(57)【要約】  本発明は、隣接する脊椎間に配置する人工椎間板に関する。人工椎間板は、椎間板高さおよび脊柱前湾を回復し、自然の動作範囲を可能にし、衝撃を吸収し、耐動作および軸方向圧縮性を提供するように設計されていることが好ましい。さらに、椎間板（１０）を脊椎の頸部、胸部、および腰部に使用することができる。人工椎間板は、流体（２２）で少なくとも部分的に充填された内部（１９）と、椎間板の内部に流体を注入する弁（２０）と、切断部の剛性より大きいことが好ましい剛性を有する中心部とを、単一または組み合わせて含むことができ、それによって椎間板は中心部周りで旋回することが可能になる。中心旋回軸は、中心開口部（１０８）、中心チャンバ（１６２）、内側コア、または中心ケーブル（２５８）によって形成することができる。
2006514558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の脊椎間に配置する椎間板であって、
第１の内表面および第１の外表面を有する上端板であって、第１の外表面は第１の脊椎と接触する上端板と、
第２の内表面および第２の外表面を有する下端板であって、第２の外表面は第２の脊椎と接触する下端板と、
前記上端板と下端板の間に延びる弾性膜と、
前記端板と前記弾性膜の間に画定される内部容量と、
前記容量を流体で少なくとも部分的に充填するように、前記内部容量と連通する弁とを備える椎間板。
【請求項２】
前記第１および第２の内表面のうちの一方はソケットを有し、前記第１および第２の内表面のうちの他方は突起を有し、突起はソケット内で連節するように構成されている、請求項１に記載の椎間板。
【請求項３】
前記突起およびソケットは、前記上下端板間の平行移動を可能にするように構成された、請求項２に記載の椎間板。
【請求項４】
前記弁の少なくとも一部は前記膜内に配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項５】
前記膜の少なくとも一部は、前記上下端板間に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項６】
前記膜は前記上下端板を囲繞している、請求項１から５のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項７】
前記膜はエラストマー材料から形成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項８】
前記膜は蛇腹を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項９】
前記流体は圧縮不可能である、請求項１から８のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項１０】
前記端板の少なくとも一方は、金属、ポリマー、セラミック、および複合材料からなる群から選択された材料から形成されている、前記請求項１から９のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項１１】
前記端板の少なくとも一方は、皮質、海綿質、同種移植片、自家移植片、異種移植片、脱塩化または部分的に脱塩化された骨からなる群から選択された骨材料から形成されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項１２】
前記第１および第２の外表面の少なくとも一方に配置された移動抵抗構造をさらに備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項１３】
前記第１および第２の外表面の少なくとも一方に配置された永久固定手段をさらに備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項１４】
前記第１および第２の外表面の少なくとも一方に配置された移植機器の取付け、案内、または保持のための構造をさらに備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項１５】
第１および第２の脊椎の間に配置する椎間板において、
第１および第２の脊椎と接触するようになっている第１および第２の表面と、
前記第１および第２の脊椎の間に配置された外および内側壁であって、内側壁は環を画定する側壁と、を備える椎間板であって、
前記環は流体を少なくとも部分的に充填している椎間板。
【請求項１６】
前記椎間板は少なくとも部分的に、エラストマー材料を含む、請求項１５に記載の椎間板。
【請求項１７】
前記環内に配置されたエラストマー材料をさらに備える、請求項１５または１６のいずれかに記載の椎間板。
【請求項１８】
本体はさらに第１の剛性を有し、前記エラストマー材料は第２の剛性を有し、前記第１および第２の剛性は実質的に同等ではない、請求項１５から１７に記載の椎間板。
【請求項１９】
前記第２の剛性は前記第１の剛性より大きい、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項２０】
前記環を前記流体で少なくとも部分的に充填するように、前記環と連通する弁をさらに備える、請求項１５から１９のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項２１】
前記弁の少なくとも一部は、前記外側壁内に配置される、請求項２０に記載の椎間板。
【請求項２２】
前記表面の少なくとも一方に結合する金網をさらに備える、請求項１５から２１のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項２３】
前記第１および第２の表面と前記内外側壁の間に間隙をさらに備え、該間隙は前記第１および第２の表面によって画定されている、請求項１５から２２に記載の椎間板。
【請求項２４】
前記第１および第２の表面は弾性的に離れて付勢されている、請求項１５から２３のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項２５】
前記椎間板は、前記脊椎に対する後部からのアプローチにより椎間板の空間内に移植できるように構成された、請求項１５から２４のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項２６】
前記流体は圧縮不可能である、請求項１５から２５のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項２７】
前記第１および第２の部材の少なくとも一方に配置された移動抵抗構造をさらに備える、請求項１５から２６のいずれか一項に記載された椎間板。
【請求項２８】
前記移動抵抗構造は、前記上下表面の少なくとも一方を越えて延び、前記第１および第２の脊椎の少なくとも一方と係合するように留め具を受ける貫通孔を有する少なくとも１つのフラップを備える、請求項２７に記載の椎間板。
【請求項２９】
前記第１および第２の部材の少なくとも一方に配置された永久固定手段をさらに備える、請求項１５から２８のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項３０】
前記第１および第２の部材の少なくとも一方に配置された、移植機器の取付け、案内、または保持のための構造をさらに備える、請求項１５から２９のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項３１】
第１および第２の脊椎の間に配置する椎間板であって、
前記第１の脊椎と接触する上表面と、
前記第２の脊椎と接触する下表面と、
内外表面を有すると共に、前記上下表面間に延びる外部壁と、
前記上下表面と前記外部壁の内表面の間に画定されると共に、少なくとも第１および第２のチャンバを備える内部容量とを備える椎間板。
【請求項３２】
前記第１のチャンバは第１の壁面によって画定され、前記第２のチャンバは前記外部壁と前記第１の壁の間に配置された、請求項３１に記載の椎間板。
【請求項３３】
前記第１のチャンバを前記流体で少なくとも部分的に充填するように、前記第１のチャンバと連通する弁をさらに備える、請求項３１または３２のいずれかに記載の椎間板。
【請求項３４】
前記弁の少なくとも一部は前記外部壁に配置される、請求項３３に記載の椎間板。
【請求項３５】
前記第１の壁は第１の剛性を有する第１の材料から形成されており、前記外部壁は第２の剛性を有する第２の材料から形成されており、前記第１および第２の剛性は実質的には一致していない、請求項３１から３４のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項３６】
前記第１の壁は第１の剛性を備える第１の形状を有し、前記外部壁は第２の剛性を備える第２の形状を有し、前記第１および第２の剛性はほぼ一致していない、請求項３１から３５のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項３７】
