CN105078623B - 生物自锁型人工椎间盘系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物自锁型人工椎间盘系统，包括：依次相接的人工椎间盘假体、假体柄、椎间盘底座和螺旋形网状固定支架；螺旋形网状固定支架包括用于旋入椎体的外螺纹，螺旋形网状固定支架内还包括与螺旋形网状固定支架的外部连通的腔体。本发明还涉及生物自锁型人工椎间盘系统的应用，应用于颈椎、腰椎或胸椎。本发明具有假体固定可靠，便于日后维护的优点，属于外科假体器械技术领域。

Description

生物自锁型人工椎间盘系统及其应用

技术领域

本发明涉及一种外科假体器械，具体的说，涉及一种生物自锁型人工椎间盘系统及其应用。

背景技术

目前，公知的颈椎、腰椎或胸椎手术主要分为融合与非融合两大类，下面以颈椎为例进行说明。

颈椎非融合主要有颈椎人工椎间盘、颈椎人工髓核，目前两者已有临床产品，但有移位、脱落、下沉、骨化融合等并发症，不被临床广泛应用。

融合手术主要为颈椎钢板螺丝钉系统，系统是由颈椎钢板、螺丝构成的静态固定。将钢板置于上下两椎体之间，椎间隙植入骨、椎间融合器等融合材料，螺丝钉固定钢板，将病变上下节段的椎体融为一体，形成静态固定系统。该方法必须彻底清除病变椎间隙的椎间盘髓核和软骨终板，并在该间隙中植入自体骨或其他骨替代材料，以达到使两椎体融合为一体的最终目的。这种静态固定和最终的椎体间融合，牺牲了病变脊柱功能单元的活动功能，不符合人体脊柱的生物学原理，并产生邻近节段椎间盘的加速退行性病变等一些并发症，给病人留下痛苦。

为了克服现有的人工椎间盘、人工髓核手术后移位、脱落、下沉、骨化融合等并发症；钢板螺丝钉系统静态固定牺牲脊柱运动功能、需要彻底清除椎间盘髓核和软骨终板、同时必须在椎体间植骨融合、手术创伤大、手术时间长、后期邻近节段退变加速的不足，需要发明一种人工椎间盘系统，用该假体结构创新式的替代病变的椎间盘。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种易于安装、固定可靠的生物自锁型人工椎间盘系统及其应用。采用该生物自锁型人工椎间盘系统，可恢复并维持正常关节椎间盘的功能和高度，并能稳定脊柱、恢复和维持椎间隙的高度和椎间孔容积，而且能保留椎间盘的运动功能、减缓邻近节段椎间盘的退变和减轻病人的痛苦，减少手术创伤、减少并发症的发生。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

生物自锁型人工椎间盘系统，包括：依次相接的人工椎间盘假体、假体柄、椎间盘底座和螺旋形网状固定支架；螺旋形网状固定支架包括用于旋入椎体的外螺纹，螺旋形网状固定支架内还包括与螺旋形网状固定支架的外部连通的腔体。采用这种结构，人工椎间盘假体通过依次相连接的假体柄、椎间盘底座、螺旋形网状固定支架，和相邻椎体形成生物自锁型的单侧固定；外螺纹便于近期的安装固定，腔体填充自体骨后可与身体骨组织形成长期的生物固定，固定可靠。

作为一种优选，螺旋形网状固定支架包括：一个外圆弧柱面、一个内圆弧柱面、两块连接平面和一个网状的端盖；内圆弧柱面位于外圆弧柱面内，内圆弧柱面和外圆弧柱面之间通过两块连接平面相接，内圆弧柱面、外圆弧柱面、连接平面之间围成腔体；端盖覆盖外圆弧柱面和内圆弧柱面的同一端；外圆弧柱面的外侧设有外螺纹，内圆弧柱面的内侧设有内螺纹，第一锁定螺丝旋入该内螺纹，椎间盘底座夹紧于第一锁定螺丝和端盖之间。

