず、出会っている靭帯が示すこの制約で、EへのACRがその通常の長さを越えて伸ばされなければならないことがわかる。端板が平行である制約で、方程式6、7と8の解決は、-12.68［度］に等しくて、-2.68［度］に等しくて［ベータ］中で［アルファ］起こる。点線は、本当のディスクが.ACRについて10［度］時までに回転していることを表す、そして、結果として生じる位置は、解決が平行して端板で、それらの間の最小限の距離で点を保管すると述べる。この制約は、したがって、最大靭帯伸張（MLS）と呼ばれる。
【０１３６】
図6と7において、ACRをEに取り付けている靭帯は範囲を持たず、その代わりに、人工器官はある程度の後湾または前湾を引き起こすために点Eで回転する。この制約は定められるZero靭帯が伸びている(ZLS)。
【０１３７】
頸椎において、弱い後方縦の靭帯だけがあり、主横の靭帯がその脊柱のために回転（ACR）の通常の構造上の中心から分かれるという正当な解剖学的証拠がある。前縦の靭帯が、必然的に、外科的アプローチによって破壊されて、頸椎の主な靭帯の制約は靭帯ACR-Eによって近くされる。効果的後方縦の靭帯がない場合、まるで運動への制約がZLS多様性のそれであるように、図6に示されるタイプの子宮頸部のディスク人工器官が機能するだろうと思っている理由があり、脊柱後弯に向かう傾向が拡張において屈曲と前湾症／後方脊椎すべり症であるにちがいない。
【０１３８】
腰椎において、後方縦の靭帯は、非常によりタフである。制約MLSを用いて靭帯ACR-Eを引っ張るために、脊柱がしたがって、優先して試みる腰動脈。環線維症はこれをめったに可能とせず、理論は屈曲が制限されることを示唆する。特定のケースがどうであれ、所定のディスクスペースの本当の制約は、制約ZLSとMLSの組合せである。脊柱と望ましい角度によって成し遂げられる角度の違い（γ―（α＋β））、ZLSにおいて、状況（デルタA）は必要な通常の運動にマッチすることがかなりの人工器官できないことである。靭帯ACR-Eと望ましい長さ（デルタL）の長さの違いは、必要な通常の運動にマッチすることがかなりの人工器官できないことでもある。上で開発される数学的な方程式は、2つの調音人工器官のデザイン変数がデルタAかデルタLまたは両方とも最小にするために最適化されるのを可能にする。デルタAまたはデルタLを最小にすることによって、人工器官には最適に標準をシミュレーションするより良い可能性がある。上記の数学的な分析を使っているシミュレーションを用いて、以下を保つ。
【０１３９】
デルタAは、可変的なLdskをゼロに下げることによって、実質的に無に最小にされる。ACRがProsthetic Axisにあるように、これは後ろに補綴軸を動かす影響を持つ。この位置では、デルタAは、補綴軸でディスク領域以下のままであるACRのすべての位置の割に非常に小さいままである。
【０１４０】
上下の補綴調音の半径がほぼ等しいとき、デルタAは最小にされる。
調音の半径がより大きいとき、デルタAは最小にされ、デルタAはより小半径でより大きくなる。
【０１４１】
デルタAが3から5度の間にあることが好ましい。コアの変換は、より大きい。
半径がより少ないとき、補綴半径は大きくなるにつれ、変換はより小さくなる。したがって、開示された人工器官が求められる。
【０１４２】
補綴軸をディスクの後方3分の1の方へ動かす。
上下のジョイントの最適半径を選択する。
これらの変化をもたらす際に、2つの問題が生じる。
【０１４３】
いくつかの実施形態において、人工器官の中心はもはや対称形でなくて、回転するためにそれであった、それは脊髄管に影響を与えるかもしれない。補綴軸の後ろの位置決めのため、芯は脊髄衝突の危険にさらされている。
【０１４４】
上述の数学方法に基づいて、人工器官は、概して、上下の脊柱への接着のために、2枚の端板、中間の移動芯と別々の前方バンドからなる。
図13A〜13Eは、人工器官が凹上下の表面51、52を持っている芯50から成る発明のもう一つの実施例を表す。上部プレート53は凸面下面54を有し、下部のプレート55は上の凸面56を有する。
【０１４５】
完全に球形であるよりはむしろ、下面52、56は左右に円筒形である（回転で翻訳運動）、ところが、上面51と54は下面と同様に後ろへ前の運動と対照的に一般的な運動を考慮に入れて完全に球形である。
【０１４６】
これらの図に見せられる人工器官49のさらなる特徴は、中央に位置して、上の脊柱の底面と下部の脊柱の上面でつくられる溝に適合するために構成される上下の垂直峰57、58の供給である。図11により明らかに示されるように、上の曲率半径（CUPR）Aのセンターと低い曲率半径（CLPR）DのセンターがACRを通して垂直軸で整列するように、芯50と上部プレート53と下部のプレート55は補綴軸60を人工器官の後ろのHの方へ動かしておく。前の具体化と同様に、大部分61は軸60の前方に位置し、マイナーな部分62はそれの後に位置する。さらにまた、芯50の短軸は、垂直軸61に合わせられる。そのうえ、芯50の前で後ろの垂直端は、平らで、短軸64と平行に整列する。
【０１４７】
平行の制約で10［度］時までに人工器官49を曲げようとする端板とふっくらした靭帯が伸びているという趣旨は、-6.87［度］の角度で、そして、3.13［度］の角度で［ベータ］備えをしている［アルファ］方程式6、7と8の解決に終わる。
【０１４８】
1高い方の部分につき12図で、脊柱65は角度[アルファ]を通して回転して、破線で見受けられる脊柱66と、ほとんど一致し[ベータ]、ACRこの位置について10[度]（[ガンマ]）時までに回転と一致することは、解決が平行して端板で、そして、彼らの間の最小限の距離で点を保管すると述べる。これは、最大靭帯伸縮性（MLS）の位置と一致する。図11で示すバイオ凹人工器官の中心と12は、屈曲で前に動く。こうすることを要求される靭帯範囲の量は、補綴軸が人工器官の中央点にあって、図1OAと図1OBで示すようにしたがって、デザインを持つ時より少ない。-6.94[度]の角度で及び角度で[ベータ]-3.06[度]ならば[アルファ]この構成に、平行の制約で10[度]時までに人工器官を曲げようとする端板とふっくらした靭帯が伸びているという趣旨は方程式6、7と8の解決に終わる。アイテム70で見受けられてこの例で見せられる人工器官は、また、休みの状態で上下の脊柱71、72の垂直軸と同時であるその短軸について対称形である。図1OBは、再び角度ocを通して上の脊柱71を動かす影響を示して、ACRと比較して10[度]時までに回転している脊柱を高い方の部分と比較した[ベータ]。ACR.を通して垂直軸と一致する補綴軸/短軸で設計されるのと同じくらいよく人工器官として上の脊柱71によって可能な限りの運動が運動に近くないことが分かるの本当の脊椎骨74。
【０１４９】
図14は、芯50、上部プレート53と下部のプレート55で補綴装置49の曲げられた見方を表す。
図15Aと15Bは、人工器官が上部プレート76と下部のプレート77で芯75を備えている発明の他の実施例を表す。芯75は、上の凸面78と下の凹面79を持つ。図12と13（短軸80）に関して記述される具体化と同様に、補綴軸は、下部の脊柱81のACRを通して、垂直軸と同時である。下面79が凸面であるので、それは上の凸面78よりかなり小さい。同様に、上部プレート76の下面は、凹で、表面78にあっている構成を有する。下部のプレート77は、もう一度後方に、または、前方へそこの芯75によって運動を許容する凹面79より長い凸面上面を有する。
【０１５０】
図15Bは、上の脊柱82の回転がどのように芯75と下部のプレート77の間で上部プレート76と芯75の間で相対的な運動と同様に相対的な運動に終わるかについて示す。図13に示される具体化と同様に、補綴軸は非対称であり、芯75の大部分は補綴軸の前方に位置する。
【０１５１】
図16は、下の凹面86と比較して低い曲率半径を持つ上の凸面85を有する芯84からなるもう一つの人工器官83の側面図を表す。この具体化において、両方の上下の表面85、86には、芯84の下に位置する曲率半径のセンターがある。
【０１５２】
上部プレート87は表面85のそれにマッチしている下の凹面を持つ、そして、下部のプレート88は行ったり来たり理にかなった移動を許す表面86の長さより非常に長い上の凸面89を持つ。そのうえ、下部のプレート88の凸面89は、まっすぐな横平らな表面90に達する。これは、凸面89の終わりを越えて、効果的に芯84の前の移動を防ぐ。図17は、上面92が下面93より大きな曲率半径を持つこと以外は、人工器官83と類似している人工器官91を表す。したがって、加法では、上部プレート93の下面は、凹で、長さで、上面91を行っているそのcoより長い。下部のプレート95は、長さで共同舞台の凹面92より長い凸面を持つ。凸面96の後部終わりでも、上方へ曲げられたまっすぐな第98節は、凸面96の終わりを越えて芯99の動きを止める方法として提供される。
【０１５３】
凸面96の前端も、曲面96のフロントエンドを越えて動いている芯99を防ぐのに役立つ横まっすぐな第97節に達する。人工器官83、91が長方形の形よりむしろより台形の形を持つ上下の脊柱の間に挿入されながら図16と17でより現実的に見受けられる点に留意する必要がある。このように表面90と97と前に述べた表面が水平であると言われたけれども、実際、彼らは傾斜して、その代わりに通常、上下の脊柱の上下の正面の一般的な方位と平行である。彼らが芯84、99の前の動きを防ぐ限り、表面90と97が上方へ、または、下方へさえ曲げることができる点に注意しなければならない。
【０１５４】
ここまで記述された異なる人工器官は、椎間板を模倣する特徴に集中した。椎間板の特性を模倣するように設計された人工器官に役立つさらなる構成要素は、密接に結紮の働きをシミュレーションするようになっていて、1つの具体化においても停止を補綴芯の前の動きに提供する図18に示されるバンド100を含む。
【０１５５】
バンド100は、パターンのような格子で織りを作成している浮動とweftsのフィラメントからなる織られたファブリック101から成る。上下の端102、103は、ネジがそれぞれ上下の脊柱への接着のために終わりまで挿入されるために各々プレート104、105を穴106とつなぐことを備えている。
【０１５６】
織られたファブリック101は、望ましくは糸/フィラメントの間で隙間のスペースの細胞増大を促して、最終的に、上下の脊柱の間で成長している結紮線に終わるようになっている。1つの具体化によると、バンドは適当な凝りの織られて吸収される生地から作られる人工靭帯の形である。織られた生地は、繊維組織の内への成長がそのままに再吸収されて人工靭帯の機能に代わるのを可能にするようになっている。
【０１５７】
１つの具体化によると、バンドはワイヤーまたはポリマー材料でできているガーゼの形である。
バンドが伸びるか、靭帯に同じように契約することができることが好ましい。
【０１５８】
上述の異なる人工器官のために使われる材料に関して、端板は金属（例えばチタン、コバルトクロミウム鋼または陶製複合物）から製造されるかもしれない。一般的に、彼らは脊柱の隣接した表面に寄りかかる粗くなる平面表面を持つ。プレートを脊柱に取り付けることで援助するために、図13に示される具体化で記述されて、それらフィンまたは峰を備えているかもしれない、そして、14または彼らは隣接した椎体端板に関係があるために曲面を備えているかもしれない。
【０１５９】
上下の端板の隣接した曲面と同様に芯の上下の表面は、調音を強化するために、望ましくはなめらかである。中心芯は類似した材料から端板のために使われるそれらまで作られるかもしれないが、プラスチック（例えばUHMWポリエチレンまたはポリウレタン複合物）からも作られるかもしれない。
【０１６０】
人工器官の曲面の各々の曲率半径が5〜35mmの範囲にあることが好ましい。
人工器官端板の足痕は、いろいろな形があるかもしれないが、隣接した椎骨骨に沈下の危険性を最小にするために最適化される。芯と上下のプレートのいろいろな調音表面が凹で凸面表面に関して記述されたが、他の表面分布が発明にも含まれる点に留意する必要がある。たとえば、芯と下部のプレートの表面を行っているcoは、その間で制限された相対的な運動を提供するために円筒形のものの代わりに楕円体とすることができる。
【０１６１】
先の数学的な説明は、二重調音を持っている人工ディスク人工器官の作用が提供された。人工器官の異なる実施例は、考えられる上下の表面分布の順列の各々をカバーして記述された。これらは、両凸で、凸面上で凹下で凹甲革と凸面が下がって、同様に両凹で含んでおく。以前概説される方程式は、二重関節動作式人工器官をその間で位置して、固定された下部の脊柱の上で可動上の脊柱の位置と方向づけを説明した。人工器官の上面と比較して上の脊柱の動きとより低い脊柱と比較して人工器官の下面の変化は、定数に関して、そして、変数ocの回転の可変的な角度によって記述される。上の脊柱の方向は、記述される。
【０１６２】
【数２５】
2008534180.tif 000027
【０１６３】
ディスクスペースの回転のセンターよりすぐ上の、そして、上の脊柱の下部の端の上の点Eの位置は、以下の方程式によって与えられる：
【０１６４】
【数２６】
2008534180.tif 000028
【０１６５】
ここで、定数は、人工器官の寸法と機能的なタイプを定める。
パラメータの相対的なサイズに応じて、Ldsk、Cdsk、BdskとそこのPdskは、記述される4種類の異なった人工器官である：
これらは以下の通りである：(中心的な形によって記述される)
１．両凸の
２．両凹の
３．一番下の半径より大きな最高の半径による凸面最高の凹底
４．最高の半径方程式1-3がこれらの4つの人工器官の運動学を説明するより大きな一番下の半径による凸面最高の凹底。
【０１６６】
Eを示すためにCORを結んでいる線の長さは、
【０１６７】
【数２７】
2008534180.tif 000029
【０１６８】
である。
中間部と比較して上部の角変位が、どこであるα、β下部と1と比較してパートがそうである中央の角変位が上部の部分を骨格の構造（または人工器官）の回転のセンターでつないでいる結紮である使用中に、そして、x（α、β）、y（α、β）異なる機能である。
【０１６９】
望ましくは、「結紮」は範囲と収縮または圧縮のある程度の拡張で、特に唯一のどんな細長いメンバーも含む。
アルファの価値とベータは適していることがありえる。そして、1のために最低価格を生じる。1は、脊髄運動部分の横の靭帯であると考えられることができる。これが弾力性があって、1が最も少ないとき、それには春としてふるまって、従って最も低い弾力性がある位置エネルギーがあることがわかる。1が最低限か最大限であるとき、平衡位置は計算されることができる。数学的に、これはゼロである勾配ベクトルと定義されることができる：
