(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脊椎の第一の椎骨に第二の椎骨を回転可能に固定する埋込型の動的固定装置であって、
第一及び第二のペディクルスクリューと、
第一及び第二のコネクタであって、埋め込まれたときに前記第一のコネクタの中心と前記第二のコネクタの中心が装置の縦軸を定める第一及び第二のコネクタと、
前記第一のコネクタによって前記第一のペディクルスクリューに相互接続可能な第一のロッドアームと、
前記第二のコネクタによって前記第二のペディクルスクリューに相互接続可能な第二のロッドアームと、
埋め込まれたときに、前記縦軸の前方のポイントで前記第一のロッドアームに接続されるとともに前記縦軸の後方のポイントで前記第二のロッドアームに接続された少なくとも１つのほぼ真っ直ぐな回転アームであって、埋め込まれたとき、前記脊椎に対して概ね前方−後方に配置されるように構成され、前記第一のロッドアームと関連する第一の端部と、前記第二のロッドアームと関連する第二の端部とを有する回転アームと、
を備え、
埋込時において、前記回転アームの第一の端部は、前記回転アームの前記第二の端部の前方に位置し、
前記第一のロッドアームは、埋め込まれたとき、前記第二の椎骨に対する前記第一の椎骨の屈曲時に前記第二のロッドアームに対して回転することが可能である、動的固定装置。
【請求項２】
さらに、前記第一及び第二のロッドアームに枢動可能に相互接続されるほぼ真っ直ぐな第二の回転アームを備える、請求項１に記載の動的固定装置。
【請求項３】
前記第二の回転アームは、前記第一及び第二のロッドアームの少なくとも１つの長さに沿って前記回転アームから離れて配置されている、請求項２に記載の動的固定装置。
【請求項４】
前記第一及び第二のロッドアームと前記回転アームの少なくとも一つがプラスチックを含む、請求項１に記載の動的固定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に固定装置に関し、より詳しくは、その一部分に沿い脊椎を一緒に柔軟に固定できる柔軟な棒（ロッド）又は装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
腰椎は普通の活動に際し、目立った量のストレス又は動きを吸収するものである。大多数の人々にとって、身体の治療反応というものが、怪我、衰弱及び加齢の累積的効果に常に勝ることができ、しかも合理的な機能で安定性（復元力）を維持できるものである。しかしながら、ある場合には、トラウマ（外傷）又はストレスが体の治療能力に勝り、局部的な衰弱や過度の疲労を招き、またしばしば局部的な不安定性を招くことにもなる。従って、基準骨格(baseline anatomy)に重ねあわされた（スーパーインポーズされた）腰椎の加齢に伴う退行性変化は、頼りなさ（不安定性）、痛み、及びある患者においては神経の妥協（neurologic compromise)を含む問題に導かれる。ある場合には、局部的な骨格が、運動分節（セグメント）に同一の保護を与えないかもしれず、それにより衰弱を悪化させる。リハビリテイション、コンディショニング、ストレスの制限及び回復のための時間は、殆どの患者について有効な処置であるが、持続的な痛み、障害及び潜在的な神経の欠損を伴うかなりの率の失敗がある。
【０００３】
図１及び２を参照すると、隣接する一対の椎骨本体の側面図が示されている。図１には、中立位置の脊椎の二つの椎骨Ｖ１及びＶ２が示されている。図２に示すように、人が前向きに傾くと、背椎は曲げられる。脊椎の前方の部分は、上下に重ね合わされた概ね円筒形状の１組の骨を含む。椎骨のこれらの部分は、椎骨本体ＶＢ１及びＶＢ２と呼ばれ、椎間板Ｄにより互いに離されている。ペディクル（肉茎）Ｐ１及びＰ２は、前部の椎骨本体ＶＢをそれぞれの椎骨後部に結びつける骨の橋を構成している。各椎間接手又は椎間板Ｄにおいて、屈曲は、前方への矢印方向(sagittal)の回転と小さな振幅の前方への平行移動（translation)との組み合わせである。
【０００４】
椎間接手は、前方に椎間板、後方に対をなす脊椎関節接手を有する複雑な構造である。椎間板は、椎骨間の融通性のある支持体及び接続体として機能し、脊椎の屈曲と伸張を許し、限られた回転と平行移動も許容している。脊椎関節接手とそれに関連する骨格とは、平行移動及び回転に制約を与えながらも、かなりの屈折と伸張を許容している。
【０００５】
腰椎における一次的な曲げの動きは、前方／後方の面における屈曲と伸張である。これは、屈曲と伸張のほぼ１０−１５度の範囲内で生じる。若く正常な腰椎では、この動きは椎間板の前方部分の中程の軸を中心に生じる。これは、面関節又は後方要素の１０−１５ｍｍの弛緩もしくは亜脱臼を伴う。これは、純粋の軸の周りではなく、中立帯域の周り、又は腰椎椎間板と関連した回転質量中心の周りで生じる。椎間板、関節及び靭帯の正常な弾力性、及びこれらの関節に関連した遊び又は自由度、並びに脊椎に加えられた負荷の性質が、この回転領域の大きさに寄与する。ある場合には、椎間板への周期的な負荷又は運動と、椎間板及び運動分節に関連したトラウマとが、身体の自然の治癒力又は回復率を超過する。この状況下では、正常な回転軸の喪失に伴う運動分節の衰弱が起こる。部分的運動に伴って生じる亜脱臼が増大すると、椎間板スペース、あるいはしばしば椎間板の外側のポイントの内部で起こる変位のために、回転軸に劇的な変化が生じる。従って、運動分節が破損する状況下では、椎骨分節の平行移動を伴う回転質量中心に衰弱が生じる。この平行移動は、椎間板に生じる衰弱と、脊椎関節接手の磨耗及び変性の両方に関連した頼りなさ（不安定性）との両方により許容されている。運動分節及び関節の基礎をなす骨格は、椎間板に対する非常に大きいストレスを見込み、椎間板及び関節の両方の変性に寄与する。
【０００６】
伝統的に外科的処置は、神経の妥協処置に向けられたり、あるいは、もし苦痛、頼りなさ（不安定性）又は不安定性のリスクが充分あると考えられるならば、分節間の固定術が考慮されたりしてきた。より最近になって、脊椎を保護するための人工的椎間板、靭帯及び可塑性構造物を含む安定化手法が、過去数年にわたり試みられてきた。機能を最大限にして、隣接する分節に対する動的効果を減少させる関節形成技術は、より最近のアプローチであり、長期間の成果に関しては追跡調査が充分ではない。その様なシステム設計における課題は、正常な生理的な範囲に抑制する動作である。
【０００７】
脊椎固定術は、少なくとも二つの脊椎の可動分節を固定し、それらを一緒についで一つの単位とし、その分節間の動きを除去する方法である。現在の脊椎固定術のシステムはいくつかの欠点がある。剛体の固定術構造体は、ペディクルスクリュー（肉茎ねじ）、コネクタ機構及び剛体のロッドを含む構造物を使って固定された、椎骨間の相対的運動を許さない。更に、剛体のインプラント（埋め込み体）は、ペディクルスクリュー及びロッド、並びに骨の構造自体を含む構造物の構成要素に対し、かなりの量のストレスを与えることが知られている。これらのストレスは、時として剛体のロッドをも破損させる。加えて、ペディクルスクリューに伝えられたストレスは、ねじを緩めたり、また椎骨から取り除かれたりすることさえあり、それにより、付加的な骨の損傷を招く。
【０００８】
人工的な椎間板は、破損した椎間板に取って代わり、正常な質量中心又は回転軸に近づけることもできるが、その様な装置の設置は技術的に厳しいことで、正常な椎間板を長期間の成果が不確実な機械的代替物で置きかえることになる。この人工的な椎間板は、それ自体を治療する身体のヒーリングポテンシャルなしに磨耗にさらされるだろう。
【０００９】
