(57)【要約】  生来の脊椎の運動により緊密に一致する人工椎間板を提供する。この人工椎間板は、スライド関節運動を提供するために、１つまたはそれ以上の突起部、および対応する凹部を用いる。この人工関節は、生得的に安定であり、関節の上に作用する重量または周りの組織の張力のような、人工椎間板に付与される圧縮力が、関節を中立位置に向かわせ、関節を中立位置からさらに離れないようにする。【選択図】図８【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工脊椎板であって、前記人工脊椎板は、
椎骨に取り付けるために構成された上表面、および第１の結合表面を含む下表面、を有する上部と、
椎骨に取り付けるために構成された下表面、および第２の結合表面を含む上表面、を有する下部と、を有し、前記第２の結合表面は前記第１の結合表面とスライド可能に係合する、人工脊椎板。
【請求項２】
請求項１に記載の人工板であって、前記第１の結合表面は複数の突起部を有し、前記第２の結合表面は複数の凹部を有し、前記凹部のそれぞれは、前記複数の突起部の１つに対応する、人工板。
【請求項３】
請求項２に記載の人工板であって、前記第１の結合表面は横方向に中心決めされた後方突起部および横方向に離間した一対の前方突起部を有し、前記第２の結合表面は、横方向に中心決めされた後方凹部および横方向に離間した一対の前方凹部を有する、人工板。
【請求項４】
請求項３に記載の人工板であって、前記凹部の各々は概ね平坦な部分を有し、前記平坦な部分は、前記概ね平坦な部分から前記下部の中心に向かって上方に延びる湾曲した側壁に遷移する、人工板。
【請求項５】
請求項４に記載の人工板であって、前記上部は前記下部に対する中立位置を備え、前記突起部は、前記上部が前記中立位置にあるときに、前記対応する凹部の前記遷移領域に配置され、前記突起部の前記下部の中心から離れるスライド運動が前記突起部を概ね水平に移動させ、前記突起部の前記下部の中心に向かう運動が、前記突起部を水平および上方に移動させて前記突起部付近における前記人工板の全厚さを増加させる、人工板。
【請求項６】
請求項５に記載の人工板であって、前記後方凹部の前記概ね平坦な部分は概ね水平であり、前記前方凹部の前記概ね平坦な部分は、前方の縁に向かって約７°から約２７°の間の角度で下方向に傾斜する、人工板。
【請求項７】
請求項６に記載の人工板であって、前記角度は約１７°である、人工板。
【請求項８】
請求項２に記載の人工板であって、前記第１の結合表面は、横方向に中心決めされた前方突起部および横方向に離間した一対の後方突起部を有し、前記第２の結合表面は、横方向に中心決めされた前方凹部および横方向に離間した一対の後方凹部を有する、人工板。
【請求項９】
請求項８に記載の人工板であって、前記凹部の各々は、概ね平坦な部分を有し、前記概ね平坦な部分は、前記概ね平坦な部分から前記下部の中心に向かって上方に延びる湾曲した側壁に遷移し、前記後方凹部の前記概ね平坦な部分は概ね水平であり、前記前方凹部の前記概ね平坦な部分は、前方の縁に向かって下方向に約１７°の角度で傾斜する、人工板。
【請求項１０】
請求項１に記載の人工板であって、前記第２の結合表面は、前記第２の結合表面から上方に延びる１つまたはそれ以上の突起部を有し、前記第１の結合表面は、１つまたはそれ以上の前記突起部に対応する１つまたはそれ以上の凹部を有し、１つまたはそれ以上の前記凹部は概ね水平な領域を有し、前記概ね水平な領域は、前記上部の中心から離れて下方向に傾斜する傾斜した領域に遷移し、前記上部が前記下部に対する中立位置から横方向に移動するときに、前記上部は移動方向に傾く、人工板。
【請求項１１】
脊椎における人工関節を形成するための人工板であって、前記人工板は、
上部および下部を有し、前記上部および前記下部は集合的に複数のロブおよびトラフを備え、前記ロブは前記トラフに係合し、前記ロブが前記トラフの表面に沿ってスライドすることで、前記人工板の屈曲／伸展運動、側方曲げ運動、および回転運動を許容する、人工板。
【請求項１２】
請求項１１に記載の人工板であって、前記人工板は中立位置を備え、前記ロブおよび前記トラフは、前記中立位置からの任意の変位が前記上部の少なくとも一部に前記下部から離れる運動を生じさせて、前記上部と前記下部との間の距離を増加させる、ように形状付けられる、人工板。
【請求項１３】
請求項１１に記載の人工板であって、前記人工板は中立位置を備え、前記人工板は、前記中立位置からの任意の運動が前記人工板の正味の拡張を生じさせて、前記人工板に作用する圧縮力が前記人工板を前記中立位置にバイアスする、ように構成される、人工板。
【請求項１４】
請求項１１に記載の人工板であって、前記複数のロブは３つのロブを有し、前記複数のトラフは３つのトラフを有する、人工板。
【請求項１５】
請求項１２に記載の人工板であって、前記３つのロブは、前記上部からの突起部であり、前記３つのトラフは前記下部内の凹部である、人工板。
【請求項１６】
請求項１５に記載の人工板であって、前記突起部は概ね半球形状である、人工板。
【請求項１７】
請求項１５に記載の人工板であって、前記凹部は、前記凹部が概ね水平な下部および前記概ね水平な下部に接続される湾曲した部分を備えるような垂直断面を備える凹部である、人工板。
【請求項１８】
請求項１７に記載の人工板であって、前記凹部は、前記凹部の前記下部の中心に隣接して配置される部分が上方に湾曲するように方向つけられ、前記突起部は、前記人工板が中立位置にあるときに、前記凹部の前記水平部分と前記湾曲部分との間の位置に配置され、前記突起部が前記下部の中心から離れる方向に前記凹部の表面に沿ってスライドするときに、前記突起部が概ね水平に移動し、前記突起部が前記下部の中心に向かう方向に前記凹部の表面に沿ってスライドするときに、前記突起部が水平および垂直に移動する、人工板。
【請求項１９】
請求項１８に記載の人工板であって、前記突起部の各々は、前記突起部が前記下部の中心に向かって対応する前記凹部の表面に沿ってスライドするときに、垂直に移動して、前記突起部に隣接する前記上部の部分、および前記凹部に隣接する前記下部の部分の距離を増加させる、人工板。
【請求項２０】
請求項１５に記載の人工板であって、前記人工板は、横方向に中心決めされた後方突起部および後方凹部と、横方向の中心線から離間した一対の前方突起部と、横方向の中心線から離間した一対の前方凹部と、を有する、人工板。
【請求項２１】
請求項２０に記載の人工板であって、前記突起部は概ね半球形状であり、前記凹部の各々は、前記下部の中心から離れて配置された概ね水平な領域と、前記下部の中心に隣接して配置された上方に湾曲する領域とを有する、人工板。
【請求項２２】
請求項１１に記載の人工板であって、前記複数のトラフは、前記トラフの中に配置される前記ロブが前記下表面の中心から離れてスライドするときに概ね水平にスライドし、また、前記トラフ内に配置される前記ロブが概ね前記下表面の中心に向かってスライドするときに水平および垂直にスライドする、ように構成される、人工板。
【請求項２３】
請求項１１に記載の人工板であって、前記上表面の前記下表面に対する中立位置から離れる方向へのスライド運動が、前記上表面を前記下表面に対する前記方向に傾ける、人工板。
【請求項２４】
請求項１１に記載の人工板であって、前記人工板は、前方部、後方部、左側部、および右側部を有し、前記上表面は前記下表面に対する中立位置を備え、前記下表面に対する前記上表面の時計回りの回転が、前記下表面に対して前記上表面の左側部を持ち上げ、前記下表面に対する前記上表面の反時計回りの回転が、前記下表面に対して前記上表面の右側部を持ち上げる、人工板。
【請求項２５】
請求項１１に記載の人工板であって、前記人工板はさらに、前記上部の前記下部に対する運動の範囲を制限するための停止部を有する、人工板。
【請求項２６】
請求項２５に記載の人工板であって、前記停止部は前記凹部の少なくとも一部の周りに形成される壁を有する、人工板。
【請求項２７】
請求項２５に記載の人工板であって、前記停止部は、前記上部および前記下部の一方に形成されるポストを有し、前記停止部はまた、前記上部および前記下部の他方に形成される凹部を有し、前記凹部は前記ポストよりも寸法が大きく、前記ポストが前記凹部内の制限された運動範囲を備える、人工板。
【請求項２８】
請求項１１に記載の人工板であって、前記人工板はさらに、前記上部を椎骨の底部に、および、前記下部を椎骨の頂部に取り付けるための取付構造を有する、人工板。
【請求項２９】
請求項１５に記載の人工板であって、前記凹部の各々は、半円形の垂直断面を備え、また、半円形の水平断面を備える、人工板。
【請求項３０】
脊椎埋め込みのための人工板であって、
前記人工板は、椎骨に取り付けるために構成された上部を有し、前記上部は第１の結合表面を前記上部の下側に備え、
前記人工板は、椎骨に取り付けるために構成された下部を有し、前記下部は第２の結合表面を前記下部の上側に備え、前記第２の結合表面は、前記人工板の運動を許容するために前記第１の結合表面とスライド係合するように構成され、
前記人工板は、前方部、後方部、左側部、および右側部を画定し、
前記第１の結合部および前記第２の結合部は、前記下部に対する前記上部のスライドが、前記上部を前記上部がスライドしている方向と同方向に傾かせる、人工板。
【請求項３１】
請求項３０に記載の人工板であって、前記第１の結合表面および前記第２の結合表面は、前記下部に対する前記上部の時計回りの回転が、前記上部を前記左側部に向かって傾かせ、また、前記下部に対する前記上部の反時計回りの回転が、前記上部を右側部に向かって傾かせるように構成される、人工板。
【請求項３２】
請求項３０に記載の人工板であって、前記上部は前記下部に対する中立位置を持ち、前記上部の前記中立位置から離れる運動が、前記上部と前記下部との間の距離の正味の増加をもたらす、人工板。
【請求項３３】
請求項３０に記載の人工板であって、前記上部は前記下部に対する中立位置を持ち、前記下部に対する前記上部の前方への運動が、前記上部の前方部を前記下部に対して僅かに低くし、且つ、前記上部の後方部を、前記下部に対して前記前方部の低下よりも大きな範囲で持ち上げて、前記上部を前方に傾け、前記下部からの距離の正味の増加を与える、人工板。
【請求項３４】
請求項３０に記載の人工板であって、前記上部は前記下部に対する中立位置を持ち、前記下部に対する前記上部の後方への運動が、前記上部の後方部を前記下部に対して水平に移動させ、且つ、前記上部の後方部を前記下部に対して水平および上方に移動させて、前記上部を後方に傾け、前記下部からの距離の正味の増加を与える、人工板。
【請求項３５】
請求項３０に記載の人工板であって、前記上部は前記下部に対する中立位置を持ち、前記下部に対する前記上部の前記中立位置から離れる任意の運動が、前記上部と前記下部との間の距離の正味の増加を与えて、前記人工板に作用する圧縮力が前記上部を前記下部に対する前記中立位置に向かってバイアスする、人工板。
【請求項３６】
人工脊椎板であって、
椎骨に取り付けるために構成された上表面、および第１の結合表面を備える下表面、を備える上部と、
椎骨に取り付けるために構成された下表面、および第２の結合表面を備える上表面、を備える下部と、を有し、
前記上部は前記下部に対する中立位置を持ち、
前記第１の結合表面および前記第２の結合表面は、前記上表面の前記下表面に対する水平運動および垂直運動の組み合わせられた運動を発生させるように構成され、
それにより、前記下表面に対する前記上表面の前方への平行運動が、前記下表面に対する前記上表面の前方の傾きを発生させ、
前記下表面対する前記上表面の後方への平行運動が、前記下表面に対する前記上表面の後方への傾きを発生させ、
前記下表面に対する前記上表面の時計回りの回転運動が、前記下表面に対する前記上表面の右側への傾きを発生させ、
前記下表面に対する前記上表面の反時計回りの回転運動が、前記下表面に対する前記上表面の左側への傾きを発生させる、人工脊椎板。
【請求項３７】
請求項３６に記載の人工板であって、前記下部に対する前記上部の前記中立位置から離れる任意の運動が、前記上部と前記下部との間の距離の正味の増加を発生させ、前記人工板への圧縮力の付与が、前記上部を前記下部に対する前記中立位置にバイアスする、人工板。
【請求項３８】
請求項３６に記載の人工板であって、前記第１の結合表面は複数の突起部を有し、前記第２の結合表面は複数の凹部を有する、人工板。
【請求項３９】
請求項３８に記載の人工板であって、前記第１の結合表面は、後方突起部と横方向に離間した２つの前方突起部とを有し、前記第２の結合表面は、後方凹部と横方向に離間した２つの前方凹部とを有する、人工板。
【請求項４０】
請求項３８に記載の人工板であって、前記凹部の各々は、前記突起部の１つとスライド相互作用するように構成された結合表面を有し、前記凹部の各々は、概ね水平な領域、上方に湾曲する領域、およびその間の遷移領域を有する、人工板。
【請求項４１】
請求項４０に記載の人工板であって、前記凹部の各々のための対応する前記突起部は、前記上部が中立位置にあるときに、前記遷移領域に位置し、前記突起部の前記下部の中心から離れるスライド運動が、前記突起部の概ね水平運動を発生させ、また、前記突起部の前記下部の中心に向かうスライド運動が、前記突起部の水平運動および垂直運動を発生させる、人工板。
