CN101087572B - 组合式椎间植入体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合式椎间植入体，该椎间盘包括两个用球窝关节等方式相互连接的部件。第一和第二部件各具有第一和第二接合区，第一和第二接合区用于抵靠到相邻脊椎体的端板上。第一和第二部件具有半径相同的分别凹下和凸起的球形关节表面。第一和第二部件分别有最大高度H1和H2，以对装配好的椎间植入体产生最大总高度为H＜(H1+H2)。为了允许相邻脊椎体的适量运动，椎间植入体具有到第二接合区的最短距离A的旋转中心RZ，最短距离A等于H2-R的绝对值，第一和第二部件分别从第一套至少M≥2个具有不同高度H1的第一部件和从第二套至少N≥2个具有不同高度H2的第二部件4中选定，通过半径R和第二部件的最大高度H2的选择选定旋转中心RZ的距离A。

Description

组合式椎间植入体
技术领域
本发明涉及椎间植入体，尤其是人造椎间盘。
背景技术
目前，植入体或假体是在清除受损伤的天然椎间盘或者椎间盘的受损伤的髓核之后插入两个相邻的脊椎体的椎间空间中。植入这种植入体的目的是尽可能好地恢复椎间盘的自然质量亦即尤其是原始高度，并因此恢复两个相邻脊椎体之间的原始距离。另外，相邻脊椎体的彼此相对的运动应在没有障碍的情况下处于它们的自然质量下。由于这个原因，在脊椎体的向前/向后弯曲亦即挠曲和伸展的情况下，及在自然范围内脊椎体侧向弯曲的情况下，保持运动的可能性是最重要的。另外，自然韧带和肌肉沿着脊椎基本上完整无损，从而使它们进一步使椎间盘的机械替代物的运动保持稳定。
这种椎间植入体从MARNAY的美国专利US 5314477中已知。这种已知的植入体包括两个板，所述两个板通过球窝关节连接。因为只提供一个植入体尺寸和只提供一个关节表面的半径值，所以预先限定植入体的旋转中心及其运动学，从而使外科医生不能单独地使这些量分别适应患者的解剖学要求。另外，这些植入体未配置成使球形盖的旋转中心适应各个解剖要求。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种椎间植入体，所述椎间植入体允许有最佳的相邻脊椎体的移动能力，及考虑待治疗的患者的个体生理学。
为了达到上述目的，本发明涉及组合式椎间植入体，更具体涉及人造椎间盘，所述椎间盘包括两个可用球窝关节那样的方式相互连接的第一部件和第二部件。第一和第二部件各具有第一接合区和第二接合区，所述第一接合区和第二接合区适合于抵靠到相邻脊椎体的端板上。另外，上述第一和第二部件分别具有半径相同的分别凹下和凸起的球形关节表面。第一和第二部件分别有最大高度H1和H2，以便对装配好的椎间植入体产生最大总高度为H＜(H1+H2)。为了允许相邻的脊椎体的适量运动，椎间植入体具有旋转中心RZ，所述旋转中心RZ有到第二接合区的最短距离A，上述最短距离A等于H2-R的绝对值，并且上述第一和第二部件分别从第一套至少M≥2个具有不同高度H1的第一部件和从第二套至少N≥2个具有不同高度H2的第二部件4中选定，这样能通过半径R和第二部件的最大高度H2的选择选定旋转中心RZ的距离A。
与已知器械相比，按照本发明所述的椎间植入体具有下列优点：
-它能使关节植入体单独适用于任何人造的脊椎体对。利用这种适应性，通过选定合适的第一和第二部件可考虑自然运动元件的单独解剖学；
-各个分段的运动顺序可以由外科医生在手术前考虑并确定；
-使外科手术程序更方便；
-椎间植入体的旋转中心的位置、倾斜和平移运动可以在比较宽的范围内任意选定；
-因两个部件可组合式地配置，所述旋转中心的位置在它与第二接合区的距离上可调节；和
-用作组件的部件的球形段的半径也可改变。
按照本发明的椎间植入体可用一个或两个后面的途径植入到椎间空间中，因为植入体用两构件形式配置，从而使两个部件可通过两个分开的途径相互独立地植入到椎间空间中。类似的植入程序可在前面应用，尤其是在较高的腰部中及在胸腰椎部分中应用。解剖条件不允许从严格的前面插入，因为主动脉腔管和静脉腔管妨碍途径。在这种情况下，环状纤维的腹部结构及前面的纵向韧带保持完整无损。
在优选实施例中，椎间植入体的两套第一和第二部件配置成以便对于第一部件和第二部件的任何组合，总高度H总是恒定不变。该实施例的优点基本上在本文中可看出，在预定的恒定不变的总高度的情况下，椎间植入体的旋转中心在一定限度内可以变位，因而允许所包括的脊椎体的不同运动范围。
