CN102215787B - 联结的椎间盘假体 - Google Patents

Abstract

用于在脊柱的相邻上下椎骨间植入的人工椎间盘包括能连接组成球窝联结的上壳和下壳。下壳优选包括一个凸部，其与上壳的凹部协同作用。位于壳相对内表面所界定的外框内的弹性核体偏压对抗所述壳。所述球部为固定或滑动设置。上壳和下壳还设有协同作用的阳性部和阴性部，从而壳很好地相互联结，在容许彼此间任何需要联结的同时防止分离。本发明的人工椎间盘还包括多个为了限制两壳之间的旋转和平移运动范围的阻隔装置。

Description

联结的椎间盘假体

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年11月20日递交的美国申请号为12/274,685的优先权，该申请是基于享有2007年6月12日递交的美国临时申请60/934,277优先权的在2008年6月12日递交的PCT申请PCT/CA2008/001114的部分连续申请。上述在先申请的全部内容以引用方式结合于此。

技术领域

本发明涉及脊柱植入物领域，特别地是，容许有不同程度联结的椎间盘假体。

背景技术

脊柱是包含多种解剖学组件的复杂结构体，其具有极强的柔韧性，构成躯体结构并提供稳定性。脊柱由椎骨组成，每一个椎骨都具有大体上呈圆柱形的腹体。相邻椎骨的上下表面被由纤维软骨材料组成的椎间盘(或椎盘)分隔且相互连接在一起。同时椎骨还靠可协同运动的排列复杂的韧带彼此连接，以限制过度运动并提供稳定性。

椎盘的主要作用是承载(包括负载分布和减震)和运动。通过它们的负重功能，椎盘能够把负重从一个椎骨传递到紧邻的椎骨上，同时在相邻椎骨间提供缓冲区。椎盘还容许在相邻椎骨间发生有限范围内的位移，从而保持脊柱的结构和硬度。这种位移包括正负双方向的平移和旋转以及它们众多的组合。因此，椎间盘使相邻椎骨间能够发生各种复杂的运动或接合。

由于诸如年龄、受伤、疾病等很多因素，椎间盘往往会失去它们的形稳定性并发生塌陷、萎缩、被移位，或者其它损伤。通常患病的或受损的椎盘可以被假体所替代，而且本领域已经存在各种各样的这种假体或植入物。一个已知的方法是用填充块取代受损的椎盘填充进椎盘原先占据的空间。然而，这种填充物也会与相邻椎骨融合在一起，从而妨碍了椎骨间的任何相对运动。

近来，能够容许相邻椎骨运动的椎盘置换植入物已经被提出。以下是一些植入物的现有技术中美国专利的示例：美国专利US5,562,738(Boydetal.)；美国专利US6,179,874(Cauthen)；和美国专利US6,572,653(Simonson)。

除了以上所述的人工椎盘，本发明人还提出了多种改进的椎盘假体，其可提供多种椎间运动以及模拟在正常脊柱结构中可见的对正常运动限制的装置。以下是本发明人的现有的椎盘假体的实施例：美国专利申请号11/978,804；11/978,872；和60/934,277。这些在先申请的全部内容以引用方式结合于此。

正在发展中的人工椎间盘，期望可以容许椎盘具有更广泛的连接，同时防止椎盘组件的分离或在任何给定的方向上的过度运动。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种用于取代椎间盘的植入物。

在另一个方面，本发明提供了一种人工椎间盘，可容许相邻椎骨在多个平面运动。这些运动可能被限制在一个预定的范围内，在此范围内相邻椎骨的移动不会导致邻近脊椎结构部件的退化。