また、ある患者については、背骨を人間の体重の下で自然に安定させる脊椎インプラントシステムを適用することが望ましいことがある。人間の骨は、適当な圧力の下でより容易に治癒するものである。剛体の脊椎インプラントシステムでは、患者の背骨は、インプラントの構造物により不自然に離されて保持されることがある。それぞれの椎骨の他のものに対するストレッチングが、骨の、遅れたあるいは不完全な治療をもたらすことがある。
【００１０】
ペディクル固定（fixation)により取付けられた後方の装置は、いくらかの安定化を提供するが、その様な装置の自然な動きは、必ずしも正常な生理的動作に倣って行動するわけではない。健康な腰椎において、回転軸又は運動のための中立領域は、腰椎椎間板の後方下位三番目近くに位置している。望ましい人工的システムは、生理的動作に密に近づけるべきである。しかしながら、これまでの所、後方のシステムは、これらの要望に応えることができなかった。
【００１１】
いくつかの現存の特許が、固定装置を開示している。例えば、米国特許第５，４１５，６６１号は、インプラントが、インプラントを受け入れている脊椎の椎骨に正常なバイオメカニカル機能を回復させるような、曲線的なロッドを含む装置を開示している。しかしながら、この‘６６１特許は、０度と１８０度との間の曲率半径を持つ曲線的な形状以外の構造を持つ装置は開示していない。加えて、この’６６１特許は、患者の椎骨により与えられる回転帯域に実質的に一致する仮想の回転帯域を提供する構造を用いて、対象の椎骨の自然の関節をモデルとする、前方に突き出した（provided)ピボット点を提供する概念を開示していない。更に、この‘６６１特許の図３に示されるように、’６６１特許に開示された装置は、その端部６ａ、６ｂに関して前方に向いた位置を有する中央部分１０を有する本体４を利用している。
【００１２】
米国特許第６，２９３，９４９号も、頚椎椎骨に沿い用いられるようにされた脊椎安定化装置を開示しているが、椎骨の前方側に沿い取付けられるようにされている。
【００１３】
米国特許第６，４４０，１６９号には、二つの椎骨の脊椎列に取付けられ、装置が圧縮されることを許し、ストレスが止まると直ちに回復することを可能とするリーフスプリングを持つ装置が開示されている。しかしながら、この‘１６９特許は、脊椎が屈曲した時、椎骨が関節となることを可能にする前方に突き出したピボット点を含む構造を提供していない。
【特許文献１】米国特許第５，４１５，６６１号
【特許文献２】米国特許第６，２９３，９４９号
【特許文献１】米国特許第５，４４０，１６９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記に鑑み、先行技術の上述の欠点を避け、且つ採用が比較的簡単で、身体組織の変位又は除去は最小限ですむ効率的なシステムを提供する方法及びシステムに対して、長い間感じられてきたが解決できなかった要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
［発明の概要］  
本発明は、埋め込むことができ、特定した量の前方への曲げを提供し、それによりインプラントを受け入れている椎骨間の前方への矢印方向の回転を可能とする装置を提供する。運動及びその他の通常の記述用語の編入に関し、チャーチル・リビングストン(Churchil Livingstone)社により１９９９年に刊行された、ニコライ・ボグダック(Nikolai Bogduk)著のクリニカル・アナトミー・オブ・ザ・ランバー・スパイン・アンド・サクラム(Chinical Anatomy of the Lumber spine and Sacrum)、第３版を参照する。椎骨間の前方への矢印方向の回転又は屈曲が正常であるが、椎骨間の前方への矢印方向の大幅な平行移動又は滑り運動は、そうではない。従って、平行移動を防ぎながら、いくらかの量の回転運動を許容することにより、患者の症状又は負傷が保護でき、治療過程を増進でき、一方、続けて一つの椎骨に隣接する椎骨に対していくらかの回転能力を与えることにより、手術及び回復後の改善された脊椎運動を可能としている。従って、ここに記載されているように、柔軟な部分を有する多数のロッド形状体を含む種々のインプラント（埋め込み体）が、伸ばしたり曲げたりする能力を有する装置を提供することを示している。それゆえ、本発明の第一の観点は、伸張する装置を提供することであり、本発明の第二の観点は、曲がる装置を提供することである。より詳しく言うと、本発明は、柔軟なロッド部分を含む動的固定装置であり、その柔軟なロッド部分は、幾何学的形状及び／又はヒンジ部分を含み得る。これらの動的固定装置は、適当なサイズ、ジオメトリー（幾何学形状）の材料で、且つ曲がるような機械的特性を有し、インプラントに関連する椎骨が、脊椎の自然な運動と同様に、互いに回転できるように構成される。
【００１６】
本発明の一つの観点によるインプラント装置は、第一の端部（エンド）及び第二の端部（エンド）を有し、その第一の端部が、二つのコネクタの内の第一のものを使って、ペディクルスクリューの内の第一のものと相互接続しており、その第二の端部が、二つのコネクタの内の第二のものを使って、ペディクルスクリューの内の第二のものと相互接続している、ロッド；及び前記第一の端部と第二の端部との間に配置された幾何学的形状部分であって、脊椎の屈曲の間で伸張する幾何学的形状部分；を備え、二つのコネクタ及び二つのペディクルスクリューを使って、患者の脊椎の少なくとも二つの腰椎骨を柔軟に連結することを特徴とする。
【００１７】
本発明の別の観点によるインプラント組立体は、外壁及び中空の内側領域を有する少なくとも一つの幾何学的形状部分を含むロッド部材であって、前記外壁は、傾斜面を含む内面を有するものであり、その傾斜面はある角度で傾けられており、前記角度は幾何学的形状部分の後方側に整列した平面に関して約９０度より小さい；前記ロッド部材を第一の椎骨及び第二の椎骨に取付けるための手段；を備え、前記幾何学的形状部分は、患者が自分の脊椎を曲げる時、椎骨の屈曲を許容するものである、患者の脊椎の第一の椎骨を脊椎の第二の椎骨に柔軟に連結することを特徴とする。
【００１８】
本発明の更に別の観点による動的固定装置は、後方の面を有する第一のロッド部材；前方の面を有する第二のロッド部材であって、その前方の面の少なくとも一部が、前記第一のロッド部材の後方の面の少なくとも一部に対面するように向けられているもの；前記前方の面の前記少なくとも一部と、前記後方の面の前記少なくとも一部との間に配置されたスプリング；前記第一のロッド部材を前記第二のロッド部材に相互接続するための手段；及び前記第一のロッド部材を第一の椎骨に取付け且つ前記第二のロッド部材を第二の椎骨に取付けるための手段を備える、患者の脊髄の第一の椎骨を脊髄の第二の椎骨に柔軟に連結することを特徴とする。
【００１９】
本発明の更に別の観点による動的固定装置は、（ａ）少なくとも二つの椎骨取付けポインツ；（ｂ）前記取付けポインツと動作的に関連し、そして更に二つの隣接した椎骨の、その椎骨が屈曲を受けた時の自然の生理的運動に適応するように、互いに動作的に関連する少なくとも二つのロッド部材；を備えることを特徴とする。
【００２０】
動的固定装置は、その動的固定装置に取付けられた椎骨間のいくらかの量の運動を許す準柔軟、半剛体の固定構造物である。腰椎の動的固定は、腰椎構造を保護する手段を提供し、腰椎関節固定術に進むことなしに、治療を可能とする。その様なシステムに対する制約は、いくつかの点で、固定術のために使用されるような剛体あるいは剛体に近い構造物に対するものとは異なる。
【００２１】
