ES2605411T3

ES2605411T3 - Articulación de columna vertebral de múltiples lóbulos

Info

Publication number: ES2605411T3
Application number: ES08729471.6T
Authority: ES
Inventors: Bao-Khang Ngoc Nguyen; David P. Harding
Original assignee: Dimicron Inc
Current assignee: Dimicron Inc
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2017-03-14
Anticipated expiration: 2028-02-08
Also published as: AU2008212800B2; WO2008098228A3; CA2677805A1; AU2008212800A1; US20120232661A1; US20140172100A1; EP3130317B1; US20150374505A1; EP2114313A4; US10098752B2; KR20090108637A; US20180049887A1; CA2825442A1; CN101715331A; EP3130317A1; US9814597B2; US20080195212A1; ES2905157T3; CA2677805C; PL2114313T3

Abstract

Un disco espinal artificial (386, 414) que comprende: una porción superior (390, 418) que tiene una superficie superior configurada para su fijación a una vértebra y una superficie inferior que tiene una primera superficie de articulación dispuesta sobre la misma; una porción inferior (394, 422) que tiene una superficie inferior configurada para su fijación a una vértebra y una superficie superior que tiene una segunda superficie de articulación dispuesta sobre la misma, estando la segunda superficie de articulación en acoplamiento deslizable con la primera superficie de articulación; caracterizado por que: la primera superficie de articulación comprende una pluralidad de salientes (398, 426, 402, 430) y la segunda superficie de articulación comprende una pluralidad de cavidades (406, 434, 410, 438), correspondiendo cada cavidad a uno de la pluralidad de salientes; la primera superficie de articulación comprende un saliente posterior (398, 426) que está centrado lateralmente y un par de salientes anteriores (402, 430) que están separados lateralmente, y en el que la segunda superficie de articulación comprende una cavidad posterior (406, 434) que está centrada lateralmente y un par de cavidades anteriores (410, 438) que están separadas lateralmente; en el que cada una de las cavidades (406, 434, 410, 438) tiene una porción generalmente plana (186) que hace transiciones (190) en una pared lateral curvada (194) que se extiende hacia arriba desde la porción generalmente plana hacia el centro de la porción inferior; y en el que la porción superior tiene una posición neutra respecto a la porción inferior, donde la porción superior está alineada sobre la porción inferior, y en el que los salientes están dispuestos en las regiones de transición de las cavidades correspondientes cuando la porción superior está en la posición neutra, de manera que el deslizamiento de un saliente alejándose del centro de la porción inferior mueve el saliente generalmente de forma horizontal y de forma que el movimiento del saliente hacia el centro de la porción inferior mueve el saliente horizontalmente y hacia arriba para aumentar el espesor global del disco artificial cerca de dicho saliente.

Description

imagen1

imagen2

imagen3

imagen4

imagen5

imagen6

15

25

35

45

55

65

2001; 26(24): 2692-700; lshii y col., Spine. 15 de enero de 2006; 31(2): 155-60; lshii y col., Spine. 15 de diciembre de 2004; 29(24): 2826-31; lshii y col., Spine. 1 de abril de 2004; 29(7): Е139-44.

La figura 3 muestra una vista superior de una vértebra 50. La vértebra incluye diversas estructuras para la fijación del tejido circundante, el paso de la columna vertebral, etc. Como la presente invención se refiere a los discos vertebrales y proporciona un disco artificial, los dibujos y la descripción de la vértebra típicamente se limitará al cuerpo vertebral, el área frontal redondeada indicada en 50а que conecta con el disco vertebral. Por lo tanto, la presente solicitud muestra los cuerpos vertebrales como secciones redondeadas o cilíndricas por simplicidad. La parte posterior (trasera) del área del disco de la vértebra se indica en el punto 54, y la parte anterior (frontal) está indicada en 58. Las articulaciones facetarias 52 ayudan a controlar del movimiento de la columna vertebral natural como se entiende generalmente. Estos puntos se denominan en el análisis del movimiento de la vértebra.

La figura 4 muestra unа vista lateral de dos vértebras, que muestra los movimientos típicos de una vértebra cervical en flexión hacia delante y hacia atrás. Se observa que la parte posterior 54 y anterior 58 de la vértebra 50 se mueve de manera diferente con respecto a la vértebra 46. La parte anterior 58 de la vértebra 50 presenta una mayor cantidad de movimiento vertical que la parte posterior 54 de la vértebra 50. También se observa que el movimiento de la vértebra 50 implica una cantidad considerable de movimiento deslizante con relación a la vértebra 46. El disco 62 entre las vértebras se conforma bastante, y cambia de forma para permitir el movimiento de las vértebras, tal como por el movimiento hacia adelante y hacia atrás de la vértebra 50. Aunque la presente invención analiza la articulación artificial en el contexto de una articulación para el reemplazo de un disco cervical, se apreciará que puede utilizarse para la sustitución también de otros discos de la columna, típicamente modificando el tamaño de la articulación artificial y posiblemente mediante la modificación de la forma de los salientes y cavidades ligeramente para controlar el movimiento y lograr un rango de movimiento deseado.

La figura 5А muestra una vista superior de la vértebra 50, que ilustra el movimiento horizontal de los diversos puntos de la vértebra durante la flexión lateral. La parte posterior 54 de la vértebra 50 permanece sustancialmente en la misma ubicación durante la flexión lateral. La parte anterior 58 y el centro 66 de la vértebra 50 pivotan con relación a la parte posterior 54 de la vértebra, que se mueve en movimientos en forma de arco, como se indica mediante las flechas 70 y 74. El lado izquierdo 78 y el lado derecho 82 de la vértebra 50 también se mueven en movimientos en forma de arco, aunque pivotan alrededor de la parte posterior 54 de la vértebra, indicado mediante las flechas 86 y

90.