在另一个方面，上述所述的有关各轴向的运动能更紧密地耦合到模拟自然的运动。

在另一个实施例中，本发明提供了一种人工椎间盘，其中包括预防形成椎盘的两个主要部件分离的装置。

因此，在一个方面，本发明提供一种在相邻的上下脊椎椎骨之间人工椎间盘的植入物，椎盘包含：

-上壳，下壳，以及一个用于将所述上壳和下壳偏压分离的装置；

-上下壳相对于彼此，在两个或更多的联结面上是可移动的；

-下壳具有上表面，所述上表面包括位于后部的凸部；

-上壳具有与所述的下壳的所述的上表面相对的下表面，并包含与所述凸部相对的位于后部的凹部；

-所述凸部和凹部协同联结作用形成球窝关节；

-所述的凸部或凹部中至少一个具有至少一个阳性部，而所述的凸部或凹部另一个具有对应数量的协同作用的阴性部，其适于容纳和主动啮合所述的至少一个阳性部。

附图说明

通过下面附图中引用的详述能够更加明显地体现本发明的特点：

图1是椎骨运动范围的示意图。

图2是一个基于本发明实施例的人工椎间盘的侧视图。

图3是图2的椎盘的顶视图。

图4是图2的椎盘沿图5所示矢状面IV-IV的侧向剖视图。

图5是图2的椎盘沿图6所示的轴面V-V的下壳的顶视剖视图。

图6是图2的椎盘沿图5所示的冠状面VI-VI的前视剖视图。

图7和图8是图2的植入脊柱的椎盘的剖视图，分别显示了椎盘在伸展和屈曲的位置。

图9是基于本发明另一个实施例中的椎盘沿图10所示的矢状面IX-IX的侧向剖视图。

图10是图9的椎盘下壳沿图11所示的轴面X-X的顶视剖视图。

图11是图2的椎盘沿图10所示的冠状面XI-XI的前视剖视图。

图12是基于本发明又一个实施例中的椎盘的侧向透视图。

图13是图12的椎盘的上下壳彼此分离时的侧向透视图。

图14是图12的下壳的顶视透视图。

图15是图12的椎盘在屈曲状态时的侧向透视图。

图16是图15的椎盘的侧向剖视图。

图17是图12的椎盘在伸展状态时的侧向透视图。

图18是图17的椎盘的侧向剖视图。

图19是图12的椎盘在侧向伸展状态时的后视剖视图。

图20和21是本发明的核体的侧视图。

图22是基于本发明再一实施例中的椎盘的侧向剖视图。

图23是图22的椎盘的尾部剖视图。

图24是图22的椎盘的上壳的顶部透视图。

图25-27及31是图22的椎盘的进一步的变形体的侧向剖视图。

图28和29是图22的椎盘的进一步的变形体的尾部剖视图。

图30是图22的椎盘的进一步的变形体的侧向剖视图。

具体实施例

在下面的说明中，将会使用术语“上方”、“下方”、“前侧”、“后侧”以及“侧向”。这些术语是为了描述本发明的植入物在置于脊柱时的定位。因此，“上方”是指顶侧的部分，而“后侧”是指当脊柱处于直立位置时，该植入物的部分(或其他脊柱组件)朝向患者的后背方向。类似地，术语“下方”用来指植入物的底部，而“前侧”用来指当脊柱处于直立位置时，该部分朝向患者的身体的前方方向。在附图中所示的视图中，术语“冠状”应被理解为表示在侧向末端之间延伸的平面，从而将身体分为前部和后部。术语“矢状”应被理解为表示为前后延伸的平面，从而将身体分出侧向的部分。术语“轴”应被理解为表示将身体分为上部和下部的平面。这些位置和方向不是为了限制本发明的任何特定的方向，而只是用来方便下面的说明。

本发明提供了用作受损的或功能不全的椎间盘替代物的人工椎盘或植入物。本发明的植入物被设计成可容许相邻椎骨之间在可接受的限度内的不同程度的运动。

图1通过阐明与椎骨运动相关的不同程度的可能性图解了椎骨运动的复杂性。在正常生理的运动范围内，椎骨可在“中性区”和“弹性区”之间伸展。中性区是指支撑脊柱结构的韧带的全部运动范围是相对无阻抗的区域，也就是说，韧带只对运动起到相对小的阻力。弹性区出现在运动发生在或接近运动范围的极限时。在这个区域内，韧带黏弹性对运动开始产生阻力，从而限制该运动。大部分“日常的”或通常的运动发生在中性区，只有偶尔在弹性区内继续进行。被控制在中性区内的运动不会对软组织结构产生压力，而进入到弹性区的运动会导致不同程度的弹性反应。因此，在人工植入物，尤其是脊柱领域，是提供假体，使椎骨及其相邻椎骨的运动限制在中性区内。这样的限制最大限度地减少对邻近骨及软组织结构的压力。举例来说，这种运动的限制将有助于减少或降低小关节的退行性变。

总体而言，本发明提供了用于替代椎间盘的可植入的脊椎假体。本发明的植入物一般包含协同运动的下部和上部，或壳，其相对对方来说是可移动的并且沿其至少一部分由有弹性的力吸收核体分离。本发明的椎盘各组件间的相对运动包括不同程度的自主性，但一般仅限于在特定的范围内。也就是说，假体包含多个“软”和“硬”的阻隔以限制椎骨及其相邻椎骨的活动。特别是，本发明的人工椎盘可以提供与在中性区和弹性区的正常运动相近的旋转、前屈、后伸和侧展运动(例如与正常或完整椎盘相关的运动)。此外，本发明的装置还可进行这些运动或耦合的运动的组合运动。例如，本发明的椎盘可承受屈伸移位、侧向移位或屈曲旋转。根据现有的已披露的内容，其他各种运动对本领域技术人员也是显而易见的。

根据本发明的一个实施例，图2和图3显示了人工椎间盘10。如图所示，椎盘10包括上壳12和下壳14，同时还包含前末端16和尾末端18。分别标记是13和15的壳12和14的外部的上表面和下表面，设有所需的表面结构或形状以便于在相邻椎骨结构的空间内方便地植入。例如，在所示实施例中，上壳的上外表面13可被塑成凸形。此外，表面13和15可设有任何已知的涂层或表面处理，以方便和/或引发骨增长和/或以其它方式促进黏附至邻近骨结构。这些涂层等等是本领域技术人员公知的。此外，壳12和14的外表面可进一步设有固定装置以将椎盘10固定在邻近的骨结构上。这种结构可能包括，例如，螺丝、钉、孔或栓(未显示)以促进或加强本发明的在相邻椎骨间的植入。

此外，本发明的椎盘10可适用与人工椎骨协同使用。在这种情况下，本发明的椎盘10可提供例如脊和类似物(未显示)的多种固定手段用于人工椎骨的固定。本申请人的PCT系列申请WO2006/116850提供了这样的一个人工椎骨的实施例，其全部内容以引用方式结合于此。在一般情况下，本发明的椎盘10可提供当两个结构处于结合时，便于连接物连接至人工椎骨的相邻表面的任何外部表面或表面。该连接物可容许在人工椎盘和人工椎骨间的某些程度的运动。因此，虽然在实施例中(如图2和图3所示)，外下表面15是弯曲的几何形状以适应天然存在的椎骨，它可能同样可以提供不同的结构以适用于连接或与人工椎骨的表面协同作用。无论是人工椎盘还是人工椎骨，均可被设计用来容许两者之间的这种协同布置。

如图3和图5所示，从顶部(上方)或底部(下方)看，本发明的椎盘10优选提供了大体上长圆形、卵圆形或椭圆形的造型。本领域技术人员能够明白椎盘的这种形状是使得表面最大限度地与毗邻椎骨接触的首选。但是，其他的各种形状、大小和比例也是可行的。同样所示的，椎盘10可以优选被提供为有着不同上方和下方的特定的外部形状。例如，在附图中所示的外部的美学上的特征通过反映邻近椎骨结构的本来的形状，可以便于已存在的骨结构的植入。但是，要认识到本发明不限于任何的形状和大小。此外，还要认识到，附图中所示的椎盘的外形，可能在人工椎骨的用途中并不需要或并不适用。

图4显示了椎盘10的矢状断面。如图所示，下壳和上壳12和14以协同作用的方式被安置以形成椎盘10。在壳12和14之间，有具有弹性的核体20。如图4至图6所示，下壳14的内(或上)表面包括从向上凸起的部分22，其靠近尾末端18。凸部22与上壳12的内(或下)表面的凹部或表面24彼此作用形成球窝联结，就像下面进一步讨论的那样。正如应被理解的是，这种联结可容许壳12和14的联合作用，从而容许不同方向的相对运动。如图4和图5所示，在一个实施例中，凸部或球22可位于下壳的尾末端18。球22的尾末端和前末端19和21，优选是截顶的或方形的。就像本领域技术人员应能理解的和接下来描述的那样，凸部22和/或凹部24的形状、位置和尺寸都可以根据需要的范围或运动的程度、或旋转轴进行调整。