【０１７０】
【数２８】
2008534180.tif 000030
【０１７１】
人工器官が微小の変化のために弾力性がある位置エネルギーのゼロ変化を呼んでゼロ勾配ベクトルのこんな事情で、そして、β、そして、人工器官が平衡位置にある。それがその小さな混乱を見られることができてしかしこの平衡位置が1のための最大値であるとき、あるいは、意志は1が減少する原因になる傾向があって、そして、平衡位置は不安定である。数学的に、これは記述されることができる：中間部と比較して上部の角変位が、どこである［アルファ］、β下部と1と比較してパートがそうである中央の角変位が上部の部分を骨格の構造（または人工器官）の回転のセンターでつないでいる結紮である使用中に、そして、x（α、β）、ｙ（α、β）異なる機能である。
【０１７２】
【数２９】
2008534180.tif 000031
【０１７３】
小さな混乱が、それが速く最大の屈曲または拡張の位置をとる原因になるけれども、これらの状況の下で、人工器官が正確にバランスが保たれて、平衡にあることは可能である。
【０１７４】
それはその人工器官1を示されることができる）、そして、4）、不安定な平衡位置を持ちなさい。この状況は起こるいつのマッチングの上で軸または外れた軸COR.下の調音の半径を増やすことによって、勾配ベクトルの価値はより否定的でない、そして、最大の屈曲または拡張の位置をとる傾向は減らされる。
【０１７５】
しかし、人工器官2）及び3）はｌの正の第2の偏導関数を有する特性を有する。
【０１７６】
【数３０】
2008534180.tif 000032
【０１７７】
【数３１】
2008534180.tif 000033
【０１７８】
によって定義された平衡位置で。
言い換えると、ｌが最小の場合、平衡をもたらすα及びβの値が存在する。平衡位置から人工器官を動揺させるどんな傾向にでも2が延びて、したがってシステムの弾力性がある位置エネルギーを増やす原因になる傾向があるので、この平衡は安定したおよび自身correcting-または自身センタリングである。
【０１７９】
人工器官2）及び3）は、したがって、安定した平衡順位を有し、自身修正または自身センタリングする。
人工器官で軸であるCORにマッチしようとするとき、平衡位置は中立位置にある（α＝β＝０の場合）。外れた軸CORに平衡位置に合うものを見つけることが現在中立位置から離れて位置するとき、(α≠β≠０の場合)−CRにそれに合うものを見つけることが人工器官軸の前のとき、平衡位置が拡張においてある、そして、CRにそれに合うものを見つけることが補綴軸へのお尻であるとき、平衡位置が屈曲である。上下の調音の半径の価値が大きいとき、オフセットに匹敵することによる平衡位置変化は少なくされる。
【０１８０】
図２０Ａは靭帯長ｌ対β及びαの3つの寸法でグラフィカルプロットを示し、人工器官のために、凸面上面による芯と凹形は表面を降ろす、高い方の部分の曲率半径はどこの浮上する下面のそれより大きい。例えば、上の半径は、低い半径のための12mmと比較して36mmである。
【０１８１】
図２０Ａから、グラフの中で谷によって見受けられて、示される三次元グラフが最小限の靭帯長を示すのを見られることができる。
この図において、人工器官軸が患者に合わせられることを意味する０、X及びYはオフセットし、患者の回転中心は、図19Aと19BのLに一致する。
【０１８２】
図２０Ｂは、図２０Ａに見せられる人工器官の同じタイプのために１ｍｍのLのために値を導入する作用を有する。数学的方法がそうでありえるLへの反対方向の平衡位置の動きは、平衡位置のこの変化を最適化したものであって、人工器官に、Ｙオフセット（Ｌ）又はＸオフセット（患者のＣＲ下位を動かす）の変化に感度を少なくする。図２１は、図２０Ａ中で言及される人工器官のために、屈曲の角度で、靭帯長の変化の二次元の見方を表す。この図の中で、見通しがきく谷が屈曲拡張0の角度によって見受けられる回転のセンターのまわりにあることがわかる。このグラフは、回転のセンターから離れた人工器官のどんな動きでも靭帯長の拡張、したがって靭帯が回転のセンターにその最小限の長さに戻りたい自然の傾向に終わることを明らかに示す。上記は、両凸芯で人工器官と対照をなす。上で概説される数学的な方程式のグラフィック解決は、両凸芯のために図２２に示される。平衡の段階を提供する最小限の靭帯長がないことは、このグラフィック分析から明らかでなければならない。実際、図23に示される二次元のグラフ図は、平衡の段階がどのように両凸芯の回転のセンターのあたりに位置するかについて示して、回転のセンターから離れた芯のどんな動きでも靭帯長の減少、したがって芯が平衡の段階から移動する傾向に終わることを示す。
【０１８３】
図２４Ａは、人工器官が両凹の芯を持っている発明のもう一つの実施例を示す。図２０Ａに示される具体化と同様に、そこのこの具体化の２０Ｂと２１は、芯のための回転のセンターについての平衡の段階である。平衡のこの段階は、最小限の結紮長と一致して、それゆえに、回転のセンターから離れてゆく動きがあるならば、芯が平衡といっていいほど帰る自然の傾向を提供する。図24Bは相殺されるYで36mmと等しい上の半径と36mmと等しい低い半径で両凹の人工器官のために靭帯長における変化を示し、Xはゼロであることを相殺した。等しい半径で、数学的なモデルのグラフ図が平衡位置から離れた人工器官の動きが平衡位置へ運動に終わる傾向がないことを示すのをこのように見ることができる。
【０１８４】
示されない二次元のグラフ図は、図21に類似した出演をする。それがそうでなければならない上記からそれが天才に終わる平衡の段階から離れてゆく動きの傾向に終わる能力を修正している自身で人工器官を生産するよう求められるならばそれをすっきりさせること人工器官の、２０Ｂ、平衡（そして図2OAに関して記述される発明の実施例）の段階の方へ後ろに、せきたてる、21と24Aは、適当な解決を提供する。しかし、たとえ彼らがこの自己能力を中心におかせないかもしれないとしても、記述された発明の他の実施例がまだ使われるかもしれない点にも注意される。これは、他の変更が予め定められた境界の中で人工器官の動きを保つために全体的な人工器官になされるかもしれないからである。
【０１８５】
すべての人工器官は、軸であるCORにマッチすることができる。CORが軸を離れてあるとき、彼らは横の靭帯（デルタL）を引っ張るか、短くすることによって、または、異常な方針（デルタA）を採用することによって合うことができるだけである。デルタAとデルタLは、所定のオフセットに対して、半径を大きくすることによって減少させることができる。
【０１８６】
すべての人工器官は、同質の変換ができる。人工器官2）は椎間板の高さのロスでそうする。人工器官3）は椎間板の高さの増加でそうする。
理想の人工器官は、
１．安定な平衡位置
２．軸ＣＲに対して最高の取り扱い能を有する。
【０１８７】
好ましい実施形態は、3）可能な限り大きな半径を有するこれには、同質の変換に対する抵抗の更なる長所がある(軟部組織が延びる必要があるので)
第2の好ましい具体化は2）比較的無制限の変換の長所を有する。
【０１８８】
2）又は3）のいずれかが好ましい臨床状況があるかもしれない。
回転の生理的に通常のセンターのCOR相手の下で等しい弧旅行がトップと一番下の調音の間にあるように、人工器官3のための半径の比率はセットすることができる。これは、Rl*α= R2*βによって達成されることができる。
【０１８９】
ここで、α及びβは、CRに一致するために算出することができる。
これは上下の調音で衣服に匹敵して、接触の表面積で最も多くの効率的利用である。アルファとベータを計算する能力は、人工器官を牽引させられる。
【０１９０】
腰椎と頸椎でこれを達成するために人工器官のための理想範囲は3:1から10:1である。
腰部で子宮頸部の脊柱において、好ましい半径は、5mmから50mmである。
人工器官2は、各々の関節形成面の上の移動を等しくしない。望ましくは、数学的なモデルが、この人工器官で半径の比率で最適の選択が角度の望ましい比率のようなどんな望ましいパラメータにでも基づくことができるために使われる。腰部で子宮頸部の脊柱において、理想的な比率は、2:1から1:2である。Lumbar脊柱において、好ましい半径は、8から４０ｍｍである。頸椎において、好ましい半径は、6から３０ｍｍである。
【０１９１】
図１０Ａから１１Ｂ及び図１３Ａから１３Ｆは、両凹のプロフィールがある人工器官を示す。図15A、15D、16及び17は、上の凸面と下の凹面で人工器官を示す。上面の曲率半径がより低い凹面のそれより大きくて、図17に示す人工器官のバージョンが利用されることが好ましい。上部プレートの下面には人工器官の上面にあっているプロフィールがあることが好ましく、下部のプレートの上面には人工器官の下面にあっているプロフィールがある。これが上部プレートの全ての下面と下部のプレートの上面にはあっているプロフィールがあることを意味しないことは、しかしよく理解されていなければならない。このように、図１９Ａの参照は、好ましい上下の表面分布を上で確認している人工器官の1つの好ましい構成を示す。示された人工器官110は、中心垂直軸について対称形で、なめらかな曲がった外の上下の刃を備えている。人工器官は、後方にオフセットされ、それゆえに、そのコア113で上下のプレート111、112の後方領域中で保持されていることが示される。
【０１９２】
下部のプレート112の上面は、芯113の対立する凹側面にあっている構成の凸面形を持っている後部部分を有している。
凸面地域の頂点は、人工器官の中心に関して、後方にオフセットされる。凸面地域はそのオフセットの中心垂直軸について対称形で、どちらの側ででも、この地域の全体的な側面には正弦波カーブの一部の様子がある結果で、凹谷に達する。
【０１９３】
各々谷のうち、凸面地域の両側に上方へ曲がった表面に達して、下部のプレートと比較して後部で前の戻り止めを人工器官の制限フォワードと逆行に提供される。
上部プレート111は、上部プレート111と比較して芯113の後部動きを制限するように構成される最後尾の下方へ広がっている刃で、後ろに相殺された凹下面を持つ。19A図から分かるように、上部プレートの下面の曲率半径は、下部のプレートの上面の曲率半径より大きい。各々のケースでは、曲率半径は人工器官の下に仮想点に人工器官の中心垂直軸にある一般的な発端を有する。
【０１９４】
図19Aも、解剖学的中心軸に後ろに相殺される中心垂直軸114に合わせられる安定した平衡位置で、芯113を示す。
横の靭帯115は、上下の脊柱116、117の間につながれて見せられる。靭帯115は、軸114から距離Lで相殺される。
【０１９５】
図19Bは、人工器官112がどのように下部の椎骨ディスク117に関して上の脊柱116の後ろへの回転動きによって生じられるかについて示す。示されるように、横の靭帯115は回転（CR）のセンターについて回転する、そして、上部プレート111と芯113は不安定な位置に回転する。芯113と下面の上面の曲率半径の違いのため、靭帯115は引っ張られる、そして、それが図19Aに示される平衡位置に戻る自然の傾向がある。曲率半径の違いは、上部椎骨ディスク116が回転して、下部の椎骨ディスク117に関して翻訳することを意味する。
【０１９６】
上部プレートとそれゆえに、人工器官の上面の下面の曲率半径を増やすことによって、使用においてとき人工器官の安定性を増やすことが可能であること人工器官のCORが、ACRからオフセットされる。
【０１９７】
望ましく人工器官の上面とそれゆえに、上部プレートの下面の曲率半径を増やすことは、補綴がその中心垂直軸のまわりに中央に置かれるその均衡点に戻ることができる楽を強化する。
【０１９８】
1つの具体化に更なるであるプロテーゼの中心垂直軸を与えることは骨格の構造の回転のセンターから相殺される。そして、より大きなものは人工器官の上面の曲率半径である。
【０１９９】
人工器官の上面の曲率半径が頸椎で腰椎と20から40mmで30から50mmの間にあることが好ましい。人工器官の下面と比較した人工器官の表面が人工器官の上面の曲率半径の増大がそうする予め定められた範囲の中である高い方の部分の曲率半径の比率が人工器官の下面の曲率半径の対応する増大に終わることが好ましい。
【０２００】
下部のプレート（そびえ立つための見せかけから測られるとき）の上面の凸面地域の長さが典型的脊柱で椎骨ディスクに見込まれる典型的旅行に従って測定されることが好ましい。
【０２０１】
人工器官のすべての実施例が密接にできるだけ回転の通常の生理的センターにマッチして、ディスクのHをエンドでセットされる補綴軸を持つことが好ましい。
先行技術の公報がここで参照される場合、そのような参照が、公報が従来例で、オーストラリアで、または、他のどの国でも一般知識の部分を作るという許可を構成しないことを理解すべきである。
【図１】
2008534180.tif 000045
【図２】
2008534180.tif 000046
【図３】
2008534180.tif 000047
【図４】
2008534180.tif 000048
【図５Ａ】
2008534180.tif 000049
【図５Ｂ】
2008534180.tif 000050
【図５Ｃ】
2008534180.tif 000051
【図５Ｄ】
2008534180.tif 000052
【図６】
2008534180.tif 000053
【図７】
2008534180.tif 000054
【図８】
2008534180.tif 000055
【図９】
2008534180.tif 000056
【図１０Ａ】
2008534180.tif 000057
【図１０Ｂ】
2008534180.tif 000058
【図１１】
2008534180.tif 000059
【図１２】
2008534180.tif 000060
【図１３Ａ】
2008534180.tif 000061
【図１３Ｂ】
2008534180.tif 000062
【図１３Ｃ】
2008534180.tif 000063
【図１３Ｄ】
2008534180.tif 000064
【図１３Ｅ】
2008534180.tif 000065
【図１３Ｆ】
2008534180.tif 000066
【図１４】
2008534180.tif 000067
【図１５Ａ】
2008534180.tif 000068
【図１５Ｂ】
2008534180.tif 000069
【図１６】
2008534180.tif 000070
【図１７】