在另一实施例中，两套部件中的所有部件都有相同的半径R。这个实施例的优点是，各球形帽的半径R的一致使支承能用作第一和第二部件每种任意组合的可滑动的表面支承，同时由于减少了表面压力而比不同半径R的情况下的线接触支承的摩损小。
在另一实施例中，第一套部件中的各第一部件具有相同长度的半径R。这个实施例的优点是旋转中心在中心轴线上的位置仅可通过两个部件的高度调节。
在另一实施例中，第一套部件中的各第一部件具有不同长度的半径R。这个实施例的优点是旋转中心在中心轴线上的位置仅可通过与两个部件的高度独立地改变半径R调节。
在另一实施例中，旋转中心与第二接合区的距离A约为最大总高度的30％。这个实施例的优点基本上在本文中可以看出，在偏移的情况下，平移运动部分，分别横过中心轴线的两个部件之间的相对运动小-在生理学方面是患者所特有的。在这一特定情况下，各小平面关节相对于脊髓较陡峭地布置。
在另一实施例中，旋转中心RZ到第二接合区的距离A约为最大总高度H的600％。这个实施例的优点基本上在下述事实中可看出，即在球形帽的半径具有这类高尺寸的情况下，第一和第二部件彼此相对的偏移是限制纯平移的类型。关于患者特殊的生理学，两个部件之间的平移运动部分，分别横过中心轴线的相对运动在偏移的情况下高。在这些情况下，小平面关节设置成相对于脊髓有较低的梯度。
在另一个实施例中，旋转中心RZ位于第二部件的内侧，并且差值(H2-R)具有正值。这个实施例的优点基本上在下述事实中可看出，即这种配置产生小的球形帽的半径，结果在两个部件之间产生较小的平移运动部分，亦即在两个部件绕中心轴线RZ相互旋转的情况下横过轴线的小相互位移。在小平面关节具有高梯度情况下(在直立的患者情况下)，应注意关节表面，因为在挠曲或伸展运动期间不产生压缩。优选的是，第二部件内部的距离A最小为0.5mm，相应地最大为5mm。
在另一个实施例中，旋转中心RZ位于第二部件的外侧，并且差值(H2-R)具有负值。这个实施例的优点基本上是产生较大的球形帽的半径，因此在两个部件之间产生较高的平移运动部分，亦即横过中心轴线的高相对位移。在小平面关节具有低梯度的情况下(在直立的患者情况下)，注意关节表面，因为在挠曲或伸展运动期间不产生压缩。优选的是，第二部件外侧的距离A最小为1mm，相应地最大为95mm。
在另一实施例中，第一部件配置成具有凹槽式凹下的球形关节表面的板状基体，而第二部件配置成具有突出的球形段的板状基体。
在另一实施例中，第二部件的球形段的半径是在3mm和100mm之间，优选的是在4mm和20mm之间。
在另一实施例中，第二部件由金属-塑料复合物组成。
在另一实施例中，凸起的球形关节表面涂有碳化钛或无定形碳(ADLC)。
在另一实施例中，接合区涂有钛。
在另一实施例中，接合区是凸起形状。
在另一实施例中，接合区具有若干突起，所述突起包括至少一个与植入体的中心平面对称的楔状裂口(rip)，并直立在相应的平行于中心平面中的直线的接合区上。突起可以包括锯齿状的切口，所述切口与中心平面对称排列。一个突起的体积可以是在0.12mm3和1.4mm3之间。
另外，各突起可以至少部分地涂有羟基磷灰石或两相羟基磷灰石-磷酸钙的混合物。
在另一实施例中，两个部件各具有相互面对的一中间表面，从而这些中间表面可在0°-12°范围内彼此相对倾斜。
在另一实施例中，两个部件各具有重心，而其中在两个部件彼此相对旋转时，上述重心实施彼此相对平移T，所述平移垂直于中心轴线度量并取决于半径R，从而平移T是在0.5mm-12.0mm范围内。
附图说明
本发明的另一些目的和优点从下面说明当参照示出本发明的若干实施例的附图阅读时，将变得显而易见，在附图中：
图1是按照本发明的椎间植入体的实施例的剖视图；
图2示出穿过按照图1的椎间植入体的一系列实施例的3个剖视图，上述椎间植入体具有若干球形段，各球形段各部件具有相等的半径、相等的总高度H，但最大高度H1和H2不同；
图3示出穿过按照图1的椎间植入体的一系列实施例的3个剖视图，上述椎间植入体具有相等的总高度，但每对关节表面具有不同的半径；
图4示出穿过按照图1的椎间植入体的一系列实施例的3个剖视图，上述椎间植入体具有相等的总高度，但每对关节表面具有不同的半径，从而能在两个部件之间平移；和