下壳还包括向上延伸的外壁26，从而在凸部或球22和外壁26之间形成了井28，核体20在其中。如图5所示，实施例所示的井28一般具有U形结构，其U形臂向后延伸。核体20优选设有相似结构，核体部符合井28的形状，并容纳于其中。然而，就像公知的和如下所述的，井28和/或核体20可以其他的形状被提供来达到同样的功能。

如图4和图6，上壳12有向下延伸至包含上述的凹面24或窝槽的下表面的后部30。如上所述，上壳的凹面或窝槽24适用或被设计成与下壳的球22的凸部互相作用，以形成两者之间的联结。上壳12同时还包括至少沿着前末端向下延伸的缘32。缘32的尺寸适于置于下壳的壁26的前侧或前面。正如下文进一步的讨论，这一布置旨在提供一个用于屈伸运动的“硬阻隔”，即上壳移动到了下壳的前面或后面。图4所示的椎盘说明了上壳12处于的缘32与下壳的壁26接触时的位置从而防止上壳12的进一步的向后方的运动。应当理解的是，缘32和壳壁26不需要是一直延续的或延伸至各自壳的整个外周。

如图4和图6所示，上壳包括一个包绕着后侧的窝槽部分24的凹槽29。凹槽29通常具有与下部的井28相同的形状，借以凹槽和井28结合形成核体的外框。

如图6所示，上壳12可优选具有一对位于侧末端由此向下伸出的扣环34，36。扣环34和36各自地适于被容纳于插槽38和40，插槽被置于下壳14的侧末端。如本申请人的PCT系列申请公开号为WO2006/116850的实施例的教导，这种扣环和插槽的安置，旨在为侧弯运动以及轴向运动提供“硬阻隔”。

更具体地说，在侧向运动情况下，就像在图6中所看到的，插槽38和40延伸至下壳14的深度比扣环34和36的长度更深。因此，在上壳和下壳之间的侧向的或侧对侧的运动会导致扣环的末端与各自相对的插槽接触，从而防止在这个方向上的进一步的运动。在轴向运动情况下，插槽38和40要比扣环34和36的大小更宽，从而容许上壳和下壳沿着球22和窝槽24的两者之间的联结旋转，直到扣环34和36的侧边与插槽38和40的侧壁接触。有关这些扣环和插槽的进一步详情记载于前述的本发明人的系列申请中。会被理解的是，椎盘的卵圆外形本身也可提供任何必要的“阻隔”，不需要扣环(34.36)和插槽。同时也应被理解的是，椎盘10相对于旋转运动不受限制，或者也可以被设计成阻止任何旋转运动。椎盘的旋转程度将取决于本领域技术人员公知的各种因素。

如图4和图6所示，弹性核体20旨在提供上下壳12和14的相对运动的限制。例如，如图4所示，核体20弹性地偏压壳12和14的前末端使其彼此分离，其中由于核体的弹性，作用于椎盘的前部的压缩力导致壳的前部被紧密联结在一起。举例来说，这种壳的运动的会在屈伸运动时发生(即上壳12移动到下壳14的前方)。

图6显示了可选的结构，其中在上壳12和下壳14上提供了外成角边缘，主要是在各自的侧末端。如图所示，在相反的侧末端上，上壳12包括向下的成角边缘37a和37b，下壳14包括向上的成角边缘39a和39b。边缘37a和37b分别被安置在边缘39a和39b的相反的位置上。如图所示，边缘37a，b和39a，b的排列在椎盘10被侧向压缩时(即沿冠状面)会导致钳状效应。这种布置旨在剪切当植入或受到正常活动时可能在椎盘周围形成的任何疤痕组织。

图7和图8给出了本发明的屈伸运动。如图所示，椎盘10说明了在切除受损或病变的椎间盘后创造出的空间其植入时的状态。椎盘10的伸展时的位置如图7所示，在屈曲时的位置如图8所示。可以看到，在图7的伸展位置时，上壳12和下壳14在之前图4所示的位置，而核体20容纳于井28和凹槽29形成的框中。然而，由于上椎骨在屈曲运动中向前移动，上壳12的窝槽30滑出下壳14的球22。如图8所示，在这样的屈曲运动中，窝槽部分30的前壁撞上了弹性核体20，而弹性核体20又撞上了下壳14的壁26。如图所示，在前屈运动的过程中，由于上壳12的窝槽30滑出了下壳的球22，容纳核体20的框的体积减小。如图所示，在这种方式下，上壳的前末端垂直下降，从而压缩空间29的体积。就像大家都理解的那样，这样的屈曲运动可以一直持续到核体不再能够被压缩，此时更进一步地屈曲运动就会被阻止。在壳间的各自的运动中，核体的这样的压缩应被认为“软”阻隔。

在本发明的一个可能的实施例中，椎盘10也可以利用之前被称作“硬阻隔”的扣环34，36和插槽38，40进行屈曲运动。也就是说，为了限制前屈，扣环和插槽的大小只可容许某一定程度的运动，直到扣环34，36的前边缘与插槽38，40的前壁相接触，此时，进一步的屈曲运动就会被阻止。

在上面探讨的屈曲运动，在核体20和凹槽29内壁之间的接触表面可能会受到摩擦力。因此，本发明提供凹槽29的内壁可被任意已知方式地外处理以尽量减少这种摩擦力，从而最小化对核体20产生损害。

图8同时还解释了球或凸部22的曲率。如图所示，球22优选包含具有始发于下椎骨的点P的半径r的球面。如图所示，决定了椎盘10的瞬时旋转轴的P点位于下椎骨后部。这个位置是由向后定位点或球22和窝槽24组成的联结所导致的。

在某些情况下，人工椎盘的植入可能还需要调整相邻的椎骨以缓解特定的病理。举例来说，脊椎骨可能需要调整以恢复前凸。应当理解的是，本发明将容许椎盘的瞬时旋转轴可视需要被定位。例如，对旋转轴的重定位可以通过改变本发明的椎盘10的球22的几何形状和位置来实现。也就是说，改变球22的外形，瞬时旋转轴可向前或向后移动。因此，例如图8所示，通过调整球22及其相关的窝槽24的位置，P点可向前或向后移动。此外，也应被理解的是，球22的曲率也可与位置一同调整或与位置单独调整。因此P点的垂直位置也是多样的。例如，上面讨论过的减少半径r，可被理解为瞬时旋转轴(即图8中的P点)将垂直升高，以更接近椎盘10的下壳14。在这样的位置，可减少施加在相邻椎骨间的小关节上的剪应力。

