JP2002532141A - 椎間板補綴具 - Google Patents

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クッション(10)とを備え、クッションが圧縮性ボディー(12)を備え、かつクッションが圧縮性の流体を含んでいる椎間板補綴具(2) に関する。

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-0 277 282-A1 によると、２枚のプレートとその間に挟持されたクッシ
ョンとからなる椎間板補綴具が公知である。このクッションは、非圧縮性流体を
満たしたキャビティを規定する圧縮性ボディーから構成される。この補綴具は、
軸方向には本質的に非圧縮性で、２枚のプレートの相対的な傾斜しか可能ではな
い。この挙動は健全な自然の椎間板の挙動とは異なる。
【０００３】
【発明の開示】
本発明の目的は、健全な自然の椎間板の機械的特性に最もよく近似させること
が可能な、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に、本発明は、２枚のプレートとこれらのプレートの
間に挟持されたクッションとを備え、クッションが圧縮性ボディーを備え、かつ
クッションが流体を含んでいる椎間板補綴具であって、前記流体が圧縮性である
椎間板補綴具を提供する。
【０００５】 即ち、クッションの圧縮は、該ボディーの圧縮と流体の圧縮とを生ずる。ボデ
ィーと流体の圧縮特性は異なるようにできるので、これらの組合わせにより、健
全で自然の椎間板の機械的特性に非常によく近似させることが可能となる。より
具体的には、ボディーの材料を適切に選択すると、クッションの圧縮に対する機
械的反応を、圧縮の方向におけるクッションの寸法の変化の関数として表す曲線
をとった時に、健全な自然の椎間板に見られるのに近いヒステリシス形状を有す
る曲線を得ることができる。
【０００６】 有利には、流体の圧力は、この流体がボディーより圧縮性が高くなるような圧
力とする。 こうすると、この圧縮性の差を利用して、健全な自然の椎間板の機械的特性に
可及的に近くまで近似させることができる。
【０００７】 有利には、流体はガスから構成される。 有利には、流体圧力がプレートに直接加えられるようにクッションが構成され
ている。
【０００８】 有利には、流体はボディーの周囲を包囲している。 有利には、ボディーは粘弾性材料、特にシリコーンから構成される。 こうすると、上述した非常に顕著なヒステリシス形状を有する曲線を得ること
ができる。
【０００９】 有利には、ボディーはプレートと接触している。 有利には、ボディーは、プレートの一方との接触領域を有する少なくとも１つ
の端面を有し、補綴具が、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、前記接触領域の表面積が増大するように構成されている。
【００１０】 こうすると、最低の圧縮値の場合、ボディーの圧縮による補綴具の機械的反応
は、圧縮の方向におけるクッションの寸法変化の関数として (即ち、この寸法変
化に対して) 非常に僅かしか変動しなくなる。換言すると、上記曲線は、低い圧
縮値に対しては水平から少ししか傾斜しないので、初期の操作ではほとんど力が
与えられない。この機械的特性は健全な自然の椎間板の特性を再現している。
【００１１】 有利には、接触領域はプレートの１つの面とボディーの１つの端面とにより規
定され、この２つの面の一方、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。
【００１２】 有利には、接触領域がプレートの１つの面とボディーの１つの端面とにより規
定され、この２つの面の面が少なくとも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。
【００１３】 この形態の結果、前述したような機械的反応の変動を達成することが可能とな
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保証する。例えば、
２つの面を互いに対してずらした後、これらの湾曲はそれらが自動的に再中心合
わせするのを可能にする。
【００１４】 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ており
、この端面が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。 有利には、ボディーの端部が、ボディーに対する横方向停止部を形成するよう
に、プレートに設けた凹部内に収容されている。
【００１５】 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。 有利には、クッションは、中に流体が入っている包囲壁 (外套壁) を含み、２
枚のプレート間でのクッションの圧縮に変動が起こった時にも、プレートに平行
な包囲壁の断面積が本質的に不変であるようにクッションが構成されている。
【００１６】 有利には、クッションは、中に流体が入っている包囲壁を含み、これがボディ
ーをそれから一定間隔で包囲している。 こうして、ボディーが移動する際の包囲壁によるボディーの損傷、ならびにボ
ディーの粒子の分散が防止される。
【００１７】 有利には、包囲壁はバネ、特に圧縮バネを形成する。 こうして、包囲壁は、クッションが圧縮される際にクッションの反応に影響す
るようになる。
【００１８】 有利には、クッションは、圧縮の方向におけるクッションの寸法の変化の関数
として、圧縮に対する機械的反応のヒステリシス形状の曲線を示すように構成さ
れる。
【００１９】 有利には、クッションは、圧縮に対する反応の増大が、比較的高い反応値に対
してより、比較的低い反応値に対して、より緩やかとなるように構成される。 有利には、クッションは、圧縮に対する反応の減少が、比較的低い反応値に対
してより、比較的高い反応値に対して、より急激となるように構成される。
【００２０】 有利には、クッションは、圧縮に対する反応が、これが減少する時より、これ
が増大する時の方がより高い値をとるように構成される。 有利には、補綴具は脊柱の腰部領域に使われる。
【００２１】 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。
