(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節接合人工脊柱ディスクであって、
第１の外周面と、第１の実質的に平らな上面と、第１の下方の関節表面と、第１の前端部と、第１の後端部と、第１の横方向側部と、第２の横方向側部とを有する第１のプレート、及び
第２の外周面と、第２の実質的に平らな下面と、第２の上方の関節表面と、第２の前端部と、第２の後端部と、第３の横方向側部と、第４の横方向側部とを有する第２のプレートより成り、
第１及び第２のプレートは第１の下方の関節表面、第１の前端部及び第１の後端部が第２の上方の関節表面、第２の前端部及び第２の後端部と並置関係にある時は前後方向で関節運動することが可能であり、
関節接合する第１の下方の関節表面と第２の上方の関節表面のうちの少なくとも１つは前後方向において半径が変化するアークにより表され、
前記ディスクはその前後方向への関節運動の間前後方向へ移動する瞬時的回転中心を有する人工脊柱ディスク。
【請求項２】
第１の下方の関節表面と第２の上方の関節表面とは、要部が実質的に相補的である請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項３】
第１及び第２の外周面は、実質的に腎臓形である請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項４】
平らな第１の上面と、平らな第２の下面のうちの少なくとも１つは脊柱ディスクを椎骨に固定する固定手段を構成する請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項５】
第１のプレートは、第２のプレートよりも上方にある請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項６】
第２のプレートは、第１のプレートよりも上方にある請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項７】
第１及び第２のプレートのうちの少なくとも一方は、少なくとも一方のプレートを椎骨に固定するために用いる貫通孔を有する請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項８】
瞬時的回転中心は前後方向のディスクの関節運動時に前方向に移動する請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項９】
第１の下方の関節表面は二頂の凸部を有し、第２の上方の関節表面は二頂の凹部を有する請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項１０】
脊柱ディスクは左右対称である請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項１１】
第１及び第２のプレートはそれぞれ少なくとも１つの固定手段を有する請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項１２】
第１及び第２のプレートはそれぞれ２つの異る固定手段を有する請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項１３】
二頂の凸部を有する第１の下方の関節表面の各モード部は、第１の後端部と第１の前端部との間の正中線に沿って位置する請求項９の人工脊柱ディスク。
【請求項１４】
第１及び第２のプレートは互いに横方向に平行移動可能である請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項１５】
第１及び第２のプレートは垂直軸を中心にして互いに回転可能である請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項１６】
第１及び第２のプレートは前端から後端へ、そして後端から前端へ延び、往復関節運動可能である請求項１の人工脊柱ディスク。
【請求項１７】
関節接合する二頂の凸部を有する第１の下方の関節表面は双顆構造を形成し、各顆状物は半径が同じ様に変化するアークを有する請求項９の人工脊柱ディスク。
【請求項１８】
前記半径が変化するアークはフィボナッチ級数により表される請求項１７の人工脊柱ディスク。
【請求項１９】
前記回転は、通常の生理的範囲内に限定される請求項１５の人工脊柱ディスク。
【請求項２０】