現時点において、ペディクル固定は、脊椎を固定するための受け入れ手段である。腰椎固定術の状況においては、脊椎を安定させ、骨構造の治療を可能とするには、比較的剛体の構造体が適当である。腰椎構造に保護を与える状況においては、腰椎の要素の運動を、制限するが止めないためには柔軟なシステムが適当である。その様なシステムにおける柔軟な要素は、いくつかの目的を果たす必要がある。第一の目的は、脊椎の過剰な又は非生理的な運動を防ぎながら、その生理的な運動を許容することである。第二の、考慮されるべきことは、ペディクル固定を、その骨間における固定を弛めることが有り得る不当なストレスから守ることである。
【００２２】
腰椎の回転の正常な瞬間的な軸は、典型的に椎間板の後方下位三番目近くに生じる。脊椎の通常のペディクル固定は典型的に、固定ロッド又はプレートを、骨端関節の背側面又はその関節の後方に配置する。それゆえ、この回転点を生理的軸に対して前方に実効に移動させる構造を考えることが適当である。
【００２３】
後方の装置に応用され、分節の亜脱臼を抑制し、その回転を回転の正常な帯域又は軸の中にあるいは近接するように維持するであろうジオメトリーの一群が存在する。使用の指示は、運動分節において、ストレス及び動きを、頼りなさ（不安定性）又は神経欠損の進展を避けて、苦痛又は関節炎を最小限にするのに充分な能力を保つ身体の正常な治癒反応ができる範囲に、抑制することである。この重要な特徴は、変性する椎間板に関連して、さらなる変性に寄与する非正常な亜脱臼又は平行移動なしに、生理的な運動の維持を考慮に入れている。その様に、過剰な亜脱臼又は平行移動を制限する構造を提供することも、本発明の別の観点である。
【００２４】
運動は加えられるストレスの範囲に関連して複雑であるが、それにもかかわらず、圧縮されている間、運動は、軸方向であるか、あるいは僅かな背面側の並行移動に付随し、屈曲すると、椎間板の後方部分を中心とする回転を許す後方の要素の分離及び僅かな腹部側の平行移動の両方を可能とする装置を提供することが可能である。
【００２５】
従って、いくらかの制限された運動を許容して、インプラントの種々の構成部品、並びに影響を受けている椎骨に科されているストレスを減少させる装置を提供することは、本発明の一つの観点である。また、その運動が脊椎の曲げ運動を模するように設計された装置を提供することも、本発明の別の観点である。本発明のいくつかの別々の実施例は、その様な仕事を果たす。
【００２６】
前方に突き出した回転帯域を与える構造部材を提供しながら、人間の脊椎骨格に幾何学的に適応した構造体を提供することは、本発明の別の観点である。
【００２７】
第一の実施例では、インプランタブル（埋め込み可能）なエラストマー材料を用いることができ、また外科的に埋め込み可能な合金を用いることもでき、複数のアーム（例えば、四つのアーム）とそのアーム間に内部開放領域を有する幾何学的形状を含むものである。この実施例の一例では、この幾何学的形状は長方形で、幾何学的形状のアームが互いに９０度おいて配置されている。脊椎の屈曲により変形すると、この幾何学的形状も変形し、アーム間の９０度の角度も、この幾何学的形状が拡張し平行四辺形になるように変化する。本発明の別の観点において、このアームの収斂する分節は、部分的に円形のコーナーを有する。あるいは、この部分的に円形のコーナーは、部分的に三角形のような異なる形状であっても良い。本実施例の別の観点では、幾何学的形状のアームの内部側壁の内面が、この幾何学的形状の平面に対し９０度の角度を有する内面を持つ。幾何学的形状の外側で二つの対向するコーナー近くには、二つのロッドアームが取付けられている。このロッドアームは、装置がコネクタに接続されることを許容し、そのコネクタは、装置をペディクルスクリューに相互接続する。本実施例の別の観点では、各ロッドアームは幾何学的形状に沿ってそれぞれ異なる角度と位置で配置されても良く、それにより、脊椎の屈曲に際し、幾何学的形状の平面における突き出したピボット点の位置に影響を与えている。
【００２８】
更に別の実施例において、動的固定装置は、アコーデイオン風にふるまう少なくとも二つの隣接した幾何学的形状を利用するが、この実施例は、装置に関して前方に実効的なピボット点を突き出すのに役立つ。それゆえ、この突き出したピボット点は、装置が取付けられている椎骨の自然の回転軸によく似ている。この実施例の変形としては、装置の柔軟な部分を形成するために二つ以上の隣接した幾何学的形状が組み合わせられる。この実施例及びその変形の一つの観点は、より小さな幾何学的形状もより多くの幾何学的形状を加えて使用できることである。従って、より小さなプロファイルの動的固定装置を、同時に装置が取付けられている椎骨の自然の回転軸に似せて、充分な距離前方に突き出した実効的なピボット点を持たせながら、提供できる。
【００２９】
更に別の実施例において、装置の柔軟な部分として役立つ、改良された幾何学的形状を含む動的固定装置が提供される。この改良された幾何学的形状は、装置が脊椎の屈曲に適応するように伸張及び変形するのを許容する穴又は空間を有する。
【００３０】
本発明の更に別の実施例において、その動的固定装置は、好ましくはスロープをつけた内部側壁を有する内側中空領域を持つ幾何学的形状を含む。この特徴は、装置が幾何学的形状の平面を横切る方向に曲がることを許容する。内側側壁の角度は、装置のための仮想の回転軸としてふるまうピボット点の所望の突き出し量により変化し得る。
【００３１】
ここに記述した動的固定装置は、装置内で、回転軸又は帯域を自然に制御するように行動するが、その構造体の部分として、椎間板を考慮することも有益である。もし椎間板が、平行移動の負荷ではなく軸方向の負荷に関して適格であると仮定されるなら、この適格性（能力）は、椎間板の高さを制御するのに使うことができるとともに、インプラント及び椎骨構造の前方部分を制御するのに使うことができる。その様に、更に別の実施例において、このことは、回転可能な前方−後方分節を有する後方構造体に、その分節的構造の特定の運動範囲内での平行移動を効果的に制御させる。僅かな平行移動は許されるが、これは、自然の回転帯域に充分収まる。この実施例は、好ましくはピンを有するヒンジ部分を含む。もし前方−後方分節又は要締めされたアームが、エラストマー分節と考えるなら、その機能は、この分節のバックリングを生じるのに必要とされるより小さい平行移動力に依存する。この分節の断面形状を制御することで、インプラントされている状況で遭遇する範囲内の力での圧縮に耐える適格性を維持しながら、脊椎の前方への曲げを許容することができる。
【００３２】
上述の装置に対し、柔軟な構造体の何れかの端部に第一及び第二のロッドアームが取付けられ、ロッドアームの他の端部にはコネクタが取付けられ、それは、脊椎の椎骨に挿入されるペディクルスクリューに接続される。屈曲と伸張の間、各椎骨はその下の椎骨に関して、円弧状の運動を示す。この円弧の中心は、動く椎骨の下方にある。この動的固定装置は、その装置が取付けられた椎骨のための実際の回転ピボット点に倣い且つ実質的に整列した、前向き又は前方に突き出したピボット位置での椎骨の運動を許容する装置を提供する。従って、本発明のこの動的固定装置は、脊椎の椎骨の運動に倣った固定術のために、曲げ得るロッドを提供する。
【００３３】
本発明の種々の実施例の動的な部分は、伸ばされた時には延び、圧縮された時には短くなる。この特徴は、装置がペディクルスクリューシステムにより脊椎に埋め込まれることを可能とし、実際の構造体が脊椎内の背面に置かれる間、それは、脊椎が、まるで脊椎の前柱に柔軟な構造体があるかのように機能することを可能にした。
【００３４】
使用に際し、まず、問題となっている椎間板が医師により特定される。手術の間、皮膚及び脊椎のインプラント位置にある筋肉に切開がなされる。次いで、最初のペディクルスクリューが第一の椎骨に挿入され、第二のペディクルスクリューが第二の椎骨に挿入される。次いで、外科医が動的固定装置をペディクルスクリューに、調節可能なコネクタ又は動的固定装置の一部分として一体的に形成された端部コネクタの何れかを使って、取付ける。