前記第１のチャンバおよび前記第２のチャンバは、少なくともその中に配置された第１の流体を有する、請求項３１から３６のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項３８】
前記第２のチャンバは、前記第１のチャンバと流体連通している、請求項３１から３７のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項３９】
前記第１および第２のチャンバと連通する第１の壁に配置された弁をさらに備える、請求項３７または３８のいずれかに記載の椎間板。
【請求項４０】
前記内部容量はさらに、前記第２のチャンバと流体連通する第３のチャンバを備える、請求項３７から３９のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項４１】
前記第２のチャンバは、前記第１のチャンバから密封されており、前記第１のチャンバは中に配置された第１の流体を有し、前記第２のチャンバは中に配置された第２の流体を有する、請求項３１から４０のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項４２】
前記第１および第２のチャンバは、第１の流体で少なくとも部分的に充填される、請求項３１から４１のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項４３】
前記第２および第３のチャンバを流体で少なくも部分的に充填するように、前記第２および第３のチャンバと連通するバルブをさらに備える、請求項４０から４２のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項４４】
前記弁の少なくとも一部は前記外部壁に配置されている、請求項３３から４３のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項４５】
前記少なくとも１つの第２のチャンバは、互いに流体連通する少なくとも２つのチャンバを備える、請求項３１から４４のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項４６】
前記椎間板は剛性を有し、前記第１のチャンバは前記椎間板の剛性より大きな剛性を有するように適応され、構成された、請求項３１から４５のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項４７】
前記第１のチャンバは、前記表面を互いに対して旋回可能にする旋回軸であるように適応され、構成された、請求項３１から４６のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項４８】
前記第１のチャンバはその中に配置された弾力性要素を有する、請求項３１から４７のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項４９】
前記椎間板は剛性を有し、前記弾力性要素はばねであり、ばねは前記第１の剛性より大きな第２の剛性を有するように適応され、構成されている、請求項３１から４８のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項５０】
前記第１のチャンバは中に配置された空孔を有する、請求項３１から４９のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項５１】
前記椎間板は、エラストマー、ポリマー、セラミック、複合材料、または金網からなる群からできている、請求項３１から５０のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項５２】
前記表面の少なくとも１つに結合する金網をさらに備える、請求項３１から５１のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項５３】
前記表面の少なくとも１つに結合する少なくとも１つの端板をさらに備える、請求項３１から５２のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項５４】
前記端板の少なくとも１つに配置された移動抵抗構造をさらに備える、請求項５３に記載の椎間板。
【請求項５５】
前記端板の少なくとも１つに配置された永久固定手段をさらに備える、請求項５３または５４のいずれかに記載の椎間板。
【請求項５６】
前記端板の少なくとも１つに配置された移植機器の取付け、案内、または保持のための構造をさらに備える、請求項５３から５５のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項５７】
前記表面の少なくとも１つに配置された移動抵抗構造をさらに備える、請求項３１から５６のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項５８】
前記移動抵抗構造は、前記上下表面の少なくとも１つを越えて延び、前記第１および第２の脊椎の少なくとも１つと係合するように留め具を受ける貫通孔を有する、少なくとも１つのフラップを備える、請求項５７に記載の椎間板。
【請求項５９】
第１および第２の脊椎の間に配置する椎間板において、
前記第１の脊椎と接触する上端板と、
前記第２の脊椎と接触する下端板と、
その間に配置された少なくとも第１および第２のケーブル要素と、を備える椎間板であって、
前記第１および第２のケーブル要素はそれぞれ長さを有し、前記第１のケーブル要素の長さは前記第２のケーブル要素の長さより実質的に短い椎間板。
【請求項６０】
前記端板の少なくとも１つは少なくとも１つの孔を含み、前記少なくとも１つのケーブル要素は前記少なくとも１つの孔に結合している、請求項５９に記載の椎間板。
【請求項６１】
前記椎間板はさらに、前記上下端板間に配置された複数の周辺ケーブル要素を備え、各周辺ケーブル要素はさらに長さを有し、前記第１のケーブル要素は中心ケーブル要素を備え、各周辺ケーブル要素の長さは前記中心ケーブル要素の長さよりも実質的に長い、請求項５９または６０に記載の椎間板。
【請求項６２】
前記端板間に配置される膜をさらに備える、請求項５９から６１のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項６３】
前記膜は前記端板を囲繞している、請求項６２に記載の椎間板。
【請求項６４】
前記膜は蛇腹を備える、請求項６２または６３のいずれかに記載の椎間板。
【請求項６５】
前記端板の少なくとも１つが、金属、ポリマー、セラミック、および複合材料からなる群から選択された、請求項５９から６４のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項６６】
前記端板の少なくとも１つが、皮質、海綿質、同種移植片、自家移植片、異種移植片、脱塩化または部分的に脱塩化された骨からなる群から選択された骨材料から形成されている、請求項５９から６５のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項６７】
前記上下端板の少なくとも１つに配置された移動抵抗構造をさらに備える、請求項５９から６６のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項６８】
前記上下端板の少なくとも１つに配置された永久固定手段をさらに備える、請求項５９から６７のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項６９】
前記上下端板の少なくとも１つに配置された移植機器の取付け、案内、または保持のための構造をさらに備える、請求項５９から６８のいずれか一項に記載の椎間板。
【請求項７０】
前記膜および上下端板は内部容量を画定する、請求項６２から６９に記載の椎間板。
【請求項７１】
前記膜はエラストマーで形成されている、請求項７０に記載の椎間板。
【請求項７２】
前記膜は蛇腹を備える、請求項７０または７１に記載の椎間板。
【請求項７３】
前記内部容量を流体で少なくとも部分的に充填するように、容量と連通する弁をさらに備える、請求項７２に記載の椎間板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脊椎の外傷および疾病の治療装置および方法に関する。より詳細には、本発明は椎間板の交換に関する。
【背景技術】
【０００２】
