(57)【要約】動的固定装置が取り付けられている脊柱が、運動の正常な生理的限度内で湾曲運動することを可能にする一方、正常な生理的限度を超えた並進運動量を制限する構造的支持部をさらに備える動的固定装置が提供される。本発明は、柔軟部分と、椎弓根スクリューへの連結に適した２つの端部とを備える。
2006521903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の脊椎の少なくとも２個の椎骨を柔軟に連結するインプラント装置であって、
第一断面積を有する第一端と、第二断面積を有する第二端と、該第一端と該第二端との間に配置された第一中心部とを有するロッド部分であって、該第一中心部が、該第一断面積または該第二断面積の少なくともいずれかより小さい断面積を有するロッド部分と、
上記ロッド部分を上記患者の脊椎へ連結する手段とを備え、
上記第一中心部は、上記患者が脊椎を曲げたときに湾曲するインプラント装置。
【請求項２】
上記第一端と上記第二端との間に配置され、かつ上記第一端または上記第二端の少なくともいずれかより小さい断面積を有する第二中心部をさらに有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記第一中心部は、細長い楕円、扁平な長方形、扁平な六角形、円形、および三日月形からなる群から選択される断面形状を有する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
上記第一中心部または上記第二中心部のいずれかが逆Ｔ字形を形成する請求項２に記載の装置。
【請求項５】
上記第一中心部または上記第二中心部のいずれかが弓形を形成する請求項２に記載の装置。
【請求項６】
連結するための上記手段は、少なくとも１つのロッドコネクタおよび少なくとも１つの椎弓根スクリューを備える請求項１に記載の装置。
【請求項７】
合金を含む請求項１に記載の装置。
【請求項８】
チタンを含む請求項１に記載の装置。
【請求項９】
ステンレス鋼を含む請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
患者の脊椎の少なくとも２個の椎骨を柔軟に連結するインプラント装置であって、
第一端と第二端とを有するロッドと、
上記第一端と上記第二端との間に配置され、かつ第一の逆屈曲部の対と第二の逆屈曲部の対とを有する逆Ｔ型領域を有する柔軟部分とを備えるインプラント装置。
【請求項１１】
上記第一の逆屈曲部の対は、約１３５度より大きい角度をなしている請求項１０に記載のインプラント装置。
【請求項１２】
上記第二の逆屈曲部の対は、約１３５度より大きい角度をなしている請求項１１に記載のインプラント装置。
【請求項１３】
合金を含む請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
チタンを含む請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
ステンレス鋼を含む請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
サブコンビネーションとしての、患者の脊椎の第一椎骨を該患者の脊椎の第二椎骨へ柔軟に固定する椎間架橋装置であって、
上記架橋装置は、
該架橋装置を上記第一椎骨へ連結させるための第一コネクタ構造および第一椎弓根スクリューの組み合わせと、
当該架橋装置を上記第二椎骨へ連結させるための第二コネクタ構造および第二椎弓根スクリューの組み合わせとともに使用されるものであって、
上記架橋装置は、ロッド部分を備え、
上記ロッド部分は、
第一断面積を有する第一端と、
第二断面積を有する第二端と、
該第一端と該第二端との間に配置され、かつ該第一断面積または該第二断面積の少なくともいずれかよりも小さい断面積を有する第一中心部とを有しており、
上記第一中心部は、上記患者が脊椎を曲げたときに湾曲する椎間架橋装置。
【請求項１７】
上記中心部は、第一の逆屈曲部の対と第二の逆屈曲部の対とを有する逆Ｔ字型領域をさらに有する請求項１６に記載のサブコンビネーション。
【請求項１８】
上記第一の逆屈曲部の対は、約１３５度より大きい角度をなしている請求項１７に記載のサブコンビネーション。
【請求項１９】
上記第二の逆屈曲部の対は、約１３５度より大きい角度をなしている請求項１８に記載のサブコンビネーション。
【請求項２０】
上記ロッド部分は合金を含む請求項１６に記載のサブコンビネーション。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、一般的に、固定装置に関するものであり、より具体的には、椎骨同士を柔軟に固定することのできる柔軟ロッドまたはその部分に沿った装置に関するものである。
【０００２】
〔背景技術〕