在进一步的实施例中，凸部22的曲率可以是各种非球面形状。例如，通过更显著地调整在前端的曲率，凸部22更适合于抑制屈曲运动。应被理解的是，这种对凸部或球22的调整，可以在仍然保持球和窝槽的排列的情况下，增加一次或多次的运动。

如上所述，核体20提供了对屈曲运动的增加的阻力。由于这种阻力依赖于组成核体的材料的压缩度，应被理解的是，可通过选择恰当的这种材料的特性使其适合于屈曲的程度。例如，用低压缩性材料做成的核体或占据更大内容空间的核体，其运动范围就会减小。如上所述，核体20优选具有大体上“U”形的结构，使核体更容易与井28的U形外形相一致。然而，就像会被理解的一样，井28和/或核体20也可以其他形状来达到同样效果。例如，在一个实施例中，核体20单独地被井包纳而不包纳在U形臂中。例如，核体可能会具有伸长的结构(即圆形、卵圆形、椭圆形)。在这种情况下，可以被理解的是，井28或外框29可作为壁或其他此种阻碍物以阻止核体位移。在另一个实施例中，核体可具有大体上圆形的结构，只位于椎盘的前部。在这种情况下，应被理解的是由核体提供这个“软”阻隔只在屈曲运动中才起作用。如上所述，核体一直被作为单一的个体。但是，在另一些实施例中，基于核体的弹性，其可被分成一块或多块，当上壳被合并时呈现井的形状(或井的特定的部分)。例如，在一个实施例中，核体被分成了三段，对应于前部和两个侧部。在另一个实施例中，核体被分成两部分，其中每个都位于椎盘的外壳的侧面部分(例如U形井的两臂)。在这种情况下，应被理解的是，核体仅会被作为“软”阻隔在侧弯运动中起作用。但是，如果两个核体向椎盘的前部延长，应被理解的是，至少会对屈曲运动起到某种程度的软阻隔。总的来说，本发明的核体优选地提供了屈伸运动和侧向压缩运动的“软”阻隔。因此，在此基础上和本发明公开的内容中，各种其他的核体和/或井的形状和大小的变形对本领域技术人员来说也是显而易见的。

尽管上述的讨论主要集中在屈曲运动中，应被理解的是，本发明的椎盘同时也可以容许其他的独自地或耦合的运动。例如，如前所述，本发明容许椎盘10的相邻椎骨的可控范围内的侧向运动。如图6所示的实施例中，包括了U形臂的具有大体上呈U形结构的核体20位于由上壳12和下壳14形成的外框的侧面。也就是说，大体上呈U形的核体的臂占据了井28的侧部。在这种排列下，应被理解的是在侧向(即一边到另一边)运动过程中，椎盘的一个外侧端将受到挤压。图19也对其进行了说明。这一运动将导致核体的侧部受压，与受压的一侧向对应。正如上面谈论的有关的屈伸运动，核体的弹性有助于逐步限制侧面压缩量，直至核体压缩的最大程度地发生。因此这里提供了用于侧向运动的“软”阻隔。正如上文所述，通过选择合适的核体的材料和/或在椎盘外壳内的核体可容纳的空间，这样的运动是可以控制的。如上所述，虽然具有如前所述的U型结构的核体是优选的，本发明还提供了其他几何形状的核体的人工椎盘。在一个例子中，核体具有圆的、卵圆的或椭圆形结构，能够被理解的是，仍然会出现至少某些程度的侧向压缩，借以这样的核体可以用“软”阻隔应对侧向运动。另外，核体可以被设计成提供只针对屈伸运动的“软”阻隔。在本申请公开的基础上，这样的选择对本领域技术人员是显而易见的。

在另一方面，椎盘10的各种“硬阻隔”，如前所述，可根据病人的需要和根据有问题的椎骨的正常运动的需要，被剪裁成提供或多或少的运动范围根据病人的需要和根据有问题的椎骨的正常运动的需要。

本发明的另一个实施例，如图9-11所示，其中标出的类似组件的参考编号与上述相同。类似的但是包括了变化体的组件，其引用编号相同但多了字母“a”使其明确区分。

如图9-11所示，椎盘10a的大体结构与之前所述相似。此外，上壳12包括上述提到的相同的结构。但是，下壳14被修改成可提供不同的不断变化的瞬时旋转轴。具体而言，如实施例所示，下壳14a的固定的凸面或球部22被具有凸表面的可移动的核心54所替代。如图9-11所示，下壳14a具有凹槽50，在一个实施例中，该凹槽置于下壳14的末端18，并大体上在侧末端的中间。然而，根据已公开的内容，应被理解的是，凹槽50可根据需要被置于任意位置。凹槽50包括大致平的基底52，且适于接收可移动或浮游的核心54。核心54具有一个大致平坦的下表面56，其可以滑出凹槽50的基底52。

如图9-11所示，核心54包含凸上表面58，与下壳12的凹槽或窝槽部30相适配。因此，凸表面58可具有与之前所述的凸表面22相同的功能。在优选的实施例中，核心54的上凸表面或球58是一个球面，其上具有旋转轴，就像之前所述的P点，当植入时其靠近下方的邻近椎骨。此外，如上述的实施例，核心的凸表面58可以设计成根据需要在任何位置放置瞬时旋转轴。然而，图9-11的实施例进一步通过包括一个或多个空间位置的凹槽50且比核心54大的设计，使这样的旋转轴的位置更加多种多样。例如，在一个实施例中，凹槽50在矢状面上测量可以比核心大，从而使核心54可以前后滑动，这里可被理解的是，将转换在患者的正常运动中的瞬时旋转轴。这种滑动运动的程度可通过在核心54和凹槽50之间加入与需要相同或稍小的空隙而预先确定。