【００２２】
【具体例の説明】
本発明に係る椎間板補綴具２は、ここでは特に、人体の脊柱の腰部に適用する
ためのものである。これは、水平投影図で後ろ側に臍のある腎臓の概略形状を有
する２枚の平たいプレート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くる。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の収容のためそれぞれ１つずつのミゾ27を有する。
【００２３】 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の１つと接触している、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、プレートに平行な方向に、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、横方向の応力が
１つの椎骨から別の椎骨に伝わることが防止される。
【００２４】 クッション10はさらにベローズ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
称形状を有する。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に垂直方向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、このベローズは、プレート４
と同様に、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に垂直な方向にも変
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。
【００２５】 ベローズ22は、その軸方向の両端のリム (縁部) が、円形皿部６の内面20から
突き出ているそれぞれのリムに接合されている。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、
容積可変の漏れ止め性の包囲壁を形成する。この包囲壁に、流体、本例ではガス
(ここでは空気) 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循環できるようにするように、ボディーから
一定間隔で離れている。
【００２６】 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、プレートに固定されている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。
【００２７】 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垂直に突出している
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ま
っすぐに貫通するオリフィス27を有しており、プレート４とは反対側を向いた耳
部25の面には球形のくぼみがある。オリフィス27は、骨ねじ (骨接合用ねじ) 26
の収容を可能にし、この骨ねじの頭部28は、その下面側が耳部25の雌形の球形の
くぼみと共働する雄形の球形形状を有し、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。
【００２８】 椎間板補綴具２を脊柱内で短期間固定を生じさせるために、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確保するため、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してもよい。
【００２９】 図４には、クッション10 (または、実際には２枚のプレート４) に軸方向14に
加えられた圧縮力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の軌跡である。この曲線は、同じ条件下でクッション
10の機械的反応Ｒも表す。この曲線Ｃは直線ではない。さらに、これはヒステリ
シス形状を有する。即ち、起点０からの圧縮力Ｆの増大を示す曲線Caは、起点ま
で戻る圧縮力Ｆの減少を示す曲線Cdとは別個の曲線であって、その全体が後者の
曲線より上にある。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の組合わせにも副次的に
は起因している。
【００３０】 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について、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の形状に起因し、その結果として、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) の表面積は、圧縮力Ｆが増
大するにつれて増大する。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。
【００３１】 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表面
積が最大値に到達した時点の圧縮力Ｆに相当する。同様に、曲線Cdでは、接続点
Jdはこの接触表面積が最大値であることが終った時点の圧縮力Ｆに相当する。
【００３２】 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。
【００３３】 図５を参照すると、１つの例示態様 (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が凹部32 (この場合にはＵ字型) を有していて、横方向の停止部を形成している。この凹
部にボディーの対応する軸方向端部18が収容されるようになる。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、
または完全に防止される。
【００３４】 図６に示した変更例では、プレートの面20は湾曲しており、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を可能にする。
【００３５】 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。