腰椎は、通常の活動時において驚くほどの量の圧迫および運動を吸収している。大半の人々にとって身体の治癒反応は、創傷、摩耗、および加齢の累積影響よりも優位に位置し、さらに適度な機能によって安定を保っている。しかし、一部の場合において、外傷または圧迫が、身体の治癒能力を超え、局部的な機能停止および過度の摩耗に至り、局部的な不安定に至ることも多い。したがって、腰椎の基本的生体構造に重ね合わされた加齢による退化的な変化は、一部の患者において、不安定、痛み、および神経障害を含む問題へとつながる。一部の場合において、局部的な生体構造は運動区域に対して同一の防御を備えていないため、上記機能停止を悪化させる。リハビリ、身体調整、圧迫の制限、および回復期間は大部分の患者にとって効果的な治療ではあるが、持続的な痛み、身体障害、および潜在的な神経障害のため、失敗する確率が非常に高い。
【０００３】
図１および図２を参照すると、一対の隣接する椎体の側面図が２つ示されている。図１は、中立姿勢にある脊椎の２個の椎骨Ｖ１および椎骨Ｖ２を示す。図２に示されている通り、人が前にかがむと、脊椎は湾曲を受ける。脊椎の前部は、順に重なり合っている一般的に円筒形の形をした骨の集合を構成している。椎骨のこれらの部分は、椎体ＶＢ１および椎体ＶＢ２と称され、椎間板Ｄによって互いに離されている。椎弓根Ｐ１および椎弓根Ｐ２は、椎体ＶＢの前部を各椎骨の後部へと連結させる骨橋を有している。各椎間関節または椎間板Ｄにおける湾曲は、前方矢状回旋および小振幅前方変位（small amplitude anterior translation）の組み合わせを含む。
【０００４】
椎間関節は、前方に椎間板を有し、後方に関節突起間関節を有する複雑な構造をしている。椎間板は、椎骨間における弾力性のある支えおよび連結部として機能し、限定的な回旋および変位だけでなく、脊椎の湾曲および伸張を可能にしている。関節突起間関節および関連する生体構造は、変位および回旋に制限を加える一方、相当な湾曲および伸張を可能にする。
【０００５】
腰椎における主要な屈曲運動は、前部／後部面における湾曲および伸張である。これは、約１０〜１５度の範囲の湾曲および伸張により起こる。若い人または正常な腰椎において、この動きは、椎間板の中間部分から後方部分の軸を中心として起こる。これは、１０〜１５ｍｍの面関節または後方要素のゆるみまたは亜脱臼に関連している。この動きは純軸（pure axis）を中心としては起こらず、中間ゾーン、または椎間板に関連した回旋の重心を中心として起こる。椎間板、関節、および靭帯の標準的な弾力性、これらの関節に関連した遊びまたは自由度、および脊椎に加えられた荷重の本質は、回旋の領域の大きさに寄与している。一部の場合において、椎間板への反復性の荷重および運動、並びに、椎間板および運動区域への関連した外傷は、身体の自然治癒率または修復率を超えている。このような状況において、正常な回旋軸の損失に関連した運動区域における機能停止が起こる。部分運動と共に増加する亜脱臼が起きるため、椎間板腔内に、または多くの場合において椎間板の外側の一部に、発生する置換と共に、回旋軸の劇的な移動がある。したがって、運動区域が機能を失いつつある場合、椎骨部の関連した変位と共に、回旋の重心における機能停止が起こる。この変位は、椎間板内で起きている機能停止と、関節突起間関節の磨耗および劣化の両方に関連する不安定との両方によって起こる。運動区域および関節の基本的生体構造は、椎間板への極めてより大きな圧迫を可能にし、また、椎間板と関節との両方における劣化の一因ともなる。
【０００６】
一般的に、外科手術は神経障害の治療に対して行われているが、もし、痛み、不安定、または不安定の危険が十分あると考えられる場合には、部分的融合が考えられている。より最近においては、脊椎を保護するための人工椎間板、靭帯、およびエラストマー構造物を含めた安定化処置が、過去数年において試されている。機能を最大限にし、隣接する区域への動的な影響を軽減するための関節形成技術は、より最近の方法であり、長期的な成果に関する追跡調査はより少ない。正常な生理的範囲内に運動を制限することが、上記のようなシステムを設計する際の課題である。
【０００７】
現在の脊椎固定システムにはいくつかの欠点がある。剛体の融合構造物は、椎弓根スクリュー、コネクタ構造、および剛体のロッドを備えた構成を使用して融合されているが、椎骨間の相対運動を可能にしない。また、剛体のインプラントは、骨構造そのものだけでなく、椎弓根スクリューおよびロッドを備えた構造物の部品へ相当量の圧迫を引き起こすことで知られている。これらの圧迫は、剛体のロッドを破壊してしまう可能性がある。さらに、椎弓根スクリューへ移動した圧迫によって、ねじがゆるむ、または椎骨から外れてしまう可能性もあるため、さらなる骨損傷が引き起こされる。
【０００８】
脊椎融合術は、脊椎の少なくとも２つの可動部を融合させて１つのユニットとして接合するための方法であって、上記部間の運動を取り除く。動的固定装置は、準柔軟、半剛体の固定構造物であり、動的固定装置へ取り付けられた椎骨間の運動をある程度可能にする。腰椎の動的固定は、腰椎構造を保護する手段を与え、腰椎関節固定術を施すことなく治癒させることができる。このようなシステムにおける制約は、融合用に使用される剛体、または半剛体の構造物のいくつかの点において異なる。
【０００９】