【請求項４２】
人工脊椎板であって、
椎骨に取り付けるために構成された上表面、および第１の結合表面を備える下表面、を備える上部と、
椎骨に取り付けるために構成された下表面、および第２の結合表面を備える上表面、を備える下部と、
前記上部と前記下部との間に配置されるトロイドと、を有し、前記第１の結合表面は、前記トロイドの頂部に係合し、前記第２の結合表面は前記トロイドの底部に係合する、人工脊椎板。
【請求項４３】
請求項４２に記載の人工板であって、第１の係合表面は前記トロイドの中心に係合する円錐部を備え、人工板。
【請求項４４】
請求項４２に記載の人工板であって、前記第２の結合表面は、半円形の断面を備えるリング形状の凹部を有する、人工板。
【請求項４５】
脊椎板の運動を擬態する方法であって、前記方法は、
輪郭付けられた表面を備える上部と輪郭付けられた表面を備える下部と有し、前記上部および前記下部が互いに対して移動可能である人工板を選択するステップと、
前記上部の前記輪郭付けられた表面と前記下部の前記輪郭付けられた表面とを係合させるステップとを有し、前記下部に対する前記上部の運動が、前記上部の上方への運動および傾斜を発生させる、方法。
【請求項４６】
請求項４５に記載の方法であって、前記方法は、前記上部と前記下部とを係合させるステップを有し、前記上部の水平方向の運動が前記上部の一部を上方に移動させる、方法
【請求項４７】
請求項４５に記載の方法であって、前記方法は、前記上部と前記下部とを係合させるステップを有し、前記上部の水平方向の運動が、前記上部の一部を下方に移動させる、方法。
【請求項４８】
請求項４５に記載の方法であって、前記方法は、前記上部を前記下部に対してスライドさせるステップを有し、前記上部の前方部を下方向に移動させ、且つ前記上部の後方部を上方に移動させる、方法。
【請求項４９】
請求項４５に記載の方法であって、前記方法はさらに、前記上部と前記下部との間の係合の、初期中立位置を選択するステップを有し、前記方法は、重量を前記上部に付与することで前記上部を前記中立位置に戻すステップを有する、方法。
【請求項５０】
請求項４５に記載の方法であって、前記方法は、前記上部と前記下部とを脊椎の椎骨の間に配置するステップを有する、方法。
【請求項５１】
請求項４５に記載の方法であって、前記方法は、前記上部と前記下部とを板の核の平面内に配置するステップを有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人工関節に関し、特に、損傷した脊椎板の置換のための人工椎間板に関する。本発明は、椎間板の全置換および核置換の両方のための改良された人工椎間板に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工関節は、変性した骨関節の医療処置においてますます一般的になってきている。関節は、事故、病気、加齢等により損傷を受けることがあり、痛みが大きい場合、または関節の自然な運動が困難な場合にしばしば置換される。人工関節は、一般的に、隣接する骨の間の組織を置換し、また、しばしば置換する関節に隣接する２つの骨の端部を置換する。
【０００３】
関節を置換するとき、一般に達成すべきいくつかの望ましい結果がある。これらの結果は、安定性、負荷支承能力、自然な運動の保持、痛みの除去、故障率の低減、および破局的な故障の低減を含む。人間の脊椎の複雑さゆえに、安定性は取り組むのが非常に困難なパラメータである。しばしばこの不安定性は、追加の摩擦、人工関節または生理的構造の支持体の早期の故障、隣接するセグメント／関節の変性、および痛みの悪化、患者の障害、として自明である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在入手可能な多くの人工椎間板は自然の脊椎の安定性を欠く傾向にある。多くの椎間板全置換（total disc replacement, TDR）装置は、「ボールインカップ（ball in cup）」または「ボールイントラフ（ball in trough）」設計である。これらの特定の設計の問題の１つは、ＴＤＲは、支持および安定性を提供するために、包囲組織および構造（靭帯および関節）を必要とするということである。これらの設計の物理的幾何配置により、脊椎が「中立位置」から動くほど、人工関節はその方向に動きつづける傾向があり、そして、不自然な応力を包囲組織および構造に与え、関節を「中立位置」に戻すのにより大きな力を必要とする。時間の経過とともに、人工関節を動かすために必要とされる、継続的に付与される増加した負荷は、筋肉、接続された組織、および脊椎に隣接する構造に損傷を与える可能性があり、痛みを悪化させ、また、脊椎の適切な運動を阻害する可能性がある。置換された椎間板の不安定性により、脊椎は側湾または湾曲を発現させることがあることが発見されており、脊椎の側湾または湾曲は、隣接関節の故障のような脊椎関連組織のさらなる悪化を導く傾向にある。
【０００５】
制御されなければならない他のパラメータは、脊椎の自然な運動を擬態する能力である。人間の身体の多くの関節は、ヒンジまたはボールインソケットのような単純な連結装置で十分に近似できる。脊椎関節は複雑な構成なので、脊椎関節は単純な連結装置で近似できない。多くの従来の人工椎間板は、椎骨の対称運動を含む枢動を許容する。生来の関節と人工関節との間の運動性の差は、周囲の筋肉および組織に望ましくない影響を与えうる。これは、適正に人工関節を動かし制御することを変性および無能化することになり得、人工関節の不安定性を際立たせ、関節の問題をさらに加速させるかもしれない。
【０００６】
周りの組織および構造への応力および疲労を低減させるために、関節が「中立位置」に戻る性質を内在するエネルギー論的により安定である人工関節への需要がある。さらに、周りの組織および構造への応力および疲労を低減させるために、脊椎の自然な運動により正確に一致する人工関節への需要がある。これらは、良好な椎間板置換の設計のために重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、改良された人工椎間板を提供することである。本発明の１つの目的は、本来の脊椎の運動により緊密に調和する人工椎間板を形成することである。脊椎の本体の動きに緊密に調和させるために、１つの方法は、非対称運動および／または連結運動を許容する、非一致関節表面（non-congruent articulating surfaces）を用いることである。このような人工椎間板は、関節を取り巻く筋肉および組織のより自然な動きを維持するので、長い期間にわたる置換関節の成功を促進する。より緊密に自然な運動に調和させることにより、患者の関節のよりよい運動性を促進するとともに、周りの組織および隣接する領域の変性を防止するのに役立つ。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、よりエネルギー的に安定した人工椎間板を提供することである。中立位置からずれたときに、重力および周りの組織内の張力などによる脊椎に自然に加えられる圧縮力が、人工関節を中立位置に戻すように作用し、中立位置から離れないように作用する。このような人工関節は、組織の疲労および関節の不安定性を避けることができるので、複数の椎間板が置換される場合に特に有効である。
【０００９】
本発明のこれらのおよびその他の側面は、２つの隣接する椎骨間での拘束された平行運動および回転運動を許容するために、噛み合い面に係合する複数の突起部を用いる人工椎間板で実現することができる。噛み合い表面は、典型的には、突起部を受け入れる複数の凹部を備える。突起部は凹部内でスライドすることができ、平行運動および回転運動の両者を可能にする、すなわち屈曲／伸展、側方曲げ、および軸回転を可能にする。突起部および凹部は、好ましくは、組み合わされた平行運動および回転運動を提供するように構成され、噛み合い関節部材を横切ってスライドするときに、関節部材の傾きを可能にする。１つまたはそれ以上の突起部は、典型的には、凹部の壁または傾斜部分に係合することにより凹部から部分的に持ち上がることができ、それによりエネルギー的に安定なシステムを提供する。
【００１０】
代替的に、本明細書で述べられるような複数の係合表面を備える単一の突起部および凹部のような他の構造は、人工関節の頂部および底部の間の望ましい相対運動を提供することができる。同様に、望ましい運動および安定性を提供するために、人工関節の頂部および底部の間の中間的な構造を用いることができる。
【００１１】
符号が付された図面を参照しながら本発明の様々な実施形態が、図示され説明される。図面は以下の通りである。
なお、図面は説明のためのものであり、本発明の範囲と限定するものではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲により画定されることを理解されたい。図示の実施形態は本発明の様々な側面および目的を達成し、いずれの図も単独で本発明の各側面および利点を達成する必要はない。単一の図で本発明の各要素および側面を明確に図示すことはできず、複数の図が発明の様々な詳細を別々により詳細に説明するために示されていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術の原理による人工関節の側面図である。
【図２】複数の従来技術による人工関節を備える脊椎の側面図である。
【図３】人間の椎骨の上面図である。
【図４】２つの椎骨の概略的な側面図であり、脊椎が前後方向に屈曲するときの椎骨の動きを示す図である。
【図５Ａ】椎骨の概略的な上面図であり、脊椎が側方に曲がるときの椎骨の動きを示す図である。
【図５Ｂ】２つの椎骨の概略的な側面図であり、脊椎が側方に曲がるときの椎骨の動きを示す図である。
【図６Ａ】椎骨の概略的な上面図であり、脊椎が回転するときの椎骨の動きを示す図である。
【図６Ｂ】椎骨の概略的な側面図であり、脊椎が回転するときの椎骨の動きを示す図である。
【図７Ａ】図１に示す従来技術の人工関節が屈曲するときの動きを示す図である。
【図７Ｂ】図１に示す従来技術の人工関節が回転するときの動きを示す図である。
【図８】本発明の人工椎間板を分解した概略図である。
【図９】図８の線分９−９に沿って切り取った、本発明の人工椎間板の部分断面上面図である。
【図１０】図９の人工椎間板のベース部分の側面図である。
【図１１】本発明の人工椎間板のベース部分および突起部の断面の上面図である。
【図１２】本発明の人工椎間板のベース部分および突起部の断面の上面図である。
【図１３Ａ】図１２の線分１３−１３に沿って切り出した、図８から図１２の人工椎間板の断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの人工椎間板の他の断面図であり、突起部がトラフ内で動き、人工椎間板の上部の角度が変化した状態を示す図である。
【図１３Ｃ】本発明の人工椎間板の他の断面を示す図である。
【図１４Ａ】図１２の線分１４−１４に沿って切り出した、図８から図１２の人工椎間板の断面図である。
【図１４Ｂ】図１４の人工椎間板の他の断面図であり、突起部がトラフの中で動き、人工椎間板の上部の角度が変化した状態を示す図である。
【図１５】図１２の線分１５−１５に沿って切り取られた、図８から図１２の人工椎間板の断面図である。
【図１６】本発明の人工椎間板の突起部およびトラフの拡大断面図である。
【図１７】本発明の他の人工椎間板の突起部およびトラフの拡大断面図である。
【図１８】本発明の他の人工椎間板の、下部および上部の突起部の上面図である。
【図１９】本発明の他の人工椎間板の上面図である。
【図２０】線分２０−２０に沿って切り出した、図１９の人工椎間板の断面図である。
【図２１】本発明の異なる形状の突起部を備える人工関節の斜視図である。
【図２２】図２１の線分２２−２２に沿って切り出した、図２１の人工関節の側面断面図である。
【図２３】本発明の他の人工関節の斜視図である。
【図２４】図２３の線分２４−２４に沿って切り出した、図２３の人工関節の断面図である。
【図２５】本発明の他の人工関節を示す図である。
【図２６】椎間板核置換に用いられる本発明の人工関節を示す図である。
【図２７】本発明による制限バンドを備える人工関節を示す図である。
【図２８】本発明の他の人工関節の断面図である。
【図２９】図２８の人工関節の他の断面図である。
【図３０】図８−１８の人工関節に類似する人工関節の分解斜視図である。
【図３１】図３０の人工関節の上部の底面図である。
【図３２】図３１の線分３２に沿って切り出された、図３０の人工関節の上部の断面図である。
【図３３】図３１の線分３３に沿って切り出された、図３０の人工関節の上部の断面図である。
【図３４】図３０の人工関節の上部の底面斜視図である。
【図３５】図３０の人工関節の下部の上面図である。
【図３６】図３５の線分３６に沿って切り出された、図３０の人工関節の下部の断面図である。
【図３７】図３５の線分３７に沿って切り出された、図３０の人工関節の下部の断面図である。
【図３８】図３５の線分３８に沿って切り出された、図３０の人工関節の下部の断面図である。
【図３９】図３５の線分３９に沿って切り出された、図３０の人工関節の下部の断面図である。