【００３６】 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。
【００３７】 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。
【００３８】 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。
【００３９】 面の湾曲は単一の平面に制限してもよい。 包囲壁22に関する特性 (バネ作用、ボディー12からの距離) は、他の特徴から
独立して使用してもよい。
【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の拡大図である。
【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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C081 AB04 BB07 CA271 4C097 AA10 BB01 BB08 CC02 CC17 EE13

Claims (19)

    【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ク
    ッション(10)とを備え、クッションが圧縮性ボディー(12)を備え、かつクッショ
    ンが流体を含んでいる椎間板補綴具(2) であって、前記流体が圧縮性であること
    を特徴とする、椎間板補綴具。
  2. 【請求項２】 流体が、これがボディーより圧縮性が高くなるような圧力を
    有することを特徴とする、請求項１記載の補綴具。
  3. 【請求項３】 流体がガスからなることを特徴とする、請求項１または２記
    載の補綴具。
  4. 【請求項４】 流体圧力がプレート(4) に直接加えられるようにクッション
    (10)が構成されてい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】 流体がボディー(12)の周囲を包囲し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】 ボディー(12)が、プレート(4) の一方との接触領域を有する
    少なくとも１つの端面(18)を有する補綴具であって、ボディー(12)の方向にプレ
    ート(4) に加わる応力を増大させると、前記接触領域の表面積が増大するように
    構成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の補綴具
    。
  8. 【請求項８】 接触領域がプレートの１つの面とボディーの１つの端面とに
    より規定され、この２つの面(18, 20)の一方(18)、特にボディー(12)の面(18)が
    凸面に湾曲し、他方の面(20)が平面であることを特徴とする、請求項７記載の補
    綴具。
  9. 【請求項９】 接触領域がプレートの１つの面とボディーの１つの端面とに
    より規定され、この２つの面(18, 20)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７記載
    の補綴具。
  10. 【請求項１０】 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
    触しており、この端面が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１〜９のいずれか１項に記載の補綴具。
  11. 【請求項１１】 ボディーの端部(18)が、ボディーに対する横方向停止部を
    形成するようにした、プレート(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10記載の補綴具。
  12. 【請求項１２】 クッション(10)が、中に流体が入っている包囲壁(22)を含
    み、プレート(4) に平行なその断面表面積が、２枚のプレート間でのクッション
    の圧縮に変動が起こった時にも本質的に不変であるようにクッションが構成され
    ていることを特徴とする、請求項１〜11のいずれか１項に記載の補綴具。
  13. 【請求項１３】 クッション(10)が、中に流体が入っている包囲壁(22)を含
    み、この壁がボディーをそれから一定間隔で包囲していることを特徴とする、請
    求項１〜12のいずれか１項に記載の補綴具。
  14. 【請求項１４】 包囲壁(22)がバネ、特に圧縮バネを形成していることを特
    徴とする、請求項12または13記載の補綴具。
  15. 【請求項１５】 クッション(10)が、圧縮(F) の方向(14)におけるクッショ
    ン(10)の寸法(l) の変化 (Δl)の関数としての圧縮(F) に対する機械的反応(R)
    のヒステリシス形状の曲線(C) を示すように構成されていることを特徴とする、
    請求項１〜14のいずれか１項に記載の補綴具。
  16. 【請求項１６】 クッション(10)が、圧縮(F) に対する反応(R) の増大が、
    比較的高い反応(R) 値(Ca2) に対してより、比較的低い反応(R) 値(Ca1) に対し
    て、より緩やかとなるように構成されていることを特徴とする、請求項15記載の
    補綴具。
  17. 【請求項１７】 クッション(10)が、圧縮(F) に対する反応の減少が、比較
    的低い反応(R) 値(Cd2) に対してより、比較的高い反応(R) 値(Cd1) に対して、
    より急激となるように構成されていることを特徴とする、請求項15または16記載
    の補綴具。
  18. 【請求項１８】 圧縮(F) に対する反応(R) が、これが減少する時(Cd)より
    、これが増大する時(Ca)の方がより高い値をとるように、クッション(10)が構成
    されていることを特徴とする、請求項15〜17のいずれか１項に記載の補綴具。
  19. 【請求項１９】 対象とする補綴具が腰部の椎間板補綴具であることを特徴
    とする、請求項１〜18のいずれか１項に記載の補綴具。
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