La figura 5В muestra una vista frontal de la vértebra 50, que ilustra el movimiento vertical de los diversos puntos de la vértebra durante la flexión lateral. La vértebra 46 y el disco 62 también se muestran para ilustrar el movimiento de la vértebra 50 en relación con la vértebra 46. En la flexión lateral, la parte anterior 58 de la vértebra 50 se mueve horizontalmente con respecto a la vértebra 46, como se indica mediante la flecha 94. El lado izquierdo 78 y el lado derecho 82 de la vértebra 50 se mueven verticalmente, así como horizontalmente, como se indica mediante las flechas 98 y 102.

Como se ilustra mediante las figuras 5А y 5В, la flexión lateral de la vértebra 50 es un movimiento complejo. La vértebra 50 se desliza y gira lateralmente. La vértebra 50 se desliza a través del disco 62, pivotando alrededor de un punto posterior 54 de la vértebra 50. Como el lado izquierdo 78 о el lado derecho 82 de la vértebra 50 se mueven hacia los lados, se mueven verticalmente, girando la vértebra 50 en relación con la vértebra 46. Como se ha mencionado anteriormente, la inclinación lateral normalmente implica movimientos coordinados de múltiples articulaciones de la columna vertebral para lograr el movimiento deseado. Las figuras 5А y 5В describen un movimiento deseado de una única articulación de columna vertebral para acomodar la flexión lateral natural de la columna vertebral.

La figura 6А muestra una vista superior de la vértebra 50, que ilustra el movimiento horizontal de los diversos puntos de la vértebra durante la rotación de la vértebra. La vértebra 50 gira alrededor de un punto 66 ligeramente por detrás del centro de la vértebra. Como tal, el punto anterior 58, el punto posterior 54 y los puntos laterales 78, 82 se mueven de acuerdo con las flechas 56, 60, 80, 84, como se muestra. La figura 6В muestra una vista frontal de la vértebra 50, así como la vértebra 46 y el disco 62, que ilustra los movimientos horizontales de la vértebra 50 durante su rotación. La vértebra 50 se somete a alguna elevación vertical, así como inclinación hacia el lado de rotación (es decir, inclinación hacia el lado izquierdo durante una rotación a la izquierda) como se indica mediante las flechas 96, 100, 104.

Los discos artificiales de la técnica anterior, tales como los que se muestran en la figura 1, implican una configuración de tipo de rótula, o un disco semiesférico entre dos casquillos, etc. Se aprecia que la vértebra artificial de la técnica anterior de la figura 1 no se mueve de una manera similar como la vértebra natural como se describe en las figuras 3-6. La figura 7А muestra el movimiento del disco artificial de la técnica anterior que es típico en la flexión/extensión y flexión lateral. La parte posterior 106 y la parte anterior 110 de la superficie vertebral superior 10 se mueven de acuerdo con las flechas 114, 118. Se aprecia que este movimiento es bastante diferente del movimiento de flexión lateral y del movimiento de la columna vertebral natural de flexión, como se muestra en la figura 4. El movimiento de flexión lateral del disco artificial es similar al movimiento de flexión, mientras que la columna vertebral natural se dobla lateralmente con una combinación de rotación y movimiento de flexión. Las

15

25

35

45

55

65

fuerzas de compresión presentes en el cuerpo (tales como el peso del cuerpo y la tensión de los músculos y tendones, etc.) tienden a devolver la vértebra natural а una posición de flexión neutra, donde las fuerzas de compresión aplicadas al disco artificial de la técnica anterior tienden a mover el disco de la técnica anterior a una posición de flexión o plegado extremo, fuera de la posición neutra.

La figura 78 muestra una vista superior del disco artificial de la técnica anterior de la figura 1, que ilustra el movimiento de rotación de la articulación resultante. La superficie vertebral superior 10 pivota alrededor del centro 122, como se muestra mediante las flechas 126. El disco artificial de tipo rótula pivota alrededor del centro del disco y gira sin ningún movimiento vertical del disco. Como se muestra en las figuras 5 y 6, una vértebra natural pivota alrededor de un punto más hacia la parte trasera del disco, en combinación con algo de elevación y de inclinación, cuyos discos artificiales de la técnica anterior no se replican de manera adecuada. Las fuerzas de compresión presentes en el cuerpo (tales como la gravedad y la tensión muscular, etc.) desvían la vértebra natural en una posición central neutra, mientras que la vértebra artificial de la técnica anterior no se desvía en unа posición neutra.

Por lo tanto, se aprecia mejor cómo el disco artificial de la técnica anterior da como resultado articulaciones que carecen de estabilidad inherente (no se pueden centrar por sí mismas o no se desvían a la posición neutra mediante las fuerzas de compresión naturales que actúan sobre la columna vertebral) y que no pueden recrear el movimiento de la columna vertebral natural. Estos dos factores dan lugar a movimientos no naturales y a una tensión adicional en los músculos, los tejidos conectivos, y las articulaciones de soporte que operan la articulación vertebral particular. Por lo tanto, el disco artificial de la técnica anterior puede contribuir a un mayor fallo de la columna vertebral.

Volviendo ahora a la figura 8, se muestra una vista en perspectiva desmontada de una articulación artificial 130 según la presente invención. La articulación 130 incluye una porción superior 134 que tiene una pluralidad de salientes 138а, 138b, 138с (generalmente 138) y una porción inferior 142 que tiene una pluralidad de cavidades 146а, 146b, 146с (generalmente 146). Los salientes 138 se reciben en las cavidades 146 cuando la articulación artificial se monta para sustituir un disco en la columna vertebral. Las cavidades 146 definen la superficie que los salientes 138 contactan y definen los posibles rangos de movimiento de los salientes y, por lo tanto, el movimiento de la superficie superior 134 con relación a la superficie inferior 142. La interacción entre la superficie de los salientes y la superficie de las cavidades proporciona un movimiento controlado de la articulación artificial 130, que se asemeja más estrechamente al movimiento de la columna vertebral natural.