凸部を有する第１の下方の関節表面と、凹部を有する第２の上方の関節表面とはそれぞれ、第１及び第２のプレートの垂直軸を中心とする限られた相互回転を可能にする可変冠状及び矢状アークにより画定される請求項９の人工脊柱ディスク。
【請求項２１】
二頂の凹部を有する第１の下方の関節表面は双顆構造を構成し、各顆状物はフィボナッチ級数により表されるように前後方向において半径が変化するアークを有する請求項９の人工脊柱ディスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、人工脊柱ディスクに関し、さらに詳細には、人間の膝に類似の関節作用をする人工脊柱ディスクに関する。
【０００２】
【発明の背景】
腰椎に用いる人工の椎間板は新技術であり、ヨーロッパにおいて治療目的で使用された短い歴史を持つ。これらの人工器官は、人間の脊柱における慢性的障害のある、または破裂して切除された椎間板の代用として用いられる。かかる人工器官は、玉継手及びソケット継手、ゲルを満たした包囲体、ばねにより付勢されるプレート、プレートと継手の組合せ等を含む広範囲の構成要素より成る１、２、またはそれ以上の個々の要素を用いている。人工脊柱ディスクは、腰椎に主として用いられ、それについての報告がある。
【０００３】
公知の人工脊柱ディスクは、一般的に、脊椎ができるだけ自然な姿勢を保ち大きな範囲で運動できるようにするため、ある種の関節機能や固有の柔軟性を必要とする。
【０００４】
幾つかの特許が、関節作用をする２つのプレート部材が隣接する上椎骨及び下椎骨にそれぞれの態様で固着された特定の人工脊柱ディス開示している。一般的に、２つのプレートの特定の関節モードにより、この分野における種々の装置の識別が行われている。椎骨は一般的に、上下方向に見て丸い外周面を有するため、公知の人工脊柱ディスクの外周面は、ほぼ丸い、円形の、卵形の、または腎臓のような形状を有する。公知の人工ディスクはまた、プラスチック、ゴム、金属、セラミック及び合金のような多種多様な材料で作られている。
【０００５】
各々が隣接する椎骨に固着され、平坦な表面を有する２つのプレートにより構成される人工脊柱ディスクは、米国特許第４，３０９，７７７；４，７５９，７６９；及び５，４５８，６４２号に記載されている。各々が隣接する椎骨に固着された平坦な第１の表面と、それに対向する第２の表面とを有する２つのプレートより成り、これらの表面が各プレートの表面と関節作用または協働する中間のコアまたは部材で分離された人工脊柱ディスクは、米国特許第４，７５９，７６６；５，３１４，４７７；５，５５６，４３１；及び５，５６２，７３８号に開示されている。
【０００６】
米国特許第５，４０１１，２６９号（発明者：Buttner-Janz et al.）は、一般的に、垂直軸の周りで互いに回転自在の少なくとも２つの関節接合プレートより成る人工椎間板を開示している。
【０００７】
米国特許第４，３４９，９２１号（発明者：Kuntz）は、本体が上面、下面、対向側面、対向前端部及び後端部を有し、上面及び下面がそれぞれ表面全体に亘り横方向に実質的に平坦であり、また前後方向においてディスクに隣接する椎骨の形状に一般的に対応する人工椎間板を開示している。この人工椎間板はさらに、この人工器官を腰椎に対して保持する手段を備えている。
【０００８】
米国特許第５，２５８，０３１号（発明者：Salib et al.）は、１）第１の継手表面、第１の前端部、及び対向する第１の後端部を有し、前端部と後端部の間に横方向の正中線が画定される第１の部材と、２）第２の継手表面、第２の前端部、及び第２の対向する後端部を有する第２の部材と、３）第１と第２の継手表面の間に、また横方向の正中線と第１の後端部との間に位置する玉継手及びソケット継手とより成る椎間板関節形成法を開示している。玉継手及びソケット継手は、第１及び第２の部材が、横方向の正中線に平行な第１の軸及び第１の軸と垂直な第２の軸を中心として互いに回転できるようにする。
【０００９】
米国特許第５，４２５，７７３号（発明者：Boyd et al.）は、１）第１の継手表面、第１の前端部、及び第１の対向する後端部を有し、前端部と後端部の間に横方向の正中線が画定される第１の部材と、２）第２の継手表面、第２の前端部、及び第２の対向する後端部を有する第２の部材と、３）第１と第２の継手表面の間に、また横方向の正中線と第１の後端部との間に位置する玉継手及びソケット継手とより成る椎間板関節形成法を開示している。玉継手とソケット継手は、第１及び第２の部材が、横方向の正中線に平行な第１の軸の及び第１の軸と垂直な第２の軸を中心として互いに回転できるようにする。さらに、第１及び第２の継手表面の少なくとも一方は継手の全周に亘り玉継手及びソケット継手から離れる方向に傾斜しており、第１及び第２の継手表面のもう一方は第１及び第２の軸の両方に実質的に平行な平面に沿う位置にある。