現在、椎弓根固定は、脊椎への固定方法として承認されている。腰椎を融合する場合においては、比較的剛体である構造物が脊椎の安定化には適しており、かつ骨構造を治癒させることができる。腰椎構造を保護する場合において、腰椎要素の運動の停止ではなく、制限する柔軟なシステムが適している。このようなシステムにおける柔軟な要素は、いくつかの目的を達成する必要がある。主な目的とは、過度のまたは非生理的な運動から保護する一方、脊椎の生理的な運動を可能にすることである。第二の考察としては、骨の接合部分において固定をゆるめる過度の圧迫から椎弓根固定を保護することである。
【００１０】
劣化しつつある椎間板を人工椎間板と取り替えて、正常な回旋の重心または軸に近付けることができる。しかし、このような装置の設置は技術的要求が高く、また長期的な成果が不透明なまま、正常な椎間板を機械的な代替品と取り替えてしまう。人工椎間板は、身体が身体自身を治癒する可能性を持たずに摩耗していく。
【００１１】
一部の患者にとっては、脊柱が人間の体重の下で自然に安定するような脊椎インプラントシステムを利用することが望ましい。人間の骨は、圧迫下においてより容易に治癒する。剛体の脊椎インプラントシステムにおいては、患者の脊柱は、インプラントの構造によって不自然に離されているかもしれない。椎骨のこの伸縮は、相互との関係で、骨の治癒の遅延、または不完全な骨の治癒という結果に終わる可能性がある。
【００１２】
椎弓根固定と共に取り付けられる後部装置は、いくらかの安定をもたらす。しかし、このような装置の自然な運動は、正常な生理機能を必ずしも再現するものではない。健康な腰椎において、回旋軸または運動の中間域は、下後第三腰椎椎間板の付近に位置している。望ましい人工システムは、生理的な動きに近似しているものであろう。しかしながら今日に至るまで、後部システムは上記の懸念事項の解消に失敗している。
【００１３】
現在の特許のいくつかにおいて、固定能力を少なくとも部分的に備えた融合装置が開示されている。例えば、米国特許第５，４１５，６６１号は、曲線ロッドを備えた装置を開示している。この曲線形は、特定量の柔軟性を与えるように設計されており、これはおそらくインプラントが、該インプラントを受ける脊椎の椎骨に正常な生体力学的機能を復元させるためである。しかし、特許’６６１号は、湾曲半径が０〜１８０度である曲線形以外の構造をした装置については開示していない。また、特許’６６１号は、患者の椎骨によって備わっている回旋域とほぼ同一である仮想回旋域を提供する構造を用いて、対象椎骨の自然な結合を模倣する前方に突き出した回旋中心点を提供する概念については開示していない。さらに、特許’６６１号の図３に示されているように、特許’６６１号で開示されている装置は、中心部１０を有する本体４を使用しており、該中心部１０は、その端６ａ、６ｂに対して前方に向けられた位置を有している。
【００１４】
米国特許第６，２９３，９４９号もまた、アコーディオンの外観をした一続きの形状を有する縦の部分を含む、柔軟な脊椎安定装置を開示している。特許’９４９号で開示されている装置は、頚椎沿いでの使用を対象としており、また椎骨の前側に沿って取り付けられることを対象としている。
【００１５】
米国特許第６，４４０，１６９号は、２個の椎骨の棘突起に取り付けられる装置を開示しており、該装置は、該装置が圧迫されるように、そして、圧迫が止んだ後に自発的に回復するようにする板バネを備えている。しかし、特許’ １６９号は、脊椎が湾曲を受けたときに椎骨同士の結合を可能にする、前方に突き出した回旋中心点を備えた構造物については対処していない。
【００１６】
上記を鑑みて、前述した先行技術の欠陥を回避し、かつ使用するにあたって比較的シンプルであって、生体組織の移動または除去が最低限である効果的なシステムを与えてくれる方法およびシステムの必要性が長く望まれていたが未解決であった。
【００１７】
〔発明の概要〕
本発明は、埋め込み可能であり、かつ特定量の前方屈曲運動を与える装置を提供するものであり、これによって、インプラントを受ける椎骨間の前方矢状回旋を可能にする。運動に関する従来の記述用語、およびClinical Anatomy of the Lumbar Spine and Sacrum by Nikolai Bogduk, 第３版、１９９９年Churchill Livingstoneより出版、に記載されている以外の内容を本明細書に参照として組み入れる。椎骨間の前方矢状回旋または湾曲は正常であるものの、椎骨間の大幅な前方矢状変位または滑り運動は正常ではない。したがって、変位に対して保護しながらある程度の量の回旋運動を可能にすることによって、患者の状態または創傷が保護される。これによって、治癒過程が促進される一方、その後１個の椎骨が近傍の椎骨に対して回旋するいくらかの能力が与えられる。このため、外科手術および回復後に脊椎の運動が改善される。以上のように、本明細書に記載の通り、柔軟部分を有する多数のロッド構成を有する種々のインプラントが、伸長および屈曲する能力を有する装置を提供することが提示されている。したがって、本発明の第一の形態は、伸長する装置を提供することであり、本発明の第二の形態は、屈曲する装置を提供することである。より具体的には、本発明は、柔軟なロッド部分を有する動的固定装置であり、該柔軟なロッド部分は、ロッドの細い部分、曲線ロッド部分、幾何学的形状、およびちょうつがい部分、の内の１つ以上を備えることが可能である。これらの動的固定装置を構成する物質は、適切な大きさ、形状であり、かつ上記装置が屈曲するような機械的特性を有している。このため、自然の脊椎の運動と同じように、上記インプラントを取り付けられた椎骨が互いに対して回旋することができる。