作为一种优选，外圆弧柱面设有多个均匀分布的通孔，腔体内自体骨通过通孔与外圆弧柱面外的骨组织长成一体实现生物固定。

作为一种优选，假体柄和椎间盘底座之间可拆卸式连接，便于人工椎间盘假体的维护和更换，更换时只需拆除人工椎间盘假体和假体柄。

作为一种优选，椎间盘底座包括底盘和固定杆；圆盘形的底盘上设有一个沿着半径方向布置的带有内螺纹的安装槽，第二锁定螺丝旋入安装槽中，放入安装槽中的假体柄的尾部被第二锁定螺丝顶紧在安装槽中且位于底盘的圆心位置；固定杆位于底盘的偏心位置，横截面为矩形的固定杆置入内圆弧柱面内。采用矩形的固定杆可防止固定杆的转动，定位可靠。

作为一种优选，底盘的正对人工椎间盘假体的一侧为凹面，曲度与人工椎间盘假体的形状一致，底盘的正对椎体的一侧的形状与椎体表面相应，使得本发明结构更紧凑，符合人的身体结构。

作为一种优选，人工椎间盘假体的底部中心设有形状与假体柄的头部相应的安装腔，球形的假体柄的头部卡入安装腔中，人工椎间盘假体和假体柄的头部之间形成关节；假体柄的尾部为横截面为矩形的杆。采用球形的假体柄和安装腔结构，假体柄卡入安装腔后，即可连接固定，同时人工椎间盘假体相对于假体柄可像关节似地转动。

作为一种优选，腔体内填充自体骨或植骨材料，便于和螺旋形网状固定支架外的身体骨组织形成生物固定。

作为一种优选，人工椎间盘假体采用聚乙烯高分子材料；假体柄、椎间盘底座、螺旋形网状固定支架、第一锁定螺丝、第二锁定螺丝采用同一种钛合金。

生物自锁型人工椎间盘系统的应用，应用于颈椎、腰椎或胸椎。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.生物自锁型人工椎间盘系统近期可通过螺旋形网状固定支架与椎体固定，可防止人工椎间盘假体移位或脱落，远期可与椎体形成永久的生物固定，固定可靠。

2.椎间盘底座和假体柄可拆卸式连接，人工椎间盘假体连同假体柄可以取出翻修，便于日后的维护。

3.采用本发明在稳定脊柱的同时，保留椎间盘和椎间关节的活动功能，预防现有人工椎间盘、人工髓核的移位、脱落、下沉和骨化融合、因椎间融合产生的邻近节段的的退变加速。

4.本发明应用范围广泛，可应用于颈椎、腰椎、胸椎。对颈椎而言，可用于：(1)单纯颈椎椎间盘突出症；(2)颈椎管狭窄；(3)侧隐窝狭窄；(4)颈椎失稳；(5)颈椎骨折；(6)其他脊柱疾病(如结核、肿瘤、畸形)等；对腰椎而言，可用于：(1)腰间盘突出症；(2)腰椎管狭窄；(3)腰椎外伤；(4)腰椎肿瘤；(5)腰椎失稳疾病的稳定手术；在切除椎间盘和椎体后缘骨赘导致脊柱失稳时重建脊柱功能单元；对胸椎而言，可用于(1)单纯胸椎椎间盘突出症；(2)胸椎管狭窄；(3)胸椎骨折；(4)胸椎失稳；(5)其他脊柱疾病(如结核、肿瘤、畸形)等。

5.结构简单，制作方便。

附图说明

图1是螺旋形网状固定支架的主视图。

图2是螺旋形网状固定支架的左视图。

图3是螺旋形网状固定支架的俯视图。

图4是椎间盘底座的主视图。

图5是椎间盘底座的左视图。

图6是椎间盘底座的俯视图。

图7是椎间盘底座的仰视图。

图8是人工椎间盘假体的主视图。

图9是人工椎间盘假体的仰视图。

图10是假体柄的主视图。

图11是假体柄和人工椎间盘假体的装配图。

图12是第一锁定螺丝或第二锁定螺丝的结构示意图。

图13是生物自锁型人工椎间盘系统的装配图。

其中，1为人工椎间盘假体，2为假体柄，3为椎间盘底座，4为螺旋形网状固定支架，5为第一锁定螺丝，6为椎体，1-1为安装腔，3-1为底盘，3-2为固定杆，3-3为安装槽，4-1为外圆弧柱面，4-2为内圆弧柱面，4-3为连接平面，4-4为端盖，4-5为腔体，4-6为通孔。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

