JP2002532140A - 圧縮性ボディーを備えた椎間板補綴具 - Google Patents

圧縮性ボディーを備えた椎間板補綴具

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、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圧縮性ボディー(12)とを備え、ボディーの少なくとも１つの端面(18)がプレートの一方との接触領域を有する椎間板補綴具に関する。ボディー(12)とプレート(4) は、ボディーの方向にプレートに加わる応力を増大させると接触領域の表面積が増大するようになっている。

Description

【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枚の概ね平らなプレートと、これらのプレート間に挟
持されたエラストマーボディーとからなり、該ボディーは、その平たい両端面に
よりプレートに固定されている椎間板補綴具を開示している。この補綴具の機械
的挙動は、特に該ボディーが２枚のプレート間で圧縮される時、自然の健全な椎
間板の挙動に極めて似ている。
【０００３】
【発明の開示】
本発明の目的は、自然の健全な椎間板の機械的特性により近似した異なる種類
の椎間板補綴具を提供することである。
【０００４】 この目的を達成するため、本発明は、２枚のプレートと、これらのプレートの
間に挟持された圧縮性ボディーとを備え、該ボディーの少なくとも１つの端面が
プレートの一方との接触領域を有する椎間板補綴具であって、ボディーとプレー
トが、ボディーの方向にプレートに加わる応力を増大させると該接触領域の表面
積が増大するようになっている、椎間板補綴具を提供する。
【０００５】 即ち、ボディーにかかる圧縮応力が中度の値またはゼロから増大すると、一方
のプレートから他方のプレートの方向に測定したボディーの高さが、比較的すば
やく減少する。その後、接触領域の面積の増大につれて、ボディーの機械的反応
はより大きくなり、等価量だけ高さを減少させるのに相対的により大きな応力を
加えなければならなくなる。換言すると、最低の圧縮値にとって、圧縮中のボデ
ィーの機械的反応は、高さの変化の関数として非常に僅かしか変動しなくなる。
その結果、加えた応力を高さの変化の関数として (高さの変化に対して) 示す曲
線は、低い圧縮値に対しては水平から少しの量しか傾斜しない。従って、ストロ
ークの開始時は、供給荷重は小さい。この特性は自然の健全な椎間板でもそうで
ある。そのため、ボディーの挙動は、材料の選択だけでなく、接触領域との１ま
たは２以上の端面の形状によっても適応させることができ、この形状は、自然の
健全な椎間板の機械的特性に可及的に近似するように変化する。
【０００６】 有利には、接触領域がプレートの１つの面とボディーの端面の１つの面とによ
り規定され、プレートまたはボディーの面の１つ、特にボディーの面が、凸面に
湾曲し、他方の面が平面であることを特徴とする、請求項１記載の補綴具。
【０００７】 有利には、接触領域がプレートの１つの面とボディーの端面の１つの面とによ
り規定され、両方の面が少なくとも１つの共通方向に湾曲しており、その一方が
凹面で他方が凸面であり、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。
【０００８】 この形態は、従って、機械的反応の変動を上記のように導入することを可能に
する。さらに、後で見るように、ボディーがプレートに対して横方向に自由に移
動できる場合、この形態は、２つの面の相対的な中心合わせを確実にする。例え
ば、２つの面を互いに対して変位させた後、これらの湾曲はそれら自体が自動的
に再中心合わせするのを可能にする。
【０００９】 有利には、ボディーの少なくとも１つの端面が、プレートの一方と接触し、か
つプレートに平行な方向にプレートに対して自由に移動できる。 この配置は、こうして、２つの椎骨間に脊柱の長手方向に垂直な方向の過大な
応力、即ち、ずり (剪断) 応力が発生する危険性を低減する。
【００１０】 有利には、ボディーの１つの端面が、この端面に対する横方向停止部 (ストッ
プ) を形成している、プレートの一方に設けた凹部の中に収容されている。 プレートに対するボディーの横方向の変位はこうして制限され、さらには防止
することもできる。
【００１１】 有利には、ボディーが粘弾性材料、特にシリコーンから構成される。 このような材料の使用により、圧縮されたボディーに加わる応力をその変化す
る高さに対して示す曲線にヒステリシス形状を与えることができる。この（ヒス
テリシス）曲線は、自然の健全な椎間板のものでもあるので、その機械的特性は
これにより一層密接に近似する。
【００１２】 本発明の補綴具はプレート間に挟持された流体を含むことが有利である。 流体の付加は、こうして、特に流体がガスまたは液体とこの液体に部分的に可
溶性のガスとの混合物といった圧縮性のものである場合、前記曲線のヒステリシ
ス形状を高める。
【００１３】 有利には、この流体はプレートと接触している。 有利には、この流体はボディーの周囲に存在する。 有利には、本発明の補綴具は、前記流体を入れた包囲壁 (エンクロージャ) を
含み、プレートに平行なその断面積が、２枚のプレートを互いの方向に押す応力
が変動した時にも実質的に不変であるように補綴具が構成されている。
【００１４】 有利には、補綴具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つの変更例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、特に、本例の場合、人体の脊柱の腰部に適用