【００１０】
米国特許第５，６７６，７０１号（発明者：Yuan et al.）は、１）３６０°に亘る輪郭表面を有する凹部を備えた第１の要素と、２）３６０°に亘る輪郭表面を有する突出部を備えた第２の要素とより成る低摩擦人工脊柱ディスクを開示している。これらの輪郭表面は、直立する患者の脊柱軸に関して無制限の回転運動及び屈曲／伸張曲げ運動を可能にする。
【００１１】
人間の脊柱ディスクは、隣接する椎骨表面間の瞬時的回転中心の変化を許容し、椎骨同士の横方向及び前後方向における平行移動を可能にする種々の関節モードを有する、ゲルを充填した嚢と考えることができる。人工脊柱ディスは、人間の脊柱ディスクに類似の関節作用を行う能力を具備する必要がある。しかしながら、２またはそれ以上の関節要素より成る公知の人工脊柱ディスクにおける関節運動は、一般的に、該間接要素間の瞬時的回転中心が変化しないモードに限定される。ディスクの劣化を加速させると考えられる隣接ディスク表面に対して非生理的力が加わることと、後でさらに外科的処置が必要になるということは、屈曲によりこの瞬時的回転中心が生理的に移動しないことによる。従って、瞬時的回転中心が変化する関節作用及び隣接する椎骨の相対的な平行運動を可能にする複数の要素より成る人工脊柱ディスクが要望されている。
【００１２】
公知の人工脊柱ディスクには、エンドプレートの移動、エンドプレートの転位、ポリエチレンのコールドフロー、金属製コンポーネントの冷間溶接、環状体の骨化及び粒子摩耗及びコンポーネント部分の細片化を含む問題点がある。脊柱の自然な分節運動にそっくりの運動機能を有し、脊椎機能の改良された代替物を提供する人工ディスクに対する要望が存在する。機能を向上させ痛みを取り除くための有力な機械的代替物が存在する退行性股関節部及び膝部における状況に似て、かかる装置は末期的なディスクの病気の患者から痛みを取り除き、自然の運動保持能力を向上させ、かつ長期間使用に必要な耐久性を備えた装置を提供する。自然の脊柱分節運動をそっくり真似、痛みを取り除き、かつ長期間の使用に耐える人工ディスクが要望されている。
【００１３】
【発明の概要】
本発明は、公知の人工脊柱ディスクの欠点を克服するものであり、従って、退化し大きく断裂した腰椎ディスクと交換可能な汎用性の人工脊柱ディスクに関する。この人工ディスクの構成は、前方よりまたは前横から脊椎内に容易に移植可能なものである。この装置は、人間の膝に類似の関節運動を行う。この脊柱ディスクは、その関節表面の瞬時的回転中心が関節運動の際変化する関節モードを有する。この装置の関節表面は、好ましくは、膝の関節継手表面と同じ構成を有する。
【００１４】
本発明は、関節接合人工脊柱ディスクであって、第１の外周面と、第１の実質的に平らな上面と、第１の下方の関節表面と、第１の前端部と、第１の後端部と、第１の横方向側部と、第２の横方向側部とを有する第１のプレート、及び第２の外周面と、第２の実質的に平らな下面と、第２の上方の関節表面と、第２の前端部と、第２の後端部と、第３の横方向側部と、第４の横方向側部とを有する第２のプレートより成り、第１及び第２のプレートは第１の下方の関節表面、第１の前端部及び第１の後端部が第２の上方の関節表面、第２の前端部及び第２の後端部と並置関係にある時は前後方向で関節運動することが可能であり、関節接合する第１の下方の関節表面と第２の上方の関節表面のうちの少なくとも１つは前後方向において半径が変化するアークにより表され、前記ディスクはその前後方向への関節運動の間前後方向へ移動する瞬時的回転中心を有する人工脊柱ディスクを提供する。
【００１５】
本発明は、別の局面で見ると、関節接合人工脊柱ディスクであって、前後方向における屈曲時瞬時的回転中心が変化し、第１の外周面と、第１の平らな上面と、第１の下方の双顆関節表面と、第１の前端部と、第１の後端部と、第１の横方向側部と、第２の横方向側部とを有する第１のプレート、及び第２の外周面と、第２の平らな下面と、第２の上方の二頂関節表面と、第２の前端部と、第２の後端部と、第３の横方向側部と、第４の横方向側部とを有する第２のプレートより成り、第１の下方の関節表面の第１及び第２の顆状モード部は横方向に並んでおり、第２の上方の二頂関節表面の第１及び第２の凹部は横方向に並んでおり、ディスクの瞬時的回転中心は第１及び第２のプレートの前後方向の関節運動時に変化する人工脊柱ディスクを提供する。