如图9-11所示的实施例中，横穿冠状面的凹槽50的大小与核心54非常接近，从而在仍然保持前后运动的同时防止任何侧向的核心的移动。尽管如此，在另一个实施例中，下壳14a的凹槽50的大小也可容许核心的这样的侧向运动。因此，通过根据需要调整的凹槽50的大小，核心54可在矢状面和/或冠状面上具有活动的自由度。

本发明的椎盘可由多种材料制成，这些材料均是本领域技术人员所公知的。举例来说，壳可由下述材料制成：金属(如不锈钢、钛、钛合金、钛镍钛合金，例如Nitinol^TM，钴铬合金等)、陶瓷、塑料和/或热塑聚合物(如PEEK^TM)或这些的任意组合。此外，应被理解的是，下壳所述的“球”和/或上壳的“窝槽”可由与相应的壳的相同或不同的材料制成。例如，“球”可能由钛制成的而“窝槽”和两个壳是由聚醚醚酮制成的。其他各种材料的组合对本领域技术人员来说也是已知的。

本发明的核体20一般已被描述成包含弹性材料。在一个实施例中，这种材料包括水凝胶这种本领域公知的材料。然而，替代材料也可以用于核体。举例来说，核体可以包括机械弹簧(例如金属制造的)、液压活塞、水凝胶或硅酮囊、橡胶、聚合物或橡胶材料、或任何其他弹性材料或装置。一个的用作核体的合适的聚合物的材料例子是carbothane(商品名)。通常来说，核体是用具有弹性可压缩的材料制成，以用来如上所述的限制上壳12和下壳14，14a上面的之间的运动并提供使椎盘10，10a返回中心位置的力。

本发明的另一个实施例如图12-21所示，其中各组件与之前所述的类似，用前缀“1”加以区分。如图所示，根据图中实施例的椎盘110包括上壳112和下壳114。人工椎盘110的外表面可具有任何可能需要的形状或表面处理。举例来说，如上所述，上壳112的上表面113可具有当植入物植入时与椎盘110接触的椎骨的外形相适合的外形。

图13显示了在开启状态时的椎盘110，其中上壳112和下壳114是分开来的。在图12和图13中，椎盘的核体都没有显示。可从图12和13中看出，扣环134和136在上壳112的侧面上，其功能与之前所述的相类似。正如前面讨论过的实施例一样，椎盘110的下壳114具有一对插槽138和140，下壳114的每个侧面上有一个插槽。如上所述，当外壳112和114结合形成椎盘110的时候，插槽138和140分别适于容纳相应的扣环134和136。在图12和13的实施例中，可以看到插槽138和140的宽度显然要比相应的扣环134和136的宽度要大一些。如前所述，这样的布置可以让扣环134和136在相关的插槽138和140内进行某些程度的平移运动。这种在扣环和插槽之间的运动自由可以使上壳112和下壳114相对彼此进行转动，从而容许当椎盘110被植入的时候脊髓节段的某些程度的轴向旋转运动。应被理解的是，旋转运动的程度可被扣环或插槽的大小所左右。尽管在椎盘每一侧的单个的扣环已经被描述过，应被理解的是任意数量的扣环都可以达到同样的结果。此外，在另一个实施例中，扣环和插槽的位置可以翻转，其中扣环在下壳上而插槽在上壳上。

图13同时也显示了由下壳114的外壁126所界定的、大致上呈U形的井128。如前所述，井128可容纳椎盘110的核体(在图12和13中未显示)。图14显示了下壳114，其中核体120容纳在图13所示的井128中。

图13和14所示的下壳114包括凸表面或球122，其与上壳112的凹表面以前述的相同方式协同作用。

如同之前相应的实施例中描述的那样，上壳112的前末端116上具有缘132。当椎盘110处于组合和植入状态时，缘132向下壳114的方向延伸。在一个实施例中，如图12-14所示，下壳的下部可以具有、或扩展形成的向前延伸的唇缘202，其与缘132的下边缘201相配。如下面所描述的，唇缘202在椎盘110的屈曲运动中可作为另外的硬阻隔。

下壳的插槽138和140分别由的前壁203，205和后壁204，206所限定。如上所述，插槽138和140和扣环134和136的具有相适应的大小，以使当椎盘110受到轴向旋转运动时，扣环能在相应的插槽内运动。在这样的运动中，可被理解的是，一个扣环的前缘将紧靠与其连接的插槽的前壁，同时另一个扣环的后缘会紧靠与其连接的插槽的后壁。当椎盘向相反的方向旋转时，可被理解的是，相对的边缘和壁会互相紧靠。

图15和16显示了在屈曲活动（即从后至前）中的椎盘100。如前所示及所述，在这样的运动中，上壳和下壳在下壳114的凸面（或球）122和上壳112的凹面（或窝槽）之间形成联结球窝联结。会被理解的是，在壳112和114之间的所有的平移和旋转运动都会发生这种联结。如图16所示，在屈曲运动中，上壳112与下壳113的接合，由此在椎骨的窝槽124和下壳114的外壁126之间的核体120上产生压缩力。屈曲运动可以一直持续进行，直到弹性核体120不能再被压缩为止。可被理解的是，核体120的压缩可作为一种对这种屈曲运动的渐进的或“软”阻隔。然而，为了提供“硬”阻隔，图15和16的实施例还具备其他特点。举例来说，如前所述，下壳114可具有向前方延伸的唇缘202，其位于上壳112的缘132的下边缘201的下方。如图15和16所示，在这样的布置下，椎盘110的屈曲运动可被下边缘201和唇缘202的上表面的接触所阻止。另外或组合，插槽138和140的前壁203和205，与扣环134和136的前缘也分别大小相适以能够互相紧靠，作为屈伸运动的硬阻隔。这一特点显示在图15中，其中所示椎盘110处于完全屈曲状态，其中扣环136的前边缘接触插槽140的前壁205（可以理解的是，扣环134也相似地接触插槽138的前壁203）。

图17和18说明了实施例中的在伸展运动(即从前到后)中的椎盘110。在图18中，为了更清楚的显示井128，核体120被省略了。如前所述，伸展运动的“硬”阻隔在缘132的后表面与壁126的前表面接触的时候产生作用。如图18所示，这种接触一般发生在壁126的上边缘，尽管如此，应可被理解的是，这种接触将取决于缘132和壁126之间的空隙的程度。也就是说，如果缘132和壁126之间的分离空间比图中所示的小，在伸展中两者之间的接触区的位置将会更向下。图17显示了在伸展运动中的进一步的硬阻隔，其包含扣环134和136和相对应的插槽138和140。也就是说，如上述所述的关于屈曲运动，扣环134和136的后缘在伸展过程中向相应的插槽138和140的后壁204和206移动。因此，可以被理解的是，扣环134和136的后缘与后壁204和206接触的过程(即形成硬阻隔)会阻止这样的运动。