するためのものである。これは、平面図で見て後ろ側に臍部(hilum) を持つ、概
ね豆の形をした２枚のプレート４を備える。各プレート４は中心の円形皿部６と
、円形皿部の周囲を円形皿部の平面内で包囲するリング部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ある。各プレート４において、リング
部８と円形皿部６は、シール31を収容するためそれぞれ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は円形皿部６と同軸に配置される。各円形皿部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、プレートの平坦面20に当た
っている。ボディー12は、各プレート４に対して機械的に固定されずに当たって
いるので、ボディーは、円形皿部に平行な方向に、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。こうすると、横方向の応力は椎骨
から椎骨へと伝わることがない。
【００１７】 クッション10はベローズ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体で
ある。そのプロファイルにおける壁面は波形24になっていて、ベローズ22の軸14
に直角の断面の表面積を実質的に変化させずに、その長さを軸方向14に沿って変
化させることができる。本例では、プレート４と同様、ベローズはチタンまたは
チタン合金から作製されるので、ある程度の軸方向剛性を有していて、圧縮バネ
を形成している。これはまた、軸14に垂直な方向に変形することができるか、ま
たは軸14を中心として、もしくはこれに垂直な任意の軸を中心として捩じりを受
けることができる。
【００１８】 その軸方向の両端で、ベローズ22の縁部は、円形皿部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なってい
るので、ベローズ22は２つの円形皿部６と共に、ボディー12の周囲に密閉された
可変容積の包囲壁を形成している。この包囲壁に、流体、本例ではガス (これは
本例では空気) が入っている。ボディー12に最も近い波形24の部分は、ガスが円
形皿部６の一方から他方に自由に移動可能にするようにボディーから一定間隔で
離れている。
【００１９】 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、プレートに結合されている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。ベローズそれ自体の剛性 (強度) は、この例では約1.6 N/mmである。
【００２０】 各リング部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、円形皿部の中心の方向に向かって、耳部を
完全に貫通するオリフィス27を含んでおり、プレート４とは反対側を向いた耳部
25の面は、球形の陰型 (雌型) 形状(impression)になっている。オリフィス27は
、骨ねじ (骨接合用ねじ) 26を収容するものであり、骨ねじの頭部28の下面側は
雄形の球形形状を有していて、耳部25の雌形の陰型球形形状と係合し、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。
【００２１】 椎間板補綴具２を脊柱内に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、いわゆる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作り出すために、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することができる。
【００２２】 図４に示すのは、クッション10 (即ち、両方のプレート４) に軸方向14に加え
られた圧縮荷重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である。この曲線は、同じ条件下でクッション10の機械
的反応Ｒも示す。この曲線Ｃは直線ではない。さらに、これはヒステリシスを示
す。即ち、起点０からの圧縮力Ｆの増大を示す曲線Caは、起点に戻る圧縮力Ｆの
減少を示す曲線Cdから離れており、全ての地点でそれより上にある。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起因するが、ボディー12と流
体とによるクッション10の組合わせにもいくらかは起因する。
【００２３】 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の場合に、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の順応性に起因し、それにより、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) の面積が圧縮力Ｆと共に増
大するという結果になる。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。
【００２４】 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。
【００２５】 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％の範囲内の点に位置するΔｌ値に対応するようなものと