2008534180.tif 000071
【図１８】
2008534180.tif 000072
【図１９Ａ】
2008534180.tif 000073
【図１９Ｂ】
2008534180.tif 000074
【図２０Ａ】
2008534180.tif 000075
【図２０Ｂ】
2008534180.tif 000076
【図２１】
2008534180.tif 000077
【図２２】
2008534180.tif 000078
【図２３】
2008534180.tif 000079
【図２４】
2008534180.tif 000080
【誤訳訂正書】
【提出日】平成20年4月1日(2008.4.1)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部椎骨に付着するための上部、
下部椎骨に付着するための下部及び
上下部間に配置する中間部を含む脊柱用人工器官であって、
上部は第１の曲率半径を有する下面部分を有し、
中間部は第２の曲率半径を有する上面部分と第３の曲率半径を有する下面部分とを有し、
下部は、第４の曲率半径を有する上面部分を有し、
少なくとも２つの表面の曲率半径中心が、上下椎骨及び／又は上下部を通る中心垂直軸の後方にオフセットされてなる脊柱用人工器官。
【請求項２】
第４の曲率半径と第１の曲率半径のうちの少なくとも1つは、中心垂直軸の後方にオフセットされてなる請求項１の人工器官。
【請求項３】
表面の各々の曲率半径中心は、中心垂直軸の後方にオフセットされてなる請求項１の人工器官。
【請求項４】
各表面の曲率半径中心は、人工器官の後方３分の１に位置する請求項１の人工器官。
【請求項５】
中間部は短中心軸と長中心軸を有し、短中心軸が第２及び第３表面の曲率半径の中心を通って位置する請求項１の人工器官。
【請求項６】
短中心軸は、垂直中心軸に対して傾斜する請求項５の人工器官。
【請求項７】
長軸は、中間部の後方及び前方端の中心を通って位置する請求項５の人工器官。
【請求項８】
中間部は、凸上面と凹下面とを有する請求項１の人工器官。
【請求項９】
中間部の上面は凹であり、中間部の下面は凹である請求項１の人工器官。
【請求項１０】
中間部の上面の曲率半径は、下面の曲率半径より大きい請求項８の人工器官。
【請求項１１】
下面の第１の曲率半径は、第２の曲率半径と実質的に同じである請求項８の人工器官。
【請求項１２】
第３の曲率半径は、第３の曲率半径と実質的に同じである請求項８又は１１の人工器官。
【請求項１３】
第１、第２、第３及び第４の曲率半径は、上下部を通る中心垂直軸から後方にオフセットする垂直軸に中心を有する請求項１又は１２の人工器官。
【請求項１４】
上部は、実質的に平らな下面前部を有する請求項１の人工器官。
【請求項１５】
下部は、実質的に平らな上面前部を有する請求項１又は１４の人工器官。
【請求項１６】
下部は、後面部と前面部とからなる上面を有し、後面部は中間部を通る垂直中心軸に対して対称形の凸部からなる請求項１又は１５の人工器官。
【請求項１７】
下部の上面後部は、凸部の両側の凹んだ部分を有する請求項１６の人工器官。
【請求項１８】
中間部は、中間部の各上下表面の曲率半径を有する上凸面及び下凹面を有し、上部又は下部に対して、中間部は、人工器官の中心軸に実質的に沿って配置された平衡位置に促されるような所定範囲内で動くように形成されている請求項１の人工器官。
【請求項１９】
中間部は、中間部の各上下表面の曲率半径を有する上凹面及び下凸面を有し、上部又は下部に対して、中間部は、人工器官の中心軸に実質的に沿って配置された平衡位置に促されるような所定範囲内で動くように形成されている請求項１の人工器官。
【請求項２０】
第２の曲率半径は、第３の曲率半径より大きい請求項１８又は１９の人工器官。
【請求項２１】
第２の曲率半径と第３の曲率半径との比率は、３：１から１０：１である請求項２０の人工器官。
【請求項２２】
第２の曲率半径は、ＸとＹの間にある請求項１の人工器官。
【請求項２３】
上部、中間部及び下部の回転中心は、人工器官を通る中心垂直軸に対して後方にオフセットされてなる請求項１の人工器官。
【請求項２４】
各表面の曲率半径は、いずれか１以上の部分が、人工器官の中心軸に実質的に沿って配置された平衡位置に促されるような所定範囲内で中間部が動くように、形成されている請求項１の人工器官。
【請求項２５】
人工器官は、中間部の平衡の位置と一致する回転中心を有する請求項１又は２４の人工器官。
【請求項２６】
上下の椎骨が実質的に垂直に整列するとき、中間部の主要部が脊柱の解剖学的回転中心の前方に位置するように形成されてなる請求項１の人工器官。
【請求項２７】
人工器官が脊柱に位置するとき、人工器官は中間部の後及び前方に位置する停止手段を含む請求項１の人工器官。
【請求項２８】
停止手段は、上下部の端部を含む請求項２７の人工器官。
【請求項２９】
中間部は、
【数１】
2008534180.tif 000081
（式中、αは中間部に対する上部の角変位、βは下部に対する中間部の角変位であり、ｌは使用時において骨格構造の回転中心で上部に連結する結紮の長さであり、ここで、
【数２】
2008534180.tif 000082
であり、ｘ（α、β）及びｙ（α、β）は異なる関数である）によって定義される平衡の位置を有する請求項１又は２６の人工器官。
【請求項３０】
中間部は、
【数３】
2008534180.tif 000083
（式中、αは中間部に対する上部の角変位、βは下部に対する中間部の角変位であり、ｌは使用時において骨格構造の回転中心で上部を連結する結紮の長さであり、ここで、
【数４】
2008534180.tif 000084
であり、ｘ（α、β）及びｙ（α、β）は異なる関数である）によって定義される上下部に対する平衡の位置を有する上下表面を有し、
角α又はβのいずれかにおける小変化と比較して長さ1での小変化が最小であり、長さ1の平衡の位置のいずれかの側で増加する請求項１の人工器官。
【請求項３１】
各変数α、又はｌは人工器官の回転中心に対して決定されてなる請求項３０の人工器官。
【請求項３２】
上部、中間部及び下部は、人工器官が、解剖学的中心軸オフセットした中心垂直軸で整列された平衡位置を有し、いずれか１つの部分の動きが平衡の位置からずれる場合、人工器官が平衡位置で整列することを引き起こす傾向がある自己センタリング手段を伴って形成される請求項１の人工器官。
【請求項３３】
自己センタリング手段は、上部及び／又は中間部が平衡の位置からずれるときはいつでも、人工器官を平衡の位置に自己センタリングさせる、それぞれ第１、第２、第３及び第４の曲率半径を有する所定の表面を有する請求項３２の人工器官。
【請求項３４】
上部、中間部及び下部は、安定した平衡位を有する請求項１の人工器官。
【請求項３５】
平衡位は、人工器官を通る垂直中心軸に対してオフセットされている請求項３４の人工器官。
【請求項３６】
相対的な運動が上部、中間部及び下部のいずれかの間にある場合、第１、第２、第３及び第４の曲率半径は人工器官を安定した平衡の位置に動かすように形成されてなる請求項３４の人工器官。
【請求項３７】
人工器官が上下の椎骨に付着する場合、上部は、椎間板で可能な回転及び並進運動を厳密にシミュレートする請求項１の人工器官。
【請求項３８】
線形椎骨のＡＣＲでの参照点のための座標系を表す上下椎骨間の、本来の位置における人工器官のための少なくとも２ＤでのフレームマトリクスＦＲ１を決定し、
ＡＣＲでフレームＦＲ１に関して表わされるＣＵＰＲでの点のための参照フレームＢ１を決定し、
ここで、
【数１】
2008534180.tif 000085
であり、ｌ＝ｘ軸に沿ったＡＣＲからのＣＵＰＲの距離、又はｐ＝ｙ軸に沿ったＡＣＲからのＣＵＰＲの距離、
フレームＢ１をα°回転し、新たなフレームＢ２＝Ｂ１ＸＴを形成し、
ここで、αはＣＵＰＲに対するＣＬＰＲの回転角であり、Ｔは変換行列：
【数２】
2008534180.tif 000086
であり、
フレームＢ２をｙ軸に沿ってＣＬＰＲからＣＵＰＲまでの距離ｂ並進移動させてフレームＢ３を形成し、ここで、行列変換
【数３】
2008534180.tif 000087
であり、
Ｔを用いてフレームＢ３をβ°回転し、新たなフレームＢ４＝Ｂ３ＸＴを形成し、
ここで、βは、ＣＬＰＲに関する上椎骨における点Ｂの回転角であり、
ｙ軸に沿ってＣＬＰＲから点Ｂまでの距離Ｃだけ、フレームＢ４を並進運動させ、新たなフレームＢ５を形成し、ここで、
【数４】
2008534180.tif 000088
であり、
フレームＢ５を、ｘ軸に沿った点ＢからＡＣＲを通る垂直軸と同軸の点Ｅまでの距離ｌだけ並進移動させ、新たなフレームＢ６を形成し、ここで変換行列は
【数５】
2008534180.tif 000089
であり、
Ｔを用いてフレームＡ１をγだけ回転し、新たなフレームＡ２を形成し、ここで、γ＝ＡＣＲに対する上椎骨の正常な回転であり、
ｙ軸に沿ったＡＣＲから点Ｅまでの距離ｈだけＡ２を並進移動させ、フレームＡ３を形成し、ここで変換行列は、
【数６】
2008534180.tif 000090
であり、
Ｂ６とＡ３とを比較して、人工器官が椎間板の運動学をいかに明瞭にシミュレートするかについて決定することを含む人工器官のモデル方法。
【請求項３９】
フレームＢ６とＡ３とを大域的参照フレームＡｌについてγ°回転して、新たなフレームＡ４とＢ７とを形成する請求項３８のモデリング方法。
【請求項４０】
比較工程は、最小値のために以下の式
【数１１】
2008534180.tif 000091
（ここで、カッコ内の数は、それぞれ、該当する行列の列及び業を表す）
のうちの少なくとも１つを解くことを含む請求項３９のモデリング方法。
【請求項４１】
比較工程は、Ａ４とＢ７との等しい行及び列についての連立方程式を解くことを含む請求項４０のモデリング方法。
【請求項４２】
上下椎骨間で用いられる人工器官の性能を分析する方法であって、該方法は、
人工器官中間部の下表面の上部曲率半径中心を測定し、
人工器官中間部の上表面の下部曲率半径中心を測定し、
上部曲率半径中心と下部曲率半径中心との間のリンクを与え、
上部椎骨の傾斜を示すα°上部曲率半径中心に対して下部曲率半径中心を回転させ、
Β°第１リンク部を回転させ、その部位の長さは、下部曲率回転中心から上部椎骨の下表面又は上部の上表面の中心までの長さに対応し、βは、中間部の上表面上の上部の角運動に対応し、
解剖学的回転中心を決定し、
解剖学的回転中心に対する椎間板の所望の回転角に対応する角γを測定し、
角α＋βと角γとを比較し、γ−（α＋β）の値を最小にする上下部曲率半径中心の値で人工器官を設計することを含む方法。
【請求項４３】
リンクは、中間部の短軸を通る請求項４２の方法。
【請求項４４】
角αは、上下椎骨の中心垂直軸に対する上部曲率半径中心との間の角度に対応する請求項４２の方法。
【請求項４５】
椎骨用人工器官の製造方法であって、
椎間板の動力学をシュミレートするために用いられる人工器官を設計するためのモデルを準備し、
そのモデルを用いて、上部、下部及び中間部からなる人工器官を製造し、
その人工器官は椎間板の動力学をシュミレートし、人工器官が上下の椎骨に付着する際、上部が椎間板で可能な回転及び並進運動をシミュレートする製造方法。
【請求項４６】
人工器官で与えられるシミュレーションは、人工器官が、下部の椎間板の解剖学的回転中心に対して上部が傾斜し、かつ椎間板を有する上部椎骨に許容される程度まで、前後に並進運動することを含む請求項４５の方法。
【請求項４７】
人工器官の上部は第１の曲率半径の下面部分を有し、中間部は第２の曲率半径の下面部分及び第３の曲率半径の上面部分を有し、下部は第４の曲率半径の上面部分を有し、少なくとも２つの表面に対する曲率半径の中心が、上下部を通る中心垂直軸に対して後方にオフセットされてなる請求項４５の方法。
【請求項４８】
中間部は上凸面と下凹面又は上凹面と下凹面とを有する請求項４５の方法。
【請求項４９】
人工器官は、人工器官または解剖学的中心軸のうちの１つを通る中心垂直軸に対してオフセットする平衡位置を有する請求項４６の方法。
【請求項５０】
上下骨に付着するためのアタッチメント部分をそれぞれ有する第１及び第２の端部と、細胞増殖に睦びつく複数のゾーンを与えるために形成された複数のフィラメントとを有するバンドを含む連結骨用デバイス。
【請求項５１】
複数のゾーンがスペースを含む請求項５０のデバイス。
【請求項５２】
複数のフィラメントはマトリクスを形成するように形成されている請求項５１のデバイス。
【請求項５３】
複数のゾーンは複数の織り合わされた部分を含む請求項５０のデバイス。
【請求項５４】
バンドは弾性変形可能である請求項５３のデバイス。
【請求項５５】
バンドは圧縮に抵抗する固有の剛性を有する請求項５４のデバイス。
【請求項５６】
バンドは所定のレベルの弾性伸長を与える請求項４５のデバイス。
【請求項５７】
バンドは靭帯の伸張及び圧縮特性をシュミレートする請求項５０のデバイス。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大部分がヒトの椎骨（spine）で使用されるために、主に、人工椎間板として用いられる人工器官（prosthesis）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒト椎間板（invertebral disk）は、脊柱（vertebral column）の隣接する椎骨（vertebrae）間の連結を維持する。それは、荷重及び衝撃力の減衰を含む多くの重要な機能を果たすに違いない。さらに、矢状、冠状及び軸面において、単一の又は組み合わせの、複雑なパターンの動作をさせ、種々のストレスに耐えるに違いない。椎骨（spine）を囲んでいる筋（musco）−靭帯の構造によって補助され、椎間板は、脊柱（spinal column）の椎骨の正常な配列を維持するのも補助するに違いない。
【０００３】
理想的な人工ディスクの複製は、椎間板のすべての機能を正確に複製する。しかし、評価され、テストされた多くの種々の人工椎間板があるが、現時点では、それら全ては椎間板の機能を複製することができないでいる。
【０００４】
先の人工椎間板の典型的な欠点は、椎骨固定の遊離又は移動、未熟な材料ウェア又は構造欠陥、正常又は生理的脊髄分節運動及び正常な中立椎骨配列の遊離に対する素因の不十分な複製である。脊柱の正常な運動及び種々の椎骨運動部分の動力学の重要な観点は、矢状面における屈曲及び伸張運動の間の運動部分の作用である。運動学の基本は、瞬間回転軸（ＩＡＲ）の位置である。ＩＡＲは、いずれかの所定の運動部分（レベル）に対する屈曲及び伸張運動の間、脊柱内でレベルアップして変化する。