【００１８】
腰椎の正常な瞬間回旋軸は、一般的に下後第三椎間板の付近で起こる。脊椎の従来の椎弓根固定では、一般的に、椎骨関節または関節より後方の背側面に固定ロッドまたはプレートが配置される。したがって、上記回旋中心点を生理的軸（physiologic axis）に向かって前方へ効果的に移動させる構造物を検討することが妥当である。
【００１９】
存在する幾何学形状のグループは、これがもし後方装置へ適用されると、上記区域の亜脱臼を抑制し、回旋の正常な領域または軸における、もしくはその付近における回旋を維持する。使用の適応は、運動区域における適切な能力を維持して体の正常な治癒反応を可能にする範囲内に、圧迫および運動を抑制することである。不安定性または神経学的欠損の発生を回避し、かつ痛みまたは関節痛を最小限にするために。この重要な特徴によって、変性椎間板に関連した異常な亜脱臼または変位なく、生理的運動の維持を可能にし、さらなる変性を防止する。すなわち、本発明の別の形態は、過度の亜脱臼または変位を制限する構造物を提供することである。
【００２０】
上記運動は、加えられる可能性のある圧迫の範囲に関連した複合体である。しかし、圧迫下において、運動は軸方向またはわずかな背部の変異に付随して起こる。あるいは、湾曲下において、後方要素と、椎間板の後方部分を中心とした回旋を可能にするわずかな腹部の変位との両方の分離を可能にするような装置を提供することが可能である。
【００２１】
したがって、限られた運動を可能にすることで、影響を受ける椎骨だけでなく上記インプラントの様々な構成部分に加えられる圧迫を軽減させる装置を提供することが本発明の形態である。本発明の別の形態は、その運動が脊椎の屈曲運動に倣って設計された装置を提供することである。本発明のいくつかの別の実施形態は、上記の課題を達成している。
【００２２】
前方に突き出した回旋領域を与える構造部材を提供する一方、人間の脊椎の生体構造に幾何学的に対応した構造物を提供することが、本発明の別の形態である。
【００２３】
第一の実施形態において、埋め込み可能なエラストマー材料、あるいはスプリングおよび／または軸として機能するように適切に形付けられて薄型にされている、外科的に埋め込み可能な合金を使用することができる。柔軟なロッド部分を適切に成型および輪郭形成することによって、該柔軟なロッド部分の材料が、その弾力性のある範囲内で機能し、圧迫による故障を回避することができる。また、本発明のこの形態は、運動の発生の仕方を制御することができる。より具体的には、上記の特徴によって、上記ロッドに必ずしも中心が置かれていない仮想回旋軸が提供されるため、上記インプラントが、脊椎の正常な生理機能により近似する。したがって、本明細書に記載の第一の実施形態において、ロッドを薄型化および／または扁平化することによって単純な湾曲の発生が可能となる。この扁平な部分は伸びるため、徐々により多くの変位が可能となる。
【００２４】
本明細書に記載の第二の実施形態において、柔軟なロッド部分上でより複雑な湾曲部を使用すると、脊椎に軸方向の荷重が加えられた場合に軸方向に安定するだけでなく、湾曲と変位制御との両方が可能となる。上記湾曲部に沿って薄型化している領域を制御することによって、荷重がかけられたときの上記柔軟なロッド部分の屈曲の仕方を制御することができる。また、上記湾曲部に沿った薄型化を様々に調節することによって、変位を制御する能力を備えさせることができるため、効果的な回旋軸を微調整することができる。さらに、扁平な部分よりも湾曲した部分を生み出すことによって、湾曲対伸長における屈曲特性を選択的に変化させる修正機能を備えさせることができるため、医者が部分ごとの移動を制御することができる。
【００２５】
さらに別の実施形態においては、回旋のさらなる制御を可能にする、または回旋なしに変位を可能にする２つの中心部が使用される。上記２つの中心部は、弓形の部材および逆Ｔ字型の部材を備えている。これらの部材は、湾曲部における屈曲制御を十分に可能にするために、適切に薄くなっているか、または扁平になっている。したがって、上記２つの部材は、適切な屈曲特性を得るために様々な異なる形状を得ることができる。
【００２６】
上述した装置において、第一および第二ロッドアームは、柔軟な構造物のいずれか一端に取り付けられ、第一および第二ロッドアームの別の一端はコネクタに取り付けられ、コネクタは脊椎の椎骨へ挿入される椎弓根スクリューに連結される。湾曲および伸長の間、各椎骨は、下方の椎骨に関して弓形の運動を示す。上記の弓の中心は、移動椎骨（moving vertebra）の下方にある。動的融合装置は、装置が取り付けられる椎骨の実際の回旋軸の中心点に倣い、またそれにほぼ一致する、前または前方に突き出した回旋位置と共に、椎骨の運動を可能にする装置を提供する。したがって、動的融合装置は、脊椎の椎骨の運動を模倣する融合用の屈曲可能なロッドを提供する。
【００２７】