【図４０】図３０の人工関節の下部の斜視図である。
【図４１】図８−１８および図３０−４０の人工関節に類似する、人工関節の分解斜視図である。
【図４２】図４１の人工関節の上部の底面斜視図である。
【図４３】図４１の人工関節の上部の底面図である。
【図４４】図４３の線分４４に沿って切り出した、図４１の人工関節の上部の断面図である。
【図４５】図４３の線分４５に沿って切り出した、図４１の人工関節の上部の断面図である。
【図４６】図４３の線分４６に沿って切り出した、図４１の人工関節の上部の断面図である。
【図４７】図４３の線分４７に沿って切り出した、図４１の人工関節の上部の断面図である。
【図４８】図４１の人工関節の下部の斜視図である。
【図４９】図４１の人工関節の下部の上面図である。
【図５０】図４９の線分５０に沿って切り出した、図４１の人工関節の下部の断面図である。
【図５１】図４９の線分５１に沿って切り出した、図４１の人工関節の下部の断面図である。
【図５２】図４９の線分５２に沿って切り出した、図４１の人工関節の下部の断面図である。
【図５３】図４９の線分５３に沿って切り出した、図４１の人工関節の下部の断面図である。
【図５４】図８−１８、図３０−４０および図４１−５３の人工関節に類似する、人工関節の分解斜視図である。
【図５５】図５４の人工関節の上部の下斜視図である。
【図５６】図５４の人工関節の上部の底面図である。
【図５７】図５６の線分５７に沿って切り出した、図５４の人工関節の上部の断面図である。
【図５８】図５６の線分５８に沿って切り出した、図５４の人工関節の上部の断面図である。
【図５９】図５６の線分５９に沿って切り出した、図５４の人工関節の上部の断面図である。
【図６０】図５６の線分６０に沿って切り出した、図５４の人工関節の上部の断面図である。
【図６１】図５４の人工関節の下部の斜視図である。
【図６２】図５４の人工関節の下部の上面図である。
【図６３】図６２の線分６３に沿って切り出した、図５４の人工関節の下部の断面図である。
【図６４】図６２の線分６４に沿って切り出した、図５４の人工関節の下部の断面図である。
【図６５】図６２の線分６５に沿って切り出した、図５４の人工関節の下部の断面図である。
【図６６】図６２の線分６６に沿って切り出した、図５４の人工関節の下部の断面図である。
【図６７】図５４の人工関節の下部の上面図であり、凹部を形成するための道具が通る経路線を示す図である、
【図６８】図６７の道具が通る経路線の斜視図であり、この道具により形成される表面および凹部を示す図である。
【図６９】
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本技術分野の当業者が本発明を実施できるように、以下参照符号を付した図面とともに本発明を説明する。図面および以下の説明は、本発明の様々な側面の例示であり、添付の特許請求の範囲を狭める意図はない。いくつかの図においては、構造をより明確に示すために、通常は互いに接触している隣接する構造の間に空間が示されている。
【００１４】
現在、多くの人工椎間板が入手可能でありまたは試験されている。これらは自然な脊椎の安定性を欠く傾向にある。これらの従来技術による関節は、典型的には、図１に示すように、球面の頂部またはボール上のカップ形状の凹部、またはカップ形状の凹部１４内に配置された球面１０を有するベアリング表面を有する。これらの関節は、他の知られたボールアンドソケット関節のように枢動する。四角形１８は、追加の椎骨、骨、および組織のような、概ね関節の上の身体の部位（特定の関節により支持される）を示す。円２２は、関節の上の身体の重量の一部を示し、説明目的のための参照点を提供する。ボール１０が位置１０´に枢動すると、これは（人工関節を備える人がかがむ場合に）関節の曲げとともに発生するが、身体の部位１８および参照点２２は符号１８´および２２´で示される位置に移動する。位置２２´は位置２２よりも垂直方向に関して低い位置にあることが分かる。
【００１５】
関節が回転ボール１０により枢動するので、一般に位置２２が位置２２´に移動するときに低くなることが分かる。この関節の枢動は、関節の上の身体の部位１８、２２が低い位置に移動するので、重力に適合的である。重力だけが、身体の部位１８、２２がより低い位置になるように、運動を続けるような力を付与し続けることになる。体の部位１８、２２を元の位置に戻すように移動させるには追加の力が必要になる。各関節の上の身体の部位に作用する重力により、また、各関節を取り囲む筋肉および他の組織の張力により、脊椎は圧縮された状態にある。これらの圧縮力は、運動の最終地点が最小のエネルギー状態を示す、すなわち、重力のポテンシャルエネルギーおよび張力が最小化されるような位置になるので、従来の人工関節を中立位置から離れるように動かす傾向にある。
【００１６】
従って、図示された関節は本質的に不安定な関節であることが分かる。動いて中立位置から外れると、周りの組織の張力または関節の上の身体の重量による関節上への圧縮が、運動を続けるように作用する。従来の関節は、中間位置よりもむしろ運動の最終地点で安定であり、これは、関節に作用する圧縮力が、関節を中心位置よりもむしろ終端位置へ移動させる傾向があるということである。
【００１７】
従来の関節を取り囲む筋肉構造および他の組織構造は、重力のような脊椎に対して作用する圧縮力に抗して、関節を中立位置（すなわち、周りの筋肉および組織が緊張していない長さにある、関節がずれていない安静位置）に保持しなければならない。脊椎関節は、正確に中立位置にあることはまれであり、人が垂直に立ちまたは座るときなどに、周りの筋肉および組織は、このような人工関節を望ましい位置に保持するためにかなりの量の応力にさらされ得る。さらに、周りの筋肉および組織は、脊椎が曲がった後に中立位置に関節を戻すために、より強力に働かなければならない。これは、逆に、筋肉、連結組織、および隣接する脊椎の関節／構造への損傷を導くことがあり、痛みを悪化させ、脊椎の適正な運動を阻害することがある。
【００１８】
従って、エネルギー的に安定な人工椎間板がどうあるべきかが理解される。関節の上の体の部位および重量に作用する重力のような脊椎上に作用する圧縮力が、関節を中立位置に戻すように運動し、中立位置から離れないような傾向を持つ人工関節が望ましい。
【００１９】
図２は、２つまたはそれ以上の図１の人工椎間板を備える人間の脊椎の例を示している。複数の椎骨３０ａ−３０ｇおよび健康な椎間板３４ａ、３４ｂ、３４ｅ、３４ｆが示されている。椎骨３０ｃと３０ｄとの間および椎骨３０ｄと３０ｅとの間の生来の椎間板は、従来の人工椎間板３８ｃおよび３８ｄで置換されており、この人工椎間板は、図１で説明したようなボールアンドトラフの椎間板を含む。上述のように、ボールアンドトラフの椎間板は本来的に不安定であり、重力のような圧縮力が、関節を中立位置に戻す代わりに運動を強調し関節を中立位置から遠くに引っ張る。
【００２０】
図の３８ｃおよび３８ｄに示すように２つまたはそれ以上の人工椎間板がある場合には問題はますます厳しくなる。３８ｄで示すような１つの人工椎間板が中立位置から動くと、重力および脊椎を取り囲む生体組織の不均衡な張力などが、第２の人工椎間板３８ｃを椎間板３８ｄの反対方向に枢動させる。人工関節が脊椎を曲げる位置または潰れる位置に向かわせるので、複数の従来の人工椎間板を備える患者は、脊椎を適正な位置または姿勢に維持できないかもしれない。従って、人工椎間板３８ｃ、３８ｄの不安定性により、また、身体の脊椎を適正な位置に保持する能力の不足により、脊椎に側湾、湾曲を発症させ、または、身体が脊椎を適正な位置に保持するために、より大きな応力が筋肉および接続組織に作用する。時間とともに、人工椎間板による脊椎の曲げまたは潰れは、脊椎に関連する組織の劣化させる。従って、人工椎間板が自然な安定性を欠く場合、人工関節の長期間の成功は減少し、置換された椎間板の数の増加とともに劇的に減少することがわかる。実際、人工関節は、他の健康な脊椎部位の他の故障を加速させ得る。単一の従来の人工椎間板を備える脊椎は、１つまたはそれ以上の隣接する生来の椎間板の望ましくないおよび過度な曲げを生じさせることがあり、図２に示される状況に類似の脊椎の形状を生じさせ得る。人工関節に隣接する生来の椎間板の望ましくない曲げは、生来の関節の劣化させおよび劣化を加速させることがあり、また、さらなる椎間板の置換が必要になることがある。
【００２１】
人工椎間板のさらなる懸念は、自然な運動の保存性および回復性である。人工関節で自然な運動を提供することは、人間に快適な運動を提供するなどのいくつかの理由により重要である。おそらくより重要なのは、人工関節が周りの組織に与える効果である。もし運動が不自然であるならば、周りの筋肉および腱などのような関節の運動に寄与する組織は、関節により悪影響を受け得る。周囲の組織は、適正の関節を制御できないことがあり、または、人工関節により変更された動きにより徐々に変性することがある。従って、人工関節で自然な動きを提供することは、人工関節の長期間に渡る成功のために有意な効果をもつ。
【００２２】
人工膝または人工腰（hip）のような多くの人工関節は、ヒンジまたはボールインソケット型のような関節のように、相対的に単純な動きの相対的に単純な関節である。しかし、椎骨および生来の椎間板は複雑な動きをする。生来の椎間板は軟性なパッドであり、マットレスのようではない。生来の椎間板は椎骨の運動および支持を許容し、また、脊椎の通常の運動を達成するために、椎骨の椎間板に対する水平、垂直、および回転運動を組み合わせた運動を可能にする。
【００２３】
図１および図２に示すような従来の人工椎間板は、脊椎の自然な運動にうまく一致しない。多くの従来の人工椎間板は、椎骨が枢動するのを許容し、後方および前方の対称な運動を備える。上述のように、生来の関節と人工関節との運動における差は、周囲の筋肉および組織に望ましくない影響を生じさせることがある。筋肉および組織は、関節を自然な運動で動かすように方向付けられまた適合されており、変性させ、または、不自然な運動を備える人工関節を適切に制御できないかもしれない。この変性および、人工関節を適切に運動および制御する能力の欠如は、従来の人工関節の不安定性を強調し、図１および図２で述べた関節の問題を強調することがある。
【００２４】
従って、エネルギー的に安定であり且つ自然な運動を提供する関節をもたらす人工椎間板を提供することが望まれることが認められる。このような結果を達成することは、人工椎間板およびその結果としての関節を提供し、関節を制御し、身体の自然な位置の支持を提供するための関節の故障に寄与する周囲の組織の変性などの身体に対する悪影響を最小化する。
【００２５】
頸部脊椎（首）の運動の研究は、脊椎の運動は複雑な非対称運動であることを明らかにしている。この脊椎の運動は、椎体の直線運動と回転運動の結合として観察される。ここで、椎体の運動は、典型的には、椎間板の上にある椎体の部分の、その椎間板の下にある椎体の対応部分に対する運動を説明することにより説明される。屈曲／伸展は、平行移動の方向と同方向における椎体の回転と組み合わせられた、椎体の前方または後方への平行移動を含む。回転は、典型的には、いくらかの持ち上げおよび側方へのいくらかの傾きと組み合わせられた、椎体の中心よりも幾分後方の点を中心とする椎体の回転を含み、たとえば、椎体の左への傾きは、左回転のときにいくらか生じる。側方への曲げ（side to side）は、回転、屈曲／伸展、および側方への傾きの組み合わせとして、複数の椎骨関節の協働により達成される。生来の脊椎の運動は、ＰａｎｊａｂｉらによるＳｐｉｎｅ．２００１年１２月１５日；２６（２４）：２６９２−７００；ＩｓｈｉｉらによるＳｐｉｎｅ．２００６年１月１５日；３１（２）：１５５−６０；ＩｓｈｉｉらによるＳｐｉｎｅ．２００４年１２月１５日；２９（２４）：２８２６−３１；およびＩｓｈｉｉらによるＳｐｉｎｅ．２００４年４月１日；２９（７）：Ｅ１３９−４４において説明されている。
【００２６】
図３は椎骨５０の上面を示している。椎骨は、脊柱の通路等の周囲の組織の付着のための様々な構造を含んでいる。本発明は椎間板および人工椎間板を提供することに関するので、図面および椎骨の議論は、典型的には椎体、椎間板に接続する符号５０ａで表される丸味のある前の領域、に限定される。従って、本願は単純化のために、椎体を丸味のある領域または円筒形の領域として示す。椎骨のディスク領域の背部（後部）は符号５４で示され、腹部（前部）は符号５８で示される。ファセット関節５２は、一般に理解されているように生来の脊椎の運動を制御する。これらの点は、椎骨の運動を議論するときに参照される。
【００２７】
図４は、２つの椎骨の側面（横面）図を示しており、前方および後方に屈曲するときの頸部の典型的な運動を示している。椎骨５０の後方５４および前方５８が椎骨４６に対して異なるように動くことが見てとれる。椎骨５０の前方５８は、椎骨５０の後方５４よりも大きな垂直運動を示す。また、椎骨５０の運動は、かなりの量の椎骨４６に対するスライド運動を含むことが見て取れる。椎骨間の椎間板６２は、椎骨５０の前方および後方への運動のような椎骨の運動が可能になるように極めて適合的であり、また形状を変化させる。本発明は、頸部椎間板置換のための関節の文脈における人工関節を議論するが、同様に他の脊椎椎間板置換のために用いることもできることを理解されたい。典型的には、人工椎間板の寸法を変更し、所望の範囲の運動を達成し制御するために突起部および凹部の形状を僅かに変更することによりこれが可能である。