【０００５】
脊髄ディスク人工器官のひとつのタイプが、米国特許５６７４２９６に記載されている。記載された内蔵式人工臓器は、一般に楕円形の弾性の本体からなる。内蔵式人工臓器は、各々、一表面における隣接した骨部分の厚みを確保し、その間で弾性のある内蔵式人工臓器を保持するために凹凸足に対面するＬ字状の支持体によって、隣接した上下の椎骨間に固定される。内蔵式人工臓器は、下部の椎骨に対する上部の椎骨の椎体回転を可能にするために、上下の椎骨間の中央に配置される。
【０００６】
上記に加え、ガスケット及びシールが、上下の椎骨間で内蔵式人工臓器をその位置に封止するために、椎骨間の前方及び後方領域で配置される。
米国特許５５５６４３１は、表面で下部プレートが上記で認識された米国特許のＬ字状の支持体の代わりに用いられる別のタイプの脊柱の内蔵式人工臓器を示す。示された内蔵式人工臓器は、上下椎骨を通る中心垂直軸に合わせられるように示された図面において、球状の上下表面を有するコアを含む。米国特許５６７４２９６に対して、この特許の人工器官のコアは、コアの運動範囲を制限し、極端な状況の下でも人工器官の密着を確実にする端縁を有する。
【０００７】
また、この特許は、骨ネジの受けを可能にするために、人工器官上下のプレートの下端領域で十分なスペースを提供するために、下面端板の中心に対して、後方へ人工器官の関節の中心移動を開示する。他の人工器官は、粘弾変形可能なコアの使用を含む種々のメカニズムを用いるＩＡＲの配置における通常のバリエーションの再現を意図している。この実施例は、米国特許第５８２４０９４号で示される。
残念なことに、これらのタイプの人工椎間板は、未熟な材料ウェア及びストレス欠陥を被ることがある。さらに、金属バネ付きの人工椎間板は、臨床使用に対する方法が見いだされていない。
【０００８】
上述した人工椎間板の全てには、人工椎間板の移植受容者に、不自然なストレス及び結果として生じる痛みをもたらすという固有の問題がある。
本発明は、少なくとも先行技術の人工器官に関する問題のいくつかを軽減することを目的とする代替の人工器官を提供する。
【０００９】
発明の概要
略語の定義は図面の詳細な説明の冒頭に挙げられていることに注意すべきである。
本発明の一実施形態によると、ヒト椎間板にかなり類似した動力学を再現する脊柱板（vertebral disk）人工器官が提供される。
本発明の別の実形態によると、人工器官の性能を分析する方法は、可動のコアを有する人工椎間板の運動を説明するために独特のモデル方法を使用することを提供する。
本発明のさらなる実施形態によると、分析方法は、線形代数及び行列変換の組合せを含む。
【００１０】
分析方法は、椎間板内蔵式人工臓器の最適のデザインを可能にすることが好ましい。
本発明の別の実施形態によると、脊柱板用人工器官は、回転軸を変化させることができるが、可動コアを有する既存の正常な解剖学的回転中心（ＡＣＲ）により近似させることができる可動コアを備える。
【００１１】
本発明の他の実施形態によると、隣接する靭帯構造体における異常な緊張の悪影響を最小限に止めるディスク人工器官を提供する。
本発明の一実施形態の目的は、安静時、異常な位置又は定位をとろうとする傾向に抵抗するディスク人工器官を提供することである。
【００１２】
長い寿命を有する人工ディスクが提供されることが好ましい。
本発明の一観点によれば、上部椎骨に付着するための上部、下部椎骨に付着するための下部及び上部と下部との間に位置する中間部とからなる脊柱のための人工臓器が提供され、上部は第１の曲率半径を有する下表面部分を有し、中間部は第２の曲率半径を有する上表面部分と第３の曲率半径を有する下表面部を有し、下部は第４の曲率半径を有する上表面部分を有し、少なくとも２つの表面に対する曲率半径の中心は、上下部椎骨を通る中心垂直軸に対して後方にオフセットされている。
【００１３】
第４の曲率半径及び／又は第１の曲率半径の中心が、中心垂直軸の後方にオフセットされていることが好ましい。
全表面の曲率半径の中心が、中心垂直軸に対して後方にオフセットされていることが好ましい。
各表面の各々の曲率半径の中心が、人工器官の後方三分の一の所に配置されていることが好ましい。
【００１４】
中間部は、短中心軸及び長中心軸を有し、短中央軸は、第２及び第３表面の曲率半径の中心を通るように配置されていてもよい。
短中心軸は、垂直中心軸に対して傾斜していてもよい。
【００１５】
長軸は、中間部の後方及び前方端の中心を通るように配置することが好ましい。
第２及び第３表面は、実質的に同程度の曲率半径を有していてもよい。
第２及び第３の表面のうちの少なくとも１つは、凸、凹、円柱形の表面のうちの１つを有していてもよい。
【００１６】
後及び前方端は、平らな表面からなっていてもよい。
中間部は、凸上面と凹下面を有することが好ましい。
中間部の上面は凹であり、中間部の下面は凹であることが好ましい。
【００１７】
中間部の上面の曲率半径は、下面の曲率半径より大きいことが好ましい。
平らな表面は、椎骨の正常な屈曲化にしたがって、垂直に方向付けられているか、わずかに傾斜していてもよい。
【００１８】
平らな表面は、垂直軸に平行にプラス又はマイナスのオフセット角をもって、垂直に方向付けられていることが好ましい。
一実施形態によると、平らな表面は、短軸と平行である。
第３の表面の曲率半径の中心は、第２の表面の曲率半径の中心に対して後方にオフセットされていることが好ましい。
【００１９】
一実施形態では、第３の表面の曲率半径は、長軸に対する垂線上に中心を有している。
別の一実施形態では、第３の表面の曲率半径は、短軸と一致する線上に中心を有している。
【００２０】
さらなる実施形態では、第２の表面の曲率半径は、長軸に直角／垂直な線上に中心を有している。
さらなる実施形態では、第２の表面は、短軸と一致する線上に中心を有する局率半径を有している。
【００２１】
さらなる実施形態では、第１及び第４の表面は、それぞれ第３及び第２の表面と同様の曲率半径中心をもつ曲率半径を有する。
第２及び／又は第３の表面の曲率半径の中心が、解剖学的回転中心を通る垂直軸と実質的に一致することが好ましい。
【００２２】
第２及び第３の表面の長さは、実質的に同じであってもよい。
後及び前方端の端面の長さは、異なることが好ましい。
第２及び第３の表面が凸面であるならば、後方端面は前方端面より大きくてもよい。
【００２３】
第２及び第３の表面が凹面であるならば、後方端面は前方端面より小さくてもよい。
一実施形態では、第２の表面は、解剖学的回転中心の前方に配置した主要部を有する。
【００２４】
第３の表面は、解剖学的回転中心の前方に配置した主要部を有していてもよい。
各表面は、解剖学的回転中心の前方に配置した主要部及びその後方に配置する副部を有することが好ましい。
【００２５】
中間部は非対称であってもよい。
上下の椎骨が実質的に垂直に整列する場合、中間部の主要部は、解剖学的回転中心の前方に配置することが好ましい。
【００２６】
一実施形態では、その安静時の位置（上方および下部椎骨とが平衡）に近い垂直方向時の中間部の短軸は、解剖学的回転中心を通る垂直軸に、一致せずともできるだけ近い。
上部は、後方端にオフセットされた対称軸を含んでもよい。
【００２７】
対称軸は、第１の表面の曲率半径の中心に一致してもよい。
対称軸は、解剖学的回転中心を通ることが好ましい。
下部は、解剖学的回転中心を通る対称軸からなってもよい。
【００２８】
第１及び第２の表面は実質的に一致する曲率半径を有することが好ましい。
第３及び第４の表面は実質的に一致する曲率半径を有することが好ましい。
上部は、対称軸に対して後方部分より大きな前方部分を含んでいてもよい。下部は、対称軸に対して後方部分より大きい前部部分を含んでいてもよい。
【００２９】
中間部は、上下部に対して可動であることが好ましい。中間部の移動は、中間部の後及び前方に配置する停止手段によって制限されることが好ましい。
停止手段は、上下部の端部を含んでいてもよい。上下部は、上下の椎骨に固定することができ、それぞれの前方端部間の小さなギャップとそれぞれの後方端部間のより大きなギャップを作るように構成することができる。
【００３０】
第２及び／又は第３の表面は、曲面部分を含むことが好ましい。
曲面部は、曲率半径を有する実質的に球状の輪郭を有する。
第２及び第３の表面は、垂直にオフセットされる曲率半径の中心を有することが好ましい。第１及び第２の表面は、異符号の実質的に同様の曲率半径を有することが好ましい。
【００３１】
第３及び第４の表面は、異符号の実質的に同様の曲率半径を有していてもよい。
一実施形態では、第２の曲率半径は、第３の曲率半径とは異なる。
他の実施形態では、第３の曲率半径は第１より大きいか、第１より小さい。
【００３２】
第３の表面は、椎骨の中心垂直軸から第２よりも一層オフセットされていてもよい。
一実施形態では、人工器官の部分が、それらが用いられる非対称の上下椎骨と一致するように非対称に設計されることが好ましい。
先に説明された実施形態又は好ましいオプションのいずれも、全表面が傾斜又は傾いた変形を含むと理解されるべきである。
【００３３】
下部及び上部が中間部の後方への動きを制限するために、後方部分で停止表面を含むことが好ましい。
前方から後方を測定したとき、第２の／第３の表面のうちの１つの長さは他より大きくてもよい。第４の表面は、曲がった部分の前方端部から伸張する平坦な前方部分を含むことが好ましい。
【００３４】
曲がった部分は、球状円柱形の輪郭を有することが好ましい。
上面及び底面は、凸面であることが好ましい。
本発明の別の観点から述べると、上方及び下方の骨に付着するためのアタッチメント部分をそれぞれもつ第１及び第２の端部と、細胞増殖に結びつく複数のゾーンを提供するように構成された複数のフィラメントとを有するバンドを備えた、骨を結合するための装置が提供される。
【００３５】
複数のゾーンはスペースを含むことが好ましい。
複数のフィラメントは、マトリクスを形成するように構成されていてもよい。
一実施形態では、複数のゾーンは、複数の織り合わされた部分を含む。フィラメントは一緒に織られていてもよい。
【００３６】
バンドは、ガーゼ又はメッシュからなることが好ましい。
バンドは、本質的に剛性であってもよい。
バンドは弾力性に富んで変形可能であることが好ましい。
【００３７】
バンドは伸張可能で収縮可能であることが好ましい。
ゾーンは、フィラメント間にスペースを含んでいてもよい。
一実施形態では、ゾーンは、フィラメントがオーバーラップする領域を含む。
【００３８】
スペースはフィラメントによって作られることが好ましい。別の実施形態では、フィラメントは交差している格子パターンを作る平行及び垂直な列で構成される。
装置は、上下の椎骨を結合するために使われることが好ましい。バンドが上下の椎骨の前方部分に連結していることが好ましい。
【００３９】
バンドは、通常、平坦であってもよい。
バンドは、平坦なストラップ形状であってもよい。
バンドは、繊維、金属又は重合体を含んでいてもよい。
【００４０】
バンドは、使用中に溶解する物質から製造されることが好ましい。
バンドは、コンサティーナ（折りたたみ、concertina）又はロゼンジすることができる。
一実施形態では、バンドは所定レベルの圧縮に対して、軸性の支持を提供する。
【００４１】
さらなる実施形態では、バンドは所定レベルの弾力的な伸張を提供する。
各アタッチメント部分は、固定部材がそれを通して挿入されることを可能にするために、穴を有するプレート又はストラップを含むことができる。
本発明の別の観点から述べると、先に述べた人工器官の１以上の特徴を有する椎骨用人工器官であって、人工器官が上下の椎骨に付着する際、上部は、椎間板で可能な限りの回転及び並進運動を厳密にシミュレートする人工器官が提供される。
【００４２】
本発明の別の観点から述べると、椎骨用人工器官を製造する方法であって、椎間板の動力学をシュミレートするために用いられる人工器官を設計するためのモデルを準備し、そのモデルを用いて、上部、下部及び中間部からなる人工器官を製造し、その人工器官は椎間板の動力学をシュミレーションし、人工器官が上下の椎骨に付着する際、上部が椎間板で可能な回転及び並進運動をシミュレーションする人工器官を製造する方法が提供される。
【００４３】
人工器官で提供されるシミュレーションは、下部の椎間板の解剖学的回転中心に対して上部が傾斜することを含むことが好ましい。
人工器官で提供されるシミュレーションは、椎間板で可能な弧に沿って回転する間の運動を含んでいてもよい。
人工器官で提供されるシミュレーションは、椎間板を有する上部椎骨に許容される程度まで、前後に並進運動することを含んでいてもよい。
【００４４】
解剖学的回転中心が、脊柱における上下の椎骨の隣接した対に対して変化することができる点に注目すべきである。
一実施形態では、第１及び第２の表面の曲率半径は、下方の椎骨に対して上方の椎骨が可能な回転運動に基づいて選択される。
【００４５】
別の実施形態では、第３及びと第４の表面は、上方の椎骨で可能な傾斜量をシュミレートするために選択される曲率半径を有する。
上方椎骨で許容される傾斜角度及び上方椎骨の回転運動を示す角度は、一緒になって、上下部椎骨間で、椎間板を挟んで、下方椎骨に対して上方椎骨の角変位を近接して近似することが好ましい。
【００４６】
本発明の別の観点から述べると、上下椎骨間で用いられる人工器官の性能を分析する方法が提供され、その方法は、人工器官中間部の下表面の第１の曲率半径中心を測定し、人工器官中間部の上表面の第２の曲率半径中心を測定し、第１の曲率半径中心と第２の曲率半径中心との間のリンクを与え、上部椎骨の傾斜を示すα度だけ第１の曲率半径中心に対して第２の曲率半径中心を回転させ、β度だけ第１リンクの部位を回転させ、その部位の長さは、第２の曲率回転中心から上部椎骨の下表面又は上部の上表面の中心までの長さに対応し、βは、中間部の上表面上の上部の角運動に対応する、解剖学的回転中心を決定し、解剖学的回転中心に対する椎間板の所望の回転角に対応する角γを測定し、角α＋βと角γとを比較し、γ−（α＋β）の値を最小にする上下の曲率半径中心の値で人工器官を設計することを含む。
【００４７】
本発明のさらなる観点によれば、最小の２つの測定工程を、人工器官の下部の上表面に対する上部の曲率半径中心を測定し、人工器官の上部の下表面に対する下部の曲率半径中心を測定する工程に置き換えること以外は、先の方法と同様の方法が提供される。
【００４８】
一実施形態では、リンクは中間部の短軸を通る。
別の実施形態では、角αは、上下の椎骨の中心垂直軸（人工器官軸）に対する上部の曲率半径中心との間の角度と一致する。
【００４９】