本発明の種々の実施形態の動的部分は、伸ばされたときに伸長し、縮められたときに短くなる。この特徴によって、装置が、椎弓根スクリューシステムを用いて脊椎の中へ埋め込み可能となる。実際の構造物は脊椎背部にうまく配置されている一方、上記特徴によって、まるで脊椎の前柱に柔軟な構造物があるかのように脊椎が機能することができる。
【００２８】
使用にあたり、まず医者が問題のある脊椎椎間板を特定する。手術において、脊椎のインプラント位置にかかる皮膚および筋肉を切開する。そして、第一椎骨に第一椎弓根スクリューを挿入し、第二椎骨に第二椎弓根スクリューを挿入する。その後外科医は、動的固定装置の一部として一体的に形成された調節可能なコネクタまたはエンドコネクタを使って、動的固定装置を椎弓根スクリューへ取り付ける。
【００２９】
本発明のさらなる利点は、後述の説明によって、特に添付図を共に参照すると容易に明らかとなるであろう。
図１は、中間姿勢における２個の椎骨の側面斜視図である。
図２は、湾曲状態における、図１に示す２個の椎骨の側面斜視図である。
図３は、椎弓根スクリューと連結して使用される動的固定装置の第一の実施形態の側面図である。
図４は、図３に示す装置のロッド部分の第一端の断面図である。
図５は、図３に示す第一の実施形態の修正版の側面図である。
図６は、図３に示す第一の実施形態のさらに別の修正版の側面図である。
図７は、図３に示す第一の実施形態のまたさらに別の修正版の側面図である。
図８ａ〜８ｈは、種々の可能な中心部の断面図である。
図９は、動的固定装置の別の実施形態を示す図である。
図１０は、動的固定装置の別の実施形態を示す図である。
図１１ａ〜１１ｆは、種々の可能な中心部の断面図である。
【００３０】
〔好ましい実施形態の詳細な説明〕
本発明について、埋め込みの具体的な実施形態および方法を示す添付図面を参照しながら、本明細書において、より詳細に説明する。一方、当業者は、本発明の機能および結果を達成すると同時に、本明細書に記載の発明を修正することができることがまず理解されるであろう。したがって、後述する説明は、本発明の幅広い範囲における特定の構造、形態、および特徴の例証および見本であって、上記幅広い範囲を制限するものでないことが理解されるであろう。
【００３１】
上述したように、各椎間関節または椎間板Ｄにおける湾曲は、前方矢状回旋と小振幅前方変位との組み合わせを含む。本発明の種々の実施形態によって、許容可能であり、正常な生理的範囲内に変位が制限される一方、回旋が制御される。
【００３２】
図３を参照すると、動的固定システム１の第一の実施形態が示されている。動的固定システム１は、第一端１２、中心部１４、および第二端１６を有するロッド部分１０を備えている。ロッド部分１０の第一端１２および第二端１６は、コネクタ１８ａ・１８ｂに連結されていると好ましい。コネクタ１８ａ・１８ｂは椎弓根スクリュー２０に連結されている。破線で示されている椎弓根スクリュー２０は、装置が椎骨固定のために使用されるとき、椎骨の椎弓根へと挿入される。図３に示されている本実施形態の一例において、ロッド部分１０は、第一端１２において、コネクタ１８ａに相互に連結されている。第一端１２に設けられているコネクタ１８ａは、ロッド部分１０の一部として一体的に形成されたタイプのものである。または、コネクタは、ロッド部分１０の長手方向に沿って選択的に配置される分離したタイプのコネクタであってもよい。例えば、ロッド部分１０の第二端１６におけるコネクタ１８ｂは選択的に調節可能である。コネクタ１８ｂは、コネクタ１８ｂを締めてコネクタ１８ｂ内に第二端１６を連結させる前に、コネクタ１８ｂのバンド１７内において第二端１６の位置をスライド可能なように調節することによって、第二端１６に沿った複数の位置においてロッド部分１０に相互に連結させることができる。
【００３３】
中心部１４は、図３に示されているように、一定の断面積を有していてもよい。または、図３に示されているように、断面はロッド部分１０の長手方向に沿って変化してもよい。図３は、第一端１２および第二端１６において、ロッド部分１０の断面幅よりも小さい断面幅を有する中心部１４を備えたロッド部分１０を示す。本実施形態の一例において、ロッド部分１０は、第一端１２において円形の断面を有し、第二端１６において円形の断面を有している。図４は、ロッド部分１０の第一端１２において可能性のある断面を１つ示す。図３に示されているように、これは第二端１６における断面と同じであり、一般的には直径約５ｍｍである。
【００３４】
次に図５を参照すると、断面積が、第一端１２と第二端１６との間の中心部１４の長手方向に沿って変化する、第一の実施形態の修正である動的固定装置１’を示す。図５に示されているように、継続的に変化する断面積を使用することができ、上記断面積における断面の輪郭は、中心部１４の長手方向に沿って継続的に変化する。より具体的には、図５は、第一の実施形態に対するこの修正の一例を示しており、中心部の幅は、第一端１２および／または第二端１６における最も大きい直径とは異なり、中心部１４の中心付近で徐々に細くなっている。
【００３５】
次に図６を参照すると、中心部１４の断面の輪郭は離散点において変化している。図６は、第一の実施形態のさらに別の修正を示している。動的固定装置１’’’はそのような種々の輪郭の例を示しており、中心部１４に沿って階段状の種々の断面積が備えられている。図６に示されている通り、中心部１４は、第一端１２および第二端１６における第一幅、中間域２１における第二幅、および中心域２２における第三幅を有している。