Al mostrar la presente invención en las siguientes figuras y en la descripción de la presente invención, las cavidades y salientes a menudo se designan por un área limitada. Se aprecia a partir del siguiente análisis y de las figuras que los salientes y las cavidades están a menudo ligeramente contorneados y con una transición gradual desde el material circundante. Por lo tanto, puede no haber un borde bien definido en el saliente o la cavidad. Los límites definidos de la cavidad, por ejemplo, pueden representar el área en la que se pretende que el saliente se mueva, o el área que hace contacto con el saliente durante el uso previsto de la articulación artificial. En algunas configuraciones de la articulación artificial, el saliente o la cavidad pueden tener un borde más claramente definido, tal como, por ejemplo, cuando se usa una pared de contención para proporcionar un límite positivo al rango de movimiento de la articulación artificial. En otras configuraciones, la cavidad puede no tener límites o no tener un borde distinto, y puede tener otra estructura tal como una clavija para limitar el movimiento de la superficie superior con relación a la superficie inferior. Por lo tanto, se entiende que el término cavidad se usa ampliamente para definir el área general o porción que recibe un saliente, y no pretende limitar la estructura a la estructura que tiene paredes laterales opuestas o una naturaleza alargada.

Las siguientes figuras y la descripción describirán mejor los perfiles de los salientes 138 y las cavidades 146 y el rango y los tipos de movimiento resultantes que deja el disco artificial 130. Se apreciará por las figuras y la descripción que las cavidades 146 no necesariamente deben tener bordes verticales inclinados de manera escalonada para contener absolutamente el saliente 138, sino que pueden presentar una transición gradual desde la superficie adyacente de la superficie inferior 142. El término cavidad se utiliza para describir las superficies que están en contacto mediante los salientes 138 y a través de las cuales los salientes se deslizan para permitir el movimiento del disco artificial 130.

La superficie superior 132 de la porción superior 134 y la superficie inferior 144 (no visible) de la porción inferior 142 están configuradas para la fijación al hueso para formar así una articulación artificial. Por lo tanto, las superficies de fijación 132, 144 pueden tener picos, una estructura porosa, productos químicos para inducir la unión al hueso, etc., como se conoce en la técnica anterior. Estas superficies no se detallan en cada dibujo, pero se entiende que son parte de todas las articulaciones artificiales divulgadas en este documento, como puede ser necesario. Además, la base de la porción superior 134 y/o la porción inferior 142 puede ser cónica en espesor, tal que el disco artificial 130 resultante tiene una forma de cuña y no es plano. Un disco artificial en forma de cuña es útil en el tratamiento de la lordosis, cifosis, escoliosis, u otras condiciones presentes en la columna vertebral de un paciente. El uso de elementos de articulación artificiales que tienen un espesor cónico para producir un disco artificial en forma de cuña se entiende que es parte de todas las articulaciones artificiales divulgadas en el presente documento. Se apreciará que tales estructuras de fijación o espesores cónicos pueden no ser necesarios en todas las situaciones, o pueden a menudo ser de un tamaño o configuración diferente, especialmente, en situaciones tales como cuando la articulación artificial está dimensionada para la sustitución del núcleo.

imagen7

15

25

35

45

55

65

movimiento predeterminado.

El punto 154 está algo adelantado de la porción posterior (indicada en el punto 158) del disco 130, pero detrás del centro 162 del disco. A medida que se hace girar la porción superior 134 del disco 130, el saliente anterior 138а se mueve según la flecha 166, y los salientes laterales se mueven de acuerdo con las flechas 170 y 174. La forma de la cavidad 146с hace que el saliente lateral izquierdo 138с se eleve verticalmente cuando la porción superior 134 pivota hacia la derecha, y la forma de la cavidad 146b hace que el saliente lateral derecho 138b se eleve cuando la porción superior pivota a la izquierda -imitando así la inclinación de la columna vertebral natural cuando gira.

La figura 13A muestra una vista en sección transversal de los discos artificiales 130 de las figuras 8 a 12 largo de la línea 13-1З (como se indica en la figura 12). La sección transversal muestra la porción superior 134 y la porción inferior 142 del disco artificial 130 que se incluye en la figura 8, pero la línea de sección se muestra en la figura 12 para mayor claridad en la indicación de la sección mostrada. Se puede observar cómo los salientes 138b y 138с tienen superficies inferiores redondeadas para permitir el movimiento de deslizamiento suave (rotación y traslación) a través de las superficies de las cavidades 146b, 146с. Las cavidades 146b, 146с están también formadas de manera uniforme, proporcionando un movimiento continuo y suave en un rango de movimiento deseado. En una posición de reposo, la parte inferior de los salientes 138b, 138с se apoyan en las partes inferiores generalmente planas de las cavidades 146b, 146с. Por lo tanto, la articulación es muy estable, ya que no requiere trabajo adicional para que la articulación se mantenga en un estado de reposo. Las fuerzas de compresión ejercidas sobre la articulación, tales como la del peso del cuerpo y la tensión de los tejidos circundantes, tenderán a empujar la articulación a tal estado de reposo. El estado de reposo de la articulación es energéticamente estable (un mínimo energético) y corresponde a la posición neutra de la columna vertebral natural.