脊椎分離病、椎間板ヘルニア、脊髄神経根の圧迫、椎間板変形疾病、および外傷などの様々な状態が、医療を必要とする厳しい不快感をもたらすものと知られている。このような状態を軽減するために現時点で使用されている処置としては、椎間板および脊椎後側方固定術または関節固定術などの、脊椎固定術が挙げられる。これらの処置では、２つの隣接する椎体が共に固定される。病気に侵された椎間板はまず摘出され、椎間板を除去することによって残された間隙を効果的に架橋するように、２つの椎体間で成長した骨に対応するインプラントが挿入される。いくつかの異なるインプラント材料およびインプラント設計が、様々な成功と共に固定術に使用されてきた。椎間板および脊椎後側方固定術が広く使用されているが、この使用に対する欠点は、隣接する椎間板の変質、および機能脊髄体の不安定化などの小さな生理的範囲の動作および他の固定術に関連した合併症を含む。その結果、合併症がより少なく、固定術と同様の効果を有する代替治療法が望ましい。脊椎固定術に対するこのような代替形態は、関節形成術、および人工装具または人工椎間板の使用である。
【０００３】
一般に、関節形成術は病に侵された関節の交換に使用される。関節形成術は、関節の動作を保持するようにされた一式の処置を含み、それによって完全な状態を保ち、固定術後に隣接する部分が作用する傾向にあるので、これらの部分が劣化し続ける。病に侵された関節の位置および状態によっては、特定の関節形成術処置を利用することもできる。例えば、関節を再成形し、関節を形成する２本の骨の間に人工椎間板を加える挿入再構成手術が普通、肘、肩、足首、および指の関節で利用される。関節全交換手術、または関節全置換術では、病に侵された関節全体を人工装具と交換し、近年では、ほとんどの膝および股関節の問題に対して選択される手術となった。
【０００４】
股関節および膝の置換術は特に、幅広く行われており、米国で２００１年においてはほぼ３００，０００件の股関節置換術、およびほぼ同じ件数の膝置換術が行われている。膝および股関節置換手術に関して、いくつかのインプラントまたは人工装具が利用可能である。股関節人工装具の場合、例示の設計として、２つの構成部品があり、１つ目は大腿骨に嵌合される金属ステムに取り付けられた金属球であり、２つ目は骨盤に移植される接合用プラスチックソケットである。金属片は普通、ステンレス鋼、コバルトおよびクロム合金、チタン、およびチタン合金から形成されており、またプラスチック片は普通、高密度ポリエチレンから形成されている。膝の人工装具の場合、例示的な実施形態では、金属およびプラスチック部品が、損傷を受けた骨端部および軟骨を再度置換するために使用される。金属片は普通、ステンレス鋼、コバルトおよびクロム合金、チタン、およびチタン合金から形成されており、プラスチック片は普通、高密度ポリエチレンから形成されている。
【０００５】
身体の他の関節のものと同様に、脊髄関節形成術は発展し、脊椎に人工装具が使用されている。しかし、機能的関節を交換するための関節の癒合の発展、脊髄関節形成術の出現は、身体の他の主要な関節の関節形成術より遅かった。脊髄関節形成術が遅れたとされるいくつかの可能性のある理由としては、椎間板変形に関連する脊椎の問題は診断するのが難しく、脊椎処置は、一般的には難局に陥りやすいので、癒合などの保守的な解決法が許容可能であり、脊髄解剖学は複雑であるということが挙げられる。
【０００６】
過去４０年にわたって、脊髄関節形成術の技術は開発段階にあり、過去１０年間において、脊髄関節形成術は一流の外科医、およびインプラント製造者の注目を浴びてきた。脊髄関節形成術の発展は、基本的に１９５０年代に始まり、いくつかの新しい概念の１つに、椎間板人工装具の球面概念があった。その球面概念は単に、椎間板摘出処置が行なわれた後に髄核腔内に、基本的には周面に球を配置するものである。環状部は定位置に保持され、球は核置換装置として働く。様々な材料が、球面概念に対して実験された。例えば、１９６０年代の初めには、シリコーン玉軸受を使用したインプラントが患者の頸部に移植されたが、成果は不確実であった。１９６０年代の半ばには、ステンレス鋼（玉軸受）人工装具が患者に移植されていた。この処置の成果は、最初は有望であったが、やがて椎間板空間は椎体内へ鋼球が沈下することにより高さを失った。現時点では、球面人工装具の概念は、異なる材料を使用して観察され、その中で最新のものは改良したカーボンファイバである。
【０００７】
別の新しい概念は、機械的概念設計である。機械的概念設計は基本的に、脊髄顆頭軸の運動範囲を回復することを意図した椎間板全置換製品である。これらの装置はしばしば、安定化機構を介して隣接する椎体に固定された金属端板と、ポリエチレンまたは他の高分子材料からできているコアとからなっている。あるいはコアの代わりに、軸受表面を使用することもでき、軸受表面材料はセラミックオンセラミック、メタルオンメタル、またはメタルオンポリエチレンである。機械的設計概念は、膝および股関節置換などの関節復元製品と同じ概念に基づいており、様々な機械的設計の人工装具概念が今まで提案されており、また提案され続けている。
【０００８】
別の概念は生理学的概念である。生理学的概念では、患者の脊髄端板間で流体を吸収し、注入し、また椎間板の自然の衝撃吸収または緩衝機能を維持することによって、椎間板機能を復元することを意図した、ヒドロゲル、エラストマー、またはポリウレタン系のコアを使用している。生理学的概念の装置は普通、核または椎間板の一部だけを置換するように設計されているので、部分的な解決法であるとしか考えられていない。
【０００９】
椎間板置換に対するアプローチの全ては、椎間板の痛みを緩和すること、動作範囲を回復させること、椎間板の自然衝撃機能を維持すること、通常の形状または椎間板高さを回復すること、および生理学的運動学を回復することのいくつかまたは全てを対象としている。一般に、エラストマー／流体充填椎間板、球・ソケットタイプの椎間板、機械的ばね椎間板、およびハイブリッド椎間板の４つの例示的なタイプの人工椎間板が、摘出した椎間板の一部または全てと交換するために開発された。
【００１０】
エラストマー／流体充填椎間板は普通、下側および上側剛性端板の間に位置決めされたエラストマークッションまたは流体充填チャンバを含んでいる。これらのインプラントのクッションおよびチャンバは有利には、除去された椎間板組織と同様に機械的挙動で機能する。
【００１１】
球・ソケットタイプの椎間板は普通、協働する内球とソケット部を有する２枚のプレート部材を組み込んでおり、それによって脊椎の運動中の部材の連節移動が可能になる。
【００１２】
機械的ばね椎間板は普通、金属端板間に配置された１つまたは複数のコイル状ばねを組み込んでいる。コイルばねは、脊髄があらゆる方向に屈曲し、延びている間に脊椎の通常の移動を可能にしながら、隣接する脊椎の間隔を置いた配置を維持するのに十分であるように設計された累積ばね定数を規定する。
【００１３】
第４のタイプの人工椎間板である、ハイブリッドディスクは上記の設計概念の２つ以上を組み込んでいる。例えば、１つの知られているハイブリッド椎間板装置は、エラストマーリングで囲まれた球・ソケット関節を含んでいる。
【００１４】
前述の人工装具はそれぞれ、椎間板置換に関連するいくつかの問題に対処しており、インプラントはそれぞれ重大な欠点が存在する。したがって、設計において信頼性と単純性を与える一方で、充填されるべき椎間板の空間の解剖学的構造およびその幾何学的形状と、さらに隣接する椎体の端部の解剖学的構造および幾何学的形状に対応する椎間板インプラントが必要とされている。より詳細には、脊椎に加えられる高い負荷を支持するための安定性を備え、患者にほぼ通常の範囲の動作を可能にするのに十分な運動性が許容となり、隣接する脊椎間の軸方向の圧縮性を備え、衝撃吸収能力を有する椎間板インプラントが必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、好ましくは、椎間板高さおよび脊柱前湾を回復させ、自然な範囲の動作を可能にし、衝撃を吸収し、耐動作性および耐軸圧縮性を備えるように設計されている椎間板に関する。さらに、椎間板は脊椎の頸部、胸部、および腰部に使用することもできる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
椎間板は、隣接する脊椎の端部の少なくとも一部と大きさおよび形状が一致することが好ましい足跡を有する本体を含む。椎間板の形状としては、これに限らないが、円形、長円形、楕円形、インゲン豆形、環状形、Ｃ字形、Ｄ字形などが挙げられる。
【００１７】
一実施形態では、椎間板の本体は、上端板、下端板、および上端板と下端板の間に配置された弾性膜を含んでいる。別の方法では、弾性膜は端板を囲繞することができる。弾性膜は、少なくとも部分的に流体で充填された内部を画定する。流体は、気体、液体、ゲル、またはどんな組み合わせからなる群から選択することが好ましい。加えて、流体は圧縮可能であり、例えば、気体、液体またはヒドロゲルからなる群から選択することができ、あるいは圧縮不可能であり、例えば生理食塩水からなる群から選択することができる。
【００１８】
椎間板はまた、椎間板の内部への流体の挿入を可能にする弁を含んでいることが好ましい。弁を弾性膜上に配置することができるが、別の方法では、弁を椎間板の上および下端板内に配置することができる。