【００２８】
図５Ａは椎骨５０の上面図であり、側方曲げの間の椎骨の様々な点の水平運動を示している。椎骨５０の後方５４は、側方曲げの間は実質的に同一の位置を維持する。椎骨５０の前方部５８および中心部６６は、椎骨の後方部５４に対して枢動し、矢印７０および７４で示されるように円弧を描くように運動する。また、椎骨５０の左側部７８および右側部８２は、椎骨の後方部５４の周りで円弧を描くように運動し、これが矢印８６および９０により示されている。
【００２９】
図５Ｂは椎骨５０の正面図であり、側方曲げのときの椎骨の様々な点の垂直運動を示している。また、椎骨４６および椎間板６２が示されており、椎骨５０の椎骨４６に対する運動を示している。側方曲げにおいて、椎骨５０の前方部５８は、椎骨４６に対して水平に運動し、これが矢印９４により示されている。椎骨５０の左側部７８および右側部８２は垂直に運動し、水平方向と同様に矢印９８および１０２により示されている。
【００３０】
図５Ａおよび図５Ｂに示されているように、椎骨５０の側方曲げは複雑な運動である。椎骨５０は側方へのスライドおよびねじれの両方の運動を含む。椎骨５０は、椎間板６２に対してスライド運動し、椎骨５０の後方部５４を中心に枢動する。椎骨５０の左側部７８または右側部８２は側方に運動するので、これらは椎骨４６に対して垂直に運動し、また、ねじれ運動をする。上述のように、側方曲げは典型的には、所望の運動を達成するために、複数の脊椎関節の共同的な運動を含む。図５Ａおよび図５Ｂは、脊椎の自然な側方曲げに順応するために、単一の脊椎関節の望ましい運動を示している。
【００３１】
図６Ａは椎骨５０の上面図であり、椎骨５０が回転するときの、椎骨の様々な点の水平運動を示している。椎骨５０は椎骨の中心のわずかに後ろの点６６を中心に回転する。このように、前方部５８、後方部５４、および側方部７８、８２は、図示のように矢印５６、６０、８０、８４に示すように運動する。図６Ｂは、椎骨４６および椎間板６２とともに椎骨５０の正面図を示し、椎骨５０が回転するときの椎骨５０の水平運動を示している。椎骨５０は、回転側に向かって傾くとともにいくらか垂直に持ち上がり（すなわち、左回転のときは左側に傾く）、これが矢印９６、１００、１０４により示されている。
【００３２】
図１に示すような従来の人工椎間板は、ボールアンドソケットタイプの構成を含み、または、２つのソケットの間の半球ディスク等を含む。図１の従来の人工椎骨は、図３から図６で説明したような自然な椎骨と同様な運動をしない。図７Ａは、従来の人工椎間板の運動を示しており、この運動は典型的な屈曲／伸展および側方曲げの両方である。上側の椎骨表面１０の後方部１０６および前方部１１０は、矢印１１４、１１８に従って運動する。この運動は、図４に示した生来の脊椎の屈曲運動および側方曲げ運動と全く異なることが分かる。この人工椎間板の側方曲げ運動は、屈曲運動に類似しているが、生来の脊椎は、回転運動および曲げ運動の組み合わせとともに側方に曲がる。身体内における圧縮力（体重、および、筋肉および腱の張力など）の存在は、生来の椎骨を屈曲中立位置に戻す傾向があるが、従来の人工椎間板に付与される圧縮力は、従来の椎間板を中立位置から離れた過度な屈曲位置または曲げ位置に運動させる傾向にある。
【００３３】
図７Ｂは図１の従来の人工椎間板の上面図であり、この人工椎間板により得られる関節の回転運動を示している。上側の椎骨表面１０は、矢印１２６で示されるように中心１２２を中心に枢動する。ボールアンドソケットタイプの人工椎間板は、椎間板の中心を軸として枢動し、また、椎間板の垂直運動を伴わずに枢動する。図５および図６に示したように、生来の椎骨は、いくらかの持ち上がりおよび傾きと組み合わせられて、椎間板のより後方の点を中心に枢動し、従来の人工椎間板は十分にこの運動を再現していない。身体内の圧縮力の存在は（重力および筋肉による張力など）、生来の椎骨を枢動中立位置に付勢するが、従来の人工椎間板は中立位置に付勢しない。
【００３４】
従って、従来の人工椎間板は、本来の安定性を欠く関節をもたらし（それ自身で中心に戻らず、または、脊椎に作用する自然な圧縮力により中立位置に付勢されない）、生来の脊椎の運動を再現することができなことが分かるであろう。これらの両方の要因は、不自然な運動を生じさせ、特定の脊椎関節を運動させる筋肉、接続組織、および支持関節に追加の応力を与える。従って、従来の人工椎間板は、脊椎のさらなる故障に寄与することがある。
【００３５】
ここで図８を参照すると、本発明による人工関節１３０の分解斜視図が示されている。関節１３０は、複数の突起部１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ（一括して１３８とする）を備える上部１３４を有し、また、複数の凹部１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ（一括して１４６とする）を備える下部１４２を有する。突起部１３８は、人工関節を脊椎の椎間板に置換させるために組み立てられたときに凹部１４６内に受け入れられる。凹部１４６は、突起部１３８が接触する表面を画定し、突起部の運動可能範囲を画定し、それゆえ、上部表面１３４の下部表面１４２に対する運動可能範囲を画定する。突起部の表面と凹部の表面との間の相互作用は、人工関節１３０の制御された運動を提供し、これは生来の脊椎の運動により近い運動である。
【００３６】
本発明の以下の図面および議論に示されるように、凹部および突起部は、しばしば境界領域により表示される。以下の議論および図面から、突起部および凹部は、しばしば滑らかな輪郭をそなえ、周囲の材料から徐々に移行する。従って、突起部または凹部に鋭い縁が存在しないことがある。たとえば、凹部の画定される境界は、突起部の運動が想定される領域を示し、または、人工関節の使用中に突起部が接触する領域を示す。人工関節のいくつかの構成において、突起部または凹部はより鋭い縁を画定してもよく、たとえば、工関節の運動範囲の積極的な制限を提供する保持壁を備えてもよい。他の構成として、凹部は境界付けられなくてもよく、または明瞭な縁を備えなくてもよく、下部表面に対する上部表面の運動を制限するピンのような他の構造を備えてもよい。従って、凹部との語は、突起部を受け入れる一般的な領域または部分を定義するために広い意味で用いられており、対向する側壁または延伸する性質をそなえる構造を備える構造に制限されないことを理解されたい。
【００３７】
以下の図面および説明は、突起部１３８および凹部１４６のプロファイルをより詳細に説明するものであり、人工椎間板１３０により許容される結果として得られる運動の範囲およびタイプを説明するものである。図面および説明により、凹部１４６は、突起部１３８を完全に収容するように必ずしも急な傾斜を備える垂直エッジを備える必要はなく、下部表面１４２の隣接表面から徐々に移行してもよいことが分かるであろう。凹部との語は、突起部１３８が接触し、人工椎間板１３０の運動を許容するために突起部がスライドする表面を説明するために用いられている。上部１３４の上部表面１３２および下部１４２の下部表面１４４（図には見えない）は、骨へ取り付けられるように構成されており、それにより、人工関節を形成する。取り付け表面１３２、１４４は、従来技術において知られている、スパイク、多孔性構造、骨への結合を誘導する化学物質等を備えることができる。これらの表面は、全ての図面において詳細には説明されていないが、必要に応じてここで開示されるあらゆる人工関節の一部として理解されたい。さらに、上部１３４および／または下部１４２のベースは、厚さ方向に傾斜していてもよく、その結果、人工椎間板１３０は、平坦ではないウェッジ形状になる。ウェッジ形状の人工椎間板は、前湾症、後湾症、または患者の脊椎の他の条件に対処するのに有効である。ウェッジ形状の人工椎間板を形成する傾斜した厚さを備える人工関節素子を用いることは、本明細書で開示されるあらゆる人工関節の一部であることを理解されたい。このような取付構造または、傾斜した厚さの構造は全ての状況において必要なわけではないことを理解されたい。また、特に、人工関節が核置換のために寸法決めされる場合において、異なる寸法または構成が可能であることを理解されたい。
【００３８】
図９は関節１３０の部分断面上面図であり、突起部１３８および凹部１４６の１つの可能な構成を示している。下部１４２および凹部１４６、が、突起部１３８の断面図とともに示されている。上部１３４の他の部分は明瞭にするために省略してある。（本願における議論で、突起部は上部から下部の凹部に下に向かって延びているが、逆の構成も可能であり、すなわち、ここで議論される安定性を維持しつつ、突起部が下部から上部の凹部に上に向かって延びる構成も可能である。）
図９および以下の図の多くは図８の線分９−９に沿って切り出され、また、人工関節の突起部および凹部の形状向きおよびその構成を示すために用いられる。
【００３９】
突起部１３８は、上部１３４上に半球体として形成されており、凹部１４６から区別するためにハッチングが施されている。凹部１４６は下部１４２内に形成される。凹部は、半球形状の凹部として形成することができ、あるいは、長形、豆形、卵形等の形状の凹部としてもよい。たとえば、前方の凹部１４６ａは、側方に延びる長い軸を備える長円形の凹部として形成することができる。側方の凹部１４６ｂ、１４６ｃは、下部の層１４２の隣接するエッジに対していくぶん平行に延びる長軸を備える長円形の凹部として形成することができる。形状に関わらず、凹部は、関連する突起部の隣接する突起よりも横方向に大きいことが好ましく、凹部の側壁（これは垂直というより概ね傾斜している）に係合する前に突起部にある程度の平行運動を提供する。
【００４０】
後の図面でより詳細に図示するが、受け入れ凹部は、典型的には最終的な人工関節の運動を制御するように形状つけられる。典型的には、凹部１４６の下部は、相対的に平坦であり、いくらかの平行移動を許容し、凹部の内側側面は徐々に傾斜し、下部１４２の中央に向かってスライドするときに、上部１３４の特定の側部が上部１３４の持ち上りを生じさせる。凹部１４６の外側部分は、凹部の下部の方向に単純に連続的とすることができ、あるいは、人工関節１３０の運動を制限する保持壁または急峻な傾斜面を備えるようにすることができる。突起部１３８が、凹部の傾斜した外側部分を登り、下部１４２の中心から離れて移動する上部１３４の側部を持ち上げることを意図しておらず、これは典型的には生来の脊椎の運動に反する。
【００４１】
さらに、凹部１４６は、関節の運動の制御を支援するために様々な角度に方向付けることができる。前方の凹部１４６ａを、完全な垂直よりもいくぶん前方に向かうように方向付けることができる。側方の凹部１４６ｂ、１４６ｃは、いくぶん後方に方向付けられ、また、側方の側面の外に方向つけられる。
【００４２】
図１０は、図１９の下部１４２の側面図を示す。前方凹部１４６ａが、完全に垂直ではなくいくぶん前方に向いていることがより明瞭に見て取れ、また、側方凹部１４６ｂ（図示せず）および１４６ｃが、完全な垂直方向から外側および後方に向いて傾いていることがより明瞭に見て取れる。凹部１４６の向きは、突起部および上部の運動の制御を支援し、従って、人工椎間板１３０の運動を制御する。人工椎間板１３０の運動は、以下の図面および説明においてより詳細に議論する。
【００４３】
図１１は人工椎間板１３０の他の部分断面上面図であり、突起部１３８および凹部１４６の別の構成を示している。突起部１３８は側部を備えるように形成され、この側部は後方の点１５０から概ね半径方向に整列し、後方の点１５０から延びる破線により示されている。同様に、凹部１４６の外形は、概ね半径方向の線に従う。このような半径方向のアライメントは、椎間板が後方の点１５０を中心に回転するのを促進し、上述のような生来の脊椎の運動を再現させる。
【００４４】
椎間板が回転するとき、前方の突起部１３８ａは矢印１４８で示されるように横に運動し、側方の突起部１３８ｂ、１３８ｃは、矢印１５２、１５６で示されるように運動する。上部１３４が右に回転するとき、左側の突起部１３８ｃは、凹部の側に係合して垂直に持ち上がり（紙面外）、それにより生来の脊椎が回転するときの傾きを再現させる。上部表面１３４が、下部表面１４２に対して左に回転するとき、右側の突起部１３８ｂは同様に持ち上がる。また、これらの運動は図１３−１５に示されている。
【００４５】
図１２は人工椎間板の他の部分断面図を示しており、突起部１３８および凹部１４６の他の構成を示している。側方の突起部１３８ｂ、１３８ｃおよび側方の凹部１４６ｂ、１４６ｃは、僅かに湾曲するように形成されている。この湾曲部は、上部１３４が点１５４を中心に下部１４２に対して回転することを促進する。側方突起部１３８ｂ、１３８ｃおよび側方凹部１４６ｂ１４６ｃの湾曲表面は、椎間板１３０の回転運動を所定の運動に拘束するのを支援する。
【００４６】