【００３５】
種々の実施例をこの発明の概要に記述してきたが、その様な実施例は、決して『本発明』を制限するように解釈されるべきではなく、詳細な説明、図面及び特許請求の範囲の請求項は、本発明の真の範囲及び広がりを評価するために全体的に参照されるべきである。更に、上で議論されたことの多くは装置及び特定の構成に集中しているが、本発明の種々の観点は、本発明の一部と理解されるべき外科的方法、その様な装置の製造方法及び使用方法にも関係している。
【００３６】
本発明の付加的な利点は、とりわけ添付図面も参照した時の、以下の議論から容易に明白となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
［好ましい実施例の詳細な説明］
本発明は、特定の実施例とその埋め込み方法が示された添付図面を参照して、以下に充分に記述されるが、当該技術に熟達した人々が、本発明の機能及び結果を達成しながら、本発明を改良し得ることを、始めから理解されるべきである。従って、以下の記述は、特定の構造、側面及び特徴の、本発明の広い範囲内の解説及び例示であって、その様な広い範囲を制限するものでないと理解されるべきである。
【００３８】
上記したように、各椎間関節又は椎間板Ｄにおいて、屈曲は前方への矢印方向の回転と小さな振幅の前方への平行移動との組み合わせを含む。本発明の種々の実施例は、平行移動を受け入れ可能な正常な生理的範囲に制限すると同時に、制御された回転を考慮に入れている。
【００３９】
図３ａには、動的固定装置１０の第一の実施例の側面図が示されている。この動的固定装置１０は、第一のロッドエンド（端部）１４と第二のロッドエンド１６とに繋がる幾何学的形状１２を含む。第一のロッドエンド１４と第二のロッドエンド１６とは、好ましくはコネクタ１８ａと１８ｂとに接続され、それはペディクルスクリュー２０に接続されている。ペディクルスクリュー２０は、装置が患者の椎骨に取付けられる時、椎骨のペディクル（肉茎）に挿入される。コネクタ１８ａ及び１８ｂは、それぞれ、第一のロッドエンド１４と第二のロッドエンド１６の一部として一体的に形成されるタイプのものでもよい。あるいは、コネクタの一つ又は両方が、それぞれ、第一のロッドエンド１４又は第二のロッドエンド１６の長さに沿って、選択的に配置できる分離タイプのもので、それにより、装置１０をペディクルスクリュー２０に固定的に相互接続するようコネクタを締めるのに先立ち、第一のロッドエンド１４と第二のロッドエンド１６とが、コネクタ内で調節可能（例えば、滑り可能）であるようなものでも良い。
【００４０】
さらに、図３ａでは、動的固定装置１０は、中立位置で示されている。上記したように、この動的固定装置１０は、第一のロッドエンド１４と第二のロッドエンド１６との間に幾何学的形状１２を含む。より特定には、一実施例の動的固定装置１０では、四本のアーム２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄを有する実質的に長方形又は実質的に菱形の幾何学的形状１２を含む。アーム２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄの内側には、中空の領域又は開口２４がある。開放空間の代わりに、開口２４は、柔軟な又はエラスチックタイプのウエブ材料（図示せず）で形成されるか、更に／あるいは、覆われていても良い。
【００４１】
別の観点の動的固定装置１０においては、幾何学的形状１２の中心線が、動的固定装置１０の縦軸に関してオフセットされ（ずれ）ている。より詳しくは、図３に示すように、この動的固定装置１０は、第一のロッドエンド１４と第二のロッドエンド１６との中心線を通過する縦軸Ｌ−Ｌを有する。しかしながら、幾何学的形状１２の中心線ＣＬ−ＣＬは、動的固定装置１０の縦軸Ｌ−Ｌから後方にずらされている。このずれが、動的固定装置１０に、屈曲に際し曲がるが、延ばせば曲げに抵抗する選択を提供する。
【００４２】
装置１０が中立位置にある時、幾何学的形状１２のアーム２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄが、お互いに関して所望の角度（例えば、約９０度の角度）にあることはこの実施例の一つの観点である。例えば、アーム２２ａは、アーム２２ｂ及び２２ｄに関して約９０度の角度にある。同様に、アーム２２ｃは、アーム２２ｂ及び２２ｄに関して約９０度の角度にある。脊椎の屈曲による幾何学的形状１２の変形時には、幾何学的形状１２が変形するとともに、アーム間の角度も変わる。
【００４３】
さらに、図３ａに示すように、動的固定装置１０の更に別の観点において、アーム間の収斂分節２６は減少した寸法を含むものである。より詳しくは、アーム２２ａ及び２２ｂの寸法は、アーム２２ａがアーム２２ｂに繋がる付近で、より小さくなっている。同様に、アーム２２ｂ及び２２ｃの寸法も、アーム２２ｂがアーム２２ｃに繋がる付近で、より小さくなっている。このことは、アーム２２ｃと２ｄとの間、並びにアーム２２ｄと２２ａとの間の収斂分節にも当てはまる。収斂分節２６におけるアーム２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄの減少した寸法は、アーム間に付加的な柔軟性を許容する。図３ａに示すように、収斂分節２６は、アーム間に部分的に円形のコーナーを含む。あるいは、この部分的に円形のコーナーは、部分的に三角形（図示せず）のような異なる形状であっても良い。その様に、動的固定装置１０は、好ましくは収斂分節２６付近のアームが狭くなるか又は細くなることを含む。この収斂分節２６は、幾何学的形状１２のためのエラストマー（弾性）ヒンジとして役立つことも更に心に留めて置くべきである。
【００４４】
図３ｂ及び３ｃに例示しているように、第一のロッドエンド１４は、本質的に不動のままであるように示されている。第二のロッドエンド１６は、図３ｂに示すような中立乃至第一の位置２８と図３ｃに示すような屈曲乃至第二の位置３０との間で移動する。第一の位置２８と第二の位置３０との間の移動に際し動的固定装置１０も伸張し、且つ実効的ピボット点３２を中心に回転する。幾何学的形状１２は、第一のロッドエンド１４と第二のロッドエンド１６との縦軸Ｌ−Ｌより前方つまり前部にある実効的ピボット点３２を提供する。第一の位置２８と第二の位置３０との間の移動の間、動的固定装置１０は変形し、それにより、曲がり且つ延びる。
【００４５】
使用にあたり、外科医は、まず切開し、次いでペディクルスクリュー２０を挿入する。続いて、動的固定装置１０の第一のロッドエンド１４と第二のロッドエンド１６とが、好ましくはコネクタ１８ａ及び１８ｂを使って、脊椎の椎骨Ｖ１及びＶ２に挿入されているペディクルスクリュー２０に相互接続される。屈曲と伸張の間、各椎骨は、下方の椎骨に対して円弧状の動きを示す。この円弧の中心は、運動している椎骨の下方にある。動的固定装置１０は、装置１０が中立位置にある時、上の椎骨Ｖ１の屈曲又は第二の位置３０への移動を、その縦軸Ｌ−Ｌの位置と比較して前方つまり前部に突き出したピボット位置３２で許容する、装置を提供する。
【００４６】