一実施形態では、角βは、解剖学的回転中心に対して最大許容量を動かした際、リンクが、上部椎骨の下表面における中心点と一致するような角度によって第１リンクを動かすことによって形成される角度に対応する。
【００５０】
本発明の種々の実施形態では、第２及び第３の表面は、以下の組合せのいずれか１つとすることができる。
凸／凸、
凹／凹、
凹／凸、
凸／凹、
凸／円柱形、
凹／円柱形。
その方法は、第１リンクの長さと、下方の曲率半径中心と上部椎骨の下表面における中心点との間の第２リンクの長さとを測定することを含むことが好ましい。
【００５１】
本発明のさらなる実施形態によれば、その方法は、解剖学的回転中心に位置するフレームを、大域的座標系（グローバル・コーディネート・システム）に変換し、フレームを並進および回転変換によって移動させ、上部椎骨の下表面の中心で、あるいは上部椎骨が下部椎骨の上方で静止している時に解剖学的回転中心を通る垂直軸の上にある上部椎骨の下方表面上の点に、該フレームを再配置することを含む。
【００５２】
関連する変換は、好ましい実施形態で記述される代数及び行列変換を含むことが好ましい。
一実施形態では、人工器官の誤配置（malplacement）による靭帯長の最大変化を最小限に止めるように人工器官を設計することを含む。人工器官の誤配置は、人工器官軸と患者の回転中心との間の水平距離の値によって定義することができる（図５ａ、５ｃ中、Ｌｄｓｋ値；図１９Ａ及び１９Ｂ中、Ｌ値）。
【００５３】
別の実施形態では、その方法は、靭帯が屈曲及び伸張においてより大きな緊張下にあり、中立の位置で最少の緊張下にあるように伸長されるメカニズムを設計することを含む。そのようなメカニズムは、中立の位置へもどすように人工器官を動かそうとする回復力を提供する。
【００５４】
本発明のさらなる観点では、以下のような人工器官のためのモデル方法が提供される。
線形椎骨のＡＣＲでの参照点のための座標系を表す上下椎骨間の、本来の位置における人工器官のための少なくとも２ＤでのフレームマトリクスＦＲ１を決定し、
ＡＣＲでフレームＦＲ１に関して表わされるＣＵＰＲでの点のための参照フレームＢ１を決定し、
ここで、
【００５５】
【数１】
2008534180.tif 000092
であり、ｌ＝ｘ軸に沿ったＡＣＲからのＣＵＰＲの距離、又はｐ＝ｙ軸に沿ったＡＣＲからのＣＵＰＲの距離、
フレームＢ１をα°回転し、新たなフレームＢ２＝Ｂ１ＸＴを形成し、
ここで、αはＣＵＰＲに対するＣＬＰＲの回転角であり、Ｔは変換行列：
【００５６】
【数２】
2008534180.tif 000093
であり、
フレームＢ２をｙ軸に沿ってＣＬＰＲからＣＵＰＲまでの距離ｂ並進移動させてフレームＢ３を形成し、ここで、行列変換
【００５７】
【数３】
2008534180.tif 000094
であり、
Ｔを用いてフレームＢ３をβ°回転し、新たなフレームＢ４＝Ｂ３ＸＴを形成し、ここで、βは、ＣＬＰＲに関する上椎骨における点Ｂの回転角であり、
ｙ軸に沿ってＣＬＰＲから点Ｂまでの距離Ｃだけ、フレームＢ４を並進運動させ、新たなフレームＢ５を形成し、ここで、
【００５８】
【数４】
2008534180.tif 000095
であり、
フレームＢ５を、ｘ軸に沿った点ＢからＡＣＲを通る垂直軸と同軸の点Ｅまでの距離ｌだけ並進移動させ、新たなフレームＢ６を形成し、ここで変換行列は
【００５９】
【数５】
2008534180.tif 000096
であり、
Ｔを用いてフレームＡ１をγだけ回転し、新たなフレームＡ２を形成し、γ＝ＡＣＲに対する上椎骨の正常な回転であり、
ｙ軸に沿ったＡＣＲから点Ｅまでの距離ｈだけＡ２を並進移動させ、フレームＡ３を形成し、ここで変換行列は、
【００６０】
【数６】
2008534180.tif 000097
であり、
Ｂ６とＡ３とを比較して、人工器官が椎間板の運動学をいかに明瞭にシミュレートするかについて決定することを含む方法である。
【００６１】
一実施形態では、フレームＢ６とＡ３とは、グローバル参照フレームＡ１についてγ°だけ回転され、新たなフレームＡ４とＢ７とを形成する。
比較の工程は、最小値のための以下の方程式のうちの少なくとも１つを解くことを含む。
【００６２】
【数７】
2008534180.tif 000098
ここで、括弧内の数字は、それぞれ、該当する行列の列及び行を表す。
別の実施形態では、比較の工程は、Ａ４とＢ７との等しい行及び列についての連立方程式を解くことを含む。
【００６３】
参照フレームＡ１はグローバル参照フレームであることが好ましい。
用語「シミュレーション」の使用は、同様及び厳密に正確でない複製をカバーするために広く解釈されることを目的とすることを理解すべきである。
【００６４】
用語「人工器官」は、任意の数の構成要素を有するいかなる人工挿入物をもカバーすることを目的とする。
人工器官の性能を分析するために使用されるモデル方法は、可動コアを有し、隣接した靭帯構造で制約される人工ディスクの運動を記述することが好ましい。
【００６５】
そのモデル方法は、正常なディスクのＩＡＲの位置をより正確に復元し、屈曲／伸張運動の際に、および／または安静時の矢状方向平面における異常な中立の不偏調整の間、異常な運動経路をたどる、あるいは取ろうとする傾向を最小にするために可動コア人工器官の種々のデザインパラメータを最適化するために用いることができる。
【００６６】
そのモデル方法を用いて、関節表面で上下プレートを有する可動コアを備える人工器官について、本発明の好ましい実施形態によれば、以下の適用を示す。
１．半径がより大きくなると、コアは、方向における所定の変化のためにより多く並進移動する必要がある。
２．半径がより小さくなると、コアは、方向における所定の変化のためにより少なく並進移動する必要がある。
【００６７】
３．位置と方向とにおける所定の変化に対し、
（ａ）人工器官の回転軸が正常な解剖学的回転中心に近くなるとＬＬＳはその長さを変える必要性がより少なくなる。
（ｃ）人工器官の回転軸が解剖学的回転中心より前方に移動した場合、両凹又は両凸人工器官の上下の関節表面の半径がより不均等になると、ＬＬＳはより多く伸長することが必要となる。
【００６８】
（ｄ）ディスク人工器官の回転軸が、正常な解剖学的回転の前方にずれる場合、屈曲の間、上部椎骨の最終的な位置及び方向が、ＰＬＬ及びＬＬＳの双方の伸長能によって決定されるであろう。以下の４つの可能性があることになる。
（ｉ）ＰＬＬは伸長できず、ＬＬＳは伸長できず、上の椎骨は動くことができない、
（ii）ＰＬＬは伸長でき、ＬＬＳは伸長できず、上の椎骨は脊柱後湾症の位置をとるであろう、
（iii）ＰＬＬは伸長でき、ＬＬＳは伸長でき、上の椎骨は不安定となり、非解剖学的位置／方向をとるかもしれず、
（iv）ＰＬＬは伸長できず、ＬＬＳは伸長でき、臨床診療においては起こりそうにない。
屈曲の間、所定の方向をとるために上部椎骨に対して、ＬＬＳは伸長しなければならず、したがって、最終的な椎骨位置は正常にはならないであろう。
【００６９】
（ｅ）ディスク人工器官の回転軸が正常な解剖学的回転軸の前方にずれる場合、伸張の間、上部椎骨の最終的な位置及び方向は、ＬＬＳの伸張能によって全体的に決定されるであろう。これは、ＡＬＬが外科的アプローチの間に切除されるためである。このことから、以下の２つの可能性があることになる。
（ｉ）ＬＬＳは、伸長できず、上部椎骨は、通常よりも小さい脊柱前湾症の位置をとるであろう。
（ii）ＬＬＳは伸長でき、上部椎骨は通常の方向をとることができるが、ＬＬＳの伸長によって許容される異常な位置となるであろう。
４．通常なＡＣＲに近い人工器官の回転軸の動きは、
（ｉ）通常の屈曲及び伸張運動の間、靭帯が伸長又は圧縮する必要を最小限にし、
（ii）屈曲及び伸長運動の間、椎骨が正常の方向及び位置をとる能力を最適化するであろう。
【００７０】
５．ディスクスペースの後方半分の下に位置するＡＣＲについて正常な解剖学的位置への人工器官軸の移動は、２つの新たな問題をもたらす。
（ｉ）既存の両凸デザインで、屈曲におけるコアの後方への並進が起こり、神経圧縮を引き起こす。一つの解決は、両凹のコアを使うことである。両凹のコアのメカニズムは、コアが屈曲に伴って前方に、伸張に伴って後方に移動することになる。
（ii）いくつかの実施形態では、コアは、補綴軸を中心として非対称になる。従って、この軸を中心とする回転は、神経圧縮を生じる。補綴軸を中心とする回転を防ぐ１つの解決策は、２つの補綴関節のひとつを、球面であるというよりはむしろ円柱形に作ることである。さらなる解決策は、２つの補綴関節のひとつを、楕円体形とすることである。さらにもう１つの解決策は、両方の表面が球形であるが、機械的停止部材又はガイドフィンを載置することである。
【００７１】
６．他の実施形態では、弧の中心がディスクベースの下に配置するが、半径が等しくない湾曲した上下関節からなるディスクメカニズムを最適化するように、数学的方法を用いることができる。これは、人工器官の回転軸の垂直位置における変化を許容するかもしれないが、ディスクベース下でそれを制約する。そのような人工器官には、当業者のいずれかにとって容易に明らかとなる特定の好ましくない位置を達成する能力を有さないであろう。
【００７２】
７．このことから、内部的に制約されないディスク人工器官の前方挿入のための解剖学的ＡＬＬの切除に従い、人工器官は、隣接する靭帯構造における適切な伸張なしには適切に機能しないかもしれない。ディスク人工器官内の制約の配置は、人工器官／椎骨界面に応力をもたらし、人工器官を弛緩させやすくするかもしれない。
【００７３】
しかし、ある条件下では、上部の下方の非連結表面及び下部の上方の非連結表面に付着する材料の配置を可能にすることが望ましいかもしれない。そのような材料は、望ましい方法で構造体の剛性を増加させることができる適当な弾性材料（例えば、限定されないが、ポリマー）のいずれかによって作ることができるであろう。
【００７４】
隣接する靭帯構造における異常な伸張の作用を最小限に止める人工器官を設計するために、その数学的方法を用いることができるが、人工器官は、椎骨本体の前方の局面に付着され、ディスク人工器官から離れた人工ＡＬＬの載置によってさらに最適に支持することができる。
【００７５】
内部的に制約されないディスク人工器官の前方挿入のための解剖学的ＬＬＬの切除に引き続き、人工器官は、隣接する靭帯構造における適当な伸張なしには正確に機能しないかもしれないことが好ましい。ディスク人工器官内の制約の配置は、人工器官／椎骨界面に応力をもたらし、人工器官を弛緩させやすくするかもしれない。
【００７６】
隣接する靭帯構造における異常な伸張の作用を最小限に止める人工器官を設計するために、その数学的方法を用いることができるが、人工器官は、椎骨本体の前方の局面に付着され、ディスク人工器官から離れた人工ＡＬＬの載置によってさらに最適に支持することができる。
【００７７】
以下のクレーム及び先の発明の記載において、明示的な言語あるいは必要な意味合いのために文脈が別途要請しない限り、用語「を備える」又は「を含む」、「を含む」のような変形は、包含的な意味で用いられる。すなわち、言及される特徴の存在を特定するが、発明の種々の実施態様における更なる特徴の存在あるいは追加を排除しない意味で用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７８】
図面の詳細な説明
本発明の理解を助けるために、用いられる用語を以下に示す。
用語
ａ．回転中心（ＣＯＲ）：並進なしに、望ましい位置及び方向を達成するために物体がその周りに回転させられる点。
（並進は、方向の変化なしの、任意の方向への純粋な線形移動と定義される）。
ｂ．瞬間回転軸（ＩＡＲ）：２つの終点の間で移動の経過中（例えば、屈曲及び伸張）に、厳密な位置が変化するため、時間内のいずれかの瞬間でのＣＯＲの位置。
【００７９】
ｃ．解剖学的回転中心（ＡＣＲ）：（例えば、屈曲及び伸張などの）２つの終点の間の未病の頸部の運動部分の回転中心。
ｄ．上下人工器官半径（ＵＰＲ＆ＬＰＲ）：ディスク人工器官の上下曲率半径。
ｅ．上下人工器官半径の中心（ＣＵＰＲ＆ＣＬＰＲ）：上下ディスク人工器官半径の中心点。両凸状ディスク人工器官のコアに対して、ＣＵＰＲは下位であり、ＣＬＰＲは上位である。
【００８０】
ｆ．人工器官軸（ＰＡ）：ＣＵＰＲ及びＣＬＰＲを連結する線。
ｇ．ラテラル靭帯構造（ＬＬＳ）：下部椎骨の上横方向端を源とし、ＡＣＲから上方及び前方へ放射する線に沿って、上部椎骨の下横方向端に付着させられ、ＡＣＲのまわりで椎骨部分の屈曲及び伸張の間、最も少なく伸張する靭帯。
ｈ．簡略化されたラテラル靭帯構造（ＳＬＬＳ）：ＬＬＳの数学的挙動を説明する単一線又は椎間結合。
ｉ．前方縦方向靭帯（ＡＬＬ）：前方の靭帯構造。
ｊ．後方縦方向靭帯（ＰＬＬ）：後方の靭帯構造。
ｋ．数学的方法：可動コアを有する人工椎間板の運動を説明するのに用いることができる線形代数と行列変換とを伴う数学的なプロセス。
【００８１】
図１は、米国５６７４２９６（ブライアン）における実施例として示されている先行技術を表す両凸コアを有する人工器官を示す。
図１から、上部椎骨１０がコア１１に対して回転することができ、コア１１は下部椎骨１２に対して回転することができることが明らかであろう。従来、２つの回転角が実質的にあるので、人工器官は、正常な回転をシミュレートするために必要な、いかなる位置でもとることができると考えられてきた。
しかし、本発明の好ましい実施形態による分析では、正常な回転の厳密なシミュレーションは可能でないが、ほぼ正常な運動を有する人工器官を設計することが可能である。
【００８２】
矢状面で少しずつ増える正常な回転は、瞬間的回転軸の周りで起こる。より大きな角度で測定すると、このＩＣＲは若干移動するが、胸椎及び頚椎の双方において常に下部椎骨の後方半分においてである。
【００８３】
本発明の一実施形態では、上部椎骨１０の運動は、図２で示すリンク１４及び１５の二重の結合としてそれを分析することによって説明することができる。点ＣＵＰＲは、大域的座標系において固定されたままである。その運動は、リンク１４及び１５の連続した変化と考えることができる。初めに上部椎骨１０、コア１１及び点ＣＬＰＲは、点ＣＵＰＲのまわりでα°回転する。次いで、下部椎骨１２は、ＣＬＰＲ（ＣＬＰＲ１）の新しく回転する位置のまわりでβ°回転する。
【００８４】
コア１１の短軸（図示せず）は、それ自体でコア１１の短軸を通るリンクＡに対して直角のままである。従って、コア１１は、上部椎骨１０と同じ方向に動く。屈曲において、コア１１は前方に、拡張においてコア１１は後方に動くであろう。
【００８５】