点１５４は、椎間板１３０の前方部分（点１５８で示される）よりもいくぶん前方にあるが、椎間板の中心１６２よりは後方である。椎間板１３０の上部１３４が回転するとき、前方の突起部１３８ａは矢印１６６に従って運動し、側方の突起部は矢印１７０および１７４に従って運動する。凹部１４６ｃの形状は、上部１３４が右側に枢動するときに左側の突起部１３８ｃが垂直に持ち上げ、凹部１４６ｂの形状は、上部が左に枢動するときに右側の突起部１３８ｂを持ち上げ、従って、生来の脊椎が回転するときの傾きを再現する。
【００４７】
図１３Ａは、図８から図１２の人工椎間板１３０の線分１３−１３に沿った断面図を示している。この断面図は、図８に含まれる人工椎間板１３０の上部１３４と下部１４２の両方を示し、断面の明瞭に示すために図には断面線が示されている。突起部１３８ｂおよび１３８ｃが、丸味のある下表面を備え、これが凹部１４６ｂ、１４６ｃの表面に対する滑らかなスライド運動（回転運動および平行運動）を許容する。また、凹部１４６ｂ、１４６ｃは滑らかに形成され、運動の所望の範囲にわたる滑らか且つ連続的な運動を提供する。静置位置において、突起部１３８ｂ、１３８ｃの低部は、凹部１４６ｂ、１４６ｃの概ね平坦な底部に着座する。従って、この関節は極めて安定であり、関節を静止状態に保持するのに追加的な仕事を必要としない。身体の重量および周囲の組織の張力のような関節に付与される圧縮力は、関節を静置状態になるようにバイアスする性質を持つであろう。関節の静置状態は、エネルギー的に安定であり（エネルギーが最小であり）、また、生来の脊椎の中立位置に対応する。
【００４８】
上部１３４が（生来の脊椎で生じるように）下部１４２に対して右にスライドする場合、左側突起部１３８ｃは、凹部１４６ｃの表面に沿って上方に移動するので持ち上がる。右側突起部１３８ｂは、凹部１４６ｂの概ね平坦な底部に対して概ね水平に移動し、上部１３４の傾きを生じさせて生来の脊椎の運動に一致させ、人工椎間板の正味の拡張を生じさせる。上部１３４の左への運動は、右側突起部１３８ｂを凹部１４６ｂの側壁に沿って垂直に持ち上げ、左側突起部１３８ｃは概ね水平にスライドし、上部１３４を左に傾斜させて人工椎間板の正味の拡張を生じさせる。突起部１３８の移動および曲率を凹部１４６の側壁に調和させることにより、上部１３４を生来の脊椎で生じる移動に緊密に似るように形成できる。従って、人工関節の上の身体の重量および生来の脊椎を取り囲む組織内の張力のような脊椎に加えられる圧縮力は、これらの力は人工関節を圧縮するように作用するので、人工関節を中立位置に戻すように作用する。人工関節１３０は、これらの圧縮力が上部１３４を元の中立位置に戻す傾向を持つので、本来的に安定である。従って、追加の疲労が、筋肉および接続組織に加わらず、関節の安定性が増加する。
【００４９】
図１３Ｂは図１３Ａの人工関節を示しており、上部が僅かに右にずれている状態を示している。突起部１３８ｃが右側に移動するときに持ち上がっていることが見て取れ、上部１３４が右に傾斜しているところが見て取れる。上部１３４と下部１３８との間の平均距離が増加しているのが見て取れ、結果として人工関節の正味の拡張が生じる。従って、関節１３０に作用する圧縮力は、関節の拡張を打ち消すように作用して中立位置に戻すように作用する。
【００５０】
人工関節の運動により生じる人工関節の拡張を異なる方法で説明できる。上部１３４、下部１３８、およびその間の空間の体積を含む関節が占める体積は、関節の中立位置からの変位に応じて増加する。他の言い方をすれば、上部１３４と下部１４２との間の平均距離は関節が中立位置からずれるときに増加する。関節１３０の拡張を説明するために様々な用語を用いることができるが、本発明の人工脊椎椎間板の設計は、結果として生じる人工関節の運動の想定範囲のために、人工関節が中立位置からのずれによる結果により拡張し、それゆえ、人工関節に作用する圧縮力が関節を中立位置に戻すようにバイアスするようになされる。通常、使用中に関節に作用する力は関節を中立位置に復元する傾向を持つので、これは本来的に安定な関節を生成する。人工関節の最も好ましい実施形態として、関節は、あらゆるタイプの望ましい運動において正味の拡張を受け、あらゆるタイプの運動が関節の圧縮力による打ち消し力が関節に作用するようにし、あらゆるタイプの運動に応答して脊椎に自然に作用する圧縮力が関節を中立位置にバイアスする。
【００５１】
図１３Ｃは、図１３Ａおよび図１３Ｂに類似の人工関節を示しており、ここで、突起部１３８（側方突起部１３８ｂ、１３８ｃが示されている）は下部１４２に形成されており、凹部１４６（側方凹部１４６ｂ、１４６ｃが示されている）は上部１３４に形成されている。凹部１４６の傾斜の方向は、人工関節１３０の運動中の傾きと同一の方向の傾きを達成するために反対になっていることが見て取れる。すなわち、図１３Ａにおいては、下部の外縁に隣接する領域は概ね水平であり、下部の内側に隣接する領域は傾斜している凹部を示しており、図１３Ｃにおいては、上部１３４の外縁に隣接する領域では傾斜し、上部の内側に隣接する領域は概ね水平である凹部１４６を示している。図１３Ｃに示される構成は、上部１３４が前方に延びる場合等に前方に傾斜し、上述のように脊椎の自然な運動に一致させる。
【００５２】
本発明の人工関節は、常に上部１３４に突起部１３８があり下部１４２に凹部１４６があるように構成しなくてもよく、下部に突起部があり上部に凹部がある構成を含むことができ、あるいは、上部および下部に突起部と凹部との両方の組み合わせてもよい。一般に、関節の下部１４２に突起部１３８を備え、関節の上部１３４に凹部１４６を備えことが望まれる場合、凹部の相対的な向きは逆になり、凹部の内側に位置する傾斜部分（間瀬打つの中心に最も近い）が、凹部の外側に位置し、凹部の外側に位置する概ね平坦または傾斜の緩い部分は、凹部の内側に位置する。しかし多くの場合、突起部が関節の頂部にあり、凹部が関節の下にある人工関節を製造するほうが容易である。
【００５３】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、図８から図１２の人工椎間板１３０ぼ線分１４−１４に沿った断面図を示している。この断面は、図８から図１２に含まれる人工椎間板１３０の上部１３４および下部１４２の両方を示すが、切り出し線は、示される断面を明瞭に示すために図１２に示されている。側方突起部１３８ｂ、１３８ｃ（右側突起部１３８ｂは示されていない）は、上部１３４が前方（下表面１４２の前方に向かって）に移動するときに上方に移動する。側方突起部１３８ｂ、１３８ｃは上方にスライドし、また、凹部１４６ｂ、１４６ｃの表面に対して前方にスライドする。従って、上部１３４は、後ろに約５°から７°上方に枢動し、それにより生来の脊椎の運動を再現する。前方突起部１３８ａは、示されていないが水平にスライドでき、あるいは、生来の脊椎に似せて、関節の前方における降下運動を提供するために、前方凹部１４６の傾斜に沿って下方にスライドするようにしてもよい。しかし、従来の人工関節とは異なり、関節は、関連する筋肉が緩むと元の位置に戻るように構成され、関節に作用する圧縮力を利用して、関連する凹部の側壁を降りて突起部１３８ｂ、１３８ｃが戻るようにスライドさせ、前方突起部１３８ａを元の位置にスライドさせまたは持ち上げる。
【００５４】
図１５は、図８から図１２の人工椎間板１３０の線分１５−１５に沿った断面を示しており、同図では、前述の図面には示していないが運動制限ポストまたは停止部が追加されている。この断面図は、図８から図１２に含まれる人工椎間板の上部および下部の両方を示すが、示される断面を明瞭に示すために切り出し線は図１２に示されている。前方突起部１３８ａおよび前方凹部１４６ａが示されている。上部１３４が後方（下表面の後方に向かって）に移動するとき、前方突起部１３８ａは凹部１４６ａの傾斜表面を登るようにスライドするので垂直に持ち上がる。上部１３４の下部１４２に対する運動を制限するために、上部および下部の一方は、そこに形成されるポスト１７８（前述の図には示されていない）を備えることができ、他方の部分はポスト１７８を受け入れる穴１８２または凹部を備えることができる。人工関節の運動を積極的に制限するために、様々な方法および構造を用いることができる。
【００５５】
穴１８２に画定される空間に対するポスト１７８の運動の制限は、上部表面１３４の下部表面１４２に対する運動を制限し、人工椎間板１３０により提供される運動の範囲を制限する。これは、事故または他の激しい衝撃が生じるときに、人工椎間板１３０が外れる（上部表面１３４が下部表面１４２からあまりに遠くに移動し、または外れる）のを防止するのに重要であろう。
【００５６】
頸部椎骨の運動は相対的に小さい。たとえば、前方および後方への曲げにおいて、椎骨は前方に約１０°傾き、また後方に約５°傾く。同様の運動は、下の椎骨に対して約１ミリメートルまたは２ミリメートルの椎骨のスライドを含む。回転の場合、椎骨は、下の椎骨に対して、約４°枢動し、約０．５ミリメートルまたは約１ミリメートルスライドする。従って、穴１８２は、ポスト１７８よりも約４ミリメートル大きくすることができる。
【００５７】
図１３から図１５は、突起部１３８の運動を所定の方向に向け、および、１つまたはそれ以上の突起部を上部１３４が移動するときに選択的に持ち上げるために、どのように凹部１４６を形状つけるかを示している。突起部は、生来の脊椎の運動を再現する運動をするように方向付けられる。人工椎間板１３０が前方に曲げられるとき、上部１３４は前方にスライドし、また、側方突起部１３８、１３８ｃが凹部１４６ｂ、１４６ｃにより垂直に持ち上がるときに、上部１３４は傾斜する。
【００５８】
また、人工椎間板が回転するとき、突起部１３８および凹部１４６は、生来の脊椎の運動を再現するのを支援する。たとえば、上部１３４が右に回転するとき、前方突起部１３８ａは右にスライドし、左側方突起部１３８ｃは左にそしていくぶん前方にスライドして垂直に持ち上がり、そして、右側突起部１３８ｂは左にそして僅かに後方にスライドする。突起部１３８の形状を制御し、また、凹部１４６の低部および側壁の形状および曲率を制御することで、上部１３４および下部１４２の三次元の運動を入念に制御することができる。従って、図１の人工関節よりも、生来の脊椎の運動をより正確に再現する人工関節を形成することができる。
【００５９】
図１６は、人工椎間板１３０の突起部１３８および凹部１４６の詳細図を示す。明瞭にするために１つの突起部および凹部１４６だけが示されているけれども、議論される原理は、他の突起部１３８／凹部１４６の組合せのそれぞれに適用できる。凹部１４６は、概ね平坦であり水平な底区域１８６、湾曲する遷移区域１９０、およびより急に傾斜する区域１９４を備えるように形成できる。突起部１３８は、丸い端部１９８を備えるように形成され、この端部１９８は、凹部１４６に対して滑らかにスライドでき、スライド運動は凹部の様々な区域に対して滑らかな平行移動を含む。突起部および凹部の様々な形状を、人工関節の特定の運動を変更するために用いることができ、たとえば、上部１３４の平行運動に対する持ち上げ割合を増加させるために、湾曲区域１９０がより急にあるいは緩やかに湾曲するようにしてもよい。
【００６０】
突起部１３８は、凹部の平行区域１９０の静置位置に位置するようにすることができ、そうすると、突起部１３８は、傾斜部分１９４から離れて（図１６の左に向かって）スライドするときに概ね水平にスライドし、突起部は、水平に移動するときのように凹部１４６の傾斜部分に向かって（図１６の右に向かって）スライドするときに、上に向かって直ちに移動する。突起部１３８および凹部１４６のこのような構成は、自ら中心決めしエネルギー的に安定な人工椎間板を形成するのに用いることができる。
【００６１】
突起部１３８および凹部１４６は、突起部が概ね下部１４２の中心から離れてスライドするときに概ね水平にスライドし、突起部が概ね下部１４２の中心に向かってスライドするときに水平および上方の両方にスライドするように方向付けることができる。従って、人工椎間板が前方に移動するとき、これは脊椎の前方の曲げのときに生じ得るが、前方突起部１３８ａは概ね前方にスライドし、側方突起は、側方凹部１４６ｂ、１４６ｃの平行部分１９０および傾斜部分１９４に対して前方および上方の両方にスライドする。従って、人工椎間板１３０の上部層１３４の後方部分は、上方に持ち上がり、身体の重量および人工椎間板１３４の上で支持される組織を持ち上げる。上部１３４の持ち上げおよびそれに支持される重量は、重力に対抗し、また、筋肉およし脊椎を支持する組織の張力に対抗する。従って、関節の上に作用する体重の圧縮力および支持組織の張力は、関節を中立位置に戻すように作用し、持ち上がった側方突起部１３８ｂ、１３８ｃを下げ、また、上部１３４および支持重量を下げる。同様な機能モードが、人工椎間板１３０の回転運動のときに達成される。
【００６２】
前方の曲げに関して議論したが、各凹部１４６は円周全体について傾斜する側壁を備えることができ、それにより、水平運動の任意の方向に対して関連する突起部１３８の持ち上げを選択的に制御することができることが分かるであろう。突起部１３８の曲率および凹部１４６の曲率を調和させることにより、上部１３４の三次元運動の実質的な制御が提供される。
【００６３】