図３ａに示した実施例の変形において、幾何学的形状１２は、一つの大きな長方形ではなくて、４個の小さな長方形（図示せず）に分割できる。幾何学的形状を形成するのに４個の小さな長方形を使用するこの変形も、その実効的ピボット点に関しては、一つの大きな長方形と同様にふるまう。この実施例の更に別の変形として、幾何学的形状１２は、偏菱形（図示せず）の型を採ることができる。この変形では、実効的ピボット点は、動的固定装置からいくらかの距離、前向きに（あるいは前方）に突き出すことになる。従って、幾何学的形状１２は、その構成にもよるが、ピボット点が装置の限界を超えて伸びることを許容する。その動的固定装置１０が脊椎椎骨の後方に埋め込まれた時、装置は、それにもかかわらず、装置の実質的前方に回転ポイントを見込む。その様に、動的固定装置のジオメトリー、より詳しくは、幾何学的形状１２のジオメトリーに依って、本発明は、実効的ピボット点３２が患者の脊椎の自然のピボット点に実質的に対応するように造られている。
【００４７】
さて、図４ａには、動的固定装置３４の別の実施例の側面図が示されている。図４ａの動的固定装置３４は、二つの接続されている以外は隣接する実質的に幾何学的形状（サブスタンシャリージオメトリックシェイプ）３６ａ及び３６ｂを利用している、実質的に幾何学的形状３６ａ及び３６ｂは、脊椎が曲がる間、動的固定装置３４が延びて回転するのと同じくして、前向きに広がり柔軟に曲がる二つのアコーデイオン形状のようにふるまう。矢印Ａは、動的固定装置３４の回転及び延伸時の第二のロッドエンド１６の運動の一般的方向を描写している。
【００４８】
さらに、図４ａでは、実質的に幾何学的形状３６ａ及び３６ｂは、一つの好ましい実施例として、複数のアームを含む。実質的に幾何学的形状３６ａは、前方アーム３８ａ及び後方アーム４０ａを含む。同様に、実質的に幾何学的形状３６ｂは、前方アーム３８ｂ及び後方アーム４０ｂを含む。好ましくは、前方アーム３８ａは、後方アーム４０ｂと、交叉アーム４２により相互接続されている。同様に、前方アーム３８ｂは、後方アーム４０ａと、交叉アーム４４により相互接続されている。必ずしも要求されないが、交叉アーム４２は交叉アーム４４と、交叉アーム４２及び交叉アーム４４に沿って設けられたピン４６を使い、ヒンジ的に（hingedly)接続されても良い。上述した動的固定装置１０と同様に、収斂分節２６付近でのアームの狭小化又は細小化が好ましい。実質的に幾何学的形状３６ａの交叉アーム４２、前方アーム３８ａ及び後方アーム４０ａの間には、開口２４ａが存在し、交叉アーム４４、前方アーム３８ｂ及び後方アーム４０ｂの間には、開口２４ｂが存在している。開放空間の代わりに、開口２４ａ及び２４ｂは、柔軟あるいはエラスチック型のウエブ（織物）材料（図示せず）で形成されていて良い。
【００４９】
図４ｂ及び４ｃは、それぞれ中立及び屈曲位置にある動的固定装置３４を示す。実質的に幾何学的形状３６ａ及び３６ｂの効果は、それが取付けられている椎骨の回転点に実質的に適合する、前方に突き出した実効的ピボット点３２を生じさせることである。その様に、図４ａ−４ｃの装置は、それが取付けられている椎骨の平行移動の変位を、いくらかの量の屈曲を許しながら、実質的に制限するものである。一般に、屈曲と共に生じる曲げは、構造体が延びた時の前方アーム３８ａと前方アーム３８ｂとの間の角度変化に等しい。第一のロッドエンド１４と前方アーム３８ａとの間に剛体接続、同様に、第二のロッドエンド１６と前方アーム３８ｂとの間にも剛体接続があるのが好ましい。
【００５０】
動的固定装置３４の別の観点においては、実質的に幾何学的形状３６ａ及び３６ｂの中心線が、動的固定装置３４の縦軸に関して後方にずらされている。より詳しくは、図４ａに示すように、動的固定装置３４は、第一のロッドエンド１４及び第二のロッドエンド１６の中心線を通過する縦軸Ｌ−Ｌを有する。しかしながら、実質的に幾何学的形状３６ａ及び３６ｂの中心線ＣＬ−ＣＬは、動的固定装置３４の縦軸Ｌ−Ｌに関して後方にずらされている。このずれは、前方アーム３８ａの延長である第一のロッドエンド１４、及び前方アーム３８ｂの延長である第二のロッドエンド１６に、自然な固定を与える。
【００５１】
さて、図５ａを参照すると、図４ａの実施例の変形において、二つより多くの実質的に幾何学的形状が、動的固定装置３４’に組込まれていても良い。より詳しくは、実質的に幾何学的形状３６ａ及び３６ｂを有する動的固定装置３４は、第三、第四、第五あるいはかなり多数の実質的に幾何学的形状を付加的に含むように変形されても良い。例えば、図４ａに示された装置の実質的に幾何学的形状３６ａ及び３６ｂは、それぞれ二つの実質的に菱形形状の特徴を表わしている。しかしながら、図５ａに示すように、第三の実質的に菱形形状３６ｃが、実質的に幾何学的形状３６ａ及び３６ｂに加えられてもよい。種々の実質的に幾何学的形状の間にはオプショナルピン４６が使用されてもよい。あるいは、４個（図示せず）、５個（図示せず）又はそれ以上の幾何学的形状が動的固定装置を形成するためにグループにされてもよい。多数の実質的に幾何学的形状は、そのサイズ及び／又は全体の輪郭形状において異なっていても良く、そのことは使用する数に依り望ましいことでもある。例えば、動的固定装置３４’におけるように、３個の実質的に幾何学的形状３６ａ、３６ｂ及び３６ｃが使用される場合、各実質的に幾何学的形状の全体のサイズは、図４ａに示すように、動的固定装置３４で説明した２個の実質的に幾何学的形状３６ａ及び３６ｂより小さいことが好ましい。さらなる実質的に幾何学的形状の付加は、使用した実質的に幾何学的形状の数に比例して、ピボット点３２を前向きに突き出す。
【００５２】
さて図６ａ−６ｆを参照すると、本発明の更に別の実施例においては、動的固定装置５０は、内側中空領域２４を有する幾何学的形状１２を含んでおり、それにより装置５０は、幾何学的形状１２の平面５２を横切る方向に曲がる。内側中空領域２４は、傾斜した内面５４を有することが好ましい。即ち、内部側壁５６は、幾何学的形状１２の平面５２と角度qをなす内面５４を有する。内面５４の角度qは、一定値でも良いし、装置内で変化するものでも良い。非限定的な例としては、qは、装置５０の頂部で６０度であり、装置５０の底部で約９０度に変化する。
【００５３】
ここで図６ａ−６ｃを参照すると、内側中空領域２４は４個の部分的に円形のコーナー又は収斂分節２６を含むことが好ましい。２個の対向する部分的に円形のコーナー又は収斂分節２６には、第一のロッドエンド１４と第二のロッドエンド１６が取付けられている。各ロッドエンド１４及び１６は、幾何学的形状１２の各隣接側部から約１３５度の角度に置かれている。しかしながら、この実施例の別の観点において、ロッドエンド１４及び１６は、幾何学的形状１２のアームに関して異なる角度に置かれても良い。装置１０に関しては、部分的に円形のコーナー又は収斂分節２６は、部分的に三角形のような異なる形状であっても良い。同等に、エラストマーヒンジでなく、機械的ヒンジが収斂分節２６に組込まれても良い。
【００５４】
図６ｄに示すように、ペディクルスクリュー２０は、幾何学的形状１２の平面５２と垂直に向けられている。コネクタ１８ａ及び１８ｂが、ペディクルスクリュー２０を動的固定装置５０の第一及び第二のロッドエンド１４及び１６に取付けるために使われている。このコネクタ１８ａ及び１８ｂは、動的固定装置５０の一体的部分として形成されても良く、又コネクタ１８ａ及び１８ｂは、当該技術を熟知した者に知られているような別の装置であっても良い。使用に際し、動的固定装置５０は、屈曲する二つの椎骨に取付けられた時、それが回転及び／又は曲がる際に延びる。
【００５５】
