(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚のプレート(4)とこれらのプレートの間に挟持されたクッション(10)とを備え、クッションは圧縮性ボディー(12)を備え、該ボディーがプレート(4)と接触している２つの端面(18)を有する椎間板補綴具であって、前記端面(18)の少なくとも１つが、それと連係するプレートに対して、このプレートに平行な方向に自由に変位可能であり、かつ、少なくとも１つの前記端面が連係する前記プレートの内側表面のそれよりも少ない曲率半径を供えていることを特徴とする、椎間板補綴具。
【請求項２】
ボディーの端部または各端部(18)が、プレート(4) の１つに設けた、この端部に対する横方向の突き当たり部を形成することができる、凹部(32)内に収容されていることを特徴とする、請求項１記載の補綴具。
【請求項３】
ボディーの端部または各端部が、連係するプレート(4) の面(20)との接触領域を有する面(18)を有しており、これらの面(18, 20)が、ボディー(12)の方向にプレート(4) に加わる応力が増大すると、前記接触領域の表面積が増大するように構成されていることを特徴とする、請求項１または２記載の補綴具。
【請求項４】
ボディーの端部または各端部(18)が、連係するプレート(4) の面(20)と接触している面を有しており、これら２つの面(18, 20)が、少なくとも１つの共通の方向に湾曲しており、一方が凹面で、他方が凸面であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項５】
ボディー(12)が粘弾性材料、特にシリコーンから構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項６】
プレート(4) の間に介在する流体を含んでいることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項７】
流体がプレート(4) と接触していることを特徴とする、請求項６記載の補綴具。
【請求項８】
流体がボディー(12)の周囲を包囲していることを特徴とする、請求項６または７記載の補綴具。
【請求項９】
補綴具が流体を包囲するチャンバー(22)を備え、かつ、このチャンバーのプレート(4) に平行な横断断面の表面積が、プレートを互いに近づけるように動かす応力が変動しても実質的に不変であるように構成されていることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の補綴具。
【請求項１０】
腰部の椎間板補綴具であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の補綴具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は椎間 (円) 板補綴具(intervertebral disc prosthesis)に関する。
【０００２】
【従来技術】
文書EP-0 356 112は、２枚のプレートと、これらのプレートの間に挟持され、かつそれらに固定された圧縮性材料のクッションとからなる椎間板補綴具を開示している。かかる補綴具は、２つの隣接する椎骨の間で実質的に移動可能である。これは特に２つの椎骨間での圧縮運動や、互いに垂直な３軸方向の捩じり運動を受けることができる。従って、この補綴具の機械的挙動は健全な自然の椎間板のそれに近くなる。しかし、椎間板に対して、脊柱の長手方向に垂直な方向に各椎骨から横方向の応力が加わると、他方の椎骨にもこの応力が伝わるという著しい難点がある。これは本当の健全な椎間板では起こらない。このような「ずり応力」は有害である。
【０００３】
【発明の開示】
本発明の目的は、健全な自然の椎間板の機械的特性により一層近づけることができる、異なる種類の椎間板補綴具を利用可能にすることである。
【０００４】
この目的を達成するために、本発明は、２枚のプレートとこれらのプレートの間に挟持されたクッションとを備え、クッションが圧縮性ボディーを備え、該ボディーの両側の端面がプレートと接触している椎間板補綴具であって、前記端面の少なくとも１つが、それと連係するプレートに対して相対的に、このプレートに平行な方向に自由に変位可能である椎間板補綴具を提供する。
【０００５】