【００１６】
１つの実施例において、第１の下方の双顆関節表面は、各顆状物が実質的に同じであり、各顆状物の曲率半径の一部が、顆状物の正中点における矢状セクションに沿う方向で見ると、変化し、フィボナッチ級数により表わすことができる。曲率半径が変化するため、前後方向のこの装置の屈曲運動は脊柱ディスクの瞬時的回転中心の位置を前後方向において平行移動または変化させる。
【００１７】
第１及び第２のプレートの関節表面は、異なる曲率アークを持つことができる。第１のプレートの第１の下方の双顆関節表面の少なくとも１つの顆状物は、顆状物の正中点の矢状セクションに沿い、第２のプレートのそれぞれの凹状モード部の曲率アークにほぼ等しいかそれより大きい曲率アークを持つことができる。
【００１８】
第１及び第２の凹状モード部は、それぞれの正中点における矢状セクションに沿い、第１及び第２の顆状物がそれぞれの正中点の矢状セクションに沿う曲率半径よりも大きい曲率半径を持つことができる。したがって、第１及び第２の凹状モード部は、第１及び第２の顆状物の垂直方向の深さよりも小さい、または浅い垂直方向の深さを持つことができる。
【００１９】
人工脊柱ディスクの関節表面は、側方の傾斜時、即ち脊椎の側方の屈曲時に瞬時的回転中心が横方向に平行移動できるように構成することができる。したがって、並置関係にある第１及び第２の凹状モード部は、関節運動時顆状表面の横方向における平行移動を可能にするチャンネルを形成することができる。
【００２０】
各顆状物の横方向矢状セクションは実質的に同一にし、垂直軸を中心とするプレート同士の緩やかな制動を行えるように構成することができる。
【００２１】
第２の上方の関節表面の第１及び第２の凹状モード部は、第１及び第２のモード部の間に介在する隆起表面により分離される。この隆起表面は、プレート同士の側方の平行移動を緩やかに制動できる。
【００２２】
第１の上面と第２の下面とは、隣接する椎骨の隣接する下面と上面との間に配置するようになっている。第１の上面と第２の下面とは、横方向と前後方法の一方、又は他方若しくは両方において、実質的に平坦まはた平面状である。人工脊柱ディスクはさらに、装置の隣接する椎骨への固定を容易にするための１またはそれ以上の固定手段を有する。
【００２５】
本発明の他の特徴、利点及び実施例は、以下の説明及び添付図面及び特許請求の範囲を参照すれば明らかになるであろう。
【００２６】
【実施例の詳細な説明】
図１ａ−１ｃ及び２ａ−２ｃを参照して、本発明の人工脊柱ディスクは、慢性的に退化し、痛みのある、そして／または破裂して切除された人間の椎間板の代替物として使用される。人工の脊柱ディスクは、平面図で見ると、本質的に腎臓の形の装置であり、第１（１）及び第２（１０）の腎臓形のプレートが脊柱の隣接する椎骨（図示せず）の間に配置される。第１（１）及び第２（１０）のプレートは、それぞれ、前端部（それぞれＡ1、Ａ10）、対向する後端部（ＰＳ1、ＰＳ10）及び２つの横方向側部（Ｌ1、Ｌ2、 Ｌ10、Ｌ12）を有する。
【００２７】
第１（１）及び第２（１０）のプレートは互いに関節接合し、垂直軸（Ｘ）を中心とする第１（１）及び第２（１０）のプレートの限られた相互回転を可能にする人間の膝に似た継手を形成する。この回転の限界は生理的範囲内、即ち、０°乃至１０°または中心から±５°外れた範囲内にあり、装置は中位度数の束縛を受ける。第１のプレート（１）はさらに、ほぼ平面状のまたは平坦な第１の上面（２）と、ほぼ同じ形状の２つの横方向に並んだ凸部（４、５）を有する、対向輪郭形状のあるいは関節接合の第１の下面（第１の下方の関節表面）（３）とを有する。第２のプレート（１０）はさらに、実質的に平面状または平坦な第２の下面（１１）と、第１のプレート（１）の凸部よりも大きい２つの横方向に並んだ凹部（１３、１４）を有する対向輪郭形状のあるいは関節接合の第２の上面（第２の上方の関節表面）（１２）とを有する。
【００２８】