さて、図７ａ−７ｃを参照すると、動的固定装置の更に別の実施例が示されている。動的固定装置５８は、四つの実質的に真直ぐ且つ剛体のアーム分節を含むものである。これらは、下部アーム６０ａ、第一の中間アーム６０ｂ、第二の中間アーム６０ｃ及び上部アーム６０ｄからなる。下部アーム６０ａと上部アーム６０ｄとは、それぞれコネクタ１８ａ及び１８ｂに接続されており、それらはペディクルスクリュー２０に接続されている。ピン４６を用いて、下部アーム６０ａは中間アーム６０ｂ及び６０ｃの一端部にヒンジ的に接続されている。上部アーム６０ｄは、ピン４６を用いて、中間アーム６０ｂ及び６０ｃの反対側の端部にヒンジ的に接続されている。この四つのヒンジ点の間には、四辺形である開口２４がある。屈曲の間、上部アーム６０ｄは上方且つ前方に動き、それにより、中間アーム６０ｂ及び６０ｃを下方に回転するように強いる。その様に、中間アーム６０ｂ及び６０ｃの上部アーム６０ｄへのヒンジ接続は、それが、中間アーム６０ｂ及び６０ｃの下部アーム６０ａへの接続が過剰な平行移動又は過剰な回転を防ぎながら、前向きに動くことを許している。動的固定装置５８は、上側の椎骨の上方且つ前向きの動きを許容し、さらに、それが取付けられている椎骨の過剰な平行移動に抵抗する。
【００５６】
さて、図８ａには、動的固定装置の更に別の実施例が示されている。図８ａに示された動的固定装置６２は、前方−後方分節６４を特徴とする動的固定装置である。動的固定装置６２は、角度aで前方−後方分節６４に向って延びるロッドアーム６５を有する第一のロッドエンド１４を含む。角度aは、ペディクルスクリュー２０に関し、ロッドアーム６５と下側ペディクルスクリュー２０との間の剛体接続により固定されている。同様に、ロッドアーム７３は、剛体接続により上側ペディクルスクリュー２０と固定されている。第一のロッドエンド１４のロッドアーム６５は、曲げ部６６で前方−後方分節６４に接続されている。より詳しくは、ロッドアーム６５と前方−後方分節６４との接続を形成する曲げ部６６は、ロッドアーム６５と前方−後方分節６４とが、曲げ部６６を含む本質的に切れ目の無い固体部材であるような、連続した構造部材でもよい。あるいは、曲げ部６６は、ロッドアーム６５を前方−後方分節６４に相互接続するピンによるヒンジ接続であっても良い。前方−後方分節６４はロッドアーム６５と角度bで隔てられている。
【００５７】
さらに図８ａを参照すると、曲げ部６６において、前方−後方分節６４は曲げ部６８に向け後方に延びている。中間ロッド分節７０は、前方−後方分節６４の後方端部の曲げ部６８から、第二のロッドエンド１６のロッドアーム７３との接続点を形成する曲げ部７２に延びている。曲げ部７２は、中間ロッド分節７０とロッドアーム７３との交差及び接続を形成する。曲げ部７２は、中間ロッド分節７０とロッドアーム７３とが曲げ部７２を含む本質的に切れ目の無い固体部材であるように連続した構造部材であってもよいし、あるいは曲げ部７２は、中間ロッド分節７０とロッドアーム７３とを繋ぐ接続部であっても良い。中間ロッド分節７０は、前方−後方分節６４と角度fで隔てられている。
【００５８】
第一のロッドエンド１４及び第二のロッドエンド１６は、それぞれコネクタ１８ａ及び１８ｂを使ってペディクルスクリュー２０に相互接続されることが好ましい。コネクタ１８ａ及び１８ｂは、動的固定装置６２の端部と一体に形成されても良いし、あるいは、それらは、当該技術に知識のある者に知られたような別の装置であってもよい。
【００５９】
さらに図８ａに示された本実施例の一例を参照すると、動的固定装置６２は、コネクタ１８ａ及び１８ｂの中心で定められる縦軸Ｌ−Ｌも有している。ロッドアーム６５は、概ね縦軸Ｌ−Ｌの前方にあり、且つ中間ロッド分節７０は、概ね縦軸Ｌ−Ｌの後方にあり、同時に前方−後方分節６４は縦軸Ｌ−Ｌの前方及び後方の両方に部分を有している。
【００６０】
もし、動的固定装置６２が取付けられている椎骨が圧縮されたならば、曲げ部６８が好ましくは、ヒンジのように働き、下方に動き得ることは、本実施例の一つの観点である。加えて、曲げ部６８は、椎骨の屈曲を受け入れるために、上方にも動き得る。曲げ部６８及び前方−後方分節６４のこの動きは、人間の椎骨の動きの正常な円弧（アーク）に近似している。圧縮下にあるとき、曲げ部６８は、下側アーク路７４に沿い下方に動く。下側アーク路７４は、動的固定装置６２が圧縮下に置かれ、前方−後方分節６４がロッドアーム６５に向って動いた時にもたらされ、それにより角度bを減じる。典型的な人間の患者の場合、角度bは、曲げ部６８が下側アーク路７４に沿って通過する時、３０度まで減少し得る。この動きを達成するために、動的固定装置６２の曲げ部６８は、それがヒンジのように働くことを許容する構造を含むのが好ましい。従って、曲げ部６８はピン７５を含んでいても良い。図８ａで説明するように、ピン７５は、中立位置で示されている。しかしながら、圧縮位置では、ピン７５’が下方位置で示されている。椎骨が屈曲する時、曲げ部６８は上側アーク路７６に沿って上方に動く。上側アーク路７６は、動的固定装置６２が伸張し、前方−後方分節６４が上方に向って動いた時にもたらされ、それにより角度bを増す。典型的な人間のインプラントの場合、角度bは、曲げ部６８が上側アーク路７６に沿い通過する時、３０度まで増大し得る。少なくとも何人かの患者のために、前方−後方分節６４の中立位置は、水平よりは下向きに傾けられ、曲げ部６８が曲げ部６６の下にあっても良い。その様に、角度bは、屈曲伸張を超え、許容可能な圧縮より小さな量を有することとなる。伸張条件では、ピン７５”はその上方位置で示されている。圧縮においては、角度fは減少し、屈曲の間に動的固定装置が伸張すれば、角度fは増大する。
【００６１】
本発明の種々の実施例は、椎骨の僅かな量の平行移動の運動を許容しているが、許される平行移動の量は、人の椎骨の正常な動きの生理的限界以内である。例えば、図８ａに示す実施例に関して、ピン７５が下側アーク路７４及び上側アーク路７６に沿い前方に動くと、椎骨は、中立位置から僅かに前方又は前向きに動かされるピン７５’及び７５”の位置で明示されるように、僅かな量の平行移動をする。
【００６２】
さて、図９ａ−９ｃを参照すると、動的固定装置の更に別の実施例が示されている。動的固定装置７８は３本のほぼ真直ぐのアーム分節を含む。これらは、下側アーム８０ａ、第一の中間アーム８０ｂ及び上側アーム８０ｃからなる。下側アーム８０ａ及び上側アーム８０ｃは、それぞれペディクルスクリュー２０に接続されているコネクタ１８ａ及び１８ｂに接続する。下側アーム８０ａはピン４６を使って、中間アーム８０ｂの一端部にヒンジ的に接続されている。第一の中間アーム８０ｂの反対側の端部は、（例えば、ピン４６により）上側アーム８０ｃにヒンジ的に接続されている。屈曲の間、上側アーム８０ｃは上方且つ前方に動き、それにより、中間アーム８０ｂに下方に回転するように強いる。その様に、中間アーム８０ｂの上側アーム８０ｃへのヒンジ接続は、それを前方への回転を伴って上方に向けられ、一方、中間アーム８０ｂの下側アーム８０ａとの接続は、過剰な平行移動や過剰な回転を防止する。装置６２における前方−後方分節６４の機能と同様に、本実施例の中間アーム８０ｂは、屈曲におけるある範囲の動きを許すが、椎骨が過剰な平行移動をすることを防止する前方−後方分節のように働く。その様に、動的固定装置７８は、上側の椎骨が、上方且つ僅かに前方に動くことを許容し、それが取付けられている椎骨の過剰な平行移動には抵抗する。
【００６３】
さて、図１０ａには、動的固定装置の更に別の実施例が示されている。動的固定装置８２は、第一のロッドエンド１４に接続された第一のロッド部材８４及び第二のロッドエンド１６に接続された第二のロッド部材８６を含み、第一のロッドエンド１４及び第二のロッドエンド１６は、それぞれコネクタ１８ａ及び１８ｂを使って、ペディクルスクリュー２０に相互接続されている。第一のロッド部材８４及び第二のロッド部材８６は、スプリング８８を前方と後方から閉じ込めている。加えて、レール９０が、スプリング８８を側方から閉じ込めており、そのレール９０は、第一のロッド部材８４を第二のロッド部材８６に相互接続するのにも役立っている。動的固定装置８２の構成は、関節で接続される装置を提供するが、これは延伸することもでき、それにより、屈曲した時の二つの隣接した椎骨の自然な生理的な動きに適合している。これらの部材の構造及び機能を以下に詳述する。