Cuando la porción superior 134 se desliza a la derecha con respecto a la porción inferior 142 (como tiene lugar en la columna vertebral natural), el saliente izquierdo 138с se eleva a medida que se desplaza hacia arriba a lo largo de la superficie de la cavidad 146с. El saliente derecho 138b se mueve en general horizontalmente a través de la parte inferior generalmente plana de la cavidad 146b, lo se traduce en una inclinación de la porción superior 134 para que coincida con la de la columna vertebral natural, y que da como resultado una expansión neta del disco artificial. El movimiento hacia la izquierda de la superficie superior 134 hace que el saliente derecho 138b se eleve verticalmente a lo largo de la pared lateral de la cavidad 146b, mientras que el saliente izquierdo 138с se desliza de forma generalmente horizontal, inclinando la porción superior 134 a la izquierda y que resulta en una expansión neta del disco artificial. Mediante la correspondencia del desplazamiento y la curvatura de los salientes 138 con las paredes laterales de las cavidades 146, la superficie superior 134 se puede hacer que se asemeje estrechamente con el desplazamiento que se produce en la columna vertebral natural. Se aprecia de este modo que las fuerzas de compresión colocadas sobre la columna vertebral, tales como el peso del cuerpo por encima de la articulación artificial y la tensión en los tejidos que rodean la columna vertebral natural presionan la articulación artificial de nuevo en la posición neutra, ya que estas fuerzas actúan para comprimir la articulación artificial. La articulación artificial 130 es así naturalmente estable, ya que estas fuerzas de compresión tienden a devolver la porción superior 134 a su posición neutra inicial. Por lo tanto, no se ejerce una fatiga adicional sobre los músculos y el tejido conectivo, aumentando la estabilidad articular. La figura 13В muestra la articulación artificial de la figura 13А con la porción superior desplazada ligeramente hacia la derecha. Puede verse cómo se eleva el saliente 138с a medida que se mueve hacia la derecha y cómo la porción superior 134 se inclina hacia la derecha. Puede verse cómo se aumenta la distancia media entre la porción superior 134 y la porción inferior 138, lo que da como resultado una expansión neta de la articulación artificial. Por lo tanto, las fuerzas de compresión que actúan sobre la articulación 130 contrarrestan la expansión de la articulación y la devuelven a la posición neutra.

La expansión de la articulación artificial causada por su movimiento puede describirse de diferentes maneras. El volumen ocupado por la articulación, incluyendo el volumen de la porción superior 134, la porción inferior 138, y el espacio directamente entre las mismas, aumenta en respuesta al desplazamiento de la articulación desde una posición neutra. Como alternativa, la distancia media entre la porción superior 134 y la porción inferior 142 aumenta cuando la articulación se desplaza desde una posición neutra. Aunque pueden utilizarse diversos términos diferentes para describir la expansión de la articulación 130, el diseño del disco vertebral artificial de la presente invención es tal que, por su rango de movimiento de la articulación artificial resultante, la articulación artificial se expande como resultado del desplazamiento de la articulación desde una posición neutra y, por lo tanto, las fuerzas de compresión colocadas en la articulación artificial empujarán la articulación de retorno a unа posición neutra.

Esto produce una articulación que es inherentemente estable como las fuerzas normalmente aplicadas sobre la articulación, mientras que durante el uso tienden a restaurar la articulación a una posición neutra. Para los modos de realización más preferidos de la articulación artificial, la articulación experimenta una expansión neta para todo tipo de movimiento deseado, dando como resultado una articulación donde todos los tipos de movimiento se contrarrestan mediante la compresión de la articulación y, por lo tanto, una articulación donde la compresión colocada naturalmente en la columna vertebral empuja la articulación en una posición neutra en reacción a todos los tipos de movimiento desde la posición neutra.

La figura 13С muestra una articulación artificial similar a la de las figuras 13А y 13В, pero donde se forman los salientes 138 (los salientes laterales 138b, 138с que se muestran) en la porción inferior 142 y se forman las

imagen8

imagen9

15

25

35

45

55

65

cavidad 146. Cualquiera o todas las cavidades pueden formarse de esta manera con paredes de retención para limitar el movimiento de la superficie superior 134 con relación a la superficie inferior 142. Por lo tanto, el espacio entre las paredes de retención 206, 210 y los salientes 138 cuando el saliente está en una posición de reposo determinará el rango de movimiento de la superficie superior 134, y de la articulación resultante del disco artificial

130.

Las paredes de retención 206, 210 se pueden extender completamente alrededor de la cavidad 146 y conectarse entre sí, o pueden formarse como estructuras separadas. Se apreciará que las paredes interiores de retención 206 pueden no ser necesarias. Si cada una de las cavidades 146 se forma con una pared exterior de retención 210, el rango de movimiento de los salientes 138 y la superficie superior 134 estará limitado en todas las direcciones por las paredes exteriores de retención 210. Del mismo modo, las paredes de retención exteriores pueden no ser necesarias si la articulación se retiene por completo mediante las paredes de retención interiores.

Las paredes de retención interiores 206 pueden utilizarse para controlar con mayor precisión el movimiento de los salientes 138 y la superficie superior 134 en las direcciones seleccionadas. La figura 18 muestra tal uso. Por ejemplo, las paredes de retención interiores 206b, 206с pueden colocarse en los lados interiores de las cavidades 146b, 146с. Las paredes de retención interiores 206b, 206с impiden el movimiento de los salientes laterales 138b, 138с en una dirección puramente lateral. Las paredes de retención interiores 206b, 206с están colocadas contra los salientes laterales 138b, 138с, de modo que, en rotación, los salientes laterales 138b 138с no se desplazan lateralmente, sino que giran alrededor del punto de contacto entre un saliente lateral y la pared interior de retención.

Por ejemplo, si la porción superior 134 se hace girar a la derecha, los salientes laterales 138b, 138с no pueden simplemente desplazarse a la izquierda o a la derecha. El saliente lateral izquierdo 138с puede desplazarse hacia delante y hacia la derecha y el saliente lateral derecho 138b puede moverse algo hacia atrás. El saliente anterior 138а se puede mover hacia la derecha y hacia delante. El saliente lateral izquierdo 138с se eleva verticalmente a medida que se mueve, como se ha analizado previamente. Por lo tanto, se observa que las paredes de contención interiores 206b, 206с ayudan a limitar el movimiento del disco artificial para imitar el movimiento de la columna vertebral natural. Las paredes interiores de retención hacen que el centro de rotación esté más o menos entre las paredes de retención, más cerca del extremo posterior del disco artificial, donde está situado el centro de rotación de la columna vertebral natural.

En la flexión hacia delante y hacia atrás, la porción superior 134 debe moverse como se muestra mediante las flechas 214, 218, 222, de manera similar a la columna vertebral natural. En rotación, la superficie superior debe moverse como se muestra mediante las flechas 226, 230, 234, también de una forma similar a la de la columna vertebral natural.