第１（１）及び第２（１０）のプレートは、それぞれの関節表面の前方（または横方向）セクションと、正中（または矢状）セクションとにより説明することが可能である。第１のプレート（１）の第１の間接接合下面（３）は、平面Ｐ1に沿う前後方向にある矢状セクションを有し、これは曲率が変化する外方に湾曲したアーチ、即ち凸面に似ている。骨端の丸い隆起部（４、５）はそれぞれ各隆起部の中間点に沿う矢状セクションを有し（平面Ｐ4及びＰ5を参照）、これは少なくとも一部の曲率半径が変化する曲線に似ている。好ましい実施例において矢状セクションにおける曲線の形状は、フィボナッチ級数により表される曲線の形状に似ている。
【００２９】
隆起部（４、５）は、平面Ｐ2に沿って横方向に結合横方向セクションを有するが、これは曲率半径が変化する二頂外方湾曲アーチ、即ち２つの凸状部を有するアーチに似ている。モード部（１３、１４）は、各モード部の正中点に沿う矢状セクションを有するが（Ｐ13、Ｐ14を参照）、これは少なくとも一部の曲率が変化する曲線に似ている。好ましい実施例において、矢状セクションの凹状曲線の形状はフィボナッチ級数により表される曲線の形状に似ている。
【００３０】
第２のプレート（１０）の第２の関節接合上面（１２）は、平面Ｐ10に沿う前後方向に矢状セクションを有するが、これは内方に湾曲したアーチ、即ち、曲率が変化する凹部に似ている。モード部（１３、１４）はそれぞれ、各モード部の正中点に沿う矢状セクションを有するが（平面Ｐ13、Ｐ14を参照）、これは少なくとも一部の曲率半径が変化する曲線に似ている。好ましい実施例において、矢状セクションにおける凹状曲線の形状は、フィボナッチ級数により表される曲線の形状に似ている。
【００３１】
凹状モード部（１３、１４）は、平面Ｐ11に沿って横方向に結合横方向セクションを有するが、これは二頂の内方湾曲アーチ、即ち２つの凹状曲線に似ている。平面Ｐ11は、前端と後端の間のほぼ中間に位置している。凹状のモード部（１３、１４）は、平面Ｐ11に沿う個々の横方向セクションを有するが、これは少なくとも一部の曲率半径が変化する曲線に似ている。好ましい実施例において、各凹状モード部（１３、１４）の横方向セクションの曲線形状は、フィボナッチ級数により表される曲線の形状に似ている。
【００３２】
関節表面（３、１２）の凹部及び凸部の形状は、実質的に相補的な部分より成るが、関節表面はプレート（１）及び（１０）が人間の膝の関節作用に似た関節運動を行えるような形状になっている。従って、関節表面（３、１２）は、少なくとも一部の相補的部分が回転楕円面、放物面、双曲面または楕円面もしくはそれらの組合せより成るように規則的または不規則的形状に形成することができる。上述したように、関節表面の凹部及び凸部は、共に可変である冠状アーク、即ち横方向矢状アークにより表される。即ち、曲率半径が変化し、表面（３、１２）の関節運動時に瞬時的回転中心の変化及び中位度数の回転を許容する。
【００３３】
関節表面（３）及び（１２）は、凹部及び凸部がそれぞれ関節表面（３）及び（１２）の実質的に全体の主要部を構成するように設計されている。従って、関節表面はプレート（１）及び（１０）の外周面を画定するそれぞれの表面により囲まれているが、これらの関節表面はそれらの関節作用部分を完全に取り囲むそれぞれの下面及び上面部分を持たない。例えば、関節表面（３）の凸部（４、５）の実質的に全ては、関節表面（１２）の空洞状部分（１３、１４）の実質的に全てと関節接合可能である。
【００３４】
図３ａ及び３ｂは、本発明による人工脊柱ディスク（２０）を示すが、このディスクは第１の上面プレート（２１）及び第２の下面プレート（２２）を有する。第１のプレート（２１）の第１の関節表面（２５）は、第２のプレート（２２）の第２の関節表面（２６）と関節接合する。図３ａは関節接合脊柱ディスク（２０）の側立面図であるため、それはその装置を横から見た図に対応する。従って、プレート（２１）及び（２２）がそれぞれの関節表面（２５）及び（２６）に沿って関節運動する際、第１のプレート（２１）は矢印（Ｂ）に示す方向において図３ａの休止位置から図３ｂに示す第２の位置へ移動する。休止位置において、プレート（２１）及び（２２）は共通の回転中心（２３ａ、２３ｂ）を有するが、第１のプレート（２１）が図３ｂに示す第２の位置へ関節移動すると瞬時的な回転中心（２３ａ、２３ｂ）はもはや同じ所にない。従って、この装置を利用する患者が前方または後方に屈曲運動すると、即ち、前後方向に屈伸すると、瞬時的回転中心（２３ａ、２３ｂ）は前後方向に互いに離れる方向に変位する。即ち、瞬時的回転中心（２３ａ）に関して瞬時的回転中心（２３ｂ）が前後方向に平行移動する。
【００３５】