このように人工椎間板１３０は従来技術に対して利点があり、この椎間板はエネルギー的に安定であり、または、自ら中心決めし中立位置に戻るようにバイアスされる関節をもたらす。従来の人工椎間板においては、重力に関して不安定であり、中立位置から動いたら中立位置からさらに離れるようにバイアスされる。さらに、人工椎間板１３０は、脊椎の生来の運動により近似した運動を生じさせる。脊椎の生来の運動により緊密に一致させることは、使用中に人工関節を取り巻く組織への悪影響を低減し、人工関節の長期間にわたる成功を促進する。
【００６４】
図１７は、人工椎間板１３０の突起部１３８および凹部１４６の他の構成を示しており、これは、結果として生じる関節の運動範囲を制限する。突起部１３８は、丸い端部２０２を備えるように形成され、これは凹部１４６との接触点から離れるにつれてより急峻に湾曲する。凹部１４６は、内側保持壁２０６および外側保持壁２１０を備えるように形成される。突起部１３８は、凹部１４６内の極端な位置に移動したときに一方の保持壁に接触する。下部表面１４２に対する上部表面１３４の運動を制限するために、任意のまたは全ての凹部を保持壁を備えるようにこのように形成することができる。従って、突起部が静置位置にあるとき、保持壁２０６、２１０の間の空間は、上部表面１３４の運動範囲を決定し、人工椎間板１３０の結果として生じる関節の運動範囲を決定する。
【００６５】
保持壁２０６、２１０は、凹部１４６の周りに完全に延び互いに接続されるようにしてもよく、あるいは、分離した構造として形成してもよい。内側保持壁２０６は必ずしも必要ではないことが分かるであろう。各凹部１４６が外側保持壁２１０を備えるように形成されていれば、突起部１３８および上部表面１３４の運動範囲は、あらゆる方向においいて外側保持壁２１０により制限されるであろう。同様に、関節が完全に内側保持壁により制限されるならば外側保持壁は必ずしも必要ではない。
【００６６】
内側保持壁２０６は、選択された方向に関して、突起部１３８および上部表面１３４の運動をより正確に制御するために用いることができる。図１８はこのような使用を示している。たとえば、内側保持壁２０６ｂ、２０６ｃは、凹部１４６ｂ、１４６ｃの内側に配置することができる。内側保持壁２０６ｂ、２０６ｃは、側方突起部１３８ｂ、１３８ｃの純粋な横方向の運動を防止する。内側保持壁２０６、２０６ｃは、回転のとき、側方突起部１３８、１３８ｃが側方に平行移動せずに、側方突起部と内側保持壁との間の接触点を中心に回転するように、側方突起部１３８、１３８ｃに対して位置決めされる。
【００６７】
たとえば上部１３４が右に回転する場合、側方突起部１３８ｂ、１３８ｃは、単純に左または右に平行移動できない。左側突起部１３８ｃは前方および右に移動し、また、右側突起部１３８ｂは、幾分後方に移動する。前方の突起部１３８ａは、右および前方に移動する。左側突起部１３８ｃは移動するとき前述のように垂直に持ち上がる。従って、内側保持壁２０６ｂ、２０６ｃは、生来の脊椎の運動を再現させるために人工椎間板の運動を制限するのを支援することが分かる。内側保持壁は、回転中心が、生来の脊椎の回転中心が位置する場所である人工椎間板の後方端部により近い、概ね保持壁の間にくるようにする。
【００６８】
前方および後方への曲げに際して、上部１３４は、生来の脊椎と類似するように矢印２１４、２１８、２２２に示されるように移動すべきである。回転に際して、上部表面は、生来の脊椎の運動に類似するように、矢印２２６、２３０、２３４により示されるように移動すべきである。
【００６９】
生来の脊椎の運動を完全に再現することはできないかもしれないが、それでも、十分に安定な人工椎間板１３０を達成できることが分かるであろう。こうして得られた設計は、たとえば、自然な運動に一致させ、および生得的に安定性を提供し自立的に中心決めする能力を折衷させる。人工関節は、自然な運動に対するよい一致を提供し、生得的に安定であり、そして、過度な費用および困難をなく、所望の材料から製造できる折衷物である。しかし、本発明は、従来の生得的に不安定である人工椎間板を超える顕著な改良を提供するものであり、脊椎の自然な運動をより正確に再現する。
【００７０】
図１９は、本発明の人工椎間板１３０´の部分断面図を示す。上部１３４´（図２０）は、前方突起部１３８ｄおよび後方突起部１３８ｅを含む。下部表面１４２は、前方凹部１４６ｄおよび後方凹部１４６ｅを含む。２つの突起部／凹部の設計は、３つまたはそれ以上の突起部の設計と同程度の安定性を備える人工関節を提供しないであろうが、従来の人工椎間板よりも顕著に改善された安定性および運動性を提供する。たとえば、細長い構成の突起部１３８、１３８ｅは、従来技術による半球型の単一の突起部の場合に比べて、関節を中心決めするのに必要な労力を最小化する。
【００７１】
図２０は、図１９の人工椎間板１３０´の線分２０−２０に沿った断面図である。図示のように構成される突起部１３８および凹部１４６は、人工椎間板１３０´の前方に曲がるときに、前方突起部１３８ｄを前方に（左に）スライドさせ、後方突起部を前方および上方にスライドさせ、生来の脊椎と類似するように上部１３４´を前方に傾け、上部表面をスライドさせる。
【００７２】
同様に、人工椎間板が前方に曲がるときに、後方突起部１３８ｅは後方にスライドし、前方突起部１３８ｄは凹部１４６に沿って後方および上方にスライドし、上部１３４奪取を後方に傾け、上部を生来の脊椎に類似するようにスライドさせる。上部１３４´の上方の運動は、人工椎間板が前方および後方への曲がるとき、重力に対して支持される身体を移動させ、上述のように重力が人工椎間板を中立位置に戻すようにバイアスする。
【００７３】
回転に際して、上部１３４´は概ね人工椎間板１３０´の中心の周りを回転し、上部椎間板は、突起部１３８の縁が凹部１４６の傾斜した部分に接触するので、僅かに持ち上がり、重力が人工椎間板１３０´を中立位置にバイアスする。突起部および凹部の構成を修正することにより、上部１３４´を、上部の中心軸以外の軸を中心に回転するように構成できる。従って、生来の脊椎の運動により正確に似せた人工関節を提供することができる。
【００７４】
図１９および図２０の２つの突起部を持つ人工椎間板１３０´は、図８から図１８の３つの突起部を持つ人工椎間板１３０ほど正確に生来の脊椎の運動に近似していないが、製造がより容易である。さらに、この人工椎間板１３０´は、従来の人工椎間板より安定である。
【００７５】
図２１は、他の人工椎間板の斜視図を示しており、これは図８から図１８に類似しており同様の機能を備える。この椎間板は、関節の上部２３８上に形成されている前方突起部２３４が異なっており、より急峻に終端する前方側部を備える。下部２４２は対応する形状の凹部２４６を備えるように形成されている。側方突起部２５０、２５４（２５４は図示されていない）および側方凹部２５８、２６２は、突起部２３４および凹部２４６と類似の形状を備えるように形成でき、あるいは、前出の図で示したようなより滑らかな形状になるようにしてもよい。
【００７６】
図２２は、図２１の関節の断面図であり、線分２２−２２に沿って切り出されている。突起部２３４のほぼ垂直な前方側部および凹部２４６のほぼ垂直な前方側部は、上部２３８が、下部２４２に対して右側に短い距離より大きく移動することを防止し、運動の制限を提供する。このような運動の制限を設けることは、人工関節が、患者に装備されたときに正常な範囲を超え伸展しないことを確保することを支援する。前述したように、凹部２４６は、図示の中立位置から右に移動するときに突起部２３４が相対的に水平に移動しするように形状付けられ、また、突起部が、基部に対しておよび図示の中立位置から左に移動するときに、左に移動するとともに垂直に移動するように形状付けられる。上述のように、これは安定な関節を形成し、関節上に作用する圧縮力が関節を中立位置にバイアスする。１つまたはそれ以上の突起部および凹部をこのような手法で形成でき、それにより関節の運動を制限することが分かる。ここで議論された人工関節の運動を制限する方法と別の１つまたはそれ以上の方法を、ここで示した構成と異なる任意の異なる関節とともに用いてもよい。
【００７７】
図２３は他の人工椎間板２６４を示しており、これは、本明細書で議論される安定性および運動の制御を達成するために、単一の突起部および単一の凹部を用いる。上部２６６は単一の凹部２７０を含み、下部２７４は単一の突起部２７８を含む。凹部２７０および突起部２７８は、丸味を備えおよび／または角度の付いた係合表面を備えるように形成され、これらの間の滑らかな運動を提供する。突起部２７８および凹部７０は、人工関節の回転を制限し、関節のより自然な運動を提供するために、多角形状または他の形状のように形成できる。円形の突出部２７８および凹部２７０は、関節の上部２６６の下部２７４に対する回転を制限しないことが分かるであろう。突起部２７８および凹部２７０は、長円形、四角形、三角形、または他の形状とすることができる。
【００７８】
図２４は人工椎間板２６４の断面図を示す。凹部２７０は凹部の中心から遷移する傾斜した外壁２８２を含み、また、丸味のある肩部２８６を含むことが見て取れ、突起部２７８が、傾斜した遷移領域２９０および丸味のある肩部２９４を備えることが見て取れる。突起部の肩部２９４は、傾斜した外壁２８２に接触してスライドし、凹部２７０の方部２８６は、突起部の傾斜した遷移領域２９０に接触してスライドする。
【００７９】
人工椎間板２６４を見ると、上部２６６が下部２７２に対して右に移動すると、上部の右側は、概ね水平な面に対して概ね水平に移動し、上部の左側は、肩部２８６、２９４が係合し、傾斜した遷移領域２８２、２９０に沿って移動するので持ち上がることが分かる。これは、人工関節２６４の側方曲げまたは屈曲／伸展の場合であろう。従って、人工関節２６４は、生来の脊椎の運動に完全には近似しないが、類似の運動を形成し、また、関節に付与される圧縮力により図示の中立位置にバイアスされる関節を形成する（これは関節が人間の脊椎に装備された場合である）。人工関節１６４の運動をより制御するために、上部２６６は、符号２９２で示されるように肩部２８６上の接触点から離れて湾曲するようにしてもよい。さらに、脊椎の自然な運動により正確に近似させるために、符号２９６で示されるように、下部２７４は後方部において下方に傾斜してもよい。
【００８０】
図２５は、図２３および図２４に示される人工関節に類似する人工関節の上部２９８の下面図を示す。凹部３０２（および関節の下部に形成される対応する突起部）は、前出した正方形または長方形以外の形状に形成できることが見て取れる。突起部および凹部の異なる形状は結果として得られる関節の運動の特性を変更する。たとえば、図示のように形状付けられる突起部／凹部は、一方に移動するときに、反対側に移動するときよりもより持ち上がる傾向があり、または、関節の回転または側方曲げのときに異なる回転特性を提供する。従って、形状を生来の脊椎の運動に合理的に近似させるように選択でき、そのような形状は、圧縮力により中立位置にバイアスされる関節を形成し、また、このような形状は相対的に製造するに単純な形状である。
【００８１】
図２６は、生来の椎間板の輪３１０（線維輪）を所定位置に残したまま、損傷した脊椎板の核の置換に用いられる本発明の人工椎間板３０６の使用を示している。機能するように無傷である残っている輪３１０は、人工関節３０６の支持を提供し、関節３０６を中心に保持するのを支援し、または、関節の上部を関節の下部の上で中心に保持するのを支援するのである場合には有利である。核置換に用いられる人工関節は、典型的には椎間板全置換に用いられる関節よりも小さい。前述した任意の関節の設計は、適切な材料から適切な寸法および構成で製造できるならば、椎間板全置換および核置換のいずれいも用いることができる。
【００８２】
図２７は、関節３１８を取り囲む弾性体バンド３２２を備える人工椎間板３１８を示している。このバンド３２２は、関節の運動を緩く制限し、関節の上部を関節の下部の上で中心に保持するのを支援し得る。上述の任意の関節の設計に、所望であればこのようなバンド３２２を結合してもよい。
【００８３】
図２８は本発明による他の人工椎間板を示している。人工関節３２６は、円形凹部３３２を備える基部３３０、トロイド３３４、トロイド内に入れられる円錐形部または切頭円錐部を備える上部３３８を有する。トロイド３３４は、基部３３０に対して平行移動するが、圧縮力により基部の中心にバイアスされる。上部３３８は、トロイド３３４の内部で枢動し、円錐部分とトロイドとの間の相互作用により枢動するときに持ち上がる。
【００８４】
図２９は、図２８の関節が屈曲／伸展運動または側方曲げ運動に対応する位置にある状態を示している。トロイド３３４は、基部３３０の凹部３３２に対してスライドするときに持ち上がることが見て取れ、また、上部３３８が枢動するときに持ち上がることが見て取れる。関節３２６は対称な形状を採用し、これは相対的に製造が容易であり、また概ね生来の脊椎の運動に近似する。関節の屈曲／伸展および側方曲げは、生来の脊椎に緊密に近似し、また、中立位置にバイアスされる。回転は制限されないので、回転運動は筋肉および周囲の組織が制御するのが容易であり、また、回転運動は生来の脊椎上に作用する圧縮力による影響が最も小さい。
【００８５】