【００６４】
さらに図１０ａを参照すると、第一のロッド部材８４は、好ましくは、その後方側に沿って凹面９２を含み、その第一のロッド部材８４の凹面９２は、スプリング８８の前方の閉じ込めをするのを助けている。第二のロッド部材８６は、好ましくは、その前方側に沿って凹面９４を含み、その第二のロッド部材８６の凹面９４は、スプリング８８の後方の閉じ込めをするのを助けている。
【００６５】
上述したように、レール９０（破線で示す）は、第一のロッド部材８４を、第二のロッド部材８６に相互連結している。好ましくは、レール９０はプレート９６を含み、そのプレート９６の両端部を通して置かれたヒンジピン４６（複数）を有する。プレート９６は図１０ｂに示す。一つの好ましい実施例において、第一のロッド部材８４は、第一のヒンジピン４６（単数）を受け入れる第一のノッチ９８を含む。同様に、第二のロッド部材８６は、第二のヒンジピン４６（単数）を受け入れる第二のノッチ９８を含む。プレート９６は、スプリング８８の閉じ込め帯域１００をまたがり、且つロッド部材８４及び８６間にスプリング８８を側方から封じ込めて、スプリング８８が閉じ込め帯域１００の外側に動くのを防ぎながら、第一のロッド部材８４と第二のロッド部材８６とを相互接続している。本実施例の別の観点において、レール９０は単一ピースを用いて形成しても良い。即ち、プレート９６とヒンジピン４６との構造体は、単一ピースを機械加工などして作られても良い。
【００６６】
例示までに、そして限定ではなく、スプリング８８は、動的固定装置８２のために適当なばね定数を有する円筒形のスプリングであることが好ましい。これに加えて、スプリング８８は、例えば円板又は球として形成された、適当なサイズのシリコンの挿入物のような弾力性のある物質の形をとっても良い。脊椎の屈曲運動中、第二のロッド部材８６は、上方且つ前向きに動く。この動きの間、スプリング８８は、第一のロッド部材８４と第二のロッド部材８６との間で回る。スプリング８８が回るので、第一のロッド部材８４と第二のロッド部材８６との間の摩擦は、最小限である。その様に、スプリング８８の回る能力は、スプリングの形状及び閉じ込め帯域１００の内側壁の形状及びテクスチャーを調節することにより改良できる。より詳しくは、それぞれ第一及び第二のロッド部材８４及び８６の凹面９２及び９４の形状及び表面のテクスチャーは、第一のロッド部材８４に関係する第二のロッド部材８６の伸張における動きの大きさ及び容易さを調節するために改良できる。スプリング８８は圧縮されるケ−ブルであるので、それは変形し、それにより曲げを許容する。圧縮の量は、例えばスプリング材料のタイプ、直径及び壁厚みようなばね特性、並びに閉じ込め帯域１００の形状及び凹面９２及び９４のテクスチャーにより制御される。閉じ込め帯域１００の形状に関しては、凹面９２及び９４は、スプリング８８のために、閉じ込め帯域１００の圧縮面として役立つ。凹面９２及び９４のカーブ形状は、この構造物が伸張した時のスプリングの圧縮の度合いを制御するために、変えても良い。例えば、図１０ａを参照すると、カーブ面９２及び９４の曲率は、平らにされても良く、それにより屈曲、伸張の間の、閉じ込め帯域１００内でのスプリング８８の反応に影響する。
【００６７】
さて、図１０ｃ及び１０ｄを参照すると、動的固定装置８２がそれぞれ中立位置及び屈曲位置の両方で示されている。明確さのため、図１０ｃ及び１０ｄでは、レール９０が破線となっている。図１０ｃに示す中立位置と比較して、図１０ｄの伸張位置は、スプリング８８が巻き上げられとともに僅かに圧縮されることを説明している。スプリング８８の特性は、屈曲の間、ある望ましい量のスプリングの圧縮が許されるように選ばれる。しかしながら、スプリング８８は、椎骨の望ましくない量の平行移動には抵抗するような堅さである。
【００６８】
動的固定装置８２は、第二のロッド部材８６が第一のロッド部材８４にヒンジ的に取付けられているので、伸張を許され、それにより第一のロッド部材８４に関係する第二のロッド部材８６の垂直の動きを許す。その様に、動的固定装置８２の構成は、伸張することができて、脊椎の自然な生理的動きに適応する関節で接続された装置を提供する。
【００６９】
動的固定装置８２は、分節的に加えられた脊椎の運動制御を提供する応用がある、と言うのは、インプラントを受け入れるために設計された各運動分節が、その寸法及びばね定数によりカスタマイズされた動的固定装置インプラントを有することができ、それにより患者に所望の正常な生理的範囲の制御された動きを与えられるからである。
【００７０】
二つの椎骨に架橋する典型的な用途において、動的固定装置１０、３４、３４’、５０、５８、６２、７８及び８２の全長は、約１５から３５ｍｍでも良い。動的固定装置の幾何学的形状部分又はヒンジ構造は、二つの椎骨を繋ぐインプラントの中央領域を占めることが好ましい。即ち、幾何学的形状部分又はヒンジ構造は、インプラントの一部を占めるのみであり、第一のロッドエンド１４及び第二のロッドエンド１６は、コネクタ装置を用いてペディクルスクリューに相互接続され得る固体のロッド分節であることが許容される。幾何学的形状部分又はヒンジ構造を含む装置に関して、これらの構造は典型的に全長の約１５から２０ｍｍを占めることになる。
【００７１】
一つの関節に架橋する動的固定装置に関しては、それは長さとして約５から１０ｍｍまで延び、脊椎の屈曲に適応するために５度から１０度の間まで前向きに回転する。明らかに、異なるサイズの動的固定装置も、個々の患者のそれぞれの特定の要求を受け入れるために使うことできる。より詳しくは、大きな男性には比較的大きな動的固定装置が必要とされるであろうし、小児又は小さな女性のようなより小さな患者には、比較的小さな動的固定装置が必要とされるであろう。しかしながら、限られたサイズの数でも、患者人口の大多数に対する適当な適用範囲を提供できる。任意の与えられた装置について、椎骨の運動分節の所望の屈曲に調和する動的固定装置の潜在的延び、及び固定装置の平面の関連した不和（associated distraction)は予測される。
【００７２】
この動的固定装置は、複数の椎骨を柔軟に固定するのに使うことができる。あるいは、この動的固定装置は、脊椎の曲げが望まれる特定の点に、剛体のロッドを医師により望まれる他の位置に使用しながら、配置できる。使用する場所で、剛体のロッドはカーブしていても良く、それにより、幾何学的形状のヒンジ構造の埋め込まれた位置に、そしてその実効的ピボット点に、影響を与えている。
【００７３】
本発明の構造体は、医学的用途に使われた時、人の身体からの負荷に耐えるのに必要な適切な強度特性を有する一つ又はそれ以上の材料から作られる。加えて、その材料は人の身体に適合性のあるものである。好ましくは、それらの材料は、セラミックス、プラスチックス、金属又はカーボンファイバー複合体を含む。より好ましくは、その材料は、チタニウム、チタニウム合金又はステンレス鋼から作られる。
【００７４】
上述の代わりとなる設定は、異なる曲げ特性を提供する。寸法は、特定の患者が必要とする特定のデザインにより変り得る。より詳しくは、幾何学的形状及びヒンジ（デバイス）の寸法は、大きく重い男性については、小さく小柄な女性に必要とされるものとは反対に、より大きくなるだろう。更に、ここに述べた動的固定装置を構成するために使われる材料のタイプは、装置の所望の寸法に影響を与える。ここに述べた動的固定装置は、種々の材料、好ましくは金属又は弾力性を示す材料、より好ましくはチタニウム合金又は外科用ステンレス鋼で作ることができる。異なる材料は異なる強さ及び弾力性を有しているので、使用する材料のタイプは、部分的に、特定の患者における相当の機能を達成するのに必要とされるロッド部分の寸法を決定することになる。