图19显示了实施例中的椎盘110(没有核体120)在上下壳112和114之间的侧向运动(从一边到另一边)中的情况。如图19所示，下壳112的相对于下壳114的从右侧到左侧的运动，涉及窝槽124和球122的联结。它会一直运动，直到扣环136的下边缘207与插槽140的基底208相接触时，进一步的侧向运动将会被阻止。在图19中还被指出的是，在下壳114上的壁126为锥形向上的。将被理解的是，为了使扣环134在从右向左的运动中向上抬起同时不与壁126发生接触，这样的布置将会被优选。以上的描述都集中在从右向左的运动上，然而，可以被理解的是，类似的阻隔同样也会在从左向右的侧向运动中起作用。同样如图19所示，在侧向运动中，椎盘的一侧被挤压，导致可能存在于井128或外壳中的核体(未显示)的任意部位，也会受到挤压从而也为这种运动提供“软”阻隔。

还应该指出，尽管如上讨论的椎盘110在单个平面内的具体运动，但是多种运动的组合在本发明中也是可能的。

图20和21显示了根据本发明的一个实施例的多种替代的核体的实施例。为了清楚起见，两个附图中的实施例分别用120a和120b表示。如实施例所示，核体120a和120b呈现具有大致呈U形的结构，包括向椎盘(未显示)的后端118延伸的U形臂。核体120a和120b分别具有下表面210a和210b，以及上表面211a和211b。如所示，下表面210a和210b大致上是平坦的，适于容纳于椎盘的下壳的井(如上所述)中。在图20和21所示的实施例中，核120a，120b的前部(即116的方向)是厚结构，其中核体的上表面211a，211b的前末端向上抬高并高于后部。在图20中，上表面211a进一步设有倾斜的形状。根据图20和21所示的核体的结构，可以被理解的是，核体可以提供更大的分隔力以使得上壳与下壳隔开。此外，通过在椎盘前末端(116)积聚这样的分隔力，图20和21的核体可使椎盘植入的脊柱节段到达身体直立位时的中性位置。也就是说，应用在椎盘前末端的增加的分隔力可产生某种程度的压缩(例如承受个体的头部的重量)，并且仍会使节段安置在中性位置。可被理解的是，这种性质对椎盘植入进颈椎节段或由于承重的原因需要利用核的压缩的地方具有很重要的影响。哪些情况下需要这样的适应得特定的情况对本领域技术人员来说是显而易见的。

上述的人工椎盘(例如10，10a等)包括各种特征。一方面，椎盘可以包括多种结构性组件去顺应单独的或耦合的运动，例如轴向运动、侧向弯曲和屈伸运动。结果，本发明的椎盘假体一般会再造与天然完整椎盘相关的中性区和弹性区的运动。此外，本发明通过改变结束点容许无限制的和/或部分限制的耦合运动，以防止过度的或非生理性活动。例如，完全限制的机制(例如硬阻隔)保证了该活动不会伸出弹性区。

在另一个方面，椎盘一般可在矢状面内被楔形化，以整合和促进脊柱前凸的形态。这种植入物可用于当脊柱要寻求重排的时候。举例来说，这种椎盘在前末端相比于后末端可具有较高的高度，以达到上述的楔形。类似的，这种高度上的不同也可在椎盘的侧方，也就是管状面上被体现。这种形态可用于，例如，纠正例如脊柱侧凸的排列不齐。

在另一方面，一个或两个椎盘的壳可具有大致半球形的凸外表面，以为本发明的椎盘具有在冠状面上卵圆形或半卵圆形的外形。这种结构最大化了椎盘骨表面的区域，从而促进骨骼的生长。这种结构也将使椎盘假体占据的空间最大化，可保持植入后椎盘相对于骨骼的稳定性。

多种“硬阻隔”被提供以用于限制两壳之间过度的侧向、旋转和伸展运动

在任何区域的脊柱，上下壳的外表面可以是弯曲的或是球形的(例如卵圆形，椭圆形)或径直(即成方形的)插入双凹的或长方形的地方。外表面可以选择性地设有锚定肋或脊以固定椎盘在临近的骨结构上或其它人工脊柱结构上。

在一个实施例中，在矢状面上来看(即前-后方向)，上壳比下壳可具有较大的半径，以使更接近正常的状况。

在一个实施例中，发明的椎盘的外表面在X光下呈现相同的不透明的可有一个或多个标记或物理特征。如被理解的一样，这些特征将有助于术后的校齐对准和/或植入物的定位。

椎盘的印迹优选地在冠状面和矢状面上都最大化，以帮助消除下陷。正如被理解的一样，本发明的椎盘的大小会有所不同，以顺应正常的脊柱的不同大小的椎盘。

如上所述，在上下壳之间形成的球窝状关节可容许两者之间的复杂的相对运动。“球”的部分可以有几种几何形状(如半径的曲率)并存在于在下壳的上面的不同的位置，以根据需要创建不同的旋转轴。应被理解的是，上壳的窝槽部分也将随之放置于此，以形成如上所述的球窝联结。在另外的实施例中，球的部分可在有限空间内的一个或多个平面上进行移动，以使瞬时旋转轴更加动态地可变以及容许由发明的椎盘带来的更大的可变运动范围。

在本发明的一个实施例中，椎盘的“球窝”部分包括连锁装置或者阳性和阴性设置以防止两壳的分离，使两者之间的联结度达到理想的水平。一个这种设置的例子如图22-24所示，描绘了图4或16所示的椎盘的变化。像在图22-24所示的实施例一样，“球”，或凸部322设在下壳314的后末端318，其包括杆400，所述杆400在壳312和314处于结合状态时从下壳314向上壳312方向延伸开去。杆400的另一端包括第二个凸部402，其具有凸上表面404。一方面，凸表面404的曲形可对应于凸部322的曲形。然而，就像如下所述的可被理解的那样，本发明不仅仅限于这种配置。如图24所示的实施例，凸部402大致包含一个曲面的、圆盘状组件。图23从后侧显示了凸部402。