【００３６】
次に図７を参照すると、さらに別の修正が示されており、動的固定装置ＩＶは、ねじれたリボンに類似した中心部１４を有している。中心部１４の幅は一定または可変であってよく、その長手方向に沿ってねじれている。
【００３７】
上述した別の構成は、単純な屈曲とは対照的にねじれ回旋の量を与える能力のような、異なる湾曲特性を提供する。主治医は患者の状況に応じて、患者の椎骨の動的固定を提供するために、上記の異なる輪郭の内の１つをインプラントに組み合わせることを希望するかもしれない。
【００３８】
次に図８ａ〜８ｈを参照すると、制限無く、ロッド部分１０の中心部１４の断面は多くの異なる形状であってもよく、これらの形状は断面積において異なる。好ましくは、中心部１４の薄さは約２〜３ｍｍであり、幅は約５ｍｍである。しかし、上記寸法は、特定の患者に必要な特定の設計に応じて変化する。より具体的には、中心部１４の寸法は、小さくて小柄な女性とは対照的に、大柄で重い男性においては厚い傾向がある。また、中心部１４を構成するために使用される物質のタイプもまた、中心部１４の必要な寸法に影響を与える。ロッド部分１０は様々な物質から製造することができ、好ましくは金属、または弾力特性を示す物質、さらに好ましくはチタン合金または外科用ステンレス鋼から製造される。さらに、物質の組み合わせまたは積み重ねも利用することができる。例えば、中心部１４は、並進運動にしっかりと抗するに十分な厚みを有する柔軟な金属包装と共に、弾力性またはゴムの性質を持つ（複数の）物質の中心に形成することができる。このような構成は、椎間板が、並進運動の正常な生理的限界を超えないよう防止する一方、湾曲中の回旋屈曲および伸長を可能にする。異なる物質は異なる強度および弾力特性を有するため、使用される物質のタイプは、特定の患者に対して特定の機能を達成する必要のあるロッド部分の寸法を、部分的に決定する。
【００３９】
図８ａに示されているように、ロッド部分１０の中心部１４の断面は細長い楕円の断面であってもよい。または、図８ｂに示されているように、中心部１４の断面は扁平な長方形の断面であってもよい。さらに別の変形においては、中心部１４は、図８ｃに図示されているように、蝶ネクタイに類似していてもよく、または図８ｄに図示されているように、扁平な六角形であってもよい。図８ｅは、円状の断面を有する中心部１４を示しているが、これは備えている湾曲または屈曲する能力は十分に小さい。図８ｆ〜８ｈは、種々の幅を有する断面を示しており、図８ｃに示されている構造と特性が同じである。図８ｈは、三日月形をした中心部１４である。以上のように、中心部１４は種々の異なる形状をとることができ、さらに脊椎の制御、制限された湾曲を可能にするために必要な柔軟性を備えている。
【００４０】
中心部１４の適切な形状および輪郭によって、ロッド部分１０がその弾性範囲において機能し、圧迫による破損を防ぐことができる。さらに中心部１４は、必ずしもロッド部分１０に中心が置かれていない仮想の回旋軸を備えているため、インプラントを、脊椎の正常な生理機能により近似させることができる。
【００４１】
次に図９を参照すると、上記動的固定装置の別の実施形態が示されている。図９に示されている動的固定装置２４は、中心域１４内に逆Ｔ字型スプリングを備えている。図３に示されている動的固定装置１と同様に、ロッド部分１０の第一端１２および第二端１６は、コネクタ１８ａおよび１８ｂにそれぞれ連結されており、コネクタ１８ａおよび１８ｂは、椎骨の椎弓根に取り付けられている椎弓根スクリューに連結されている。動的固定装置１と同様に、動的固定装置２４で使用されているコネクタ１８ａおよび１８ｂは、装置２４の一体部分として形成することができ、または別個にして第一端１２および第二端１６における調節機能を備えることもできる。前述した通り、弾性範囲で機能し、さらに圧迫による破損を防ぐことのできる比較的薄い断面を有する中心部１４を備えていることに付け加え、中心部１４は、図９に示されているように、非直線の形状を有している。
【００４２】
中心部１４は、好ましくは少なくとも２つの屈曲部を有し、さらに好ましくは、さらなるスプリング効果を与える一連の屈曲部を有する。前述したとおり、図９に示されている動的固定装置２４のロッド部分１０は、中心部１４内に逆Ｔ字型域を有している。より具体的には、動的固定装置２４は、第一組の逆屈曲部２６ａおよび２６ｂと、第二組の逆屈曲部２８ａおよび２８ｂとを有している。ロッド部分１０における各逆屈曲部２６ａ、２６ｂ、２８ａ、および２８ｂは、９０度よりも大きく、さらに好ましくは、各逆屈曲部は約１３５度より大きく約１８０度までである。すなわち、ロッド部分１０は、屈曲部２８ａを開始する前に、屈曲部２６ａにおいて少なくとも約１３５度から約１８０度まで屈曲し、屈曲部２８ａは、少なくとも約１３５度から約１８０度まで屈曲する。逆屈曲部２６ｂおよび２８ｂは反対であるが、屈曲率については屈曲部２６ａおよび２８ｂとそれぞれ同様である。
【００４３】