Sе apreciará que puede no ser posible replicar perfectamente el movimiento de la columna vertebral natural, y aún así lograr un disco artificial 130 que sea suficientemente estable. Como tal, el diseño resultante puede ser un compromiso entre la coincidencia del movimiento natural y proporcionar capacidades inherentes de estabilidad y de centrado automático, por ejemplo. Una articulación artificial también puede ser un compromiso que proporciona una buena coincidencia con el movimiento natural, la estabilidad inherente, y que puede fabricarse a partir de un material deseado sin gastos o dificultad excesivos. La presente invención, sin embargo, proporciona una marcada mejora con respecto a los discos artificiales inherentemente inestables de la técnica anterior y replica de manera más cercana los movimientos naturales de la columna vertebral.

La figura 19 (que no forma parte de la presente invención) muestra otra vista parcialmente en sección de un disco artificial 130'. La superficie superior 134’ (figura 20) incluye un saliente anterior 138d y un saliente posterior 138е. La superficie inferior 142 incluye una cavidad anterior 146d y una cavidad posterior 146е. Aunque el diseño de dos salientes/cavidades puede no proporcionar una articulación artificial que sea tan estable como un diseño con tres o más salientes, todavía ofrece unа marcada mejora en la estabilidad y en el movimiento sobre un disco artificial convencional. Por ejemplo, la configuración alargada de los salientes 138d y 138е reduce al mínimo el esfuerzo necesario para centrar la articulación en comparación con un solo saliente semiesférico, como en la técnica anterior.

La figura 20 (que no forma parte de la presente invención) muestra una vista en sección transversal del disco artificial 130’ de la figura 19 a lo largo de la línea 20-20. Los salientes 138 y las cavidades 146 configuradas como se muestra harán que el saliente anterior 138d se deslice hacia delante (a la izquierda) y que el saliente posterior se deslice hacia delante y hacia arriba durante una flexión hacia delante del disco artificial 130', inclinando la porción superior 134' hacia delante y deslizando la superficie superior de una manera similar a la columna vertebral natural.

Del mismo modo, el saliente posterior 138е se deslizará hacia atrás y el saliente anterior 138d se deslizará hacia atrás y hacia arriba a lo largo de las cavidades 146 durante una flexión posterior del disco artificial, inclinando la porción superior 134’ hacia atrás y deslizando la porción superior similar a la columna vertebral natural. El movimiento hacia arriba de la porción superior 134' durante la flexión hacia delante y hacia atrás del disco artificial moverá el cuerpo apoyado contra la gravedad, y hará que la gravedad desvíe el disco artificial de nuevo a unа posición neutra, como se ha analizado anteriormente.

imagen10

15

25

35

45

55

65

cuadrada o rectangular, como se muestra anteriormente. Diferentes formas de salientes y cavidades alterarán el movimiento característico de la articulación resultante. Por ejemplo, un saliente/cavidad conformado como se muestra, puede tender a elevarse más cuando se mueve en una dirección que es la dirección opuesta o proporcionar diferentes características de rotación durante la rotación o flexión lateral de la articulación. Por lo tanto, puede seleccionarse una forma que se aproxime razonablemente al movimiento de la columna vertebral natural y crea una articulación que se empujado en unа posición neutra mediante las fuerzas de compresión, pero que también es de una forma relativamente simple de fabricar.

La figura 26 ilustra el uso de una articulación artificial 306 de la presente invención que se utiliza para reemplazar el núcleo de un disco espinal dañado, dejando el anular 310 (anillo fibroso) del disco natural en su lugar. Dejar el anillo 310 tan intacto como sea posible puede ser ventajoso en algunos casos, ya que proporciona soporte a la articulación artificial 306, ayudando a mantener la articulación 306 centrada sobre la vértebra 314 o ayudando a mantener la parte superior de la articulación centrada sobre la parte inferior de la articulación. Una articulación artificial que se utiliza para la sustitución del núcleo será típicamente menor que una articulación utilizada para el reemplazo total del disco. Cualquiera de los diseños de la articulación mostrada anteriormente puede utilizarse como reemplazo total de disco o una sustitución del núcleo si se fabrica en el tamaño y la configuración apropiada y está hecho de un material apropiado.

La figura 27 ilustra un disco artificial 318 con una banda elastomérica 322 que rodea la articulación 318. La banda 322 puede ayudar a limitar ligeramente el movimiento de la articulación y mantener la parte superior de la articulación centrada por encima de la parte inferior de la articulación. Cualquiera de los diseños de la articulación anteriores pueden incorporar esta banda 322, si se desea.

La figura 28 (que no forma parte de la presente invención) ilustra un disco artificial alternativo. La articulación artificial 326 incluye una porción de base 330 que tiene una cavidad circular 332 formada en su interior, un toroide 334, y una parte superior 338 que incluye una porción cónica o troncocónica que anida en el toroide 334. El toroide 334 puede desplazarse a través de la base 330, pero se empuja en el centro de la base mediante fuerzas de compresión. La parte superior 338 puede pivotar en el interior del toroide 334 y se eleva cuando pivota debido a la interacción entre la porción cónica y el toroide.

La figura 29 (que no forma parte de la presente invención) ilustra la articulación de la figura 28 en la posición correspondiente a una flexión/extensión o movimiento de flexión lateral. Puede verse cómo el toroide 334 se eleva cuando se desliza a través de la cavidad 332 en la base 330, y cómo la parte superior 338 se eleva cuando pivota. La articulación 326 utiliza formas simétricas que pueden ser relativamente fáciles de fabricar y más o menos se aproximan al movimiento de la columna vertebral natural. La flexión/extensión y el plegado lateral de la articulación se aproximan mucho a la columna vertebral natural, y también se empujan a unа posición neutra. Aunque la rotación no tiene restricciones, este movimiento puede ser el más fácil para controlar los músculos y el tejido circundante y es el menos afectado por las fuerzas de compresión aplicadas sobre la columna vertebral natural.