【００１９】
上および下端板は、チタン、ステンレス鋼、チタン合金、コバルトクロム合金、またはアモルファス合金などの金属で形成されていることが好ましい。しかし別の方法では、上および下端板は、セラミック、複合材料、ポリエーテルエーテルケトン（すなわち、ＰＥＥＫ）または超高分子量ポリエチレン（すなわち、ＵＨＭＷＰＥ）などのポリマー、皮質、海綿質、同種移植片、自家移植片、異種移植片、脱塩化または一部脱塩化された骨を含む骨、または荷重支承支持体として働くことができるあらゆる他の材料で形成することもできる。端板のために選択された材料は所望の流体と合わせて、摩耗量を少なくするように選択されることが好ましく、したがって関節の寿命が長くなる。
【００２０】
上および下端板の外表面は実質的に、平坦、楔形などであってもよい。上および下端板の外表面はまた、隣接する脊椎の端部のものと全体的に一致するように、矢状でかつ冠状の平面で画定された半径を有するドーム形状をしていてもよい。ドーム形状により、上および下端板を原位置でより良く嵌合させるように隣接する脊椎の端部とより良く一致させることができる。
【００２１】
椎間板はまた、隣接する脊椎の端部内およびそこから端板の移動、除去、または排除を妨げるように、少なくとも端板の１枚または両方の外表面に設けられた移動抵抗構造（migration-resistant structures）を含んでいることが好ましい。移動抵抗構造は、これに限らないが、フラップ、スパイク、歯、フィン、配置可能スパイク、配置可能歯、可撓性スパイク、可撓性歯、代替形状の歯、挿入可能または拡張可能フィン、ねじ、フック、セレーション、リブ、および織目付き表面を含む。
【００２２】
さらに、上および下端板はまた、骨の内側への成長を促進して椎間板を隣接する脊椎に永久的に固定するように、骨の成長を誘導する(inducing)またはそれを案内する(conducting)物質で被覆されていることが好ましい。別の方法では、上および下端板は、粗加工された表面、多孔質表面、およびレーザ処理端板層を有することができ、骨形成を案内する（osteoconductive)／骨形成を誘導する(osteoinductive)骨格(scaffold)を一体化させ、または骨の内側への成長を促進するために一体型の骨形成を案内する／骨形成を誘導する材料を備えている、あるいはこれから作られていてもよい。さらに、端板は、骨の内側への成長の量および／または深さを制限するように、膜および／または障壁を含むことができる。
【００２３】
上および下端板はまた、移植機器の取付け、案内、および保持するための構造を有することもできる。例えば端板は、インプラントを移植するおよび／または隣接する脊椎を伸延させる(distracting)ための孔、スロット、ねじ、または蟻継ぎを有することができる。例えば椎間板は、上および／または下端板に形成されたスロットを含むことができ、スロットはインプラント挿入機器、伸延器（distractor)、または両方を受けるように構成されている。
【００２４】
上下端板はまた、連節表面(articulating surfaces)を含み、それによって椎間板がより大きな移動度を有することができることが好ましい。連節表面は、摩耗を最小限に抑え、粒子発生を少なくし、椎間板の寿命を長くするための表面研磨、又は、ダイヤモンド被覆仕上げ（diamond finish)、ＴｉＮｉ被覆仕上げ（TiNi finish)などの類似した摩耗減少仕上げを含むことが好ましい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、流体に加えて、または流体の代わりに、剛性を追加するように追加の構造物を含ませることができる。構造物は、これに限らないが、ばね、エラストマー、蛇腹、風船、閉リザーバ、中空体、生体適合性繊維、およびケーブルを含む。
【００２６】
いくつかの実施形態では、椎間板はまた、端板の関連する部分が圧縮を受けて互いに近づくことができるが、端板の異なる関連する部分が引張り力を受けて分離することができるように、互いに対して端板を旋回させることが可能な連節機構を有することが好ましい。連節機構は、中心旋回軸または支柱の形をしていてもよい。椎間板はまた、機構を可能にし、これを提供する、または椎間板内の旋回軸の位置を負荷状態に対して変更させることができるように構成されており、それによって瞬時回転軸を移動させる。椎間板はまた、軸方向圧縮力を吸収し、衝撃吸収効果を与えるように、流体、エラストマー、ばね、ケーブルなどを提供するなどの機構を備えることが好ましい。
【００２７】
いくつかの実施形態では、椎間板は上端部、下端部、およびその間に配置された外側壁を含んでいる。椎間板は、上下端部と外側壁の間に画定された内部容量を有することができ、内部容量は中心旋回軸および少なくとも１つのチャンバを含んでいることが好ましく、チャンバは中心旋回軸の周辺にあり、これを囲むことができる。中心旋回軸は、中心チャンバを画定する中心壁を含み、少なくとも１つの周辺チャンバが外側壁と中心壁の間に配置されていることが好ましい。第１の流体を、少なくとも１つの周辺チャンバ内に配置することができる。第２の流体は中心チャンバ内に配置することができる。第１および第２の流体は、同じであってもそうでなくともよい。椎間板は、中心チャンバおよび互いに流体連通していても、していなくてもよい。さらに、側壁は第１の材料で形成することができ、中心壁は第２の材料で形成することができ、第１の材料は第２の材料と異なる剛性を有する。中心旋回軸および／または中心チャンバにより、上下端部を互いに対して旋回させることができ、ばねなどの弾力性要素を含むことができることが好ましい。
【００２８】
別の実施形態では、椎間板は下表面から間隔を置いて配置され、これと対向する上表面を有する本体を含んでいる。上表面と下表面の間の間隙は選択可能である。本体はさらに、外壁を形成する外側壁と内壁を形成する貫通孔を含み、内壁は開口部を画定する。さらに、本体はほぼＣ字形をしていてもよい。チャンバはまた、本体内に配置することができる。加えて、脊椎と接触するように本体から延び、留め具を受ける穴を画定する少なくとも１つの部分があってもよい。
【００２９】
椎間板をモジュール方式で移植することができ、可能なら、または予め組み立てて移植することができる。椎間板を移植するのに、前、前横、または横手術方法を使用することができる。さらに、移植する椎間板によって、最小侵入手術法、または同時伸延移植手術法を使用することもできる。また、移植する椎間板によって、前縦靭帯を椎間板または隣接する椎体に直接取り付けることができる。前縦靭帯は、部分的に脱塩化または脱塩化した自家移植片、同種移植片、または異種移植片から形成することができる。別の方法では、前縦靭帯はエラストマー、または網目状ポリマーなどの生体適合性材料から形成することができる。椎間板の移植を助けるように、椎間板は位置合せマーカを含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の理解を簡単にするため、また本発明を図示する目的で、例示した好ましい特性および実施形態が、添付の図面で開示されているが、本発明は図示した正確な配置および計装に限るものではなく、同様の参照記号はいくつかの図全体を通して同様の要素を示している。
【００３１】
様々な異なる移植構造物を、本明細書に開示した椎間板の例示的実施例によって示された教示によって作ることができる。本発明の椎間板は、自然の動作範囲を可能にし、衝撃を吸収し、耐動作および軸方向圧縮性を与えるように、脊柱前湾および椎間板高さを回復するように設計されていることが好ましい。
【００３２】
椎間板は、脊椎の頸部、胸部、および腰部で使用するような大きさをしており、そこで使用するように適合されるようになっている。また、椎間板を各個別の患者用に調整することができ、個別の患者に適当な椎間板の特性を得ることができる。例えば、人工椎間板は１対の端板とコアを有することができ、該椎間板のコアは各個別の患者に対して所望の動的特性を生み出すようなに、異なるアセンブリ、異なる構成部品、および／または様々な種類の材料を含むことができる。
【００３３】
さらに、椎間板は湾曲、伸張、横方向の屈曲、回転、および平行移動を可能にできる。湾曲とは、関節または身体の２つの部分を屈曲するような位置にする動作であり、脊椎内では、脊椎がまっすぐになった状態から、前方に屈曲する動作までの動きである。伸張とは、２つの部分を互いに離れるように引っ張る運動であり、脊椎内では、脊椎がまっすぐになった状態から、後方に屈曲する動作するまでの動きである。横方向の屈曲とは、横側部に向かう屈曲動作であり、脊椎内ではこの動作は一般に屈曲（横）および連動した回転も含む。回転は脊椎の軸に対して脊柱の一部が捩れ、回転し、または旋回する動作である。平行移動とは、脊柱の軸に対してほぼ横方向に進む限定された動きである。
【００３４】