この手段により、脊柱の長手方向に垂直な方向への２つの椎骨間での過大な横方向の応力を避けることが可能となる。こうして、健全な自然の椎間板の挙動がより忠実に再現される。
【０００６】
ボディーの端部または各端部は、有利には、プレートの１つに設けた、この端部に対する横方向の突き当たり部を形成することができる凹部内に収容される。  ボディーと一方または両方のプレートとの間の横方向の相対的変位をこうして制限することができる。
【０００７】
ボディーの端部または各端部は、有利には、連係する (接触相手の) プレートの面との接触領域を有する面を有しており、これら２つの面は、ボディーの方向にプレートに加わる応力が増大すると、前記接触領域の表面積が増大するように構成される。
【０００８】
こうすると、最低の圧縮値の場合、ボディーの圧縮による補綴具の機械的反応は、圧縮の方向におけるボディーの寸法変化の関数として非常に僅かしか変動しなくなる。換言すると、クッションの高さの変化の関数としてこの機械的反応を示す曲線は、低い圧縮値に対しては水平に対してごくわずかしか傾斜しないので、反応開始時にはほとんど力が加えられない。この機械的特性は健全な自然の椎間板の特性を再現する。
【０００９】
ボディーの端部または各端部は、有利には、連係するプレートの面と接触している面を有しており、これら２つの面は少なくとも１つの共通方向に湾曲していて、一方が凹面で他方が凸面である。
【００１０】
こうすると、ボディーとプレートが相対的な横方向の変位を起こした後、これら２つの面は、これらの要素の自動的な中心合わせを保証し、これらそ同軸配置に再配置するようにする。凹面の少なくとも１つの曲率半径が凸面の対応する曲率半径より大きいと、上述したように、表面積が可変の接触領域を与えるというさらなる効果が得られる。
【００１１】
ボディーは有利には粘弾性材料、特にシリコーンから構成される。
こうすると、圧縮中に、この材料は、上記曲線がヒステリシス形状を有するように挙動し、このヒステリシス形状は、健全な自然の椎間板の挙動にさらに一層近づいた補綴具の挙動をもたらす。
【００１２】
本発明の補綴具は、有利には、プレート間に介在する流体をさらに含む。
この流体は、特にこれが圧縮性である場合、上記のヒステリシス形状をさらに強める。
【００１３】
この流体は有利にはプレートと接触している。
この流体は有利にはボディーの周囲を包囲する。。
本発明の補綴具は、有利には、前記流体を包囲するチャンバーを備え、かつこのチャンバーのプレートに平行な横断方向の断面の表面積がプレートを互いに近づけるように動かす応力が変動しても実質的に不変であるように構成される。
【００１４】
本発明の補綴具は、有利には脊柱の腰部領域に使われる。
本発明の他の特徴および利点は、非制限的な例示として示す下記の好適態様および２つの別の態様の説明から明らかとなろう。
【００１５】
【具体例の説明】
本発明に係る椎間板補綴具２は、ここでは特に、人体の脊柱の腰部に適用するためのものである。これは、平面図で後方の臍部をもつ豆の概略形状を有する２枚の平たいプレート４を備える。各プレート４は、中心の円形パネル６と、円形パネルの周囲を円形パネルの平面内で包囲する境界部８とからなる。静止時に、２枚のプレート４は、一定間隔をあけて互いに向かいあうように互いに平行に位置し、両者の外側の輪郭は同じ位置にくる。各プレート４において、境界部８と円形パネル６は、シール31の収容のためそれぞれ１つずつのミゾ27を有する。
【００１６】
椎間板補綴具２は、２枚のプレート４の間に挟持した、クッションまたは中間部材10を備える。このクッションは、圧縮性の固体ボディー12を含み、本例の場合、これは粘弾性材料、例えば、シリコーンから作製される。このボディーは、有利にはショアＡ硬度が60〜100 の範囲内、本例では約80である。ボディー12は、その主軸14を中心とする回転体の形状をとる。ボディーは、円筒形側面16と２つの軸方向の端面18とを有し、端面は軸14にほぼ垂直で、やや球形の凸面形状のものである。従って、各端面18は互いに垂直な平面内で２つの同一の湾曲形状を有する。ボディー12は円形パネル６と同軸に配置される。
【００１７】