Volviendo ahora a la figura 30, se muestra una vista en perspectiva en despiece de otra articulación artificial. La articulación, indicada en general en 350, es similar a las articulaciones artificiales que se muestran en las figuras 8

22. La articulación 350 incluye una porción superior 354 que tiene un saliente anterior 358 y dos salientes laterales

362. La articulación 350 también incluye unа porción inferior 366 que incluye una cavidad anterior 370 y dos cavidades laterales 374, que pueden estar conectadas entre sí en una sola cavidad, como se muestra. Se apreciará, sin embargo, que la porción de conexión estrecha, como se muestra, no contribuye al movimiento del disco artificial y es conveniente de fabricar. La articulación funciona como se ha analizado previamente con respecto a las figuras 8 a 18. Es decir, que la porción superior 354 se desliza a través de la porción inferior 366, permitiendo los movimientos anteroposterior, lateral y de rotación de traslación. A medida que la porción superior 354 se desliza a través de la porción inferior 366, los salientes 358, 362 también se mueven típicamente verticalmente con respecto a la porción inferior 366, debido a las superficies curvadas de las cavidades 370, 374. Como se muestra en la siguiente figura, los salientes 358, 362 son generalmente esféricos y las cavidades 370, 374 tienen secciones transversales verticales circulares. Esto da como resultado una articulación artificial 350 que coincide estrechamente con el movimiento natural de la columna vertebral y proporciona una estabilidad inherente como se ha analizado anteriormente, pero que es más fácil de fabricar.

De forma similar a las articulaciones artificiales de las figuras 8-22, los salientes 358, 362 se mueven hacia arriba con relación a la porción inferior 366 a medida que avanzan hacia el centro de la porción inferior. Este movimiento vertical da como resultado una expansión neta de la articulación artificial y, por lo tanto, da como resultado una articulación donde las fuerzas de compresión aplicadas a la articulación desvían la articulación de vuelta hacia una posición neutra. Este movimiento vertical también da como resultado una articulación que proporciona un movimiento que se aproxima más al movimiento cinemático natural de la columna vertebral humana. Se apreciará que las pendientes y los cambios de curvatura en las cavidades 370, 374 pueden ajustarse para controlar la cantidad de movimiento vertical generado por un movimiento horizontal particular.

Las figuras 31 a 34 muestran detalles adicionales de la porción superior 354 de la articulación 350 de la figura 30. La figura 31 es una vista inferior de la porción superior 354. Las figuras 32 y 33 son vistas en sección transversal

15

25

35

45

55

65

tomadas a lo largo las líneas de sección 32 y 33 de la figura 31. La figura 34 es una vista en perspectiva de la porción superior 354. Una ventaja de la articulación 350 es que utiliza una forma y geometría de la superficie algo más simple y más uniforme que las articulaciones de la figura 11 mientras se logra un movimiento que replica estrechamente el movimiento de la columna vertebral natural. La porción superior puede formarse como un disco sustancialmente plano con los salientes semiesféricos 358, 362. Los salientes semiesféricos 358, 362 están conformados y pulidos más fácilmente que los salientes más complejos, como se muestran en la figura 11, por ejemplo. Las figuras 35 a 40 muestran detalles adicionales de la porción inferior 366 de la articulación 350 de la figura 30. La figura 35 muestra una vista superior de la porción inferior 366 y las figuras 36 a 39 son vistas en sección transversal de la figura 35 tomadas a lo largo de las líneas de sección 36 a 39, respectivamente. La figura 40 es una vista en perspectiva de la porción inferior 366. Como se puede ver en las figuras 30 y 35 a 40, las dos cavidades laterales 374 pueden conectarse entre sí a través de la porción posterior inferior 366 de la articulación artificial. Aunque los salientes laterales 362 no pueden moverse nunca completamente a la parte posterior de la porción inferior 366 directamente entre las cavidades laterales 374, puede ser más fácil de formar y pulir la articulación con dicha configuración.

Se puede observar a partir de las figuras 36 a 39 que la superficie de contacto 378 de la cavidad anterior 370 (a través de la cual el saliente 358 se desliza durante la articulación de la articulación) se curva e inclina ligeramente. La superficie de contacto 378 de la cavidad 370 permite que el saliente 358 se mueva hacia abajo cuando se desliza lejos del centro de la porción inferior 366 y hacia arriba cuando se desliza hacia el centro de la porción inferior, tal como durante la flexión y la extensión de la articulación, así como hacia arriba, cuando se mueve lateralmente a través de la porción inferior, tal como durante la rotación de la articulación. La curvatura de la superficie de contacto 370 da como resultado un mayor movimiento vertical por unidad de movimiento horizontal cuando el saliente 358 está más cerca del centro de la porción inferior 366, en comparación con cuando el saliente 358 está más cerca del borde exterior de la porción inferior.

Para facilitar la fabricación más fácil de la porción inferior 366, las cavidades 370, 374 pueden tener cada una una sección transversal vertical circular, como es visible en las figuras 37 a 39. Esto permite que una herramienta de molido o pulido circular sea barrida a través de la porción inferior durante la fabricación para formar las cavidades.

Se puede observar a partir de las figuras 36-39 que las superficies de contacto 382 de las cavidades laterales 374 tienen radios de curvatura menores que el de la superficie de contacto 378 de la cavidad anterior 370. Como tal, las superficies de contacto 382 de las cavidades laterales 374 son horizontales o casi horizontales cerca de los bordes exteriores de la porción inferior 366 y más abruptamente inclinadas cerca del centro de la porción inferior. Como resultado, los salientes laterales 362 experimentan poco o ningún movimiento vertical a medida que avanzan a través de la superficie 382 alejándose del centro de la porción inferior 366 y se mueven hacia arriba alejándose de la porción inferior 366 de la articulación cuando se mueven hacia el centro de la porción inferior. La curvatura de las superficies de contacto 382 es tal que el movimiento vertical de los salientes laterales 362 es mayor por unidad de movimiento horizontal cuando los salientes laterales están más cerca del centro de la porción inferior 366.