ここで図３０に移り、同図は他の人工関節の展開斜視図を示している。この関節は全体が符号３５０により示されており、図８から図２２に示される人工関節に類似している。関節３５０は、前方突起部３５８および２つの側方突起部３６２を備える上部３５４を有する。また、関節３５０は下部３６６を有し、下部３６６は、前方凹部３７０および２つの側方凹部３７７を有し、２つの側方凹部３７７は図示のように単一の凹部になるように互いに接続されていてもよい。しかし、図示のような狭い接続部分は、人工椎間板の運動に寄与せず、これは製造上の便宜のためであることを理解されたい。関節の機能については図８から図１８とともに既に議論されている。すなわち、上部３５４は下部３６６に対してスライドし、前方−後方、側方、および回転の平行運動が許容される。上部３５４は下部３６６に対してスライドするとき、突起部３５８、３６２は、凹部３７０、３７４の湾曲した表面のために典型的には下部３６６に対して垂直に移動する。後の図で示すように、突起部３５８、３６２は概ね球形であり、凹部３７０、３７４は、円形の垂直断面を備える。これにより、人工関節３５０は脊椎の自然な運動に緊密に一致し、製造が容易であり上述したような生得的な安定性を提供する。
【００８６】
図８から図２２の人工関節に類似して、突起部３５８、３６２は、突起部が下部の中心に向かって移動するときに、下部３６６に対して上方に移動する。この垂直運動により、人工関節の正味の拡張が生じ、関節に付与される圧縮力が関節を中立位置に戻すようにバイアスされる関節が得られる。この垂直運動はまた、人間の脊椎の自然な運動により緊密に一致する運動を提供する関節をもたらす。凹部３７０、３７４における傾斜および曲率の変化は、特定の水平運動により発生する垂直運動の量を制御するために調整することができることを理解されたい。
【００８７】
図３１から図３４は、図３０の関節３５０の上部３５４のさらなる詳細を示している。図３１は、上部３５４の底面図である。図３２および図３３は図３１の線分３２および線分３３に沿って切り出された断面図である。図３４は、上部３５４の斜視図である。関節３５０の１つの利点は、生来の脊椎の運動を緊密に再現する運動を達成するとともに、図１１の関節よりもいくぶん単純でより均一な表面形状および幾何配置を用いていることである。上部は、半球状の突起部３５８、３６２を備える実質的に平坦な椎間板のように形成することができる。半球状の突起部３５８、３６２は、例えば図１１に示されるようなより複雑な突起部の場合よりも、成形および磨きがより容易である。
【００８８】
図３５から図４０は、図３０の関節３５０の下部３６６のさらなる詳細を示している。図３５は、下部３６６の上面図であり、図３６から図３９はそれぞれ図３５の線分３６から線分３９に沿って切り出した断面図である。図４０は、下部３６６の斜視図である。図３０および図３５から図４０から分かるように、２つの側方凹部３７４は、人工関節の下部３６６の後ろを横切って互いに接続するようにできる。側方突起部３６２は、下部３６６の側方凹部３７４の間の後ろの部分に完全に移動することは決してできないが、これはこのような構成の関節を形成し磨くのを容易にする。
【００８９】
図３６から図３９から見て取れるように、前方凹部３７０の接触表面３７８（関節が動くときにここに対して前方突起部３５８がスライドする）は、概ね湾曲し傾斜している。凹部３７０の接触表面３７８は、関節の屈曲および伸展のときなどに、突起部３５８が下部の中心から離れるようにスライドするときに下方に移動することを許容し、また突起部３５８が下部の中心に向かってスライドするときに上方に移動することを許容する。また、たとえば関節が回転するときに、突起部が下部に対して側方に移動するとき、突起部は上方に移動することを許容する。接触表面３７０の曲率は、突起部３５８が下部３６６の中心に近い場合は、突起部３５８が下部の外縁に近い場合のときに比べて、単位水平運動当たりの大きな垂直運動を生じさせる。
【００９０】
下部３６６のより容易な製造を促進するために、凹部３７０、３７４は、それぞれ図３７から図３９に示されるような円形の垂直断面を備えるようにすることができる。これにより、凹部を形成するために、製造中に円形の研削具または研磨具を下部に対して適用することができる。
【００９１】
図３６から図３９から見て取れるように、側方凹部３７４の接触表面３８２は、前方凹部３７０の接触表面３７８の曲率半径よりも小さな曲率半径を備える。側方凹部３７４の接触表面３８２は、下部３６６の外縁付近で水平またはほぼ水平になり、また、下部の中心付近でより急峻になる。結果として、側方突起部３６２は、側方突起部３６２が下部３６６の中心から離れるように表面３８２上を移動するときにほとんどまたは全く垂直に移動しない。また、側方突起部３６２が下部の中心に向かって移動するときに、側方突起部３６２は関節の下部３６６から離れるように上方に移動する。接触表面３８２の曲率は、側方突起部が下部３６６の中心に近づくときに、側方突起部３６２の単位水平運動当たりの垂直移動量が大きくなるようになされる。
【００９２】
接触表面３７８と比べたときの接触表面３８２のより中心部分における急な傾斜は、人工関節３５０を中立位置（すなわち、ずれていない位置）にバイアスする正味の復元力を提供する。従って、接触表面３７８の傾斜は、中立位置にあるときでも、下部の中心から離れるように前方突起部３５８をバイアスする性質をもつことになるが、側方接触表面３８２のより急な傾斜は、前方突起部の側方突起部３６２へ向かうさらなる変位に反対するより大きなバイアスを提供し、人工関節３５０に圧縮力を作用させつつ関節を中立位置に維持することになる。
【００９３】
凹部３７０、３７４の接触表面３７８、３８２の形状および曲率は、生来の脊椎の運動に近似した人工関節３５０の運動を生じさせ、また、関節３５０が圧縮状態に置かれたときに中立位置に戻る性質を持つ人工関節３５０を提供する。中立位置は、上部が下部と整列しこれらの中心からずれていない位置である。（上部または下部は突起部からいくぶんずれた基部を備えることができ、突起部および凹部が中立位置にあるが上部および下部の基部がいくぶん非整列となってもよいことを理解されたい。）使用に際して、人工関節３５０は、身体から関節に付与される圧縮力により、ずれていない中立位置に向かってバイアスされ、それにより関節を安定させる。人工関節３５０は、脊椎の自然な運動、すなわち、脊椎の側方曲げまたは回転の時に生じる回転運動および平行運動、および脊椎の屈曲および伸展の時に生じる平行運動、に対してよく近似される。
【００９４】
ここで図４１から図５３に移ると、本発明の他の人工脊椎関節３８６が示されている。人工関節３８６は、上述の原理に基づいて機能し、この人工関節は脊椎の自然な運動によく一致した運動を提供し、また生得的に安定である。関節３８６は、想定の範囲内の運動による正味の拡張およびそれによる関節に作用する圧縮力を受けた状態で安定であり、脊椎中で、関節を中立のバイアスされない位置に復元する傾向を持つ。
【００９５】
図４２から図４６は、図４１の関節３８６の上部３９０を示しており、図４８から図５３は関節の下部３９４を示している。図４３は、上部３９０の底面図を示し、図４４から図４７は、図４３の線分４４から線分４７に沿って切り出した上部の断面図である。同様に、図４８は、下部３９４の斜視図であり、図４９は下部３９４の上面図であり、図５０から図５３は、図４９の線分５０から線分５３に沿って切り出した断面図である。
【００９６】
関節３８６は、図８から図１８および図３０から図４０で議論した関節とは異なっており、関節３８６は、単一の後方突起部３９８および後方凹部４０６、および２つの前方側方突起部４０２および２つの前方側方凹部４１０を備える。他の点では、上部３９０および下部３９４は上述の議論と類似の方法で互いに噛み合い、また上述の議論と類似する機能を備える。
【００９７】
関節３８６は、２つの前方突起部４０２および単一の後方突起部３９８を備え、また、対応する凹部を備えるので、ファセット関節（図３の符号５２）の効果を安定化させるのによりよく用いられる。関節の３８６の前方への曲げのとき、２つの前方突起部４０２および前方凹部４１０上により圧縮力が作用し、より大きな側方への安定性を提供する。関節３８６の後方への伸展のとき、単一の後方突起部３９８および後方凹部４０６上により圧縮力が作用し、これにより、関節の前方曲げのときよりもいくぶん小さな安定性になる。しかし、ファセット関節５２は、これは脊椎の後方にあるが、関節３８６の伸展のときに追加の側方の安定性を提供する。従って、２つの側方突起部４０２および凹部４１０は、関節３８６の前方に用いることができる。
【００９８】
他の点においては、図４１から図５３の関節３８６は、図３０から図４０の関節３５０に類似している。図４４から図４７に示されるように、突起部３９８、４０２は、球形状を備え、多結晶ダイヤモンド（ＰＤＣ）などの材料が用いられるときに上部３９０の研削および研磨を容易にする。凹部は図５０から図５３に示されるような円形の断面を備え、ＰＤＣまたはそれ類似の材料が用いられるときに、円形の回転具で研削および研磨するのを容易にする。回転具は、比較的単純な水平運動で移動させて図示の凹部形状を研削ることができる。関節３８６は、椎間板全置換のときに脊椎で利用可能な空間に、形状を緊密に一致するように台形上に切られる。上述の人工関節の発明は、関節を図示および説明するのに容易であるので円形として示しているが、椎体とより効率的に相互作用するように概ね台形状または概ね長方形状に形成することができることを理解されたい。
【００９９】
ここで図５４から図６６に移ると、本発明の他の人工脊椎関節が示されている。図５４は、関節４１４の斜視図を示している。図５５から図６０は、関節４１４の上部４１８を示し、図６１から図６６は、関節４１４の下部４２２を示している。図５５は、上部４１８の斜視図を示す。図５６は、上部４１８の底面図を示し、図５７から図６０は、図５６の線分５７から線分６０に沿って切り出した上部の断面図を示している。同様に、図６１は、下部４２２の斜視図を示し、図６２は下部４２２の上面図を示し、図６３から図６６は、図６２の線分６３から線分６６に沿って切り出した下部の断面図を示している。
【０１００】
関節４１４は、単一の後方突起部４２６および後方凹部４３４を含み、２つの前方側方突起部４３０および２つの前方側方凹部４３８を含む、という点で上述の関節３８６と類似している。関節４１４は、突起部４２６、４３０および凹部４３４、４３８が、関節３８６のものよりも大きいという点で異なっており、関節の接触圧力をさらに低減して関節を構成するのに用いられる材料の上に作用する応力をさらに低減する。
【０１０１】
突起部４２６、４３０は球形状であり、凹部４３４、４３８は円形断面を備え、上述のように研削および研磨を単純化することを許容し、脊椎の自然な運動に緊密に一致させるために本願で説明される所望の運動を提供する。関節４１４の安定性を最大化するために、突起部４２６、４３０および凹部４３４、４３８は、上部４１８および下部４２２の縁近くに移動し、一方で所望の運動範囲を維持する。これは、接触点の「面積（footprint）」を増加させ、また、関節が圧縮されたときに関節を中立位置に復元する傾向を持つ力を最大化する。
【０１０２】
例として、頸部の脊椎椎間板の全置換に適当な人工関節を製造するたに以下の寸法を用いることができる。上部４１８および下部４２２は約１５．５ｍｍの幅であり、約１１．９ｍｍ長さ（前から後ろ）である。上部４１８の比較的平坦な基部４４２（突起部４２６、４３０間を延びる）は、約１．９ｍｍの厚さである。上部４１８において、後方突起部４２６は約１１．２ｍｍの直径であり、横方向の中心線に沿って位置する中心は、上部の後方縁から約１．７ｍｍの位置にある。後方突起部４２６は、基部４２２から約３．６ｍｍ延びるように配置され、全体の厚さは約５．５ｍｍである。
【０１０３】
２つの前方側方突起部４３０は、約６．９ｍｍの直径であり、中心は、後方突起部４２６の中心から前方に約７．２ｍｍに位置し、上部４１８の側方中心線から約５．３５ｍｍ横に位置する。前方側方突起部４３０は、基部４４２から約２．９ｍｍ延び、全体の厚さは約４．８ｍｍである。図５６上の断面線５７から６０は、突起部４２６、４３０の中心線を通っている。
【０１０４】
図６７および図６８は、図示するような下区域４２２を形成するのに用いられる研削／研磨具（ツール）の経路を示している。図６７は、関節の下部４２２の上を移動するツール経路の上面図を示しており、図６８は、結果として得られるツールによる切断部および凹部とともにツールの経路を示す斜視図である。後方凹部は、１５ｍｍの直径の円形研削／研磨具を、水平な弧４５０を通って（研削直径が弧に対して垂直になるように）移動させることにより得られ、ここで弧は約１．８ｍｍの半径であり、弧の中心４５４は下部４２２上で横方向に中心決めされ、中心参照点４４６から６．４ｍｍ後ろに位置決めされ（これは、横方向に中心決めされ、前方縁から約５．４ｍｍの位置である）、中心４５４は下部４２２の上表面から約４．９ｍｍ上方に位置決めされる。後方凹部４３４の、ツールにより掘られた最下点の内側に位置する部分４５８は、平坦に掘られる。
【０１０５】