加えて、自然の椎間板と同様に、人工椎間板により瞬時回転軸(instantaneous axis of rotation)の移動が可能になることが好ましい。平面動作中の身体に対する瞬間毎に、身体内に線、または、移動しないこの線の仮想延長線がある。瞬時回転軸はこの線である。瞬時回転軸が移動することは、異なる負荷状態の結果、（すなわち、平行移動のように）移動する回転軸の能力に言及している。すなわち、瞬時回転軸の位置は椎間板に対して移動する。脊椎の腰部用の移動する瞬時回転軸の好ましい平均的な位置は、好ましくは下部／後端端板に近接して、椎間板空間の後半分内または近接する（上または下）端板に隣接し、脊椎の胸動脈部用の移動する瞬時回転軸の好ましい平均的な位置は、椎間板空間の下部でかつ脊柱管内で後部に延びる終端椎体に近接していることが好ましく、脊椎の頸部用の移動する瞬時回転軸の好ましい中間位置は終端椎体の後半分にあることが好ましい。
【００３５】
また自然の椎間板と同様に、人工椎間板の応答特性は非線形であることが好ましい。例えば、連続した軸方向圧縮に応答して、人工椎間板は初期の大きな圧縮量を、圧縮量を非線形に減少させることにより、追従させて受けることが好ましい。
【００３６】
添付の図面を参照して、人工椎間板の好ましい実施形態および特徴を詳細に説明する。しかし、特定の実施形態および特徴のこれらの説明は単に例示するためのものである。様々な実施形態の１つまたは複数の特徴または要素を組み合わせる、または単一で使用することができ、様々な実施形態の変更形態と、他の実施形態も考えられ、当業者には自明のことであることが考えられる。
【００３７】
最初に図１および２を参照すると、椎間板１０の例示的な第１の実施形態の斜視図が示されている。図示するように、椎間板１０は前側部１１、後側部１３、および第１および第２の横側部１５、１７をそれぞれ含む、ほぼエンドウ豆形の足跡をしている。前側部１１および横側部１５、１７は全て、ほぼ凸形をしており、後側部１３はほぼ凹形をしている。しかし、椎間板１０はこれに限らないが、円形、卵形、楕円形、環状形、Ｄ字形、Ｃ字形などを含む、隣接した椎体と幾何学的および解剖学的に一致することが好ましい他の形状をしていてもよい。
【００３８】
図示するように、椎間板１０は上端板１２、下端板１４、および弾性膜１６を含んでおり、弾性膜１６は全体的に上端板１２から下端板１４まで延びており、好ましくは椎間板１０の外周面に近接して配置されている。別の方法では、弾性膜１６は上下端板１２、１４を囲むおよび／または囲繞することができる。弾性膜１６は上下端板１２、１４と合わせて、少なくとも部分的に流体２２で充填することができる内部容量を画定することができる。弾性膜１６は、ポリウレタン、シリコーン、網目状ポリマー、または当業者に知られているあらゆる他の適当な弾性材料から形成されていることが好ましい。弾性膜は非透過性であってもよい。別の方法では、弾性膜１６は（以下により詳細に説明するように）流体が椎間板の内部に、および内部から流れることができるように、透過性または半透過性であってもよい。弾性膜１６は上端板１２と下端板１４の間の平行移動動作に耐えることができ、また端板１２と１４の間の軟組織の内側への成長を防ぎ、内部容量内で生成されるあらゆる摩耗粒子を含むことができることが好ましい。弾性膜１６は、結合剤、超音波溶接、ねじ、くぎ、機械的楔留め、およびピンを含む、当業者に知られているあらゆる固定法によって上下端板１２、１４に取り付けることができる。
【００３９】
別の方法では、弾性膜１６は「アコーディオン」形を想定した蛇腹の形をしていてもよく、様々な負荷状態において伸縮可能である。蛇腹はこれに限らないが、各端板１２、１４に形成された円形溝、結合剤、超音波溶接、ねじ、くぎ、機械的楔留め、およびピンを含む、当業者に知られているあらゆる方法によって上下端板１２、１４にしっかり取り付けることができる。蛇腹は金属から形成されていることが好ましいが、エラストマーまたはポリマーなどの他の材料を使用することもできる。
【００４０】
椎間板１０は弁２０を備えることができ、弁２０は流体が椎間板１０の内部１９内に注入される、またはそこから除去されるように、椎間板１０の内部１９へのアクセスを提供する。いったん注入された流体が椎間板１０の内部１９から逃げることができないように、弁２０は当業者に知られているように一方向弁であることが好ましい。図１および２に示すように、弁２０は弾性膜１６内に配置されることが好ましいが、弁２０は図２ａに示すように、上および／または下端板１２、１４内に配置することができる。弁が上および／または下端板１２、１４上に配置されている場合、通路３０が弁２０を椎間板１０の内部１９と連通させるように含まれていることが好ましい。
【００４１】
内部容量に提供される流体２２は、気体、液体、ゲル、またはどんな組み合わせでもよい。気体が内部容量に対する充填媒体として提供される場合、または気体および液体またはゲルの組み合わせが提供される場合、椎間板１０の軸方向圧縮中に適当な衝撃吸収を与えるように、内部容量内の最終気体圧を選択すべきである。流体によりまた、上端板１２および下端板１４の互いに対する限られた連節または移動が可能になる。流体は圧縮不可能な液体、例えば食塩水であることが好ましい。使用の際、隣接する脊椎間に椎間板１０を挿入する前に、流体２２を椎間板１０の内部１９内に注入することができる。別の方法では、隣接する脊椎間への椎間板１０の挿入およびその後の伸延を簡単にするように、流体２２を原位置で注入することもできる。椎間板１０の剛性および伸延能力は、椎間板１０の内部１９に注入される流体２２の量および／または膜１６の弾性性質の関数であってもよい。全体的に、椎間板１０の内部１９に供給される流体２２が多ければ多いほど、椎間板１０の剛性はより大きくなり、伸延能力もより大きくなる。さらに、柔軟性および大きな連節を、椎間板１０の内部容量１９の一部だけを充填することによって達成することができる。最後に、椎間板１０の内部１９を流体２２で可変に充填することによって、椎間板１０の全高Ｈを個別の患者の需要により、必要に応じて変えることが可能になる。
【００４２】
図２ａに示すように、上端板１２はアーチ状ソケット３２を備える内表面を有することができ、下端板１４はアーチ状突起３４を備える内表面を有することができ、あるいは逆でもよい。ソケット３２および突起３４は、互いに噛み合う、または全体的に対応するような形状および大きさをしている。所望の連節のタイプおよび量は、与えられたソケット３２および突起３４の曲率を決定することができる。例えば、突起３４がソケット３２と同じ半径を有する場合、椎間板１０はより大きな支持を行うことができるが、運動がより抑制される。別の方法では、ソケット３２が突起３４より大きな半径を有する場合、椎間板は大きな連節を提供する。さらに、突起３４および／またはソケット３２はまた、下端板１４に対する上端板１２の平行移動運動を可能にする平坦な部分を組み込むこともできる。平行移動を可能にすることによって、椎間板１０は前に説明したように、瞬時回転軸を移動させることができる。
【００４３】
所望の連節を達成するために、ソケット３２および突起３４が上記のもの以外の輪郭をとることも可能である。さらに、ソケット３２および突起３４は図では、表面の噛み合いを全体的に可能にする輪郭で示されているが、ソケット３２および突起３４が所望の連節を達成するように非噛合輪郭を提供することが可能である。
【００４４】
連節表面と合わせて流体が充填された内部容量１９を使用することにより、摺動表面間の摩擦を減らすことによって、ソケット３２および突起３４を互いに対してより簡単に平行移動させることが可能である。
【００４５】
別の方法では、流体が圧縮気体である場合、連節表面は一定には噛み合うことができないが、十分な圧縮力が隣接する脊椎によって椎間板に与えられる場合に噛み合うことができる。したがって本実施形態の椎間板は、流体が充填された椎間板のように実行する１つの荷重状態、および機械的突起／ソケット連節椎間板のように実行する第２の状態において、二重の性能面を有する。
【００４６】
椎間板１０が移植される脊椎内の位置によって、椎間板１０は約４ミリ（ｍｍ）から約２６ｍｍの範囲の高さを回復することが好ましい。加えて、椎間板１０は約０°から約２０°の間の範囲の脊柱前湾を回復できることが好ましい。椎間板１０は、軸方向回転において約１ニュートンメートル毎度（Ｎｍ／ｄｅｇ）から約１１Ｎｍ／ｄｅｇ、湾曲／伸張において約０Ｎｍ／ｄｅｇから約７Ｎｍ／ｄｅｇ、横方向の屈曲において約０Ｎｍ／ｄｅｇから約５Ｎｍ／ｄｅｇの範囲の剛性を回復できることも好ましい。加えて、椎間板１０は約１００Ｎ／ｍｍから約５０００Ｎ／ｍｍの圧縮剛性、および約５０Ｎ／ｍｍから約１０００Ｎ／ｍｍの引張り剛性を与えることが好ましい。さらに、椎間板１０が移植される脊椎の位置によって、椎間板１０は湾曲／伸張において約５°から約４５°、横方向の屈曲において約３°から約３３°、および軸方向回転において約１°から約６０°の運動範囲を可能にすることが好ましい。椎間板１０はまた、約０．２ｍｍから約２ｍｍの範囲の軸方向圧縮を可能にすることが好ましい。