La inclinación más pronunciada de las porciones más centrales de las superficies de contacto 382 en comparación con la superficie de contacto 378 proporciona una fuerza de recuperación neta que desvía la articulación artificial 350 a una posición neutra (es decir, una posición no desplazada). Por lo tanto, la inclinación de la superficie de contacto 378 tenderá a desviar el saliente anterior 358 lejos del centro de la porción inferior, incluso en una posición neutra, pero las mayores inclinaciones de las superficies de contacto laterales 382 proporcionarán una mayor presión contra un desplazamiento adicional anterior a los salientes laterales 362 y mantendrán la articulación en una posición neutra mientras se aplica compresión a la articulación artificial 350.

Las formas y las curvaturas de las superficies de contacto 378, 382 de las cavidades 370, 374 dan como resultado un movimiento cinemático de la articulación artificial 350 que se aproxima al de la columna vertebral natural y que también tiende a devolver la articulación artificial 350 a una posición neutra cuando la articulación 350 se coloca bajo compresión. Una posición neutra es cuando la porción superior está alineada sobre la porción inferior y no desplazada del centro de la misma. (Se apreciará que las porciones superior o inferior pueden tener una base que se desplaza en cierta medida desde los salientes, de modo que las porciones de base superior e inferior están algo mal alineadas, a pesar de que los salientes y las cavidades estén en una orientación neutra. Esto está dentro del alcance de la invención). Durante el uso, la articulación artificial 350 será desviada hacia una posición no desplazada neutra mediante las fuerzas de compresión impuestas a la articulación mediante el cuerpo y, por lo tanto, estabilizará la articulación. La articulación artificial 350 presenta una buena aproximación del movimiento natural de la columna vertebral, es decir, la rotación y la traslación que se produce con la flexión o rotación lateral de la columna vertebral y la traslación que se produce con la flexión y la extensión de la columna vertebral.

Volviendo ahora a las figuras 41 a 53, se muestra otra articulación de columna vertebral artificial 386 de la presente invención. La articulación artificial 386 opera de acuerdo con los principios que se han analizado anteriormente, en los que la articulación artificial proporciona un movimiento que coincide estrechamente con el movimiento natural de la columna vertebral y que es inherentemente estable. La articulación 386 es estable porque la articulación experimenta una expansión neta como resultado de los rangos previstos de movimiento y, por lo tanto, las fuerzas de compresión sobre la articulación, mientras que en una columna vertebral, tenderá a restaurar la articulación a una

imagen11

15

25

35

45

55

65

430) es de aproximadamente 1,9 mm de espesor. En la porción superior 418, el saliente posterior 426 es de aproximadamente 11,2 mm de diámetro, y tiene un centro que está situado a lo largo de la línea central lateral, y colocado aproximadamente 1,7 mm desde el borde posterior de la porción superior. El saliente posterior 426 se coloca de tal manera que se extiende aproximadamente a 3,6 mm desde la porción de base 442, en un espesor total combinado de aproximadamente 5,5 mm.

Los dos salientes laterales anteriores 430 son de aproximadamente 6,9 mm de diámetro, y tienen unos centros que están situados aproximadamente 7,2 mm por delante del centro del saliente posterior 426 y lateralmente aproximadamente 5,35 mm desde la línea central lateral de la porción superior 418. Los salientes laterales anteriores 430 se extienden aproximadamente 2,9 mm desde la porción de base 442, a un espesor combinado total de aproximadamente 4,8 mm. Las líneas de sección 57 a 60 en la figura 56 pasan a través de los centros de los salientes 426, 430.

Las figuras 67 y 68 ilustran las trayectorias de las herramientas de esmerilado/pulido utilizadas para formar la sección inferior 422 como se muestra. La figura 67 muestra una vista superior de las trayectorias de las herramientas superpuestas en la porción inferior 422 de la articulación, y la figura 68 muestra una vista en perspectiva de las trayectorias de la herramienta junto con los cortes y las cavidades de la herramienta resultantes. La cavidad posterior se hace mediante el barrido de una herramienta de esmerilado/pulido circular de 15 mm de diámetro a través de un arco horizontal 450 (de modo que el diámetro de esmerilado es perpendicular al arco) donde el arco tiene un radio de aproximadamente 1,8 mm, y donde el centro 454 del arco está centrado lateralmente sobre la porción inferior 422, colocado 6,4 mm detrás del punto central de referencia 446 (que se centra lateralmente y aproximadamente a 5,4 mm desde el borde anterior o a 6,6 mm desde el borde posterior), y de modo que el centro 454 está colocado aproximadamente 4,9 mm por encima de la superficie superior de la porción inferior 422. La porción 458 de la cavidad posterior 434 que se encuentra dentro del punto más bajo esmerilada por la herramienta se muele plana.

Las dos cavidades laterales anteriores 438 están hechas mediante un barrido de 10,8 mm de diámetro circular de la herramienta de esmerilado/pulido a través de la trayectoria de la herramienta identificada el segmento de trayectoria 462a, 466а, 470а, 474а, 474b, 470b, 466b, y 462b. Los segmentos de la trayectoria de la herramienta 462а, 462b son líneas rectas de longitud de aproximadamente 3,5 mm. Los segmentos de trayectoria de la herramienta 466а, 466b son arcos que tienen centros 478а, 478b y radios de aproximadamente 0,9 mm. Los segmentos de trayectoria de la herramienta 470a, 470 dibujan líneas rectas de aproximadamente 1,7 mm de longitud. Los segmentos de trayectoria de la herramienta 474а, 474b son arcos que tienen un centro común 482 y radios de aproximadamente 6 mm. Los puntos centrales 478а, 478b están situados a unos 7 mm a cada lado de la línea central lateral y están situados a aproximadamente 4 mm por delante del punto de referencia 446, colocando los puntos a aproximadamente 10,6 mm por delante del punto central 454 y aproximadamente a 1,4 mm detrás del borde anterior de la porción inferior 422. El punto central 482 está situado a lo largo de la línea central lateral y aproximadamente 5,9 mm por delante del punto de referencia 446, o aproximadamente 0,3 mm por delante del borde anterior de la porción inferior 422.