人工器官を設計する際、先に概説したように、上下椎骨間の椎間板での正常な動作における椎骨の動きをできるだけ近似的にシミュレートすることが望ましい。
従って、この正常な運動の参照フレームを提供するために、固定した回転中心（ＡＣＲ）の近似とともに、正常なディスクの運動を表す図３を参照する。椎骨１０のすべての点は、椎骨１８において対応する点に移動し、上部椎骨１０の位置から上部椎骨１６までいずれかの任意の点の動きを説明する変換は、ＡＣＲを中心とする角γの回転である。線１７及び１８は、双方とも位置情報及び角度情報を示す。これらの特徴は、位置及び方向として定義される。
【００８６】
そのことから、いずれかの人工ディスク機構でも、図３に示される運動の挙動を再現するために、線分１７を線分１８へ移動させることが可能でなければならず、運動終了後、人工ディスク機構（人工器官）による線分Ｃ１−Ｄ１の位置及び方向の双方が、図３における線分１８に一致しなければならない。
【００８７】
図２に戻ると、椎骨の位置及び方向が角度α及びβ、リンク１４及び１５の長さによって十分に説明されることになる。
図２におけるメカニズムが図３におけるメカニズム（正常の）に擬態することができるならば、双方の椎骨の位置及び方向を同じにするであろう変数α、β、１４、１５の値の組合せが存在しなければならないことになる。
【００８８】
二次元空間の対象の位置及び方向は、線形代数を用いて都合よく説明される。二次元空間で二次元構造体の位置及び方向を十分説明するために、座標系を対象に付すことができる。この座標系は、フレームと呼ばれる。移動対象のすべての点は新たなフレームにおいて固定された座標系を有し、そのフレームは、もう一つの座標系（通常大域的又は「世界」座標系）の範囲内で動くと考えられる。
図４は、図３における可動椎骨に付されるフレームＦＲｌを表す。このフレームの原点は、大域的フレームＧの原点から位置ベクトルpだけ変位する。フレームＦＲｌの方向は、ＦＲｌのｘ軸に対して単位ベクトルｎ、ｙ軸に対して単位ベクトルｏで与えられる。
【００８９】
行列表記においてフレームＦＲｌは、
【数８】
2008534180.tif 000099
として示され、ここで、
【数９】
2008534180.tif 000100
である。
【００９０】
フレームＦＲ１に付けられた座標ｘ、ｙでのいずれかの点は、行列ＦＲ１に、行列ＦＲ１における点の座標のベクトルを前から乗算する（premultiplying）ことによって、大域的座標系に変換することができる。
【００９１】
【数１０】
2008534180.tif 000101
ＦＲ１のようないずれかのフレームは、以下の特性を有する変換行列Ｔを乗算することによって変換することができる。
【００９２】
【数１１】
2008534180.tif 000102
ここで、α＝回転角、Δｘ及びΔｙ＝ｘ及びｙ位置における変化である。
行列ＭがフレームＦＲ１によって前から乗算されると、フレームＦＲ１は、固定された大域参照フレーム原点のまわりで回転し、大域的参照フレーム軸の方向に並進移動される。行列ＭがＦＲｌによって後ろから乗算されると、ＦＲｌは可動フレーム（ＦＲｌ）の原点のまわりで回転し、可動（ＦＲｌ）フレーム軸の方向に並進移動される。
【００９３】
図５Ａから５Ｄは、凸上面及び凹下面を有する仮定的な人工器官を表す。
分析目的のために、点Ａのまわりを回転する線分ＡＤからなる機械的リンク及び線分ＤＢからなるさらなるリンクがある。ＤＢは、上部椎骨及び上部補綴端プレートに固着されている。参照フレームは、点ＡＣＲが付されている。さらに参照フレームは、点Ａが付されている。
【００９４】
図５Ａ及び５Ｃにおける変数を考慮する時、ＢＦＲｌは、大域的参照フレームＡＦＲ１で表される以下の値を有さなければならないことが明らかである。
【００９５】
【数１２】
2008534180.tif 000103
参照フレームＢＦＲｌが点Ｂで一番上の椎骨に付着されるように変換されるためには、図５Ｂ及び５Ｄで示される以下の変換に付さなければならない。
【００９６】
１．α°だけ回転して、新たなフレームＢＦＲ１Ｒを形成する。
【数１３】
2008534180.tif 000104
図１において、αは、正の回転が通常の慣習では反時計回りであることを考慮して、負である。
【００９７】
２．ＢＦＲｌＲの参照フレームにおけるＢｄｓｋによる下方（inferior）並進移動によって新たなフレームＢＦＲ２を形成する。
【数１４】
2008534180.tif 000105
【００９８】
３．それ自体の参照フレームにおいてβ°だけＢＦＲ２を回転して、新たなフレームＢＦＲ２Ｒを形成する。
【数１５】
2008534180.tif 000106
【００９９】
４．参照フレームＢＦＲ２ＲにおけるＣｄｓｋによる並進移動によって新たなフレームＢＦＲ３を形成する。
【数１６】
2008534180.tif 000107
【０１００】
ＢＦＲ３は点Ｂで上部椎骨に付着され、上部椎骨の方向性を有する。ＢＦＲ３（１，３）（列１，行３）は点Ｂのｘ座標を表す関数ｆ（α，β）を含み、ＢＦＲ３（２，３）は点Ｂのｙ座標を示す関数ｇ（α，β）を含む。ＢＦＲ３（１，１）は、一番上の椎骨がが大域的参照フレームによって作られる角度のコサインを表す関数ｋ（α，β）を含む。
【０１０１】
ＢＦＲ３の参照フレーム（上部椎骨）における−Ｌｄｓｋのさらなる線形変換を考慮せよ。これは点Ｅにおいて新たなフレームＢＦＲ４を作るであろう。
【数１７】
2008534180.tif 000108
【０１０２】
同等の関数ｆ、ｇ及びｋは、点Ｅにおける座標及び上部椎骨の方向の（不変な）角度を表す。
行列計算を行うことによって、次のことが示される。
【０１０３】
【数１８】
2008534180.tif 000109
ここで、ｆ＝点Ｅのｙ座標、
【０１０４】
【数１９】
2008534180.tif 000110
ここで、ｇ＝点Ｅにおけるｙ座標及び
【０１０５】
【数２０】
2008534180.tif 000111
ここで、ｋ＝上部椎骨及び大域的参照フレーム間の角度のコサイン。
図５から、ＡＦＲ１が大域的参照フレームであるので、その値は、
【０１０６】
【数２１】
2008534180.tif 000112
であることがわかり、フレームＡＦＲ２は、ＡＦＲ１の角γの回転（正常ディスクの所望の回転）によって誘導され、フレームＡＦＲ１Ｒを形成する。
【０１０７】
【数２２】
2008534180.tif 000113
フレームＡＦＲ１Ｒは、ＡＦＲ１Ｒのｙ軸に沿って値Ａｄｓｋだけ並進移動され、新たなフレームＡＦＲ２を形成することができる。
【０１０８】
【数２３】
2008534180.tif 000114
ＡＦＲ２（１，３）は点Ｅのｘ座標を含むべきであり、ＡＦＲ２（２，３）は点Ｅのｙ座標を含むべきである。かりに、
関数ｓ（γ）＝ＡＦＲ２（１，３）（ｘ座標）      ・・・（４）
関数ｔ（γ）＝ＡＦＲ２（２，３）（ｘ座標）      ・・・（５）とする。
【０１０９】
そのことから、双方のフレームＡＦＲ２及びＢＦＲ４が、同じ点（Ｅ）に存在することから、式１及び２から、
ｓ（γ）＝ｆ（α，β）      ・・・（６）
ｔ（γ）＝ｇ（α，β）      ・・・（７）となる。
【０１１０】
式６及び７は、２つの変数を有する２つの連立方程式を表す。そのメカニズムが正常なディスクの運動を正確にシミュレートするためには、ＡＦＲ２及びＢＦＲ４が等しくなければならないことになる。
ＡＦＲ２＝ ＢＦＲ４    ・・・（８）
同様のことが起こるためには、式６及び７が真であるとともに、以下も当てはまる。
λ＝α＋β      ・・・（９）
【０１１１】
数的手段では、方程式６、７及び８を満たす実際の解がないことを示すことができる。正常なディスクが曲がる所定の角度γに対して、角度α及びβに対する解は、人工器官が相対的な脊柱後湾症（Kyphosis）または脊柱前湾症（Lordosis）の位置に置かれるというものである。
【０１１２】
図６は、点Ｅが正常な人工器官と同じであるということである制約（制約１）のもとで、両凸状のコアを有する既存の人工器官を１０°だけ曲げる試みの影響を表す。方程式６、７及び８への解は、αが−１０．７２°と等しく、βが−１８．２６°と等しいという結果になる。破線は、ＡＣＲの周りに１０°回転する実際のディスクを表し、この位置は、点Ｅを同じ座標とともに保つための脊柱後湾症的解を表す。この位置は０靭帯伸張（ＺＬＳ）の位置である。
【０１１３】
図７は、点Ｅが正常な人工器官と同じであるという制約（制約１）のもとで凸状の上面および凹状の下面をもつコアを有する人工器官を１０度だけ曲げる試みの影響を表す。方程式６、７および８への解は、αが５．７１°と等しく、βが−７．７１°と等しいという結果になる。破線は、ＡＣＲの周りに１０°回転する実際のディスクを表し、この位置は、点Ｅを同じ座標とともに保つための脊柱後湾症的解を表す。ただし、脊柱後湾症の位置は、両凸状コアの人工器官よりも有意に少ない。この位置は０靭帯伸張（ＺＬＳ）の位置である。
【０１１４】
図７において、１０°だけ人工器官を伸張する試みの影響が示されている。方程式６、７および８への解は、αが−１．５５°と等しく、βが４．７５°と等しいという結果になる。上部椎骨の破線の表現は、今度もまた、ＡＣＲの周りに１０°だけ回転する実際のディスクを表す。この位置は、点Ｅを同じ座標とともに保つための脊柱前湾症的解を表す。この位置は０靭帯伸張位置（ＺＬＳ）を表す。
【０１１５】
集合体に制約を付け加える他の方法がある。もう一つの有用な制約は上部椎骨の下方端プレートを、「正常な」状況下の上部椎骨の下方端プレートと平行になるように制約し、それらの間の距離を最小にすることである。このことは、フレームＢＦＲ４とＡＦＲ２を大域的参照フレームＡＦＲ１の周りにγ°だけ回転させ、２つの新しいフレームＡＦＲ３およびＢＦＲ５を形成することにより達成することができる。
【０１１６】
【数２４】
2008534180.tif 000115
両方の端プレートが平行になるためには、
ＡＦＲ３（１，１）＝ｌ（ｃｏｓ(０)＝１）  ・・・（１０）及び
ＢＦＲ５(１，３)＝ＡＦＲ３（１，３）＝０      ・・・ (１１)
それは、両方のｘ座標が同じでなければならないからである（ゼロ）
【０１１７】
図８は、両凸状のコアを有する既存の人工器官にこの制約（制約２）を付け加え、「正常な」運動部分から１０°の曲げを合致させるよう試みることの影響を示している。この制約の下で、これら２つの上部椎骨はオーバーラップすることができず、点ＡＣＲをＥに結びつける靭帯をその正常な長さを超えて伸張しなければならないことがわかる。端プレートが平行であるという制約の下で、方程式６、７および８に対する解は、αが−１．６１°に等しく、βが−８．３９°に等しいという結果になる。破線は、ＡＣＲの周りに１０°だけ回転する実際のディスクを表し、結果としての位置は、端プレートが平行でそれらの間の距離が最小であるように点を維持する解を表している。従って、この制約は最大靭帯伸張（ＭＬＳ）と名づけられる。
【０１１８】
図９は、凸状の上表面と凹状の下表面をもつコアを有する人工器官にこの制約（制約２）を付け加え、「正常な」運動部分から１０°の曲げを合致させるよう試みることの影響を示している。この制約の下で、これら２つの上部椎骨はオーバーラップすることができず、点ＡＣＲをＥに結びつける靭帯をその正常な長さを超えて伸張しなければならないことがわかる。端プレートが平行であるという制約の下で、方程式６、７および８に対する解は、αが−１２．６８°に等しく、βが−２．６８°に等しいという結果になる。破線は、ＡＣＲの周りに１０°だけ回転する実際のディスクを表し、結果としての位置は、端プレートが平行でそれらの間の距離が最小であるように点を維持する解を表している。従って、この制約は最大靭帯伸張（ＭＬＳ）と名づけられる。
【０１１９】
図６および７において、ＡＣＲをＥに結びつける靭帯は伸張を有さず、その代わりにその人工器官が点Ｅにおいて回転して、ある程度の脊椎後湾症あるいは脊椎前湾症を引き起こす。この制約は、ゼロ靭帯伸張（ＺＬＳ）と定義される。
頚椎においては、弱い後方縦方向靭帯しか存在せず、主な横方向靭帯はその椎骨に対する正常な解剖学的回転中心（ＡＣＲ）の近くから発散するという良好な解剖学的証拠がある。前方縦方向靭帯は必然的に外科的アプローチによって破壊されてしまったので、頚椎の中の主な靭帯的制約は、靭帯ＡＣＲ−Ｅによって近似される。有効な後方縦方向靭帯が不在であるとき、図６に示されるタイプの頚椎ディスク人工器官は、運動への制約がＺＬＳ変種のそれであるかのように振舞うであろうということ、そして曲げのもとで椎骨後湾症の傾向があり、伸張においては脊椎前湾症／後方脊椎すべり症の傾向があるはずであるということを信じる理由がある。
【０１２０】
腰椎において、後方縦方向靭帯はもっともっと強靭である。したがって腰椎は、制約ＭＬＳを用いて優先的に靭帯ＡＣＲ−Ｅを伸張させるように試みるであろう。円環繊維症は、めったにこのことを許容せず、理論は曲げが限定されるであろうことを示唆するであろう。
【０１２１】
特定の場合が何であれ、所定のディスク空間における実際の制約は制約ＺＬＳおよびＭＬＳの組み合わせになる。ＺＬＳ状況（デルタＡ）下における、椎骨によって達成される角度と望ましい角度との差（γ−（α＋β））は、要求される正常な運動に合致できない人工器官の不能力の測度となる。靭帯ＡＣＲ−Ｅの長さと望ましい長さ（デルタＬ）との差もまた、要求される正常な運動に合致できない人工器官の不能力の測度となる。
上記に展開した数学的方程式は、２関節人工器官における変数を最適なものにデザインしデルタＡあるいはデルタＬあるいはその両方を最小にすることを可能にする。デルタＡあるいはデルタＬを最小にすることにより、その人工器官は最適に正常をシミュレートするよりよい機会を有するようになる。
【０１２２】
上記した数学解析を用いたシミュレーションを用いることにより、次のことが成り立つ。
変数Ｌｄｓｋを減らしてゼロにすることによりデルタＡが実質的にゼロに最小化される。このことは、そのＡＣＲが人工器官軸の上に乗るように人工器官軸を後方に移動させるという効果を有する。この位置において、デルタＡは、人工器官軸上でディスク空間にあるいはその下に存在するＡＣＲのすべての位置に対して非常に小さい値にとどまる。
上方および下方人工器官関節の半径が近似的に等しいとき、デルタＡは最小化される。
関節の半径がより大きいとき、デルタＡは最小化され、より小さい半径に対してデルタＡはより大きくなる。
デルタＡが３および５°の間にあることが望ましい。
人工器官半径がより大きくなると、コアの並進移動はより大きくなり、半径がより小さくなるとコアの並進移動はより小さくなる。