図４ａ及び４ｂは、第１の上方プレート（３１）及び第２の下方プレート（３２）より成る人工脊柱ディスク（３０）の一部断面後立面図である。第１の上方プレート（３１）は双顆関節表面を有し、この表面は第２のプレート（３２）の二頂凹状関節表面（３４）と関節接合する。プレート（３１）及び（３２）はその休止または中性位置で示すが、第１のプレート（３１）が第２のプレート（３２）に関して矢印（Ｔ）に沿い横方向に移動すると、第１のプレート（３１）は第２のプレート（３２）に関して僅かに傾斜し、瞬時的回転中心（３５ａ、３５ｂ）が互いに変位する。従って、本発明の１つの実施例において、人工脊柱ディスクは関節表面が互いに横方向に平行移動すると回転中心が変化する第１及び第２の関節表面を有する。
【００３６】
図５ａ―５ｄは、第１のプレートの、２つの隆起部のある、または二頂の凸状表面と関節接合する二頂の凹状表面を備えた本発明の第２のプレートの別の実施例（４０、４５、５０、５５）を示す。椎骨のエンドプレート、即ち第２のプレートの別のこれらの実施例は、人工脊柱ディスクの重量を担う能力を向上させた種々の実施例である。それらは、中心の重量を担う輪郭形状要素（図５ｃ）が椎骨の格子状中心においてだけでなくその周面において荷重を担う別の周面リム構造を有する実施例だけでなく、凹状構造の実施例を包含する。図５ｄは、脊柱ディスクの隣接する椎骨への接着性を改善するために水酸化リン灰石を付加する等して椎骨を内殖させるための多孔質表面（５６）を備えた別の実施例（５５）である。図５ｄの実施例はまた、モーメントの影響を減少させてこのベクトルに抗する摩擦力の増加により移植の前端を突出させるようになっている。図５ａ―５ｄの実施例はまた、人工脊柱ディスクの隣接する椎骨へ直ちに固定されるようにまた人工脊柱ディスクの第１と第２のプレートの間の運動が阻止されるようにするための、種々のサイズ、位置及び方向における格子状のピッチによる機能的な固定及び螺設手段による固定を示している。
【００３７】
図６ａは、本発明による第２のプレート（６０）の底面図であり、隣接する椎骨と接触するプレートの平らな下面は、荷重を椎骨に分配しながらエンドプレートのサブコンドラル構造の寿命を伸ばすように設計されたきめの粗い表面を提供する複数の溝またはチャンネル（６１）より成る。湾曲した放射状の溝は、エンドプレートを完全に覆いそれと咬合する微少血管系のうっ血を阻止できる。図６ｂは、図６ａの第２のプレート（６０）の側立面である。
【００３８】
図３ａ−３ｂを再び参照して、プレート（２１、２２）は、矢印（Ｂ）に沿う前後方向の屈曲の間横方向または横断方向軸を中心として相互に回転または関節運動できるようになっている。第１のプレート（２１）は、垂直軸（２８）に関して、図３ａに示す中性または休止位置から最大約１５°前方に関節運動できるように、また図３ａに示す休止位置に関して最大約−５°後方に関節運動ができるようになっている。
【００３９】
図４ａ及び４ｂを参照して、人工脊柱ディスク（３０）は第１のプレート（３１）（立面図に示す）及び第２のプレート（３２）（端面図に示す）より成り、これらは、装置を前後方向へ貫通する正中矢状軸を中心として相互に関節運動可能である。さらに詳しく説明すると、第１のプレート（３１）が、矢印（Ｋ）の方向に、横方向移動するか横方向に平行移動すると、瞬時的回転中心（３５ａ、３５ｂ）は互いに変位し、第１のプレート（３１）は第１のプレート（３２）に対して傾斜位置をとる。関節表面（３３、３４）はそれぞれ曲率中心が変化する部分を有するが、関節表面（３４）の凹状部分はそれぞれ、間接表面（３３）の突起部分よりも大きい曲率半径を有する。従って、二頂の関節表面（３４）の各凹状モード部はフィボナッチの級数により表される湾曲部分より成るが、関節表面（３３）の対応する突出部分はフィボナッチ級数の第２レンジにより表わすことのできる湾曲部分より成り、かくして隆起凸状部分の曲率半径は凹状モード部の曲率半径よりも小さい。第２のプレート（３２）に対する第１のプレート（３１）の傾斜の度合は、両方向に約２°乃至５°中心から外れた範囲にある。好ましい実施例において、第１のプレート（３１）の第２のプレート（３２）に関する傾斜は１°乃至２．５°の範囲内にある。
【００４０】