図９に示されている、修正された動的固定装置２４は、装置によって相互に連結された椎骨間における軸方向の圧縮荷重を軽減させることに役立つ。この構造物によって、椎骨間の屈曲が可能になるだけでなく、椎骨間で発生する圧縮荷重を軽減させる効果がさらに提供される。中心部１４の逆Ｔ字型域は、上記回旋軸を前方へ移動させる、または生理的軸に向かって前方に移動させる。これにより、骨界面に対して椎弓根スクリューに過度に圧力を与えることなく、脊椎の軸方向の荷重が可能になる。
【００４４】
動的固定装置１と同様に、動的固定装置２４の中心部１４は、種々の異なる断面を有することができる。図８ａ〜８ｈに示されている中心部１４は、動的固定装置２４の構成に使用することができる多くの可能な断面を示している。
【００４５】
図１０を参照すると、動的固定装置３０の別の実施形態が示されている。動的固定装置３０は、圧縮荷重を軽減するだけではなく屈曲を可能にし、同時にさらなる安定性を備えた装置を提供する能力を特徴としている。したがって、体格、年齢、骨密度、および活動水準を含む患者の特徴に応じて、図１０に示されている装置は、特定の患者にはより適しているだろう。
【００４６】
動的固定装置３０の機能的な側面は、２つの中心部材３２ａおよび３２ｂを備えることによって達成される。第一中心部材３２ａは、前述し、さらに図９に示されているものと同様の逆Ｔ字型域を備えている。また、動的固定装置３０は、弓形の薄い部分である第二中心部材３２ｂを特徴としている。
【００４７】
２つの中心部材３２ａおよび３２ｂの組み合わせは、患者の必要性に応じてその方向を修正することができる。より具体的には、弓形部材は、逆Ｔ字型域の上（図示せず）または逆Ｔ字型域近傍（図示せず）に配置させることができ、図１０に示されている通りにＴ字型部材の下である必要は必ずしもない。方向が異なることによって、ねじれだけではなく屈曲および圧縮において異なる特徴を備えることができる。したがって、複数部材動的固定装置の種々の構成は、症状が決定付ける可能性もあるが、特定の患者の必要性に対処するのに適している。また、方向が様々である２つのＴ字型部材は、１つの弓形部材および１つの逆Ｔ字型域とは対照的に使用することができる。同様に、スプーンのように積み重ねられた弓形部材、互いに１８０度に方向付けされた弓形部材、または互いに９０度に配置された弓形部材を含ませるために、２つの弓形部材を組み合わせて使用してもよい。
【００４８】
図１０に示されている実施形態において、各中心部材３２ａおよび３２ｂに関して様々な断面が可能である。全ての可能な断面図ではないが、いくつかの断面図が図１１ａ〜１１ｆに示されている。２つの細長い楕円形の部材が図１１ａに示されている。または、中心部材３２ａ、３２ｂは、図１１ｂに示されているような、１つが細長い楕円形の部材で、１つが扁平な長方形であってもよい。さらに別の組み合わせにおいては、図１１ｃに示されているような比較的小さい円状の部材を、扁平な六角形の部材との組み合わせて使用してもよい。さらに、図１１ｄに示されているように、扁平な長方形の部材を、蝶ネクタイ部材と組み合わせて使用してもよい。中心部材３２ａおよび３２ｂの本明細書で挙げられていない上記以外の組み合わせは、本発明の範囲内である。
【００４９】
さらに別の実施形態において、上記ロッドの屈曲を可能にする構造を提供するために、動的固定装置はコイル部分（図示せず）を使用することができる。本実施形態の別の設計においては、屈曲可能な部分として機能するための複合材料が使用されている。屈曲可能な部分を形成するために使用されるものがコイルまたは複合材料であろうとなかろうと、本実施形態においては、逆屈曲または後方矢状回旋を防止する構造を利用することが好ましい。例えば、上記コイル部分の後方側に別の補強材を備え付けることができ、それによって上記装置が前方に屈曲し、前方矢状回旋を可能にすることができるが、逆方向への屈曲を相当制限または防止し、このため後方矢状回旋を防止する。さらに、側方回旋を制限するために複数の補強材を使用してもよい。すなわち、左または右冠状回旋を大幅に制限または防止する、追加の補強材を組み入れてもよい。
【００５０】
上記コイルは、１つのうねり（winding）または２つのうねりを含んでいてもよく、あるいは複数のうねりを含んでいてもよい。１つの好適な実施形態おいては、らせん形のコイルが備えられている。コイルは、圧力が加えられたときにほどける。複合物は、荷重状態に応じて、巻くことおよびほどくことを模倣する物理的特性を有する。コイルは、複合材料との組み合わせ、および様々な方向の補強材との組み合わせで使用してもよい。
【００５１】
２個の椎骨へ架けるための一般的な使用において、上記動的固定装置１、２４、および３０の全長は、約２５ｍｍ〜３０ｍｍであってよい。１つの関節に架かる動的固定装置は、長さが約５〜１０ｍｍまで伸長し、脊椎の湾曲に対応するために５〜１０度まで前方に回旋する。明らかに、個々の各患者の特定の必要性に対応するために、異なる大きさの動的固定装置を使用することができる。より具体的には、体格の大きい人用には比較的大型の動的固定装置が必要となり、一方、子供や小柄な女性のように体格の小さい人用には比較的小型の動的固定装置が必要となることがある。しかし、大きさの数が制限されていても、患者の大多数を適切に網羅することができるであろう。あらゆる装置において、上記動的固定装置の潜在的な伸長が約２０％であることが期待されている。