することができる。
【００２６】 図５を参照すると、変更例 (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に凹部32 (この場
合にはＵ字型) を持たせ、ボディーの対応する軸方向端部18がぶつかって止まる
横方向停止部を形成する。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、またはさらには完全に防止される。
【００２７】 図６に示した変更例では、プレートの面20は湾曲していてもよく、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なりうる。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は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、これ
ら２つの面の自動的な中心合わせの機能を与える。
【００２８】 図２に示した態様では、ボディー12の両端面が、連係する (相手方の) プレー
トと、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。
【００２９】 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接触面積が不変であって、プレートに固定され
ている。
【００３０】 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。
【００３１】 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。
【００３２】 面の湾曲は単一の平面だけに制限してもよい。 包囲壁22に関する特性 (バネ、ボディー12からの距離) は、他の特徴から独立
して単独で使用してもよい。
【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のより大きな縮尺での図である。
【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、プレート間の間隔の
変動の関数として示す曲線である。
【図５】 補綴具の変更例の細部の断面図である。
【図６】 別の変更例を示す図２に似た単純化した図である。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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圧
    縮性ボディー(12)とを備え、ボディーの少なくとも１つの端面(18)がプレートの
    一方との接触領域を有する椎間板補綴具であって、ボディー(12)とプレート(4)
    が、ボディーの方向にプレートに加わる応力を増大させると接触領域の面積が増
    大するようになっていることを特徴とする、椎間板補綴具。
  2. 【請求項２】 接触領域がプレートの１つの面(20)とボディーの端面の１つ
    の面(18)とにより規定され、プレートまたはボディーの面の１つ、特にボディー
    の面(18)が凸面に湾曲し、他方の面(20)が平坦であることを特徴とする、請求項
    １記載の補綴具。
  3. 【請求項３】 接触領域がプレートの１つの面(20)とボディーの端面の１つ
    の面(18)とにより規定され、両方の面が少なくとも１つの共通方向に湾曲してお
    り、その一方が凹面で他方が凸面であり、凹面(20)の少なくとも１つの曲率半径
    が凸面(18)の対応する曲率半径より大きいことを特徴とする、請求項１記載の補
    綴具。
  4. 【請求項４】 ボディー(12)の少なくとも１つの端面(18)が、プレートの一
    方(4) と接触していて、かつプレートと平行な方向にプレートに対して自由に移
    動でき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。
  5. 【請求項５】 ボディー(12)の１つの端部(18)が、この端面に対する横方向
    停止部を形成している、プレートの一方(4) に設けた凹部(32)内に収容されてい
    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。
  6. 【請求項６】 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１〜５のいずれか１項に記載の補綴具。
  7. 【請求項７】 プレート間に挟持された流体を含むことを特徴とする、請求
    項１〜６のいずれか１項に記載の補綴具。
  8. 【請求項８】 流体がプレートと接触していることを特徴とする、請求項７
    記載の補綴具。
  9. 【請求項９】 流体がボディー(12)の周囲に存在することを特徴とする、請
    求項７または８記載の補綴具。
  10. 【請求項１０】 流体を入れた包囲壁(22)を含み、これが、プレート(4) に
    平行なその断面積が、２枚のプレートを互いの方向に押す応力が変動した時にも
    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７〜９のい
    ずれか１項に記載の補綴具。
  11. 【請求項１１】 腰部の椎間板補綴具であることを特徴とする、請求項１〜
    10のいずれか１項に記載の補綴具。
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