【００４７】
上下端板１２、１４は、チタン、ステンレス鋼、チタン合金、コバルトクロム合金、またはアモルファス合金などの金属から形成されていることが好ましい。しかし別の方法では、上下端板１２、１４はセラミック、複合材料、ＰＥＥＫまたはＵＨＭＷＰＥなどのポリマー、皮質、海綿質、同種移植片、自家移植片、異種移植片、脱塩化（demineralized）または一部脱塩化された骨を含む骨、または荷重支承支持体として働くのに適切なあらゆる他の材料から形成されていてもよい。端板用に選択された材料は、流体と組み合わせて、摩耗を最小限に抑えるように選択できることがより好ましい。
【００４８】
さらに、本発明の椎間板内のあらゆる連節表面は、摩耗を最小限に抑え、粒子発生を少なくし、椎間板の寿命を長くするために、表面の研磨、又は、又は、ダイヤモンド被覆仕上げ（diamond finish)、ＴｉＮｉ被覆仕上げ（TiNi finish)などの類似した摩耗減少仕上げを含むことが好ましい。
【００４９】
上下端板の外表面は、ほぼ平坦、楔形などをしていてもよい。上下端板１２、１４の外表面はまた、隣接する脊椎の端部の形状がほぼ一致するような矢状および冠状の平面において画定された半径を備えるドーム形をしていてもよく、それによって原位置でのより良い嵌合が行なわれる。
【００５０】
加えて、図１から２ａに示すように、椎間板１０は例えば、上下端板１２、１４の外表面上のスパイク状表面１８などの移動抵抗機構を含むことができる。移動抵抗機構は、隣接する脊椎の端部の貫通および／または変形の結果、機械的連動を行なうことによって、隣接する脊椎の端部への椎間板１０の係合を簡単にすることができる。スパイク１８によって与えられる初期の機械的な安定性により、椎間板１０の後動作不安定性、運動、除去、または排除の危険性が最小限に抑えられる。他の移動抵抗機構はこれに限らないが、フラップ、歯、配置可能な歯、配置可能なスパイク、可撓性スパイク、可撓性歯、フィン、挿入可能または拡張可能フィン、アンカ、ねじ、ねじ山、鋸歯、または上下端板１２、１４の外表面上の他の同様の織目を含むことができる。図３ａに示すように、配置可能なスパイク２１を設けることができ、スパイク２１を配置するのにカム機構２３を使用することもできる。図３ｃから３ｅにそれぞれ示すように、可撓性スパイク２４、形成された歯２５、およびアンカ２６の例が示されている。別の方法、または加えて、リン酸カルシウムセメントなどの結合剤を、椎間板１０を隣接する脊椎に固定するのに使用することもできる。
【００５１】
さらに、上下端板１２、１４はまた、椎間板１０を隣接する脊椎に永久的に固定するように、骨の内側への成長を促進すべく、ヒドロキシアパタイトなどの骨成長促進物質で被覆することもできる。別の方法では、上下端板１２、１４は、骨の内側への成長を簡単にするように粗加工または多孔質表面を有することもできる。別の方法では、上下端板１２、１４は多孔質構造を作り出すレーザ処理端板層を有することができる、または骨形成を案内する（osteoconductive)／骨形成を誘導する(osteoinductive)骨格(scaffold)を一体化させることができる。端板１２、１４はまた、骨の内側への成長を促進するように、骨形成を案内するおよび／または骨形成を誘導する材料から作ることもできる。端板１２、１４はさらに、許容された骨の内側への成長の深さを制限する膜および／または障壁を含むこともできる。
【００５２】
上下端板１２、１４はまた、移植機器の取付け、案内、または保持のための構造を有することができる。例えば、端板１２、１４は椎間板１０を移植するおよび／または脊椎を伸延させるのに使用する工具を受け入れる孔、スロット、ねじ山、または蟻継ぎを有することができる。例えば、椎間板は上および／または下端板１２、１４内に形成されたスロットを含むことができ、スロットはインプラント挿入機器、伸延器、または両方を受けるように構成されている。
【００５３】
使用する材料および構造部品の結果、椎間板１０により、椎間板に加えられる荷重にしたがって、湾曲／伸張、横方向の屈曲、軸方向回転、および平行移動が可能になる。加えて、脊椎の移動による様々な脊椎荷重状態において、流体２２は内部容量内で移動することができ、（気体の場合）圧縮、または膜が拡張するときに径方向外側に移動して、端板を互いに対して移動させることが可能になる。このような流体２２の変化する移動または変位により、瞬時回転軸が移動する。
【００５４】
図４および５に示すように、人工椎間板の第２の例示的実施形態が与えられる。椎間板１００は普通、環状の形状をしており、上表面１０２、下表面１０４、外壁を形成する外側壁１０６、および開口部１０８（すなわち、貫通孔）を画定する内側壁１０７を含む。しかし、椎間板１００はこれに限らないが、エンドウ豆形、円形、卵形、楕円形、Ｃ字形、Ｄ字形などを含む、隣接した椎体と幾何学的および解剖学的に一致することが好ましい他の形状をしていてもよい。椎間板１００は、内部容量１０３を有する閉式貯蔵器を形成するエラストマー材料から形成されていることが好ましい。椎間板１００はさらに、前に説明したように、椎間板１００の内部容量１０３から流体１２０を導入または取り出す弁１１８を備えることができる。弁１１８は、図５に示すように、一方向弁を備え、外側壁１０６に配置されていることが好ましいが、弁１１８はまた上表面１０２、下表面１０４、または内壁１０７上に配置されていてもよい。
【００５５】
図５によく示されているように、椎間板１００はさらに、上表面１０２および／または下表面１０４の上に成形されるか、あるいはそれに固定された金網１０５を含むことができる。金網１０５は、追加の強度および剛性を椎間板１００に加えることができる。金網１０５はまた、隣接する椎体の端部の窪みに適応するように可撓性があり、それによって高い程度の椎間板との表面接触が可能になる。金網１０５はまた織目を付けることもでき、その表面は多孔質であってもよく、骨成長を誘導するまたは骨成長案内する物質と合わせて使用して、隣接する脊椎要素との係合および溶融をさらに高めることができる。
【００５６】
貫通孔１０８はエラストマー材料（図示せず）で充填されていることが好ましい。エラストマー材料は、椎間板１００とは異なる剛性を有することができる。エラストマー材料は、椎間板１００の剛性より高い剛性を有し、それによって貫通孔１０８は剛性をより大きくすることができ、したがって上下表面１０２、１０４が周りで連節することができる中心旋回軸または中心支柱として働くことができるようになる。中心旋回軸により、椎間板１００の一部または側部が圧縮可能になり、同時に椎間板１００の別の部分が拡張することができるようになる。代替実施形態では、エラストマー材料は椎間板１００の剛性より低い剛性を有することができる。別の方法では、貫通孔１０８をハイドロゲルで充填することもできる。
【００５７】
加えて、椎間板１００の上下表面１０２、１０４は、図１から３の椎間板１０に関して前に説明したように、移動抵抗機構、永久固定手段、および／または移植機器の取付け、案内、および保持するための構造を含むことができる。椎間板１００は、隣接する脊椎の椎体との椎間板１００の係合を簡単にするように、少なくとも１つの固定機構（すなわち、フラップ）１１０を備えることができる。図４に示すように、２つのフラップ１１０が設けられ、１つのフラップ１１０は上表面１０２用であり、１つのフラップ１１０は下表面１０４用である。フラップ１１０を、上下表面１０２、１０４を越えて延びる一体片として設けることができ、またはフラップ１１０を２個以上の片として設けることもできる。フラップ１１０はそれぞれ、横側部１０６から表面１０２、１０４の上下に延びていることが好ましく、隣接する脊椎の椎体の外表面の一部に当接する寸法をしている。フラップ１１０は、例えば固定ねじ（図示せず）などの留め具を受ける貫通孔１１４を備えることができる。椎間板１００を隣接する脊椎の椎体に固定するのに、固定ねじを使用することができる。
【００５８】
別の方法では、図６に示されるように、椎間板１００はさらに周面に間隙１２６を含み、それによって椎間板１００にほぼＣ字形の外観を与える対向する端面１２２、１２４を生成することができる。端面１２２、１２４は弾性的に付勢されて離れて構成されているが、端面１２２、１２４は弾力性のある付勢を行なうことなく互いに離れて自然に配置することができる。端面１２２と１２４の間に形成された間隙１２６により、椎間板１００に大きな可撓性が与えられ、それによって脊椎間への椎間板１００の挿入および配置が簡単になる。間隙１２６により、端部１２２、１２４を共に押すことによって、椎間板１００の直径を小さくすることが可能になる。間隙１２６はまた、端部１２２、１２４を離して引っ張ることによって、椎間板を広げることが可能になる。したがって、間隙１２６により椎間板１００は、静止状態と比べて少なくともより小さい外形寸法を有するように構成されることが可能であり、次に椎間板１００の圧縮されていない（すなわち、静止）寸法より小さいキャビティまたは他の開口部を通して解剖領域に椎間板１００を挿入でき、それによって後部からの挿入が可能になる。