各円形パネル６は、軸14に垂直で、ボディー12のそれぞれの軸方向端面18の１つと接触している、平坦な内側中心面20を有する。従って、ボディーの凸状の球面18は、プレートの平面20に当たっている。ボディー12は、各プレート４に対して、固定されずに当たっているので、ボディーは、プレートに平行な方向に、即ち、主軸14に垂直な方向に、各プレートに対して移動可能となっている。プレート４により加えられるボディー12の圧縮を考慮し、かつプレートとボディーの接触面の形状を考慮すると、この方向の移動可能性は、ボディーの軸方向の各端面18がこれが接触しているプレートの内面20上での、場合により滑りを伴わない、回転 (ころがり) 運動により現れる。こうして、ボディー12は２つのプレートの間で回転する。こうして、必要あらば、これらは互いに平行を保ちながら互いに対して横方向に変位する。その結果、横方向の応力が１つの椎骨から他方の椎骨に伝わることが避けられる。
【００１８】
クッション10はさらにベローズ22も備える。このベローズは、ボディー12をこれと同軸で、これから一定間隔で包囲している。これは軸14を中心とする回転対称形状を有する。その壁面プロファイルは波形24になっていて、ベローズ22の軸14を横断する断面の表面積を実質的に変化させずに、その軸方向14の長さを変化させることができる。本例では、このベローズは、プレート４と同様に、チタンまたはチタン合金から作製されるので、ある程度の軸方向の強度を有していて、圧縮バネを形成する。これはまた、軸14に垂直な方向にも変形することができるか、または軸14もしくはこれに垂直な任意の軸を回転軸とする捩じりを受けることができる。
【００１９】
ベローズ22は、その軸方向の両端の縁部が、円形パネル６の内面20から突き出ているそれぞれの縁部に接合されている。この接合は漏れに対して気密にされているので、ベローズ22と２つの円形パネル６は、ボディー12の周囲に、容積可変の漏れ止め性のチャンバーを形成する。このチャンバーは、流体、本例ではガス (ここでは空気) を包囲している。ボディー12に最も近い波形24の部分は、ガスが円形パネル６の一方から他方に自由に循環できるようにするため、ボディーから一定の間隔で離れている。
【００２０】
本例におけるベローズ22は、10個の畳みこみ(convolution) を有する。即ち、これは、プレートに固定されている２つの山に加え、８個の外側の山を有する。ここでは、その外径は約30 mm で、内径は約17 mm である。その高さは、補綴具に荷重がかかっていない時に10 mm である。ベローズの壁面は、各0.1 mm厚さの１枚、２枚または３枚のシートから作製でき、この厚みの合計が壁面の厚みを形成する。ベローズの固有強度は、この例では約1.6 N/mmである。
【００２１】
各境界部８は、プレート４の外面からプレートの平面に直角に突出している２つの耳部25を有する。各耳部25は、これを円形パネルの中心の方向に向かってまっすぐ貫通するオリフィス27を含んでおり、耳部25のプレート４とは反対側の面には球形のくぼみがある。オリフィス27は、骨ねじ (骨接合用ねじ) 26の収容を可能にし、この骨ねじの頭部28は、その下面側が耳部25の雌形の球形のくぼみと共働する雄形の球形形状を有し、ねじ26はこれを差し込んだ耳部に対して自由な向きをとることが可能である。
【００２２】
椎間板補綴具２を脊柱内で短期間固定するために、交換すべき椎間板に隣接する椎骨の椎体内にねじ26を固定することができる。
しかし、さらに、隣接する椎骨と接触するプレート４の表面をヒドロキシアパタイトまたは骨成長を刺激できることがそれ自体公知の他の任意の物質で被覆した、長期固定も提供することができる。プレート表面を被覆する前に、該骨組織とのより良好な界面を確保するため、該表面を処理して骨組織に対する固定点を持つ多少とも多孔質の表面状態を得るようにしてもよい。
【００２３】
図４には、クッション10 (即ち、２枚のプレート４) に軸方向14に加えられた圧縮力Ｆの強度 (実質的にゼロであるそれらの変形は考慮しない) を、軸方向14におけるクッションの長さｌ (即ち、２枚のプレート間の間隔) の変化の関数として示す曲線Ｃの状況を示す。この曲線は、同じ条件下でクッション10の機械的反応Ｒも表す。この曲線Ｃは直線ではない。さらに、これはヒステリシス形状を有する。即ち、起点０からの圧縮力Ｆの増大を示す曲線Caは、起点まで戻る圧縮力Ｆの減少を示す曲線Cdとは別個の曲線であって、その全体が後者の曲線より上にある。この顕著なヒステリシス形状は、主にボディーの粘弾性材料に、副次的にはボディー12とクッション10の流体とび組合わせに、起因する。
【００２４】