图5示出X射线图像的手术前研究和分析的示意图。
具体实施方式
图1所示的实施例主要包括有中心轴线2的椎间植入体1，所述椎间植入体1具有两个部件3、4，从而第一部件3由整块板组成，所述整块板包括第一接合区5和在对面布置的中间表面7，所述中间表面7具有凹下的球形关节表面9。第二部件4基本上由板组成，所述板包括第二接合区6和在对面布置的中间表面8，上述第二部件4还包括一球形段11，所述球形段11放置在中间表面8上。球形段11具有一凸起的球形关节表面10，所述球形关节表面10适合作为承载表面，该承载表面能相对于凹下的球形关节表面9滑动运动。
两个部件3、4绕位于中心轴线2上的旋转中心RZ的相互倾斜受下述事实限制，即如果达到最大倾斜角，则相互面对的中间表面7、8开始彼此静止。两个接合区5、6以一种方式凸起地弯曲，即达到最佳配合到相邻椎间体的端板上。除了相互倾斜运动之外，两个部件3、4之间的关节连接还能使两部件3、4绕中心轴线2自由相互旋转。
位于两个部件3、4之间的球形段11与凹下的球形关节表面9一起形成关节连接，从而凹下的球形关节表面9和凸起的球形关节表面10二者的曲率半径R彼此相等。
椎间植入体具有最大的总高度H，从而第一部件3具有平行于中心轴线2测得的最大高度H1，而第二部件4同样具有平行于中心轴线2测得的最大高度H2。最短的距离A与中心轴线2同轴地延伸，并在位于中心轴线2上的旋转中心RZ和第二接合区6之间延伸。
图2所示的椎间植入体1的一系列3个剖视图示出各具有不同最大高度H1和H2的第一和第二部件3、4的三种不同组合，而球形段11的半径R的长度保持不变。在旋转中心RZ和第二接合区6之间与中心轴线2同轴地测得的最短距离A因两个部件3、4的最大高度H1和H2不同而改变，而最大总高度H保持恒定。第一部件3的最大高度H1在所示的系列剖视图中从左到右增大，而第二部件4的最大高度H2同时相应地减小，以使总高度H保持恒定。
图3所示的椎间植入体1的3个剖视图系列示出具有不同长度的半径R和最短距离A的第一和第二部件3、4的3种不同组合。第二部件4的最大高度H2从左到右减小，而半径R的长度增大，同时旋转中心RZ沿着中心轴线2以使距离A增大的方式移动。通过分别增大距离A和旋转中心RZ的错位，影响凹下的球形关节表面9在凸起的球形关节表面10上的滑动运动，并因此影响两个相邻脊椎体的运动。
图4所示的椎间植入体1的连串3个剖视图示出具有不同长度的半径R和不同范围的平移运动T的第一和第二部件3、4的3种不同组合，而平移运动T通过垂直于中心轴线2测得的两个部件3、4的重心由于两个部件3、4的相互旋转而产生的位移限定。第二部件4的最大高度H2从左到右减小，而半径R的长度增大。通过增大半径R，相应地增大旋转中心RZ的运动，影响凹下的球形关节表面9在凸起的球形关节表面10上的滑动运动，并改变两个相邻脊椎体的运动的质量。在此处所示的实施例中，接合区5、6具有宏观结构，所述宏观结构构造为突起13，例如构造为像金字塔一样的突起。
图5示意性地示出在手术前研究期间所获得的待治疗的脊椎部分的X射线图像系列，而点L表示在上脊椎体处解剖界标。在脊椎中间位置100、延伸300和挠曲200的情况下，不同的解剖界标的位置限定3个点，所述3个点限定一圆，随后用该圆确定旋转中心RZ和球形段11。
为了对待插入患者的椎间空间中的椎间植入体选定合适的第一和第二部件，实施了下列计划和手术前的研究。用于确定旋转中心RZ和球形段11的半径R的基础是圆由3个点限定，所述圆通过三角形ABC的周边的几何结构限定。所要求的圆的圆周对应于旋转中心，并通过三角形的边AB、BC和AC的3个垂直等分线的交点限定。精确地有一个解。
如下实施包括上述确定旋转中心RZ和半径R在内的手术前的计划：
1.获得患者的3个侧向X射线图像(中间位置100、挠曲200和延伸300)；
2.在上脊椎体处限定解剖界标；
3.将由3个X射线图像上解剖界标的位置所限定的3个点记录在中间图像上；
4.在中间图像上外接圆的圆周的几何构造和随后确定半径R。
在两个椎间体之间插入椎间植入体1的情况下，下脊椎体的上端板用作基础，而在上脊椎体处，限定解剖界标L，以便重现上脊椎体相对于下脊椎体的运动。上脊椎体的运动通过3个点限定，且如上所述，可以确定与椎间盘的天然球形帽相对应的球形元件11。椎间植入体的球形元件11的旋转中心RZ与天然球形帽的中心一致，由此容许椎间植入体1的支承质量。椎间植入体1的旋转中心RZ与通过研究运动所限定的圆周一致。