好ましい実施例において、第２のプレート（２２）に関する第１のプレート（２１）の前後方向の屈曲度は、両方向に約３°乃至１５°の範囲、さらに好ましくは１．５°乃至７．５°、さらに好ましくは５°°乃至７°の範囲内にある。別の好ましい実施例において、第２のプレート（２２）に関する第１のプレート（２１）の前後方向の屈曲度は、最大運動範囲で約１０°、さらに好ましくは約５°乃至７°である。さらに好ましい実施例において、平均伸張範囲は０°乃至５°、さらに好ましくは０°乃至３°である。さらに好ましい別の実施例の平均的な屈曲は、矢状面に沿い約―５°乃至１０°である。当業者であれば、負の度合が脊柱ディスクの伸張を示し、正の度合が脊柱ディスクの屈曲を示し、この屈曲は前方または前方向における脊柱の曲げのことがわかるであろう。
【００４１】
図７は、人間の脊柱（７０）内に移植される本発明の人工脊柱ディスク（７８）を示し、複数の椎骨（７１、７２、７３、７４、７５）と、それらの間の複数の脊柱ディスク（７７ａ―７７ｄ）とより成る。人工脊柱ディスク（７８）は第１のプレート（７９）と、第２のプレート（８０）とを有し、これらは上方の椎骨（７２）と下方の椎骨（７１）の間に位置する。上方の椎骨（７２）の下面（７２ａ）は、プレート（７９）の実質的に平らな上面（７９ａ）に最も良く合うように平坦である。下方の椎骨（７１）の上方の椎骨表面（７１ａ）もまた、プレート（８０）の下面（８０ａ）との最適な接触が得られるように平坦なものとして示されている。図示はしないが、プレート（７９、８０）、従って椎骨（７２、７１）はそれぞれ、通常は脊柱を囲む筋肉質や他の靭帯組織により互いに隣接して保持されている。
【００４２】
各プレート（１）及び（１０）は、人工脊柱ディスクの隣接する椎骨への固定を容易にする固定手段を含むことができる。図１ａ―１ｃ及び図２ａ―２ｃの実施例の固定手段はそれぞれ、プレート（１）及び（１０）の平らな表面（２）及び（１１）に設けた少なくとも２つの突出部（６、７）及び（１６、１７）を備えている。突出部（６、７）は、人工脊柱ディスクの上面及び下面にある隣接する椎骨の対応空洞部（図示せず）と係合する。これとは別に、あるいはこれに加えて、固定手段は各プレート（１、１０）の端部に多数のねじ孔を有し、このねじ孔を介して多孔質のねじが挿入され、これらのねじにより人工脊柱ディスクと接触する隣接の椎骨部分へのねじ止めが行われる。本発明の固定手段は、固状部材を相互に固定または固着するための１またはそれ以上の公知手段を使用するとよい。一例として、また限定の目的はないが、これらの固定手段は、ねじ、釘、リベット、接着剤、ワイヤー、バンド、ストラップ及びエンドプレートのねじを多孔質で覆う手段または椎間板のコンポーネントにねじを固定するためのロック機構の実施例を含むことができる。
【００４３】
孔（８、１５）は、もし設けるとすれば、所望の形状にすることができる。それらは、ねじ、釘、リベット、犬釘、及びプレート（１、１０）を隣接の椎骨に固定するための他の物品を受けるようになっている。例えば、孔（８、１５）はえ皿孔にすることが可能であり、あるいはねじを人工椎間板に安定化するためのロック機構またはロック方法を用いることが可能である。
【００４４】
図１ａ―１ｂ及び２ａ−２ｂは、平らな表面（２）及び（１１）上においてそれぞれ前端部（Ａ1）及び後端部（Ａ10）の方へ向けられた固定手段（６、７及び１６、１７）を示しているが、固定手段は人工脊柱ディスク内のいかなる場所にも配置可能である。一般的に、各エンドプレート（１）及び（１０）は、隣接する椎骨に固定するための少なくとも１つの固定手段が必要である。本発明による固定手段は、特定の用途または環境において性能を最適化するように所望に応じて形状を決定することが可能である。固定手段は、複数の同様なまたは異なる固定手段によることができる。好ましい実施例において、固定手段は、それぞれ隣接する椎骨の上面及び下面内の空洞部または孔と係合するための２またはそれ以上の突出部（６、７）及び（１６、１７）を平坦な表面（２）及び（１１）上に有する。平坦な表面はさらに、その内部における骨の成長を促進することなどによりその骨化を増進するための多孔質の被覆を施すことが可能である。その他の溶着促進材料が考えられている。
【００４５】
図１ｃ及び２ｃは腎臓形の特定の実施例を示すが、人工脊柱ディスクのプレート（１）及び（１０）の外周面は、内端部（Ａ2、Ａ10）、後端部（ＰＳ1、ＰＳ10）または横方向側部（Ｌ1、Ｌ2）、（Ｌ10、Ｌ12）がそれぞれ異なるまたは同一の曲率半径を持つようにした実施例を含むことができる。人工脊柱ディスクはさらに、限定の意図なしに、単一の顆状構造として形成するか、あるいはコンポーネントの１つの部分に顆間ノッチを一体化する必要がある。
【００４６】
実質的に平らな第１の上面（２）と第２の下面（１１）は平らであることを意図しているが、それらには凹部、リッジ、リブ、突出部、ディンプル等を形成してもよい。