本实施例的生物自锁型人工椎间盘系统应用于颈椎，包括：人工椎间盘假体、假体柄、椎间盘底座、螺旋形网状固定支架、第一锁定螺丝、第二锁定螺丝。设计符合人类解剖结构和人体生物力学的颈椎生物自锁型人工椎间盘系统，以替代因退变、增生、突出、狭窄而需要切除的椎间盘的结构和功能。

螺旋形网状固定支架包括一个外圆弧柱面、一个内圆弧柱面、两块连接平面和一个网状的端盖。外圆弧柱面、内圆弧柱面、连接平面均为薄片结构，内圆弧柱面位于外圆弧柱面内，一个连接平面、内圆弧柱面、一个连接平面、外圆弧柱面依次连接，外圆弧柱面再与第一个连接平面连接，围成腔体。外圆弧柱面的外壁设有外螺纹，外圆弧柱面上均布多个通孔。内圆弧柱面的靠近轴的一侧设有与第一锁定螺丝配合的内螺纹。端盖固定在外圆弧柱面的后端，且将外圆弧柱面和内圆弧柱面覆盖。螺旋形网状固定支架的材质为钛合金。螺旋形网状固定支架具有以下特点：①自锁功能：旋转置入式支架可与椎体形成牢固的固定，不会发生脱落或移位，达到近期自锁固定的效果；②生物固定：腔体内填充自体骨(来自环形取出的骨块并敲碎)，骨痂通过腔体前端、通孔或端盖长入支架内，达到远期骨性愈合，最终形成支架的永久性生物固定；③人工椎间盘假体通过假体柄连接螺旋形网状固定支架，固定于下位椎体骨中，本发明具有固定和支撑人工椎间盘假体的作用，可防止人工椎间盘假体移位、脱落或下沉。④支架在冠状位由前向后逐渐旋转进入椎体，震动极小、可控性极佳，将置入的风险降到最低。这种置入结构可解决现有人工椎间盘移位、脱落、下沉的问题，并维持椎间隙和椎间孔的高度，减缓邻近椎间盘的退变。

椎间盘底座包括底盘、固定杆，两部分一体化构成，材质为钛合金。底盘为圆盘形，底盘上设有一个沿着半径方向布置的安装槽，安装槽设有与第二锁定螺丝配合的内螺纹，第二锁定螺丝沿着径向旋入，假体柄的尾部置入后夹紧于第二锁定螺丝和安装槽的端部，且假体柄位于底盘的中心位置。固定杆偏心设置，固定杆的横截面为矩形，固定杆的端部置入内圆弧柱面中，由第一锁定螺丝锁紧。底盘的正对人工椎间盘假体的一侧为凹面，曲度与人工椎间盘假体的形状一致，底盘的正对椎体的一侧的形状与椎体表面相应。椎间盘底座具有以下特点：①底盘上面为凹面，其曲度与假体底部一致；下面的曲度与椎体上缘匹配，结构紧凑贴合，对椎间盘结构仿生设计；②采用第二锁定螺丝和安装槽相配合的螺纹连接结构，装拆方便；③固定杆位于底座下方，用于连接螺旋形网状固定支架。

假体柄的头部为球形，尾部为横截面为矩形的杆。球形的头部与人工椎间盘假体内的球形安装腔匹配，从而人工椎间盘假体可相对于假体柄左右转动。

人工椎间盘假体可翻修，形状与椎间盘相应，底部中心设有球形的安装腔，材质为聚乙烯高分子材料。人工椎间盘假体为椭圆形，分为上下关节面，关节面表面为弧形，其上关节面弧度与上位椎体下软骨终板相吻合，下关节面弧度与底盘上面为凹面相吻合。人工椎间盘假体与假体柄合为一体，可以在二次手术时取出，以便更换新的人工椎间盘假体，可用于人工椎间盘的翻修手术。假体上关节面设计成与上位椎体下部软骨终板相匹配的弧形，可支撑上部的重力、压力和冲击力，并维持正常的颈椎360°活动度和椎间隙高度，并可恢复椎间孔的高度。人工椎间盘假体下关节面设计有安装腔，与假体柄相匹配扣合，可将假体固定于假体柄，进而固定在椎间盘底座和螺旋形网状固定支架上。