従って、開示された人工器官は人工器官軸をそのディスクの後方三分の一の所に移動させ、上方および下方関節の最適な半径を選択することを追及する。
【０１２３】
これらの変更を行うにあたり、２つの問題が生じる。
いくつかの実施態様においては、人工器官のコアはもはや対称的ではなく、回転すればそれは脊柱カナルに衝突するかも知れない。
人工器官軸の後方配置のため、コアは脊柱索衝突の危険性を有する。
上記した数学的プロセスに基づいて、その人工器官は、簡潔には、２つの端プレートと、中間移動コアと、上下部椎骨への付着のための分離した前方バンドとからなる。
【０１２４】
図１３Ａ〜図１３Ｅは、その人工器官が凹状の上下表面５１、５２を有するコア５０からなる、本発明の別の実施態様を示す。上部プレート５３は凸状の下表面５４を有し、下部プレート５５は凸状の上表面５６を有する。
下表面５２、５６は、完全に球面状というよりは一方から他方にかけて（回転および並進運動）円柱状であるが、上表面５１および５４は完全に球面状であって、下表面のような後方及び前方への運動に対抗する普遍的運動を許容する。
【０１２５】
これらの図に示される人工器官４９の追加的特徴は、中心に位置し、上部椎骨の下表面および下部椎骨の上表面のなかに生成される溝にフィットするように構成された上方および下方峰部（ridges）を備えていることである。図１１により明瞭に示されるように、コア５０および上方プレート５３と下方プレート５５は、その人工器官の後方三分の一の所に移動した人工器官軸６０を有し、それによって、上方曲率半径中心（ＣＵＰＲ）Ａおよび下方曲率半径中心（ＣＬＰＲ）ＤがＡＣＲを通る垂直軸上に整列している。前の実施態様のように、主部分６１が軸６０の前方に位置し、副部分６２がその背後に位置する。さらに、コア５０の短軸は垂直軸６１と整列している。コア５０の前方及び後方垂直エッジは平坦であり、短軸６４と平行に整列している。
【０１２６】
平行な端プレートと十分な靭帯伸張という制約の下で人工器官４９を１０°だけ曲げるという試みの影響は、αが−６．８７°の角で、βが３．１３°の角度である方程式６、７および８の解を得る結果となる。
【０１２７】
図１２では、角度αおよびβで回転された上部椎骨６５は、破線で表されＡＣＲの周りの１０°（γ）の回転に相当する椎骨６６にほとんど一致する。この位置は端プレートを平行にし、それらの間の距離を最小にするように点を維持する解を表す。これは最大靭帯伸張の位置（ＭＬＳ）に相当する。図１１および１２に示されるような両凹状の人工器官のコアは、曲げに際し、前方に移動する。これを行うために要求される靭帯伸張の量は、人工器官軸が人工器官の中間点にある時よりも少なく、従って図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるようなデザインを有する。この配置において、平行な端プレートと十分な靭帯伸張という制約の下で人工器官を１０°だけ曲げるという試みの影響は、αが−６．９４°の角で、βが３．０６°の角度である方程式６、７および８の解を得る結果となる。アイテム７０によって表されるこの例に示される人工器官はその短軸について対称であり、それはまた安静時において上下部椎骨７１、７２の垂直軸と一致する。図１０Ｂは再び、ＡＣＲに対し１０°だけ回転する上部椎骨に例えられる角度αおよびβだけ上部椎骨７１を移動させることの影響を示す。上部椎骨７１によって可能な運動は、人工器官軸／短軸がＡＣＲを通る垂直軸と一致するように設計された人工器官と同様、実際の椎骨７４の運動を近似しないことがわかる。
【０１２８】
図１４はコア５０、上部プレート５３および下部プレート５５を有する人工器官装置４９の角度をつけた図を示す。
【０１２９】
図１５Ａおよび１５Ｂは、人工器官が上部プレート７６および下部プレート７７を有するコア７５を備えているような本発明の別の実施態様を示す。コア７５は上部凸状表面７８および下部凹状表面７９を有する。図１２および１３に関連して記述された実施態様のように、短軸８０、人工器官軸は下部椎骨８１のＡＣＲを通る垂直軸に一致する。下表面７９は凸状であるので、それは上部凸状表面７８よりもかなり小さい。同様に、上部プレート７６の下表面は凹状であり、表面７８に対して合致する配置を有する。下部プレート７７は、合致する凹状表面７９よりも長い凸状の上表面を有し、そこにおけるコア７５の後方あるいは前方への運動を許容する。
【０１３０】
図１５Ｂは上部椎骨８２の回転が、コア７５と下部プレート７７との間の相対的運動とともに、上部プレート７６とコア７５との間の相対的運動にどのように到達するかを示す。
図１３に示される実施態様のように、人工器官軸は非対称であり、コア７５の主部分は人工器官軸の前方に位置する。
【０１３１】
図１６は下部凹状表面８６に比較してより低い曲率半径を有する上部凸状表面８５を有するコア８４からなる別の人工器官８３の側面図を示す。この実施態様においては、上下表面８５、８６の両方がコア８４の下方に位置する曲率半径中心を有する。
上部プレート８７は表面８５のそれに合致する下部凹状表面を有し、下部プレート８８は表面８６の長さよりもずっと長い上部凸状表面８９を有し、後方および前方への合理的な移動を許容する。さらに、下部プレート８８の凸状表面８９は、まっすぐな水平の平坦表面９０の中へ伸張している、このことは、コア８４が凸状表面８９の終端を超えて前方へ移動することを効果的に防止する。
【０１３２】
図１７は、上表面９２が下表面９３よりも大きい曲率半径を有することを除き、人工器官８３に類似した人工器官９１を示す。従ってさらに、上部プレート９３の下部表面は凹状であり、その共役の上表面９１よりも長さにおいて長い。下部プレート９５はその共役の上表面９２よりも長さにおいて長い凸状表面を有する。さらに凸状表面９６の後方の終端には、上方に角度をつけたまっすぐな部分９８が、コア９９の凸状表面９６を超えての運動を阻止するための方法として設けられている。
【０１３３】
また、凸状表面９６の前方端は、水平なまっすぐな部分９７の中に伸張しており、それはコア９９が曲面９６の前方端を超えて運動することを防止するのに役立つ。
人工器官８３、９１が、長方形というよりは台形の形状をした上下部椎骨の間に挟持されているものとして図１６および１７により現実的に表されることに注意すべきである。このように、表面９０および９７、先に説明した表面は水平なものとして記述されたが、実際にはそれらは斜めであり、その代わりとして上下部椎骨の上下面の一般的な方向に一般的に平行である。表面９０および９７は、それらがコア８４、９９の前方への移動を防止する限りにおいて上方にあるいは下方にさえ角度をつけることができることにも注意すべきである。
【０１３４】
ここまでこのように記述されてきた異なった人工器官は、椎間ディスクをエミュレートする特性に専念してきた。椎間ディスクの特性をエミュレートするように設計された人工器官に有用な追加の部品は、靭帯連接の行動を緊密にシミュレートするように設計され、一つの実施態様においては、また、人工器官コアの前方への運動の阻止を提供する図１８に示されるバンド１００を含む。
【０１３５】
バンド１００は、縦糸（wafts）および横糸（wefts）の繊維からなり、格子のような模様の織物を形成織物１０１からなる。上下部端１０２、１０３は、それぞれ上下部椎骨に付着させるために挿入されるべきネジのための穴１０６をそれぞれが有する連結プレート１０４、１０５を備えている。
【０１３６】
織物１０１は、糸／繊維の間の網目空間において細胞の成長を促進し、その結果として上下部椎骨の間で靭帯が成長するように設計されていることが望ましい。
一つの実施態様においては、そのバンドは適切な堅さの織った吸収性の素材から作られた人工器官靭帯の形態である。その織った素材はそれが再吸収される時に人工器官靭帯の機能を代替する繊維状組織の内部成長を許容するように設計されている。
【０１３７】
一つの実施態様によれば、そのバンドは、ワイヤあるいはポリマー素材から作られたガーゼの形態である。
そのバンドが靭帯と類似な態様で伸縮することができることが望ましい。
【０１３８】
上記した異なる人工器官のために用いられる素材に関して、端プレートは、チタン、コバルトクロム鋼などの金属あるいはセラミック複合体から作られていてもよい。典型的には、それらは椎骨の隣接する表面に当接する平面状の疎面を有する。椎骨にプレートを固定するのを助けるために、それらは図１３および１４に示される実施態様に記述されたフィンあるいは峰部を備えていてもよいし、あるいはそれらは隣接する椎骨本体の端プレートの上に保持するための曲面を備えていてもよい。
【０１３９】
コアの上下表面と、上下部端プレートの隣接する曲面は、関節連接を亢進させるため、なめらかであることが望ましい。中央コアは端プレートに用いられる素材に類似した素材から作られていてもよいが、ＵＨＭＷポリエチレンあるいはポリウレタン複合体などのプラスチックから作られていてもよい。
【０１４０】
その人工器官の曲面のそれぞれの曲率半径は、５から３５ｍｍの間の範囲に入ることが望ましい。
人工器官の端プレートの足跡はさまざまな形状であってもよいが、隣接する椎骨のなかに埋没する危険性を最小限にするように最適なものとされるであろう。
【０１４１】
コアと上下部プレートのさまざまな関節表面が、凹状および凸状の表面に関連して記述されたが、その他の表面プロフィールもまた本発明に含まれることに注意すべきである。
たとえば、コアと上下部プレートの共役表面は、それらの間の制限された相対運動を提供するために、円柱状ではなく楕円状とすることができるであろう。
【０１４２】
先に、双対の関節を有する人工ディスクの人工器官の挙動の数学的説明がなされた。人工器官の異なる実施態様が、可能な上下表面プロフィールの並べ替えのそれぞれをカバーして記述された。これらは凸状上部と凹状下部、および凹状上部と凸状下部とともに双凸状および双凹状を含んでいた。先に概略した方程式は、双対の関節人工器官を間に挟んで固定された下部椎骨の上の移動する上部椎骨の位置と方向を記述した。人工器官の上方表面に対する上部椎骨の運動および下部椎骨に対する人工器官の下方表面の運動は、定数を参照しおよび変数αとβの変化しうる回転角によって記述された。上部椎骨の方向は以下の式で記述される。
【０１４３】
【数２５】
2008534180.tif 000116
【０１４４】
ディスク空間の回転中心のすぐ上方で上部椎骨の下方エッジの上の点Ｅの位置は、次の等式によって与えられる。
【０１４５】
【数２６】
2008534180.tif 000117
ここで、定数は人工器官のサイズと機能的タイプを規定する。
【０１４６】
パラメータＬｄｓｋ、Ｃｄｓｋ、ＢｄｓｋおよびＰｄｓｋの相対的サイズに依存して、記述される人工器官には４つのタイプがある。
それらは、（コア形状によって記述して）
１．両凸状
２．両凹状
３．凸状の上部と凹状の下部で、上方半径が下方半径よりも大きい
４．凸状の上部と凹状の下部で、下方半径が上方半径よりも大きい
等式１〜３がこれらの４つの人工器官の運動学を記述する。
ＣＯＲを点Ｅに結ぶ線の長さは、
【０１４７】
【数２７】
2008534180.tif 000118
ここで、αは中間部分に対する上部の角度変位であり、βは下部に対する中間部分の角度変位であり、ｌは、使用されるときに上部の一部分を骨格構造（あるいは人工器官）の回転中心に結びつける靭帯連接（ligature）であり、ここでｘ（α，β）およびｙ（α，β）は異なる関数である。
好ましくは、「靭帯連接」は、任意の細長い部材、特にある程度の伸張および収縮あるいは圧縮の伸張を有するものを含んでいる。
【０１４８】
ｌに対する最小値を生成するαおよびβの値を計算することができる。ｌは脊柱運動部分の横方向靭帯であると考えることができる。これは弾性的であるので、それはバネのように振る舞い、その結果としてｌが最小であるときに最も低い弾性ポテンシャルエネルギーを有するであろうことがわかる。ｌが最小あるいは最大であるときに、均衡位置が計算できる。数学的には、これは、勾配ベクトルがゼロであることと定義することができる。
【０１４９】
【数２８】
2008534180.tif 000119
【０１５０】
ゼロ勾配ベクトルの状況下で、人工器官は、αおよびβにおける無限小の変化に対し、弾性ポテンシャルエネルギーの変化がゼロであり、人工器官は均衡位置になる。しかし、この均衡位置がｌに対して最大値であるならば、αおよびβにおける小さな摂動がｌを減少させる傾向にあり、均衡位置は不安定であるということがわかる。数学的にはこのことは次のように記述することができる。
【０１５１】
【数２９】
2008534180.tif 000120
【０１５２】
これらの状況下では、小さな摂動がそれに急速に最大曲げあるいは伸張の位置をとらせるであろうが、人工器官が、精密に平衡が取れ、均衡にあるということが可能になる。
人工器官１）から４）は不安定な均衡位置を有していることを示すことができる。この状況は、軸上（on axis）あるいは軸外（off axis）ＣＯＲを合致させるときに起こる。上方および下方関節の半径を増大させることにより、勾配ベクトルの値の負値はより少なくなり、最大曲げあるいは伸張の位置をとろうとする傾向が少なくなる。
しかし、人工器官２）および３）はｌの第二次編導関数の値が正であるという性質を有する。
【０１５３】
【数３０】
2008534180.tif 000121
【０１５４】
【数３１】
2008534180.tif 000122
によって規定される均衡位置において。
言い換えれば、ｌが最小であるとき、均衡を達成するαおよびβの値が存在する。この均衡は安定であり、自己修正的あるいは自己求心的である。それは人工器官を均衡位置から摂動させようとするいかなる傾向もｌを長くする傾向にあり、したがってこの系の弾性ポテンシャルエネルギーを増大させる。
従って、人工器官２）および３）は安定な均衡位置を有し、自己修正的あるいは自己求心的である。
【０１５５】
人工器官と軸上（on axis）であるＣＯＲを合致させるように試みるとき、均衡位置は中立的位置（α＝β＝０の時）にある。軸外（off axis）ＣＯＲを合致させるとき、均衡位置は今や中立位置から離れ（α≠β≠０の時）、人工器官軸に対して前方であるＣＲを合致させるとき、均衡位置は伸張の状態にあり、人工器官軸に対して後方であるＣＲを合致させるとき、均衡位置は曲げの状態にある。
上方および下方関節の半径の値が大きいとき、均衡位置は合致のため変化し、オフセットは少なくなる。
【０１５６】
図２０Ａは、上表面の曲率半径が、下表面の曲率半径よりも大きいような凸状上表面と凹状下表面を有する人工器官コアに対し、βおよびαに対する靭帯長さｌの３次元におけるグラフィック的プロットを示す。例として、下方半径が１２ｍｍであるのに比較して、上方半径は３６ｍｍである。