如图22-24所示，上壳312具有类似图4所示的表面24的凹面324。凹面324适于接触并啮合结球322的裸露表面406。这种在球322的表面406和凹面324之间的配置可被理解成与例如图4所示的实施例的球22和凹面24一样。也就是说，这种配置容许在相应的两种组件的凸部的联结。尽管如此，如图22和23所示，发明的图示的实施例提供了具有一对另外的联结面的上壳312。具体来说，上壳312具有第二个凹面408，可适于与凸部402的凸表面404相联接。应被理解的是，表面408和404结合以为本发明的椎盘提供另一对联结面。

如图22-24所示，优选凸部402的宽度大于杆400。在图22-24所示的实施例中，凸部402是圆盘形的，并且其直径要比杆400的直径或宽度要大。反过来，上壳312可提供一个向下伸展的壁410和向内延伸的径向的法兰412，该法兰优选包绕着凸部402的至少一部分。如图22和23所示，壁410和法兰412很好地啮合凸部402。也就是说，如图22和23所示，壁410和法兰412结合形成窝槽414与由杆400上的凸部402啮合。通过这种方式，窝槽414形成阴性部，适于结合阳性凸部402。杆400也可被视为阳性部的一部分。因此，当上壳312和下壳314结合到一起时，凸部402和窝槽414的联结可防止超出预先设定的极限的壳分离。应被理解的是，为了使凸部402和窝槽414接合，上壳312需要首先被提供为两个部分以及组装或连接在一起以形成包纳凸部402的窝槽414。其他能够达到同样结果的多种的实施例也是可行的。例如，法兰412可用可容许弯曲的弹性材料制成，从而容许凸部402与窝槽414形成卡扣。另外，窝槽414不必与凸部402的整个周边都接合上，从而可容许壳312和314可以结合在一起形成椎盘。

如图22和23所示，窝槽414优选具有可容许窝槽414和凸部402之间的相对运动的大小。也就是说，窝槽414的直径要大于凸部402的直径。可被理解的是，这种配置容许了上壳312和下壳314之间的联结。然而，根据需要调整窝槽414的大小，这种联结可以被限定在一个或几个方向上。还可被理解的是，当凸部402的外缘接触到壁410时，壳之间就发生各自的运动。可被理解为这种联结可被调整为只在一个方向上进行。例如，窝槽414可以被设计成大致呈卵圆形的外型，从而容许在一个方向上比另一个方向更大程度的相对运动。这种配置会用于，例如，容许相对于侧向运动更大程度的屈伸运动。类似的，窝槽414的大小可被调节以容许更多的相应的运动，例如，相对于屈曲运动的伸展运动，反之亦然。同样应被理解的是，由窝槽414和凸部402的排列带来的对运动的限制通常也可加入到之前所述的对运动限制的其他方法中。

在发明的另一方面，凸部402的下表面416同样也呈曲面，在本例中，呈凹面。法兰412的上表面418同样呈与之相配的凸面。如图22和23所示，这种配置容许表面416和418也能彼此接合从而在上壳312和下壳314的相对运动中提供另一对联结面。因此，在一个实施例中，图22和24中所示的椎盘可具有六对结合面。此外，在窝槽414和凸部402的配置下，壳312和314实实在在地咬合从而防止其轴向分离。

图22(以及以下的其他讨论)显示了表面408和404的曲率大体上具有相同的半径。这种配置可被认为是优选的但非限定。此外，表面404、408的曲率与表面406和324的曲率也是相同的。应被理解的是，每对表面都可以具有不同的曲率半径。然而，由于上下壳的相对运动一般都具有中心旋转性质，因此优选每一对紧密联结的表面都具有相同的曲率半径。I

相对于图22-24，图25-27进一步说明了窝槽和凸部(414和402)配置的实施例。在图25-27中，与图22-24所示的组件对应的组件的引用编号是相同的。这些示于图25-27中的组件与具有相同引用编号的组件类似，但具有不同的形状和功能，并分别加上字母“a”、“b”、“c”用以清楚地区分。

如图25所示，凸部402a是一个“球”，其可与窝槽414a接合，而窝槽414a是由凹面408a，壁410a和法兰412a组合形成的。正如之前所述的实施例，窝槽414a可具有任何需要的形式的大小以容许在上壳312和下壳314之间的相对运动的所需的量。

图26体现了一个实施例，其中凸部402b包括与图22-24中所示的类似的凸表面404b。但是，在这个例子中，凸部402b包括一个大致上也是凸形的下表面416b。反过来，凸缘412b的上表面418b具有相对应的凹面。

图27体现了另一实施例，其包括图22和26所示的椎盘的组合。具体来说，如图所示，凸部402c的上表面404c和上壳的下凹表面408c基本上与图22和23所示的相同。但是，凸部402c的下表面416c，是由凸/凹部分组合而成的。具体来说，如图27所示的实施例，下表面416c的后部(318)呈凸出状，而下表面416c的前部(316)呈凹入状。类似的，上表面418c能适于在前部和后部收纳这种不同曲率。可被理解的是，在互作用面的任何其他的曲率的组合都可根据需要和/或所期望的活动需要和限制被使用于此。

在上述有关图22-27的描述中，多个联结面被描述成具有一定的曲率。尽管如此，可被理解的是，这些图中的一个或多个表面，以及在此的其他附图和描述，可具有平的或起伏的形状。此外，相邻表面可产生任意程度的相对摩擦。以促进或限制两者之间的相对运动。

图28提供了图22和23所示的实施例的另一种变形体。于图28中所示的组件与图22和23中相同的组件用相同的数字标出。相似的但含有某些变化的组件其数字编号相同，而加上字母“e”以清楚地加以区分。如图所示，图28所示的装置与图23的装置相似，但凸部402e和轨400e分成了两部分，形成了两个轨状结构。反过来，上壳312设有相应的轨，其包括由加宽基底422所终止的向下延伸的杆420。如图28所示，杆420和其相应的基底422组合形成了一对窝槽或凹槽414e以接纳所述的凸部402e对。尽管图28上显示了一对凸部402e，可被理解的是椎盘也可被设计成具有任意数目的此类部件。在这种情况下，向下延伸的杆420和其相关的基底422的数量也同时被调整。进一步来说，尽管显示凸部402e呈凸形的下表面，能够被理解的是，如上所述，这样的表面也可以是凹形的或两者兼而有之。