２つの側方前方凹部４３８は、１０．８ｍｍの直径の円形研削／研磨ツールを、経路領域４６２ａ、４４６ａ、４７０ａ、４７４ａ、４７４ｂ、４７０ｂ、４６６ｂ、および４６２ｂにより示されるツール経路を横切って移動させることにより形成される。ツール経路領域４６２ａ、４６２ｂは約３．５ｍｍの長さの直線である。ツール経路領域４６６ａ、４６６ｂは、中心４７８ａ、４７８ｂを備え、半径が約０．９ｍｍの弧である。ツール経路領域４７０ａ、４７０ｂは約１．７ｍｍの長さの直線である。ツール経路領域４７４ａ、４７４ｂは、共通の中心４８２を備え、半径が約６ｍｍの弧である。中心点４７８ａ、４７８ｂは、横方向の中心線の両側に約７ｍｍのところに位置し、中心点４４６の前方約４ｍｍのところに位置し、この点は、中心点４５４の前方約１０．６ｍｍのところに位置し、下部４２２の前方縁から約１．４ｍｍのところに位置する。中心点４８２は、側方中心線に沿って位置し、参照点４４６から約５．９ｍｍ前方に位置し、または、した部４２２の前方縁から約０．３ｍｍ前方に位置する。
【０１０６】
様々なツール経路領域４６２−４７４は、図示のように連続経路に接続され、これらは単一の平面内に位置する。ツール経路領域が位置する平面は、下領域に対して角度を持ち、前方凹部４３８の前方部分４３８ａを図６４に示すように傾かせる。前述したように、これは、脊椎の屈曲のときに上部４１８の前方端部が下部４２２の前方端部に対してい僅かに低くなるようにし、脊椎の自然な運動を再現する。図５４から図６８に示される実施形態において、平面は、関節の前方側に向かって約１７度下方に傾斜している。このように、ツール経路の最前方位置４８６（経路領域４６２から４７４）は、下部４２２の上表面の約０．９ｍｍ上方に位置し、経路領域４７０ａ、４７０ｂは、下部の上表面の上方約３．５ｍｍのところに位置する。
【０１０７】
ツール経路領域４６２−４７４が位置する平面の傾斜は、単純な製造プロセスが望まれるならばゼロにすることができることを理解されたい。ツール経路領域４６２−４７４が傾斜する場合、この傾斜は典型的には置換される特定の椎間板に一致するように調整され、しばしば水平よりも約７°から約２７°の間の角度で傾斜させる。上述のように、中間の頸部人工椎間板は、約１７°の傾斜を備える。平面の傾斜は、典型的には、ツール経路の最前方位置４８６の高さを調節することにより変更され、上部が中立位置にあるときに、前方凹部４３８を類似の平均高さに維持し、下部４２２に対する上部４１８の高さを類似の距離に維持する。
【０１０８】
ここで開示される人工脊椎関節は、脊椎の自然な運動を緊密に再現する運動を提供するので利点がある。これの重要な側面は連結された運動を提供することであり、ここで下部に対する上部の平行運動および回転運動が、下部に対する上部の傾きを必要的に生成する。いくつかの従来の人工脊椎関節は平行運動を許容し、また、ボールアンドソケットの要領で枢動を許容するが、脊椎の自然な運動に近似した平行運動と枢動の結合運動を提供しない。これは、関節が脊椎に移植されたときに不自然な運動を提供することになり、上述のように脊椎に悪影響を与えることがある。反対に、本発明の人工脊椎関節は、脊椎の自然な運動を緊密に再現する運動を提供する。
【０１０９】
ここで開示される人工椎間板は、突起部の湾曲した表面が、凹部と非常に小さな接触面積で接触するので、突起部と凹部との間の高い接触圧力を生成する。従って、このような突起部を形成するために用いられる材料は、変形することなく非常に大きな圧力に耐えられなければならず、また、磨耗、破壊、またはその他の材料の変質を生じさせることなく非常に大きな圧力に耐えられなければならない。従って、本発明の好ましい実施形態は、多結晶ダイヤモンドコンパクト（ＰＤＣ）のようなダイヤモンドから形成される人工椎間板を提供する。ＰＤＣは、磨耗および変形に耐えるのに十分に硬い材料である。
【０１１０】
Ｄｉａｍｉｃｒｏｎ、Ｉｎｃ，の米国特許出願公開２００３／０１９１５３３号は、ダイヤモンドを用いる人工関節の製造を議論しており、これを参照により本明細書に含める。この出願公開は、本技術分野における当業者に、人工ダイヤモンドの人工関節を作る方法を提供する。本発明に関して、複雑な多数突起部表面または多数凹部表面を備える、ダイヤモンドの人工椎間板表面を形成するのがより困難であることが分かるであろう。球形または半球形の凹部のような単純な規則的な表面を形成するほうがより単純である。
【０１１１】
現在のところ、本発明の人工椎間板の好ましい製造方法は、関節表面を成形するのに放電加工（electrical discharge machining;EDM）を用いる。人工ダイヤモンド混合物は、概ね所望の形状に圧縮できる。従って、製造される部品の負の（反対の）形状の電極を備える形彫りＥＤＭ機が適している。ＥＤＭおよび電極は、ダイヤモンド混合物を燃焼除去するためまた、人工関節の部品の形状を改善するために用いられる。結果としてできる部品は研磨されて表面仕上げがなされる。ダイヤモンドから人工椎間板を形成するのは、困難なプロセスであり、それゆえ人工椎間板の設計をいくらか単純化する必要があるかもしれないことを理解されたい。
【０１１２】
本発明の人工椎間板の他の現在の好ましい製造方法は、円形研削および研磨ツールを用い、凹部に沿って移動させ、そこに湾曲した接触表面を形成し、また、カップ形状の研削および研磨ツールを球形の突起部を下表面上に形成するのに用いる。これは、特に、図３１から図６６の人工関節のより幾何学的形状の接触表面を形成するに有利である。
【０１１３】
ＰＤＣまたは他のダイヤモンド材料が好ましいが、他の生体に適合的な金属またはセラミックを用いることもできる。人工関節の製造に精通してい当業者は、このような材料の多くに精通しているであろうし、またそれらの利点および欠点にも精通しているであろう。
【０１１４】
このように、改良された人工椎間板が開示された。本発明の範囲および主旨から逸脱することなく、本発明に多くの変更が可能であることを理解されたい。添付の特許請求の範囲は、そのような修正をカバーすることを想定している。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
2010517699.tif 000072
【図６６】
2010517699.tif 000073
【図６７】
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【図６８】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年10月9日(2009.10.9)
【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】
人工脊椎板（３８６、４１４）であって、前記人工脊椎板は、
椎骨に取り付けるために構成された上表面、および第１の結合表面を含む下表面、を有する上部（３９０、４１８）を有し、前記第１の結合表面は横方向に中心決めされた後方突起部（３９８、４２６））および横方向に離間した一対の前方突起部（４０２、４３０）を有し、
前記人工脊椎板は、椎骨に取り付けるために構成された下表面、および第２の結合表面を含む上表面、を有する下部（３９４、４２２）を有し、前記第２の結合表面は、横方向に中心決めされた後方凹部（４０６、４３４）および横方向に離間した一対の前方凹部（４１０、４３８）を有し、前記第２の結合表面は前記第１の結合表面とスライド可能に係合し、前記上部が前記下部に沿って平行運動でスライドする、人工脊椎板。
【請求項２】
請求項１に記載の人工板であって、前記凹部（４０６、４３４、４１０、４３８）の各々は概ね平坦な部分（１８６）を有し、前記平坦な部分は、前記概ね平坦な部分から前記下部の中心に向かって上方に延びる湾曲した側壁（１９４）に遷移（１９０）する、人工板。
【請求項３】
請求項２に記載の人工板であって、前記上部は前記下部に対する中立位置を備え、前記突起部は、前記上部が前記中立位置にあるときに、前記対応する凹部の前記遷移領域に配置され、前記突起部の前記下部の中心から離れるスライド運動が前記突起部を概ね水平に移動させ、前記突起部の前記下部の中心に向かう運動が、前記突起部を水平および上方に移動させて前記突起部付近における前記人工板の全厚さを増加させる、人工板。
【請求項４】
請求項３に記載の人工板であって、前記後方凹部（４０６、４３４）の前記概ね平坦な部分（１８６）は概ね水平であり、前記前方凹部（４１０、４３８）の前記概ね平坦な部分（１８６）は、前方の縁に向かって約７°から約２７°の間の角度で下方向に傾斜する、人工板。
【請求項５】
請求項４に記載の人工板であって、前記角度は約１７°である、人工板。
【請求項６】
請求項１に記載の人工板であって、前記人工板は中立位置を備え、前記突起部および前記凹部は、前記中立位置からの任意の変位が前記上部の少なくとも一部に前記下部から離れる運動を生じさせて、前記上部と前記下部との間の距離を増加させる、ように形状付けられる、人工板。
【請求項７】
請求項１に記載の人工板であって、前記人工板は中立位置を備え、前記人工板は、前記中立位置からの任意の運動が前記人工板の正味の拡張を生じさせて、前記人工板に作用する圧縮力が前記人工板を前記中立位置にバイアスする、ように構成される、人工板。
【請求項８】
請求項１に記載の人工板であって、前記突起部（３９８、４２６、４０２、４３０）は概ね半球形状である、人工板。
【請求項９】
請求項１に記載の人工板であって、前記凹部（４０６、４３４、４１０、４３８）は、前記凹部が概ね水平な下部（１８６）および前記概ね水平な下部に接続される湾曲した部分（１９４）を備えるような垂直断面を備える凹部である、人工板。
【請求項１０】
請求項９に記載の人工板であって、前記凹部（４０６、４３４、４１０、４３８）は、前記凹部の前記下部の中心に隣接して配置される部分が上方に湾曲（１９４）するように方向つけられ、前記突起部（３９８、４２６、４０２、４３０）は、前記人工板が中立位置にあるときに、前記凹部の前記水平部分と前記湾曲部分との間の位置（１９０）に配置され、前記突起部が前記下部の中心から離れる方向に前記凹部の表面に沿ってスライドするときに、前記突起部が概ね水平に移動し、前記突起部が前記下部の中心に向かう方向に前記凹部の表面に沿ってスライドするときに、前記突起部が水平および垂直に移動する、人工板。
【請求項１１】
請求項１０に記載の人工板であって、前記突起部（３９８、４２６、４０２、４３０）の各々は、前記突起部が前記下部の中心に向かって対応する前記凹部の表面に沿ってスライドするときに、垂直に移動して、前記突起部に隣接する前記上部の部分、および前記凹部に隣接する前記下部の部分の距離を増加させる、人工板。
【請求項１２】
請求項１に記載の人工板であって、前記突起部（３９８、４２６、４０２、４３０）は概ね半球形状であり、前記凹部（４０６、４３４、４１０、４３８）の各々は、前記下部の中心から離れて配置された概ね水平な領域（１８６）と、前記下部の中心に隣接して配置された上方に湾曲する領域（１９４）とを有する、人工板。
【請求項１３】
請求項１に記載の人工板であって、前記凹部（４０６、４３４、４１０、４３８）は、前記凹部中に配置される前記突起部（３９８、４２６、４０２、４３０）が前記下表面の中心から離れてスライドするときに概ね水平にスライドし、また、前記凹部内に配置される前記突起部が概ね前記下表面の中心に向かってスライドするときに水平および垂直にスライドする、ように構成される、人工板。
【請求項１４】
請求項１に記載の人工板であって、前記上表面の前記下表面に対する中立位置から離れる方向へのスライド運動が、前記上表面を前記下表面に対する前記方向に傾ける、人工板。
【請求項１５】
請求項１に記載の人工板であって、前記人工板はさらに、前記上部の前記下部に対する運動の範囲を制限するための停止部（１７８、１８２、２０６、２１０）を有する、人工板。
【請求項１６】
請求項１に記載の人工板であって、前記上部は前記下部に対する中立位置を持ち、前記下部に対する前記上部の前方への運動が、前記上部の前方部を前記下部に対して僅かに低くし、且つ、前記上部の後方部を、前記下部に対して前記前方部の低下よりも大きな範囲で持ち上げて、前記上部を前方に傾け、前記下部からの距離の正味の増加を与える、人工板。
【請求項１７】
請求項１に記載の人工板であって、前記上部は前記下部に対する中立位置を持ち、前記下部に対する前記上部の後方への運動が、前記上部の後方部を前記下部に対して水平に移動させ、且つ、前記上部の後方部を前記下部に対して水平および上方に移動させて、前記上部を後方に傾け、前記下部からの距離の正味の増加を与える、人工板。
【請求項１８】
請求項１に記載の人工板であって、前記上部は前記下部に対する中立位置を持ち、前記下部に対する前記上部の前記中立位置から離れる任意の運動が、前記上部と前記下部との間の距離の正味の増加を与えて、前記人工板に作用する圧縮力が前記上部を前記下部に対する前記中立位置に向かってバイアスする、人工板。
【請求項１９】
請求項１に記載の人工板であって、前記凹部（４０６、４３４、４１０、４３８）の各々は、前記突起部（３９８、４２６、４０２、４３０）の１つとスライド相互作用するように構成された結合表面を有し、前記凹部の各々は、概ね水平な領域（１８６）、上方に湾曲する領域（１９４）、およびその間の遷移領域（１９０）を有する、人工板。
【国際調査報告】
2010517699.tif 000076
2010517699.tif 000077