Los diversos segmentos de la trayectoria de la herramienta 462 a 474 se conectan en una trayectoria continua como se muestra, y están situados en un solo plano. El plano en el que están situados los segmentos de trayectoria de la herramienta está en ángulo con respecto al segmento inferior de manera que forman un ángulo con la porción delantera 438а de las cavidades anteriores 438, como se muestra en la figura 64. Como se ha analizado previamente, esto hace que el extremo anterior de la porción superior 418 baje ligeramente en relación con el extremo anterior de la porción inferior 422 durante la flexión de la columna vertebral, replicando el movimiento natural de la columna vertebral. Para el modo de realización mostrado en las figuras 54 a 68, el plano está inclinado hacia abajo alrededor de 17 grados hacia el lado anterior de la articulación. Como tal, el punto más anterior 486 de la trayectoria de la herramienta (segmentos de trayectoria 462 a 474) se encuentra a aproximadamente 0,9 mm por encima de la superficie superior de la porción inferior 422, y los segmentos de trayectoria 470а, 470b están situados aproximadamente 3,5 mm por encima de la superficie superior de la porción inferior.

Se apreciará que la inclinación del plano en el que están situados los segmentos de trayectoria de la herramienta 462 a 474 puede ser cero si se desea un proceso de fabricación simplificado. Cuando el plano de los segmentos de trayectoria de la herramienta 462 a 474 está inclinado, típicamente se puede ajustar para que coincida con el disco específico que está siendo sustituido y, a menudo, puede inclinarse en un ángulo de entre aproximadamente 7 y aproximadamente 27 grados menos que la horizontal. Como se ha analizado anteriormente, un disco artificial cervical medio tendrá una pendiente de aproximadamente 17 grados. La inclinación del plano normalmente se cambiará mediante el ajuste de la altura de la punta más anterior 486 de la trayectoria de la herramienta para mantener las cavidades anteriores 438 a una altura media similar y mantener la altura de la porción superior 418 con respecto a la porción inferior 422 a una distancia similar cuando la porción superior está en una posición neutra.

Las articulaciones de columna vertebral artificiales en el presente documento son beneficiosas porque proporcionan un movimiento que reproduce estrechamente el movimiento artificial de la columna vertebral. Un aspecto importante de esto es proporcionar un movimiento acoplado, donde la traslación o la rotación de la porción superior respecto a la porción inferior necesariamente produce una inclinación de la porción superior respecto a la porción inferior.

10

15

20

25

30

35

40

45

Aunque algunas articulaciones de columna vertebral artificiales de la técnica anterior permiten la traslación, y permiten la rotación de la articulación de una manera a modo de rótula, no hay ningún acoplamiento del movimiento de traslación y del movimiento pivotante que se aproxime al movimiento natural de la columna vertebral. Esto se traduce en una articulación que proporciona un movimiento no natural cuando se implanta en una columna vertebral, y que afecta negativamente a la columna vertebral, como se describe en el presente documento. Por el contrario, las articulaciones de columna vertebral artificiales de la invención proporcionan un movimiento que replica de manera cercana el movimiento natural de la columna vertebral.

Se apreciará que los discos artificiales divulgados en el presente documento darán como resultado una alta presión de contacto entre los salientes y las cavidades, ya que las superficies curvadas de los salientes contactan con las cavidades en un área de contacto muy pequeña. Por lo tanto, el material utilizado para crear dicho saliente debe resistir una presión muy alta sin deformación y sin desgaste, rotura, u otra degradación del material. Por lo tanto, un modo de realización preferido de la presente invención proporciona discos artificiales que se forman a partir de diamante, tales como diamante policristalino compacto (РОС). РОС es un material suficientemente duro para resistir el desgaste y la deformación.

La publicación del documento n.º US 2003/0191533, asignado a Diamicron, lnc., analiza la fabricación de articulaciones artificiales utilizando diamante. La publicación divulga a un experto en la técnica cómo hacer que las articulaciones artificiales de diamantes artificiales. Con respecto a la presente invención, se aprecia que es más difícil de formar una superficie de disco artificial de diamante que es un saliente múltiple complicado o superficie de múltiples cavidades. Es mucho más sencillo formar una superficie regular sencilla, tal como una esfera o un receptáculo semiesférico.

Un procedimiento actualmente preferido de fabricación del disco artificial de la presente invención utiliza un mecanizado por descarga eléctrica (ЕОМ) para formar las superficies de la articulación. El compuesto de diamante artificial puede presionarse en aproximadamente la forma deseada. Una máquina de ЕОМ de sumidero puede entonces estar equipada con un electrodo, que es la forma negativa de la parte que se produce. El ЕОМ y el electrodo personalizado se utilizan para quemar el compuesto de diamante y refinar la forma de la pieza de la articulación artificial. La pieza resultante puede entonces pulirse a una superficie acabada. De este modo, se apreciará que la dificultad de formar el disco artificial de diamante es un proceso difícil y puede requerir cierta simplificación del diseño del disco artificial.

Otro método actualmente preferido de fabricación de la articulación artificial de la presente invención utiliza una herramienta de esmerilado y pulido conformada circularmente para barrer a través de las cavidades y formar las superficies de contacto curvadas en la misma, y se utiliza una herramienta de esmerilado y pulido con forma de taza para formar los salientes esféricos en las superficies inferiores. Esto es particularmente ventajoso en la formación de las superficies de contacto conformadas más geométricamente de las articulaciones artificiales de las figuras 31 a

66.

Aunque se prefieren PDC u otros materiales de diamante, otros metales y materiales cerámicos biológicamente compatibles también pueden utilizarse. Los que estén familiarizados con la construcción de las articulaciones artificiales estarán familiarizados con numerosos de dichos materiales y con las ventajas e inconvenientes de cada uno.

Por lo tanto, se divulga un disco vertebral artificial mejorado.

Claims

imagen1

imagen2