さらに、圧縮力Ｆの増大に関する曲線Caは、起点０から始まる緩やかな勾配の部分Ca1 と、その後に続くより急激な勾配の部分Ca2 とを示す。圧縮力Ｆの減少を示す方の曲線Cdは、圧縮力Ｆの最大値の付近では急勾配の部分Cd1 を示し、その後に続く圧縮力Ｆの最小値の付近では、より緩やかな勾配の部分Cd2 を示す。曲線CaおよびCdについて、起点付近に緩やかな勾配の部分が存在するのは主にボディー12とプレート４の接触面18, 20の形状に起因し、これは、各プレートとボディーとの間の相互接触領域 (一般に円形) の表面積が、圧縮力Ｆが増大するにつれて増大することを意味する。この増大は、接触領域の表面積が最大に達するまで続き、その時点でボディーの端面18はその全体がプレート４に接触するようになっている。
【００２５】
接続点JaおよびJdが、それぞれ曲線Ca1 とCa2 および曲線Cd1 とCd2 との間の接続を形成する。曲線Caでは、接続点Jaはプレートとボディーとの間の接触面積が最大値に到達した時点の荷重Ｆに相当する。同様に、曲線Cdでは、接続点Jdはこの接触面積が最大値であることが終った時点の荷重Ｆに相当する。
【００２６】
本発明の補綴具の形態は、接続点Jaが、使用中の補綴具に対して見込まれる最大の長さ変化の25〜75％の範囲内に位置するΔｌ値に対応するようなものとすることができる。
【００２７】
図５を参照すると、別の態様 (これは他の点では図１に示した補綴具の他の特徴を有する) において、各プレート４のボディー12に面する面20が凹部32 (この場合にはＵ字型) を有していて、この凹部が対応する軸方向端部18が嵌まりこむことができる横方向の突き当たり部を形成することが可能である。こうして、各プレート４に対するボディー12の横方向の相対的な変位が一定範囲内に抑えられ、または完全に防止される。
【００２８】
図６に示した別の態様では、プレートの面20は湾曲しており、この場合には１または２以上の方向に凹面となっており、面18も湾曲して、対応する１または２以上の方向に凸面とすることができる。各方向について、面20の曲率半径は、対応する方向の面18の曲率半径より大きい。ここでは面18と面20の２面どちらも球形である。面18および面20の曲率半径は、例えば、それぞれ70〜80 mm および 140〜200 mmの範囲内であろう。このような配置は、脊柱の長手方向に垂直な全ての方向へのボディー12のプレートに対する横方向の相対的な変位を可能にしながら、２つの面の自動的な中心合わせを可能にする。
【００２９】
図２に示した態様では、ボディー12の両端が、相手方のプレートとの接触表面積が可変である接触表面18を有しており、プレートはボディーに対して横方向に相対的に移動可能になっている。
【００３０】
これに対し、図６に示した変更例では、ボディー12の端面18の一方だけがこの特性を有する。図６の下側にある他方の端面は、平坦な円形形状であり、その相手方のプレートとの接触領域は不変であって、プレートに固定されている。
【００３１】
本発明に対して、その範囲を逸脱せずに多くの変更を加えることができるのは当然である。
流体は液体でもよく、またはさらには液体とガスとの混合物でもよい。ガスは例えば液体にいくらか可溶性のものである。
【００３２】
ボディーは、軸14を横断する方向の断面が楕円形であってもよい。
プレート４の内面20を凸面状にして、ボディー12の軸方向端面18を平面にするか、またはプレートの面20の曲率半径より大きな曲率半径の凹面にしてもよい。プレートとボディーの２つの接触面をどちらも凸面状にしてもよい。
【００３３】
面の湾曲は単一の平面に制限してもよい。
チャンバー22に関する特性 (バネ作用、ボディー12からの距離) は、他の特徴から独立して使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る補綴具の斜視図である。
【図２】  図１に示した補綴具のII−II面に沿った軸方向断面図である。
【図３】  図２に示した細部Ｄの拡大図である。
【図４】  クッションに対して２枚のプレートが加える圧縮力Ｆを、プレート間の離間間隔の変動の関数として示す曲線である。
【図５】  補綴具の別の態様の細部の断面図である。
【図６】  さらに別の態様を示す、図２に似た単純化した図である。
【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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