图29显示了图28的另一种变形体，与图28中一样的组件用相同的数字标出。相似的但含有某些变化的组件其数字编号相同，而加上字母“f”以清楚地加以区分。在这个变形体中，可以看到，其具有一对凸部402f，并且这个部分只向着相对于杆400f的外侧延伸。这个实施例还显示了没有向外侧宽出的但基本上是整体造型的基底部分的向下延伸的杆420f。也就是说，在图29中，杆420和基底422合为一体。杆420f的下表面由凹面构成，以容许与下壳314上的凸起322的凸表面406的联结。

图30显示了图22的实施例的进一步的变化体，其中与图28中一样的组件用相同的数字标出，相似的但含有某些变化的组件其数字编号相同，而加上字母“g”以清楚地加以区分。在图30中，凸部402g与杆400没有整合在一起，但与之紧密固定。如实施例所示，达到这种效果的方法是在下壳314的下表面沿着杆400插入螺钉。可被理解的是，这种固定的手段优选在椎盘植入前进行操作。同样可被理解的是，任何形式的固定手段都可用于将凸部402g和杆400固定。

图31显示了另一个实施例，其中如上所述的凸部被固定到了上壳312上。如图31所示，下壳314包括具有如前所述的凸形上表面406的凸部322，上壳312包括适于与上述的凸面406接合的下凹联结面324。但是，图31的实施例区别于图22的实施例的地方在于，附加的“球”部是从上向下延伸而不是之前所述的相反的方向。也就是说，上壳的窝槽后部(318)包括向下延伸的杆430，其下末端具有扩部432。扩部432包含凹进的下表面，该表面形成与下壳314的球部322的上凸表面406接合的凹面324。如图31所示，下壳的球部322包含适于容纳扩部432的插槽436。插槽436由凹面324，向上延展的壁438和在壁438的上末端上的向内延伸的法兰440形成。如之前图22中所述的同样的方式，插槽436适于容纳扩部432。类似的，法兰440可被容纳于相应的由扩部432的上表面和上壳的下部形成的凹槽442。因此，扩部432和插槽436的积极的结合与法兰440和凹槽442的结合的组合可防止当容许上下壳之间任何程度的联结时壳312和314的分离。

在以上有关图22-31的描述中，由于组件与之前所述的相同或相近，本发明的椎盘的许多其它的方面并没有被探讨。例如，图22-31所示的椎盘可优选包含在之前相关的实施例中提及的多种吸收力和运动限制装置。可被理解的是，这些其它没有在图中显示的组件只是为了便于说明。类似地，如上所述，本发明的壳的外表面或骨结合面可以是任意形式的骨接合或锚定装置，涂层或表面处置。例如，所述的外表面可以具有多个刺突或脊等本领域公知的方式。

虽然已就本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员在不背离本发明所阐述的范围的情况下，对其的变化和修改是显而易见的。以上提及的全部公开内容都通过引用结合在此。

Claims (17)

1.用于在脊柱的相邻上下椎骨间植入的人工椎间盘，所述椎间盘具有尾末端和与之相对的前末端，所述的椎间盘包括：

-上壳，下壳，以及将所述上壳和下壳偏压分离的装置，其中用于偏压上下壳的装置包括位于上下壳之间的弹性件；

-所述上下壳相对于彼此在两个或更多的联结面上移动；

-所述下壳具有上表面，所述上表面包括位于后部的凸部；

-所述上壳具有与所述下壳的所述上表面相对的下表面，并包含与所述凸部相对的凹部；

-所述凸部和凹部协同联结作用形成球窝关节；

-所述的凸部或凹部中至少一个具有至少一个阳性部，而所述的凸部或凹部另一个具有对应数量的协同作用的阴性部用于容纳和主动啮合所述的至少一个阳性部；

-所述凸部和凹部位于椎间盘的后末端。

2.根据权利要求1所述的椎间盘，其中所述的阳性部和阴性部具有对应的曲面以形成两者之间的进一步的联结面。

3.根据权利要求2所述的椎间盘，其中所述的阳性部和阴性部以锁钥配合方式接合以防止所述上下壳分离。

4.根据权利要求3所述的椎间盘，其中所述阴性部具有比所述阳性部大的尺寸以容许所述上下壳的相对运动。

5.根据权利要求4所述的椎间盘，其具有多个阴性部和相应的阳性部。

6.根据权利要求4所述的椎间盘，其中所述阳性部包括盘形结构。

7.根据权利要求4所述的椎间盘，其中所述阳性部包括球形结构。

8.根据权利要求4所述的椎间盘，其中所述阳性部包括轨形结构。

9.根据权利要求4所述的椎间盘，其中所述阳性部和阴性部具有多个联结面。

10.根据权利要求1所述的椎间盘，其中所述上下壳包括各自的腔，在其中设有所述弹性件。

11.根据权利要求10所述的椎间盘，其中弹性件至少设置在所述盘上接近所述盘前末端的一个部位。

12.根据权利要求1所述的椎间盘，进一步包括至少一个运动调节装置以限制或防止在一个或多个平面上所述上下壳之间相对运动。

13.根据权利要求12所述的椎间盘，其中所述运动调节装置包括在上壳或下壳中一个的侧边上的一个或多个向下依赖的扣环，上壳或下壳中另一个包括容纳所述扣环的插槽。

14.根据权利要求13所述的椎间盘，其中所述扣环设置在上壳上，所述插槽设置在下壳上。

15.根据权利要求1所述的椎间盘，其中所述上壳包括第一壁，所述下壳包括第二壁，所述第一壁和第二壁被置于椎间盘的前端，所述壁的至少一部分是重叠的，其中第一壁向下延伸，所述第二壁向上延伸并位于所述第一壁后面。

16.根据权利要求15所述的椎间盘，其中所述第二壁防止所述第一壁向后运动，进而椎间盘的延伸运动是受限的。

17.根据权利要求15所述的椎间盘，其中所述下壳包括一个向前延伸的唇缘用来限制所述第一壁向前运动。