设计符合人类解剖结构、重建椎间盘和椎管、恢复椎间盘高度、椎管完整性、满足人体颈椎椎间盘的活动与支撑功能的颈椎人工椎间盘系统，以替代因退变、增生而需要切除的椎间盘。

与人颈椎椎间关节活动功能近似的生物自锁型人工椎间盘系统，螺旋形网状固定支架固定于下位椎体中，人工椎间盘假体与假体柄连接成一体后，通过椎间盘底座与螺旋形网状固定支架连接形成关节，再用第一锁定螺丝锁紧固定，形成固定于椎体上可以活动的颈椎人工椎间关节。当人体脊柱前屈、后伸、侧弯和轻度旋转运动时，关节可以在上述方向任意运动；这种可以活动的人工椎间盘保留了椎间关节的活动功能，有利于预防因椎间融合产生的邻近节段的退变加速等并发症。人工关节还具有垂直支撑作用，并有效维持椎间隙高度和椎间孔容积，最大限度的模拟了人脊柱运动单元的解剖结构和恢复其功能。

人类的颈椎椎间盘和关节突关节具有活动和承受身体载荷的功能，使人体可以完成颈的前屈、后伸、左右侧弯和一定的旋转活动。本发明一种生物自锁型人工颈椎间盘系统，它是一个整体结构，由人工椎间盘假体、假体柄、椎间盘底座、螺旋形网状固定支架、第一锁定螺丝、第二锁定螺丝组成，安装在上位、下位椎体之间。先将螺旋形网状固定支架旋转植入下位椎体，将椎间盘底座通过第一锁定螺丝锁紧在螺旋形网状固定支架中；人工椎间盘假体套入假体柄组装成一整体，再将假体柄放入底盘的安装槽中，用第二锁定螺丝锁定。人工椎间盘假体与上位椎体和假体柄间均可活动，人工椎间盘假体与假体柄的头部也可活动，构成双动型人工椎间盘。人工椎间盘假体为聚乙烯高分子材料，假体柄、椎间盘底座、螺旋形网状固定支架、第一锁定螺丝、第二锁定螺丝为同一材质的钛合金材料，选用现有的可置入人体的钛合金材料即可。

手术方法：颈椎前路切口，显露病变间隙上、下椎体前缘，先切除病变椎间盘，切除下位椎体上终板表面的软骨终板，不损伤骨性终板；保留上位椎体下终板表面的软骨终板；①螺旋形网状固定支架定位：在下椎体两侧颈前肌中点、距椎体上缘4mm处钻孔，定位针C型臂下定位，冠状位：定位针应在椎体正中间，距椎体上缘4mm，矢状位：定位针位于上位椎板下4mm，并与椎板平行；②环钻取骨：定位钉孔处置入导钻，用专用环钻于椎体上部钻入，环形取出骨块；③处理椎间盘、减压：专用刮匙去除髓核、下位椎体的上软骨终板，保留上位椎体的下软骨终板，直视下清除椎体后缘骨赘、椎间盘组织，彻底减压；④置入螺旋形网状固定支架：选择适配螺旋形网状固定支架旋入经取骨的环状孔道，连接平面与椎体上缘齐平，矢状位透视支架位于椎体中间位置；⑤植入椎间盘底座：将固定杆置入内圆弧柱面内，并用第一锁定螺丝锁紧。⑥测量椎间隙高度，将适配的人工椎间盘假体与假体柄在体外组合，假体柄沿椎间盘底座的安装槽置入，用第二锁定螺丝锁紧固定。本发明采用人工椎间盘假体底部固定于椎体骨中的设计，人工椎间盘假体通过假体柄与下位椎体连接固定，保留椎间盘的活动功能，防止人工椎间盘假体移位、脱落或下沉。本发明采用的人工椎间盘可以重建椎间关节，与人类椎间关节结构相似，可以屈伸、左右侧弯、旋转，可以恢复、维持椎间隙的高度，保留了椎间关节的活动功能；重建椎管；保留了脊柱后柱的完整和恢复其张力，稳定脊柱。在病变椎体之间构成可以六方向(前、后、左、右、左转、右转)活动的人工椎间关节系统。可达到①形成新的颈椎椎间关节：恢复和维持颈椎椎间隙的解剖结构和活动功能；②构建弧形表面的关节假体支撑装置：具有支撑上下椎体，恢复和维持椎间隙和椎间孔的高度，有利于解除神经根的压迫；③保留椎间的关节活动功能。该关节系统完全区别于现在临床使用的椎间融合、静态固定的方法。④人工椎间盘假体通过假体柄连接螺旋形网状固定支架，固定于下位椎体骨中，可防止人工椎间盘假体移位、脱落或下沉。