Claims (19)

1.一种组合式椎间植入体(1)，具有中心轴线(2)并包括第一和第二部件(3；4)，所述第一和第二部件(3；4)可用像球窝关节的方式相互连接，从而
A)第一部件(3)具有第一接合区(5)，所述第一接合区(5)用于抵靠到第一相邻脊椎体的端板上，上述第一部件(3)还具有一半径为R的凹下的球形关节表面(9)；
B)第二部件(4)具有第二接合区(6)，所述第二接合区(6)用于抵靠在第二相邻脊椎体的端板上，上述第二部件(4)还具有凸起的球形关节表面(10)，该凸起的球形关节表面(10)具有与凹下的球形关节表面(9)相同的半径R；
C)第一部件(3)具有最大高度H1，而第二部件(4)具有最大高度H2，从而对于装配好的椎间植入体(1)来说，产生最大总高度H＜H1+H2；和
D)上述椎间植入体(1)具有旋转中心RZ，所述旋转中心RZ到第二接合区(6)有一最短距离A，所述最短距离A等于H2-R的绝对值，从而
E)第一部件(3)从第一套至少M≥2个具有不同最大高度H1的第一部件(3)中选定；和
F)第二部件(4)从第二套至少N≥2个具有不同最大高度H2的第二部件(4)中选定；这样能
G)选定那样装配好的椎间植入体(1)的旋转中心RZ的距离A。
2.按照权利要求1所述的椎间植入体(1)，其中从第一套中选定的第一部件(3)和从第二套中选定的第二部件(4)以一种方式配置，以便对第一部件(3)与第二部件(4)的任何组合总高度H都恒定不变。
3.按照权利要求1或2所述的椎间植入体(1)，其中两套部件的所有第一和第二部件(3；4)都有相同的半径R。
4.按照权利要求1或2所述的椎间植入体(1)，其中第一套中M个第一部件(3)的凹下的球形关节表面(9)有相同的半径R。
5.按照权利要求1或2所述的椎间植入体(1)，其中第一套中M个第一部件(3)的凹下的球形关节表面(9)有不同的半径R。
6.按照权利要求1或2所述的椎间植入体(1)，其中距离A具有的绝对值为大于总高度H的30％。
7.按照权利要求1或2所述的椎间植入体(1)，其中距离A具有的绝对值为小于总高度H的600％。
8.按照权利要求1或2所述的椎间植入体(1)，其中旋转中心RZ位于第二部件(4)的内侧，从而差值H2-R具有正值。
9.按照权利要求1或2所述的椎间植入体(1)，其中旋转中心RZ位于第二部件(4)的外侧，从而差值H2-R具有负值。
10.按照权利要求1或2所述的椎间植入体(1)，其中距离A在第二部件(4)内侧最大为5mm，而在第二部件(4)外侧最大为95mm。
11.按照权利要求1或2所述的椎间植入体(1)，其中距离A在第二部件(4)的内侧最小为0.5mm。
12.按照权利要求1或2所述的椎间植入体(1)，其中距离A在第二部件(4)外侧最小为1mm。
13.按照权利要求1或2所述的椎间植入体(1)，其中第一部件(3)构造为具有凹槽式凹下的球形关节表面(9)的板状基体，而第二部件(4)构造为具有突出的球形段(11)的板状基体。
14.按照权利要求13所述的椎间植入体(1)，其中第二部件(4)的球形段(11)的半径是在3mm和100mm之间。
15.按照权利要求14所述的椎间植入体(1)，其中第二部件(4)的球形段(11)的半径是在4mm和20mm之间。
16.按照权利要求1或2所述的椎间植入体(1)，其中凸起的球形关节表面(10)涂有碳化钛或无定形碳(ADLC)。
17.按照权利要求1或2所述的椎间植入体(1)，其中所述第一部件(3)和所述第二部件(4)各具有相互面对的一中间表面(7；8)，及其中这些中间表面(7；8)可在0°-12°范围内彼此相对倾斜。
18.按照权利要求1-2其中之一所述的椎间植入体(1)，其中所述第一部件(3)和第二部件(4)各都具有重心，及其中在所述第一部件(3)和第二部件(4)彼此相对旋转时，上述重心进行垂直于中心轴线(2)测得的彼此相对平移量T且取决于半径R，从而平移量T是在0.5mm-12.0mm范围内。
19.按照权利要求1所述的椎间植入体(1)，其中组合式椎间植入体为人造椎间盘。
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