【００５９】
椎間板１００が移植される脊椎の位置によって、椎間板１００は高さ、脊柱前湾、剛性を回復し、圧縮剛性を提供し、前の実施形態に関連して説明したものと同様の動作範囲が可能になることが好ましい。
【００６０】
使用する材料、幾何学的形状、および構造部品の結果、椎間板１００により、椎間板に加えられる荷重にしたがって、湾曲／伸張、横方向の屈曲、軸方向回転、および平行移動が可能になる。図１から２ａの実施形態と同様に、脊椎運動による様々な脊椎負荷状態において、流体２２は内部容量内で移動することができ、（気体の場合）圧縮する、または膜が広がるときに径方向外側に移動して、端板を互いに対して移動させることが可能になる。流体２２のこのように変更する移動または変位により、瞬時回転軸が移動される。
【００６１】
図７から９を参照すると、人工椎間板の第３の例示的実施形態が説明されている。椎間板１５０は円形足跡を備えるほぼ円筒形をしており、上端部１５２、下端部１５４、およびその間に配置された外側壁１５６を有することが好ましい。椎間板はさらに、上下端部１５２、１５４と外側壁１５４の間に画定された内部容量を含んでいる。円筒として図示しているが、椎間板１５０はこれに限らないが、エンドウ豆形、環状形、卵形、楕円形、Ｄ字形、Ｃ字形などを含む、隣接する椎体と幾何学的および解剖学的に一致することが好ましいどんな形状をしていてもよい。
【００６２】
椎間板１５０はこれに限らないが、エラストマー、ポリマー、セラミック、複合材料などを含む、荷重支承支持体として働くことが可能な当業者に知られているどんな材料から形成されていてもよい。椎間板１５０はさらに、他の実施形態に関連して前に述べたように、流体１５８を椎間板の内部に案内する弁（図示せず）を含んでいてもよい。
【００６３】
椎間板１５０はさらに、他の実施形態に関して前に説明したように、上下端板（図示せず）を含むことができる。別の方法では、椎間板１５０は他の実施形態に関連して前に説明したように、上表面１５２および／または下表面１５４の上に成形された、あるいはそれに固定された金網を含むことができる。加えて、椎間板１５０はさらに、他の実施形態に関連して前に説明したように、移動抵抗機構、永久固定手段、および／または移植機器の取付け、案内、および保持のための構造を含むことができる。
【００６４】
椎間板１５０が移植される脊椎の位置によって、椎間板１５０は高さ、脊柱前湾を回復し、圧縮剛性を提供し、前の実施形態に関連して説明したものと同様の動作範囲が可能になる。
【００６５】
図８を参照すると、椎間板１５０の内部が示されている。椎間板１５０の内部は複数の相互連結した周辺チャンバ１６０、および別個の中心チャンバ１６２を備えることが好ましい。椎間板１５０の多チャンバ内部により、椎間板１５０内の制御された流体の流れが可能になり、それによって荷重を受けて、制御された連節または動作が可能になる。周辺チャンバ１６０は、開口通路、多孔質中心壁１６５、浸透性膜などにより、中心チャンバ１６２と流体連通することができる。しかし、周辺チャンバ１６０は調節板および／または弁により中心チャンバ１６２と流体連通していることが好ましい。調節板および／または弁は流体の選択的変更が行なわれるように構成されており、それによって周辺チャンバ１６０からの流体１５８は、流体１５８が中心チャンバ１６２から流れるのより簡単または迅速に中心チャンバ１６２内に流れることができる。別の方法では、中心チャンバ１６２は周辺チャンバ１６０に対して密封することができる。この場合、周辺チャンバ１６０および中心チャンバ１６２を同じまたは異なる流体で充填することができる。
【００６６】
周辺チャンバ１６０は壁１６３によって画定されており、中心チャンバ１６２は中心壁１６５によって周辺チャンバ１６０から離れている。チャンバ１６０、１６２の幾何学的形状を規定するのに加えて、壁１６３、１６５はまた、使用の際に椎間板１５０に作用する荷重に耐えることによって、表面１５２と１５４の間の支持体として働く。
【００６７】
中心チャンバ１６２および外周面チャンバ１６０は、中心チャンバ１６２が（非圧縮流体で完全に充填することなどによって）外周面チャンバ１６０より剛性が大きいように配置されており、それによって中心チャンバ１６２は上下表面１５２、１５４がその周りで連節することができる中心旋回軸または中心支柱として働くことが可能になる。中心旋回軸により、椎間板１５０の一部または側部は圧縮できるようになり、同時に椎間板１５０の別の部分を広げることが可能になる。周辺チャンバ１６０の壁１６３は、中心壁１６５を作るのに使用する材料より剛性が低い材料から形成されていてもよく、それによって中心チャンバ１６２の剛性をより大きくし、中心旋回軸として働くことが可能になる。別の方法では、周辺チャンバ１６０の壁１６３は中心壁１６５と同じ材料から形成されていてもよいが、中心チャンバ１６２の中心壁１６５の幾何学的形状より低い剛性を与える幾何学的形状を備えており、それによって中心チャンバ１６２は椎間板１５０の中心旋回軸として働くことが可能である。さらに、中心チャンバ１６２を周辺チャンバ１６０より剛性が大きくするように、チャンバ壁１６３、１６５の材料および幾何学的特徴の組み合わせを選択することができ、それによって中心チャンバ１６２は椎間板１５０の中心旋回軸として働くことが可能になる。さらに、中心チャンバ１６２を周辺チャンバ１６０より剛性を大きくするように、チャンバ壁１６３、１６５の材料および幾何学的特徴の組み合わせを選択することができ、それによって中心チャンバ１６２は椎間板１５０がその周りを旋回する中心旋回軸として働くことができる。
【００６８】
チャンバ１６０、１６２の幾何学的形状、壁１６３、１６５の幾何学的形状および材料は、中に配置される流体と共に、所望の剛性、高さ、柔軟性、および好ましくは上下端部１５２と１５４の間に所望の連節を与えるように、周辺チャンバ１６０に対して中心チャンバ１６２の相対剛性を含む、椎間板の所望の特徴を得るように選択することができる。したがって、様々な負荷状態において、流体は周辺チャンバ１６０および／または中心チャンバ１６２の間で平行移動できるので、椎間板に加えられる荷重によって、椎間板１５０は、湾曲／伸張、横方向の屈曲、軸方向回転、および平行移動の際に移動、変位、または伸張する。このようなチャンバの互いに対する移動と、チャンバ内およびチャンバ間の流体の移動により、椎間板１５０の瞬時回転軸の移動が可能になる。中心チャンバ１６２は椎間板の中心に配置する必要はないが、端板の互いに対する所望の移動を作り出すのに適当な椎間板内のあらゆる他の位置に位置決めすることができることに留意すべきである。
【００６９】
別の方法では、図９に示すように、中心チャンバ１６２はばね１６７を収納することができる。ばね１６７は、椎間板１５０用の追加の支持体として働き、さらに中心チャンバ１６２は中心旋回軸および／または支柱として働くことが可能になる。ばね１６７が中心チャンバ１６２内に設けられている場合、流体は提供されてもされなくてもよい。ばね１６７は当業者に知られているあらゆる材料、例えばコバルトクロム合金、チタン合金、ステンレス鋼、アモルファス合金、ポリマー、または複合材料から形成することができる。
【００７０】
別の方法では、中心チャンバ１６２は空孔（図示せず）を収納することができる。空孔は、端部１５２、１５４と一体形成する、または連結することができる。別の方法では、この空孔は端部１５２、１５４と分離することができる。この空孔は、中心チャンバ１６２内で連節、圧縮、および／または平行移動することができ、椎間板に移動する瞬時回転軸を設け、それによって様々な荷重状態において、椎間板１５０のより大きな程度の連節または移動が可能になる。加えて、中心空孔は椎間板１５０用の追加の支持体として働き、それによって中心チャンバ１６２は中心旋回軸として働き、また所望の動作が可能になる。
【００７１】
図１０および１１を参照して、人工椎間板の第４の実施形態を説明する。椎間板２５０は、上端板２５２、下端板２５４、および少なくとも１つのケーブル要素２５６、２５８を備えたほぼエンドウ豆形の足跡を有する。椎間板２５０は図ではエンドウ豆形の足跡を有するが、椎間板２５０は円形、卵形、楕円形、環状形、Ｄ字形、Ｃ字形などを含む、隣接した椎体と幾何学的および解剖学的に一致することが好ましい他の形状をしていてもよい。加えて、端板２５２、２５４は、前の実施形態に関連して前に述べたように、移動抵抗機構、永久固定手段、および／または移植機器の取付け、案内、および保持のための構造を含むことが好ましい。
【００７２】