部件的主要规格(单位mm)如下，依据椎体的实际情况选取：

螺旋形网状固定支架：长度：8-26，

外径：8-18。

底座：直径：13-25，

厚度：1-3。

人工椎间盘假体：直径：1.4-2.8，

安装腔的内径：3.2-10.5。

假体柄：长度：6-15，

头部直径：3-10。

锁定螺丝；长度：3-8，

直径：2.5-4。

除了本实施例提及的方式外，本发明还可用于腰椎、胸椎，区别在于：腰椎人工椎间盘的假体可从前方或侧方置入人的腰椎间隙，侧方置入的设计底座弧度方向有变换。用于腰椎和胸椎人工椎间盘的规格依据人的腰椎、胸椎相关解剖数据变换。椎间盘底座和假体柄的可拆卸式连接可采用便于手术的其他机械连接方式。腔体除了采用大腔体结构，还可为均匀分布在螺旋形网状固定支架内的多个小腔体结构。人工椎间盘假体底部固定也可变换其他便于手术、固定可靠的底部固定的方式，这些变换方式均在本发明的保护范围内。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.生物自锁型人工椎间盘系统，其特征在于：包括：依次相接的人工椎间盘假体、假体柄、椎间盘底座和螺旋形网状固定支架；螺旋形网状固定支架包括用于旋入椎体的外螺纹，螺旋形网状固定支架内还包括与螺旋形网状固定支架的外部连通的腔体。

2.按照权利要求1所述的生物自锁型人工椎间盘系统，其特征在于：所述螺旋形网状固定支架包括：一个外圆弧柱面、一个内圆弧柱面、两块连接平面和一个网状的端盖；内圆弧柱面位于外圆弧柱面内，内圆弧柱面和外圆弧柱面之间通过两块连接平面相接，内圆弧柱面、外圆弧柱面、连接平面之间围成腔体；端盖覆盖外圆弧柱面和内圆弧柱面的同一端；外圆弧柱面的外侧设有外螺纹，内圆弧柱面的内侧设有内螺纹，第一锁定螺丝旋入该内螺纹，椎间盘底座夹紧于第一锁定螺丝和端盖之间。

3.按照权利要求2所述的生物自锁型人工椎间盘系统，其特征在于：所述外圆弧柱面设有多个均匀分布的通孔。

4.按照权利要求2所述的生物自锁型人工椎间盘系统，其特征在于：所述假体柄和椎间盘底座之间可拆卸式连接。

5.按照权利要求4所述的生物自锁型人工椎间盘系统，其特征在于：所述椎间盘底座包括底盘和固定杆；圆盘形的底盘上设有一个沿着半径方向布置的带有内螺纹的安装槽，第二锁定螺丝旋入安装槽中，放入安装槽中的假体柄的尾部被第二锁定螺丝顶紧在安装槽中且位于底盘的圆心位置；固定杆位于底盘的偏心位置，横截面为矩形的固定杆置入内圆弧柱面内。

6.按照权利要求5所述的生物自锁型人工椎间盘系统，其特征在于：所述底盘的正对人工椎间盘假体的一侧为凹面，曲度与人工椎间盘假体的形状一致，底盘的正对椎体的一侧的形状与椎体表面相应。

7.按照权利要求5所述的生物自锁型人工椎间盘系统，其特征在于：所述人工椎间盘假体的底部中心设有形状与假体柄的头部相应的安装腔，卡入安装腔中的假体柄的头部为球形，人工椎间盘假体和假体柄的头部之间形成关节；假体柄的尾部为横截面为矩形的杆。

8.按照权利要求1所述的生物自锁型人工椎间盘系统，其特征在于：所述腔体内填充自体骨或人工植骨材料。

9.按照权利要求5所述的生物自锁型人工椎间盘系统，其特征在于：所述人工椎间盘假体采用聚乙烯高分子材料；假体柄、椎间盘底座、螺旋形网状固定支架、第一锁定螺丝、第二锁定螺丝采用同一种钛合金。