【００５２】
動的固定装置は、複数の椎骨を柔軟に融合するために使用することができる。または、動的固定装置は、脊椎の屈曲が望まれる特定の位置に配置させることができ、一方、剛体のロッドは、医者が望む上記以外の位置で使用することができる。
【００５３】
発明の構造は、医療用として使用された場合に、人間の身体からの荷重に耐えるために必要である適切な強度特性を持つ１つ以上の物質から作られている。また、この物質は、人間の身体と相性がよい。好ましくは、物質はセラミック、プラスチック、金属、または炭素繊維複合物を含んでいる。さらに好ましくは、上記物質はチタン、チタン合金、またはステンレス鋼から製造されている。
【００５４】
また、本明細書で開示されている装置は、熱記憶物質、または異なる温度で異なる弾性特性を有する物質から製造することができる。本発明の形態において、対象となる（複数の）化合物を所望の温度まで加熱または冷却して埋め込み、次に、対象となる装置を使用している期間中に存在するであろう周囲条件の温度、つまり正常な体温にまで冷却または加熱してもよい。
【００５５】
言うまでもなく本発明は、脊椎インプラント以外の医療用装置へ適用することができる。また、言うまでもなく本発明は、医療分野外に適用することができる。本発明の動的固定装置は、医療用インプラントに限定されるものではない。上記装置は、地震軽減アプリケーション（seismic dampening applications）に使用することができる。さらに、本発明は、例えば連結構造における２つの物体を固定するために使用することができ、また、可動連結部を有するあらゆるタイプの機械装置へ適用することができる。上記以外の適用としては、決してこれが全てではないが、例えばトラクターへの装置結合のような、あらゆる連結装置を連結することを含んでいてもよい。本発明はまた、基地構造へのアンテナ取り付けのような、従来の固定タイプの連結部に適用することができる。様々な構造技術の当業者であれば、（外科的適用に関する）本明細書に記載の手引きに鑑みて、また本明細書に記載の図面に鑑みて、本発明の構成および利用方法について理解するであろう。
【００５６】
本発明の様々な実施形態を詳述してきたが、当業者であればこれらの実施形態に修正および調節を加えることができることは明らかである。請求項に記載されている通り、これらの修正および調節は本発明の精神と範囲を逸脱するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】中間姿勢における２個の椎骨の側面図である。
【図２】湾曲状態における、図１に示す２個の椎骨の側面図である。
【図３】椎弓根スクリューと連結して使用される動的固定装置の第一の実施形態の側面図である。
【図４】図３に示す装置のロッド部分の第一端の断面図である。
【図５】図３に示す第一の実施形態の修正版の側面図である。
【図６】図３に示す第一の実施形態のさらに別の修正版の側面図である。
【図７】図３に示す第一の実施形態のまたさらに別の修正版の側面図である。
【図８ａ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図８ｂ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図８ｃ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図８ｄ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図８ｅ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図８ｆ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図８ｇ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図８ｈ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図９】動的固定装置の別の実施形態を示す図である。
【図１０】動的固定装置の別の実施形態を示す図である。
【図１１ａ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図１１ｂ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図１１ｃ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図１１ｄ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図１１ｅ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図１１ｆ】種々の可能な中心部の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【国際調査報告】
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