【０１５７】
図２０Ａから、示された三次元グラフは、グラフにおけるトラフによって表されるような最小靭帯長さを指し示すことがわかる。
この図においては、ゼロのＸおよびＹオフセットがあり、そのことは人工器官軸が患者の回転中心と整列しており、図１９Ａおよび１９ＢにおけるＬに相当することを意味する。
【０１５８】
図２０Ａは、図２０Ａに示される同じタイプの人工器官に対し、１ｍｍのＬに対する値を導入することの影響を示している。均衡位置はＬと反対の方向に移動する。均衡位置のこの変化を最適なものとし、人工器官がＹオフセット（Ｌ）あるいはＸオフセット（患者のＣＲを下方に移動させる）に対してより少ない過敏性をもたせるために、数学的方法を用いることができる。
【０１５９】
図２１は、図２０Ａに参照される人工器官について曲げの角度をもつ靭帯長さの変化の２次元図を示す。この図において、曲げの角度伸張０によって表される回転中心の周りに明瞭なトラフが存在することがわかる。このグラフは、人工器官が回転中心から離れるようないかなる運動も靭帯長さの伸張を得る結果となり、従って靭帯が回転中心においてその最小長さに帰ろうとする自然な傾向を得る結果となることを明瞭に示している。
【０１６０】
上記は、両凸状コアを有する人工器官と対照になる。上記に概略説明した数学的方程式に対するグラフィック的解が、両凸状コアについて図２２に示されている。
このグラフィック的分析から、均衡点を提供する最小靭帯長さは存在しないことが明らかである。実際、図２３に示される２次元グラフィック表現は、均衡点が両凸状のコアの回転中心の周りにどのように位置するかを示し、回転中心から離れるコアのどのような運動も靭帯長さの減少を得る結果となり、従ってコアが均衡点から離れる傾向を得る結果となることを示している。
【０１６１】
図２４Ａは、人工器官が両凹状のコアを有する本発明の別の実施態様を示す。図２０Ａ、２０Ｂおよび２１に示される実施態様のように、この実施態様においては、コアに対し回転中心の周りに均衡点が存在する。この均衡点は最小靭帯長さに相当し、よって、回転中心から離れる運動が存在すれば、コアが均衡点に戻ろうとする自然な傾向を提供する。
図２４Ｂは、ＹオフセットおよびＸオフセットがゼロで上部半径が３６ｍｍと等しく、下部半径が３６ｍｍに等しい、両凹状人工器官に対する靭帯長さの変化を示す。このように、等しい半径では、数学的モデルのグラフィック表現は、均衡点から離れるような人工器官の運動が均衡位置に戻ろうとする運動を結果としてもたらす傾向がないということを示していることがわかる。
【０１６２】
示されていない二次元グラフィック表現は、図２１と類似の外観を有している。
上記のことから、均衡点から離れるような人工器官のどのような運動も、人工器官が均衡位置に向かって戻ろうとする自然な付勢を結果としてもたらす傾向を結果として得るような自己修正的能力を有する人工器官を製造しようと望むならば、図２０Ａ、２０Ｂ、２１および２４Ａに関連して記述された本発明の実施態様が適切な解を提供するということが明らかである。しかし、説明されてきた本発明の他の実施態様が、それらがこの自己求心的能力を有していないかもしれないが、依然として用いてもよいということにも留意される。それは、その人工器官の運動を所定の境界内にとどめるために、全般的人工器官にその他の変更をなしてもよいからである。
【０１６３】
すべての人工器官は、軸上のＣＯＲに合致することができる。ＣＯＲが軸外にあるとき、それらは横方向靭帯（デルタＬ）を伸張するかまたは短縮する、あるいは異常な方向（デルタＡ）をとることによってのみ合致することができる。所定のオフセットに対するデルタＡおよびデルタＬは、半径を大きくすることにより減らすことができる。
【０１６４】
すべての人工器官は純粋な並進運動をなすことができる。人工器官２）はディスク高さの損失とともにそれをなす。人工器官３）はディスク高さの利得とともにそれをなす。
理想的な人工器官は、
１．安定な均衡位置
２．軸外ＣＲを扱う最良の能力を有する。
これは２）または３）である。
【０１６５】
望ましい実施態様は、半径ができるだけ大きい３）である。これは純粋な並進に対する抵抗というさらなる利点を有する（柔らかい組織は長くなる必要があるから）。
第二の望ましい実施態様は２）である。これは相対的に制限されない並進運動という利点を有する。
２）または３）のいずれかが望ましいという臨床的状況があるかもしれない。
人工器官３）に対する半径の比率は、生理学的に正常な回転中心に対するＣＯＲ合致の下で、上下部関節の間の等しい円弧の移動があるように設定することができる。このことは、次のことにより達成することができる。
【０１６６】
Ｒ１＊アルファ＝Ｒ２＊ベータ
ここでアルファおよびベータは、ＣＲ合致に対して計算することができる。
これは上下部関節に対する磨耗に一致し、接触表面領域の最も効率的な利用である。
アルファおよびベータを計算する能力は人工器官を創案することを可能にする。
【０１６７】
腰椎および頚椎における人工器官がこのことを達成するための比率の理想的な範囲は、３：１から１０：１である。
腰椎および頚椎においては、望ましい半径は５ｍｍおよび５０ｍｍである。
【０１６８】
人工器官２はそれぞれの関節表面における移動が等しくなることを許容しない。好ましくは、角度αおよびβの望ましい比率などの任意の望ましいパラメータに基づいてこの人工器官が半径の比率の最適な選択を可能にするために数学的モデルが用いられるであろう。腰椎および頚椎においては、理想的な比率は２：１から１：２である。腰椎においては、好ましい半径は、それぞれの半径について８から４０ｍｍである。頚椎においては、好ましい半径は、６から３０ｍｍである。
【０１６９】
図１０Ａから１１Ｂおよび１３Ａから１３Ｆは、両凹状のプロフィールを有する人工器官を示す。図１５Ａ、１５Ｄ、１６および１７は、上部凸状面および下部凹状面を有する人工器官を示す。上表面の曲率半径が下部凹状面のそれよりも大きいので、図１７に示される人工器官の版（version）を用いることが望ましい。上部プレートの下表面が人工器官の上表面に対し合致するプロフィール有し、下部プレートの上表面が人工器官の下表面に対し合致するプロフィール有することが望ましい。しかし、このことは上部プレートの下表面および下部プレートの上表面全体が、合致するプロフィールを有するということを意味しないということを理解すべきである。このように、図１９Ａへの参照は、上に同定した好ましい上下表面プロフィールを有する人工器官の一つの好ましい配置を示す。示されている人工器官１１０は中央垂直軸に対して対称であり、滑らかな曲がった外側上方および下方エッジを有する。その人工器官は後方にオフセットとして示されており、よってそのコア１１３は上下部プレート１１１、１１２の後方領域の中に保持されている。
【０１７０】
下部プレート１１２の上表面は、コア１１３の対向する凹状プロフィールに対する合致する配置の凸状形状を有する後部を有している。
凸状部分の頂点は人工器官の中心に関して後方にオフセットである。その凸状領域は、そのオフセットの中央垂直軸の周りに対称であり、両側において凹状のトラフの中に伸張しており、その結果として、この領域の全体的プロフィールが、正弦波の一部分の外観を有することとなる。
【０１７１】
トラフのそれぞれは、凸状領域の両側において上方に曲がった表面内に伸張しており、下部プレートに対する人工器官の前方および後方への運動を与える後方および前方戻り止めを提供する。
上部プレート１１１は、上部プレート１１１に対するコア１１３の後方への運動を制限するように構成された最後方の下方伸張エッジを有する後方にオフセットした凹状下表面を有する。
【０１７２】
図１９Ａからわかるように、上部プレートの下表面の曲率半径は、下部プレートの上表面の曲率半径よりも大きい。いずれの場合にも、その曲率半径は、人工器官の下方の仮想点における人工器官の中央垂直軸上に位置する共通の原点を有する。
また、図１９Ａは、解剖学的中央軸に対して後方にオフセットした中央垂直軸１１４と整列している安定な均衡位置にあるコア１１３を示す。
横方向の靭帯１１５が、上下部椎骨１１６、１１７の間に接続されて示されている。靭帯１１５は軸１１４から距離Ｌだけオフセットしている。
【０１７３】
図１９Ｂは、下部椎骨ディスク１１７に関して上部椎骨１１６の、後方への回転運動によって人工器官１１２がそのような影響を受けるかを示す。
図示されているように、横方向靭帯１１５は回転中心（ＣＲ）の周りに回転し、上部プレート１１１およびコア１１３は不安定な位置へ回転する。コア１１３の上表面と下表面の曲率半径の違いのために、靭帯１１５は伸張され、それが図１９Ａに示される均衡位置に戻ろうとする自然な傾向がある。また、曲率半径の違いは、上部椎骨ディスク１１６が下部椎骨ディスク１１７に関して回転し並進運動することを意味する。
【０１７４】
上部プレートの下表面、従って人工器官の上表面の曲率半径を増加させることにより、その人工器官のＣＯＲがＡＣＲからオフセットしているならば、使用時にその人工器官の安定性を増大させることが可能である。
人工器官の上表面、従って上部プレートの下表面の曲率半径を望ましく増加させることは、その人工器官がその中心垂直軸の周りに中心を置くその均衡点に戻ることが可能になる容易さを亢進させる。
【０１７５】
一つの実施態様によると、人工器官の中央垂直軸が骨格構造の回転中心から遠くにオフセットされるほど、人工器官の上表面の曲率半径は大きくなる。
人工器官の上表面の曲率半径は、腰椎において３０から５０ｍｍであり、頚椎において２０から４０ｍｍであることが好ましい。人工器官の下表面と比較した人工器官の上表面の曲率半径の比率が所定の範囲にあることが好ましいため、人工器官の上表面の曲率半径の増加は人工器官の下表面の曲率半径の対応する増加をもたらすという結果になる。
【０１７６】
下部プレートの上表面の凸状領域の（前から後ろへと測定したときの）長さが、典型的な椎骨柱において椎骨ディスクに許容される典型的移動に応じて決定されることが好ましい。
人工器官のすべての実施態様が、正常な生理学的回転中心にできるだけ近接に合致するディスクの後方１／２に設定される人工器官軸を有することが望ましい。
【０１７７】
ここでいかなる先行技術の刊行物が参照されていたとすると、そのような参照は、その刊行物がオーストラリアあるいはその他のいかなる国においても共通の一般的技術知識の一部を形成するという認容を構成しないということが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１７８】
本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照して実施例によってここに説明する。
【図１】上下椎骨間の従来の人工器官の概略図である。
【図２】本発明の実施形態の人工器官の２部分からなる結合モデルを示す。
【図３】構造上の回転中心についての正常な椎間板の動きの概略図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態における付着した全体の参照フレームを備える上下椎骨の概略図である。
【図５Ａ】本発明の好ましい実施形態の人工器官（凸／凹のコア）及びモデルの変換性能を示す上下椎骨の概略図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示されたモデルの回転特性を示す。
【図５Ｃ】本発明の好ましい実施形態の人工器官（両凹のコア）及びモデルの変換性能を示す上下椎骨の概略図である。
【図５Ｄ】図５Ｃに示されたモデルの回転特性を示す。
【図６】後湾症における上椎骨を有する両凸コア人工器官の概略図である。
【図７】後湾症における上椎骨を有する凹／凸コア人工器官の概略図である。
【図８】最大靭帯伸長（ＭＬＳ）の制約下の上椎骨を伴う両凸人工器官の概略図である。
【図９】最大靭帯伸長（ＭＬＳ）の制約下の上椎骨を伴う凸上面及び凹下面を有する人工器官の概略図である。
【図１０Ａ】安静位での上下椎骨を有する他の実施形態の人工器官を示す。
【図１０Ｂ】１０°回転した上椎骨を有する図１０Ａで示された人工器官を示す。
【図１１】安静位での上椎骨及び下椎骨を有する本発明の他の実施形態の人工器官を示す。
【図１２】１０°回転した上椎骨を有する図１１で示された人工器官を示す。
【図１３Ａ】本発明の他の人工器官の上面図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡのＡ−Ａ線断面図である。
【図１３Ｃ】図１３ＡのＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３Ｄ】図１３Ａで示す人工器官の上面図である。
【図１３Ｅ】図１３Ａで示す人工器官の裏面図である。
【図１３Ｆ】図１３Ａの左側面の後方端を示す人工器官の側面図を示す。
【図１４】本発明の他の実施形態の人工器官の斜視図である。
【図１５Ａ】安静位における上下椎骨を有する本発明の他の実施形態の人工器官の側面図である。
【図１５Ｂ】１０°回転した上椎骨の図１５Ａの人口器官を示す。
【図１６】本発明の他の実施形態の人工器官の側面図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施形態の人工器官の側面図である。
【図１８】本発明の一実施形態の靭帯バンドの正面図である。
【図１９Ａ】本発明の他の実施形態の平衡位における人工器官の断面端面図である。
【図１９Ｂ】不安定位での図１９Ａの人工器官を示す。
【図２０Ａ】本発明の実施の形態における凸上面及び凸下面を有するコアを備える人工器官の種々の一実施形態での３次元グラフィック分析を示す。
【図２０Ｂ】本発明の実施の形態における凸上面及び凸下面を有するコアを備える人工器官の種々の一実施形態での３次元グラフィック分析を示す。
【図２１】図２０で分析された人工器官のグラフを示す。
【図２２】両凸人工器官の３Ｄグラフィック分析を示す。
【図２３】２部分からなる凸人工器官の靭帯長さ対角運動の２Ｄグラフである。
【図２４Ａ】本発明の実施形態の両凹人工器官の３Ｄグラフィック分析を示す。
【図２４Ｂ】本発明の実施形態の両凹人工器官の３Ｄグラフィック分析を示す。
【国際調査報告】
2008534180.tif 000123
2008534180.tif 000124
2008534180.tif 000125
2008534180.tif 000126
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2008534180.tif 000128