【００７５】
ここに開示された装置はまた、温度記憶材料又は温度の変化に対して異なる弾性特性を持つ材料から作られてもよい。本発明のこの観点では、関連のコンポーネント（単数又は複数）は、所望の温度まで加熱され又は冷やされて埋め込まれ、それに続いて、その関連装置（デバイス）に対してその使用期間中に存在するであろう周囲条件の温度、つまり通常の体温に、冷やされ又は温められるようにさせ得る。
【００７６】
本発明は、脊椎インプラント（埋め込み）以外の医療用装置にも応用できることを理解されるべきである。例えば、本発明は、外的固定システムにも使用できる。
【００７７】
更に、本発明は、医学分野以外にも応用できることを理解されるべきである。本発明の動的固定装置は医療用インプラントには限られない。この装置は、地震減衰の用途にも使いることができる。あるい別には、本発明は、リンキング（連結）機構のような任意の二つの物体を固定するために使用でき、任意の型の可動連結を有する機械装置への応用を持つ。決して網羅的にすべてではないが、その他の応用としては、トラクターへの器具連結のような、任意の関節を接続する装置が含まれる。また、アンテナを基礎構造体に取付けるような、これまで静的なタイプとされてきた接続用途にも使用できる。種々の構造技術に熟達した者は、これまでに提供された（外科的応用に関する）手引きにより、また前に示した図面により、本発明品の製造及び使用法を認識するだろう。
【００７８】
本発明の種々の実施例を詳細に述べられてきたが、その間に、これらの実施例の改良及び応用が、当該分野に精通した者に見出されることは明らかである。しかしながら、その様な改良及び応用は、各請求項に示すように、本発明の精神及び範囲内にあることを明白に理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は、中立位置における二つの椎骨の側面透視図である。
【図２】図２は、図１の二つの椎骨の屈曲条件下における側面透視図である。
【図３ａ】図３ａは、第一の実施例のペディクルスクリューと共に使用される動的固定装置の側面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、中立位置にある二つの椎骨に取付けられた図３ａに示した装置の側面透視図である。
【図３ｃ】図３ｃは、屈曲位置にある二つの椎骨に取付けられた図３ａに示した装置の側面透視図である。
【図４ａ】図４ａは、ペディクルスクリューと共に使用される動的固定装置の別の実施例の側面図である。
【図４ｂ】図４ｂは、中立位置にある二つの椎骨に取付けられた図４ａに示した装置の側面透視図である。
【図４ｃ】図４ｃは、屈曲位置にある二つの椎骨に取付けられた図４ａに示した装置の側面透視図である。
【図５ａ】図５ａは、ペディクルスクリューと共に使用される図４ａで示した動的固定装置の改良の実施例の側面図である。
【図６ａ】図６ａは、動的固定装置の別の実施例の正面透視図である。
【図６ｂ】図６ｂは、図６ａに示した装置の正面図である。
【図６ｃ】図６ｃは、図６ａに示した装置の背面図である。
【図６ｄ】図６ｄは、図６ａに示した装置の側面図である。
【図６ｅ】図６ｅは、中立位置の二つ椎骨に取付けられた図６ａに示した装置の側面透視図である。
【図６ｆ】図６ｆは、屈曲位置の二つ椎骨に取付けられた図６ａに示した装置の側面透視図である。
【図７ａ】図７ａは、ペディクルスクリューと共に使用されている動的固定装置の別の実施例の側面図である。
【図７ｂ】図７ｂは、中立位置にある二つの椎骨に取付けられた図７ａに示した装置の側面透視図である。
【図７ｃ】図７ｃは、図７ａに示した装置の屈曲位置にある二つの椎骨に取付けられた図７ａに示した装置の側面透視図である。
【図８ａ】図８ａは、ペディクルスクリューと共に使用されている動的固定装置の別の実施例の側面図である。
【図９ａ】図９ａは、ペディクルスクリューと共に使用されている動的固定装置の別の実施例の側面図である。
【図９ｂ】図９ｂは、中立位置にある二つの椎骨に取付けられた図９ａに示した装置の側面透視図である。
【図９ｃ】図９ｃは、屈曲位置にある二つの椎骨に取付けられた図９ａに示した装置の側面透視図である。
【図１０ａ】図１０ａは、ペディクルスクリューと共に使用されている動的固定装置の別の実施例の側面図である。
【図１０ｂ】図１０ｂは、図１０ａに示した装置の一部の側面図である。
【図１０ｃ】図１０ｃは、中立位置にある二つの椎骨に取付けられた図１０ａに示した装置の側面透視図である。
【図１０ｄ】図１０ｄは、屈曲位置にある二つの椎骨に取付けられた図１０ａに示した装置の側面透視図である。  上に掲げた図面は、必ずしも尺度を合わせてはいない。
【符号の説明】
【００８０】
１０、３４、５０、５８、６２、７８、８２  動的固定装置
１２  幾何学的形状
１４  第一のロッドエンド
１６  第二のロッドエンド
１８ａ、１８ｂ  コネクタ
２０  ペディクルスクリュー
２２ａ、２０ｂ、２２ｃ、２２ｄ  アーム
２４  内側中空領域（開口）
２６  収斂分節
２８  第一の位置
３０  第二の位置
３２  実効的ピボット点
３６ａ、３６ｂ  実質的に幾何学的形状
３６ｃ  実質的に菱形形状
３８ａ、３８ｂ  前方アーム
４０ａ、４０ｂ  後方アーム
４２、４４  交叉アーム
４６、７５  ピン
５２  平面
５４  内面
５６  内部側壁
６０ａ、６０ｄ  上部アーム
６０ｂ、６０ｃ、８０ｂ  中間アーム
６４  前方−後方分節
６５、７３  ロッドアーム
６６、６８、７２  曲げ部
７０  中間ロッド分節
７４  下側アーク路
７６  上側アーク路
８０ａ  下側アーム
８０ｃ  上側アーム
８４  第一のロッド部材
８６  第二のロッド部材
８８  スプリング
９０  レール
９２  凹面
９６  プレート
９８  ノッチ
１００  帯域
【図１】
0004559848.tif 000002
【図２】
0004559848.tif 000003
【図３ａ】
0004559848.tif 000004
【図３ｂ】
0004559848.tif 000005
【図３ｃ】
0004559848.tif 000006
【図４ａ】
0004559848.tif 000007
【図４ｂ】
0004559848.tif 000008
【図４ｃ】
0004559848.tif 000009
【図５ａ】
0004559848.tif 000010
【図６ａ】
0004559848.tif 000011
【図６ｂ】
0004559848.tif 000012
【図６ｃ】
0004559848.tif 000013
【図６ｄ】
0004559848.tif 000014
【図６ｅ】
0004559848.tif 000015
【図６ｆ】
0004559848.tif 000016
【図７ａ】
0004559848.tif 000017
【図７ｂ】
0004559848.tif 000018
【図７ｃ】
0004559848.tif 000019
【図８ａ】
0004559848.tif 000020
【図９ａ】
0004559848.tif 000021
【図９ｂ】
0004559848.tif 000022
【図９ｃ】
0004559848.tif 000023
【図１０ａ】
0004559848.tif 000024
【図１０ｂ】
0004559848.tif 000025
【図１０ｃ】
0004559848.tif 000026
【図１０ｄ】
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