上下端板２５２、２５４はチタン、ステンレス鋼、チタン合金、コバルトクロム合金、またはアモルファス合金などの金属から形成されていることが好ましい。別の方法では、上下端板２５２、２５４はセラミック、複合材料、ＰＥＥＫまたはＵＨＭＷＰＥなどのポリマー、皮質、海綿質、同種移植片、自家移植片、異種移植片、脱塩化または一部脱塩化された骨を含む骨、または荷重支承支持体として働くのに適切なあらゆる他の材料から形成されていてもよい。
【００７３】
上下端板の外表面は、ほぼ平坦、又は楔形などをしていてもよい。別の方法では、上下端板２５２、２５４の外表面は、隣接する脊椎の端部の形状とほぼ一致するような矢状または冠状平面に画定された半径を備えるドーム形をしていてもよく、それによって原位置でのより良い嵌合が行なわれる。
【００７４】
椎間板２５０はまた弾性膜を備えることができ、弾性膜は前の実施形態に関連して前に述べたように、上端板２５２から下端板２５４まで全体的に延びている。椎間板２５０はまた弁を含むことができ、弁は、流体が前の実施形態に関連して述べたように、椎間板の内部に少なくとも部分的に注入されるように、椎間板２５０の内部へのアクセスを提供する。
【００７５】
椎間板２５０が移植される脊椎の位置によって、椎間板２５０は高さ、脊柱前湾を回復し、圧縮剛性を与え、前の実施形態に関連して説明したのと同様の動作範囲が可能になることが好ましい。
【００７６】
図示するように、椎間板２５０は複数の周辺ケーブル要素２５６、および中心ケーブル要素２５８を備える。周辺ケーブル要素２５６を椎間板２５０の周面近くに配置することができ、中心ケーブル要素２５８は椎間板の中心近くに配置されていることが好ましい。周辺ケーブル要素２５６および中心ケーブル要素２５８は、これに限らないが、結合剤、超音波溶接、ねじ、くぎ、機械的楔留め、およびピンを含む、当業者に知られているあらゆる固定手段によって上下端板２５２、２５４に取り付けられている。しかし、ケーブル要素２５６、２５８は上下端板２５２、２５４に形成された穿孔２６０を介して上下端板２５２、２５４に係合することが好ましい。ケーブル要素２５６、２５８の端部は、上下端板２５２、２５４の外表面を貫通するところでかしめられている。これにより、外科医は適切な寸法のケーブルを端板にかしめる／取り付けることによって、移植の直前に椎間板２５０を適当な寸法にすることができる。周辺ケーブル要素２５６および中心ケーブル要素２５８は、金属、ポリマー、複合材料、または当業者に知られている他の適切な材料から作ることもできる。
【００７７】
一実施形態では、中心ケーブル要素２５８は周辺ケーブル要素２５６よりも短い。これにより、周辺要素２５６は端板２５２と２５４の間で湾曲または屈折した形状をとることになる。その結果、中心ケーブル要素２５８の長さにより、引張り力を受けて上下端板２５２と２５４の間の最大距離が決まる。さらに、周辺ケーブル要素２５６が中心ケーブル要素２５８より長い結果、短い方の中心ケーブル要素２５６が長い方の周辺ケーブル要素２５６を圧縮して保持する。屈折した周辺ケーブル要素２５６の弾力性は、椎間板４５０に衝撃吸収、軸方向圧縮、および連節特徴を与える。
【００７８】
使用する材料、幾何学的形状、および構成部品の結果、椎間板２５０は負荷状態によって、湾曲／伸張、横方向の屈曲、軸方向回転、および平行移動が可能になる。加えて、脊椎移動による様々な脊椎負荷状態において、周辺ケーブル要素２５６は様々な量を屈曲または圧縮することができる。このような可変屈曲／圧縮により、所望の瞬時回転軸の移動が行なわれる。
【００７９】
図１２を参照して、例示的設置処置を説明する。一般に、椎間板３００は上端板３０２、下端板３０４、およびコア機構３０６を含み、コア機構は前に説明したあらゆるケーブル、エラストマー、繊維、または流体充填椎間板である。椎間板３００をモジュラー式で移植することができる。例えば、椎間板３００の端板３０２、３０４は、伸延器および／または保持機器などの機器を使用して、椎間板キャビティに挿入される。椎間板空間は、端板３０２、３０４に係合する標準的脊椎伸延器を使用して伸延することができる。得られる椎間板空間に挿入するコア機構３０６の適切な寸法を決めるのに、その後試験スペーサが使用されることが好ましい。例示的実施形態では、コア機構３０６は蟻継ぎ、スロット、または同様の連結部を使用することにより、端板３０２、３０４に挿入し、取り付けられる。このようなモジュール式挿入技術は、周囲の組織および／または血管を損傷する可能性のある椎間板空間の過伸延(over-distraction)を防ぐ。
【００８０】
別の方法では、椎間板３００を特定の挿入器具を使用して予め組み立てて挿入することができる。例えば、端板３０２、３０４を椎間板空間に挿入するときに、平行かつ間隔を置いた関係で保持し、係止することができる端板保持クリップを使用することもできる。移植されると、クリップを端板３０２、３０４から係脱し、取り除くことができる。クリップをその後、椎間板空間から取り除くことができる。加えて、過伸延を防ぐように椎間板３００を圧縮状態で移植することができる。圧縮状態での椎間板３００の導入は、外科挿入機器を介して、または椎間板３００内に配置された内部機構によって達成することができる。
【００８１】
前、横、および前外側手術方法を椎間板３００に使用することができる。さらに、移植する椎間板３００によって、最小侵入外科法、または同時伸延移植外科法を使用することもできる。同時伸延移植は例えば、移植中に伸延器の下にインプラントを案内するように、端板３０２、３０４の外表面に形成されたスロットを使用することによって達成することができる。また、移植する椎間板によって、人工前縦靭帯、または自然の前縦靭帯を椎間板、または隣接する椎体に直接取り付けることができる。前縦靭帯の取付けは、インプラントの移動、除去、または排除を防ぐのを助けることができる。椎間板の移植を助けるため、椎間板は位置合せマーカを含むことができる。
【００８２】
本発明の様々な説明を上に説明したが、様々な特性を単一で、またはその組み合わせで使用することができることを理解すべきである。したがって、本発明は本明細書で示した特定の好ましい実施形態に限るものではない。
【００８３】
さらに、本発明の精神および範囲内の変更形態および変形形態は、発明が属する業界の技術者には思いつくことができることを理解すべきである。例えば、本明細書で開示したインプラントの一部を、部分的または全体的に脱塩化することができる、同種インプラント、自家インプラント、および異種インプラントなどの骨で作ることもできる。加えて、いくつかのインプラントは前部、または端板上／内に骨材料または他の骨の成長を誘導する材料を含むことができる。前部のこのような物質は、インプラント壁に形成された経路または他の孔と同様に、周辺解剖学的組織と相互作用することが可能である。また、手術中および手術後位置合せマーカを、椎間板の移植を助けるのに使用することができる。さらに、椎間板は癒合が必要な状況において、剛性を有するようにすることができる。椎間板は例えば、端板間の癒合を可能にし、端板間へスペーサを挿入し、または端板間に固化液体を注入することによって、剛性を有するようにすることができる。したがって、本発明の範囲および精神内にある、本明細書に記載した開示から当業者には簡単に得られる都合の良い変更形態は、本発明の別の実施形態として含まれるものである。本発明の範囲はしたがって、頭記の特許請求の範囲に記載されているように規定されている。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明による人工椎間板の第１の実施形態の斜視図である。
【図２】線Ａ−Ａに沿った、図１の人工椎間板の断面図である。
【図２ａ】線Ａ−Ａに沿った、図１の人工椎間板の代替断面図である。
【図３】図３ａは、本発明による配置可能スパイクの側面図である。図３ｂは、本発明による別の配置可能スパイクの側面図である。図３ｃは本発明による可撓性スパイクの側面図である。図３ｄは、本発明による代替形状の歯の側面図である。図３ｅは本発明によるアンカの側面図である。
【図４】本発明による椎間板の第２の実施形態の斜視図である。
【図５】線Ｂ−Ｂに沿った、図４の椎間板の断面図である。
【図６】図４の椎間板の代替実施形態の斜視図である。
【図７】本発明による椎間板の第３の実施形態の斜視図である。
【図８】線Ｃ−Ｃに沿った、図７の椎間板の断面図である。
【図９】線Ｄ−Ｄに沿った、図７の椎間板の代替実施形態の断面図である。
【図１０】本発明による椎間板の第４の実施形態の斜視図である。
【図１１】図１２の椎間板の第４の実施形態の側面図である。
【図１２】本発明による椎間板の第５の実施形態の斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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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【国際調査報告】
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