【００４７】
人工脊柱ディスクのプレート（１、１０）は一般的に、剛性、半可撓性または可撓性であるように意図されており、従って、一例として（限定の意図なしに）金属、硬質ラバー、プラスチック、ポリマー、合金、複合材料、セラミック、セラミック金属合金またはこれらの組合せのような材料により形成される。
【００４８】
プレート（１、１０）は、型形成、ステレオリソグラフィー、機械加工、プラズマ溶射、被覆、ポリシングまたはインベストメント鋳造法を含む種々の方法で製造することができる。
【００４９】
プレート（１、１０）はそれぞれの前後の幅よりも大きい横方向の長さを有するものとして示してあるが、これらのプレートの寸法は所望の如く決めることができる。プレート（１、１０）の幅はそれぞれの長さよりも大きいか、等しいか、もしくはそれよりも小さい。多くの場合、各プレート（１、１０）の上下方向の高さはその幅及び長さよりも小さい。
【００５０】
後端部における椎骨の基部から前端部への境界は、後端部の椎骨に隣接するかその下の脊椎神経からは離れている。図１ａ―１ｃ及び２ａ−２ｃは第１のプレート（１）を上面プレートとして示しているが、本発明の脊柱ディスクはそれを裏返しにして第２のプレート（１０）が上面プレートとなるようにしてもよい。
【００５１】
本発明の人工脊柱ディスクの形成法は、少なくとも下記の点の１つで膝関節部の代替物交換方法として使用される公知の方法とは異なる。本発明の人工脊柱ディスクは構造が小さく、小さい関節双顆面を有し、限られた範囲の屈曲及び伸張関節運動を可能にし、矢状面に沿う前後方向のいずれにおいても瞬時的回転中心が変化するように設計することができる。好ましい実施例において、人工脊柱ディスクの瞬時的回転中心の変化は、人間の膝に起こるのとは反対の態様で起こる。
【００５２】
以上が、本発明の特定の実施例を詳しく説明したものである。本発明の範囲から逸脱することなく、明らかな変形例及び設計変更が当業者にとって明らかであろう。当業者は、本願の記載全体に鑑みて図示説明した特定の実施例において多くの設計変更を行い、また本発明の精神及び範囲から逸脱することなく同様な結果を得ることができるであろう。図示説明し頭書の特許請求の範囲に記載した実施例の全ては、本願の開示全体を見ればさらに不当な実験を行わずに実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】  図１ａは、本発明による人工脊柱ディスクの第１のプレートの側立面である。
【図１ｂ】  図１ｂは、図１ａの脊柱ディスクの第１のプレートを示す後立面図である。
【図１ｃ】  図１ｃは、図１ａの第１のプレートの底面図である。
【図２ａ】  図２ａは、本発明による脊柱ディスクの第２のプレートを示す側立面図である。
【図２ｂ】  図２ｂは、図２ａの第２のプレートを示す後立面図である。
【図２ｃ】  図２ｃは、図２ａの第２のプレートを示す平面図である。
【図３ａ】  図３ａは、人工脊柱ディスクの側立面であり、第１及び第２のプレートを１つの関節運動ステージで示す。
【図３ｂ】  図３ｂは、人工脊柱ディスクの側立面であり、第１及び第２のプレートを別の異る関節運動ステージで示す。
【図４ａ】  図４ａは、本発明による人工脊柱ディスクの一部断面後立面図であり、第１及び第２のプレートを１つの関節運動ステージで示す。
【図４ｂ】  図４ｂは、本発明による人工脊柱ディスクの一部断面後立面図であり、第１及び第２のプレートを別の異なる関節運動ステージで示す。
【図５ａ】  図５ａは、本発明による第２のプレートの１つの実施例を示す側立面図である。
【図５ｂ】  図５ｂは、本発明による第２のプレートの別の実施例を示す側立面図である。
【図５ｃ】  図５ｃは、本発明による第２のプレートの別の実施例を示す側立面図である。
【図５ｄ】  図５ｄは、本発明による第２のプレートの別の実施例を示す側立面図である。
【図６ａ】  図６ａは、本発明による第２のディスクの平らな下面を示す底面図である。
【図６ｂ】  図６ｂは、図６ａに示す第２のプレートの線６ｂ−６ｂに沿う側立面断面図である。
【図７】  図７は、本発明の関節接合脊柱ディスクが埋め込まれた人間の脊柱を示す斜視図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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