JP2008539829A - 椎間板プロテーゼ - Google Patents

Abstract

椎間板プロテーゼは、第１および第２の関節をなす要素を備え、一方の要素が、関節をなす舌部を備え、もう一方の要素が、舌部を受けるようになされた溝を備える。第１および第２の要素は、互いに対して様々な表面内で運動可能となるように適合させることができる。

Description

本発明は、人工関節インプラントまたは関節プロテーゼの分野に関する。一態様では、本発明は、脊椎インプラントに関し、より詳細には、動的な脊柱安定化（ｄｙｎａｍｉｃ ｓｐｉｎａｌ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）をもたらす椎間板プロテーゼを含む、インプラントに関する。

脊柱は、極めて柔軟であるとともに構造および安定性を身体にもたらす、様々な解剖学的構成要素を備える複雑な構造である。脊柱は、ほぼ円筒形の椎体をそれぞれ有する、椎骨で形成される。隣接する椎体の対向面は、繊維軟骨性材料で構成される椎間板によって、互いに連結および分離される。椎体はまた、過度な運動を制限し安定性を提供するように互いに作用する靱帯の複雑な構成によって、互いに連結される。安定した脊柱は、活動不能となるような疼痛（ｉｎｃａｐａｃｉｔａｔｉｎｇ ｐａｉｎ）、進行性の変形、および神経性の障害（ｎｅｕｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅ）の予防に重要である。

脊柱の解剖学的構造は、大きな抵抗を伴わずに運動（正および負の方向の並進および回転）が生じることを可能にするが、運動範囲が生理学的な限界に近づくにつれて、運動への抵抗が徐々に増大し、運動を漸進的に制御して停止させる。

椎間板は、高度に機能的で複雑な構造である。それらは、水分を吸引してその体積を増大させることができる、親水性タンパク物質を備える。髄核とも呼ばれるこのタンパク質は、繊維輪（ａｎｎｕｌｕｓ ｆｉｂｒｏｓｉｓ）と呼ばれる靱帯構造によって包囲および収容される。椎間板の主な機能は、荷重の支持および運動である。椎間板は、それらの重量支持機能によって、１つの椎体から次の椎体へと荷重を伝達するとともに、隣接椎体間にクッションをもたらす。椎間板は、隣接する椎体間に、限られた範囲の運動が生じることを可能にし、脊柱に構造および剛性を与える。

年齢、障害、疾病など、多くの要因により、椎間板がその寸法安定性を失い、崩壊し、収縮し、移動し、または別の損傷を受けることが、多く見出される。病的なまたは損傷を受けた椎間板が、プロテーゼで置換されることは一般的であり、そのようなプロテーゼの様々な変型またはインプラントが、当業界で知られている。知られている方法のうち１つは、損傷を受けた椎間板を、その椎間板によって占められる空間内へのスペーサによって置換することを伴う。しかし、そのようなスペーサはまた、隣接する椎体と融合して、それらの間の相関運動（ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ ｍｏｖｅｍｅｎｔ）を妨げる。

最近、隣接する椎体間の運動を可能にする椎間板置換インプラントが提案されている。いくつかの従来技術の例が、以下の米国特許第５，５６２，７３８号（Ｂｏｙｄら）、同第６，１７９，８７４号（Ｃａｕｔｈｅｎ）、および同第６，５７２，６５３号（Ｓｉｍｏｎｓｏｎ）において提供されている。

残念ながら、従来技術で教示される椎間板置換（すなわちインプラント）の解決法は、一般に、脊柱の固有のかつ生理学的な機能を考慮しないという点で不完全である。たとえば、知られている人工椎間板インプラントの多くは、脊柱の運動の正常な生理学的範囲に関する抑制を受けない。いくつかの従来技術の装置は、限定された範囲の運動をもたらすが、それらの限定は、運動の正常な生理学的範囲外にあり、そのような装置を機能的に抑制しないことが多い。さらに、知られている抑制を受けないインプラントは、過剰な運動を制限するために、正常な構造や、多くの場合は変性した小関節など、病的な構造に依拠する。これは、早期椎間関節変性およびその他の付随する損傷を、脊柱構成要素にもたらすことが多い。

したがって、従来技術の解決法における欠点を少なくともいくつか克服する、椎間板インプラントが必要とされている。より具体的には、運動を維持し、脊柱の患部部分の椎間関節の加速的な変性から保護しながら、脊柱構造の再建を可能にする、脊椎インプラントが必要とされている。

一態様では、本発明は、様々な軸に沿った単一の運動または結合された運動を所定の範囲内で可能にする、人工関節を提供する。

別の態様では、本発明は、椎間板を置換するためのインプラントを提供する。

別の態様では、本発明は、隣接する椎骨に、様々な軸の周りでの一定の範囲の運動を可能にする、人工椎間板を提供する。そのような運動は、隣接する椎骨の運動が付近の脊柱構造構成要素の劣化を生じない、所定の範囲内に制限される。

別の態様では、様々な軸の周りでの上述の運動は、自然の運動をより厳密に模倣するために、結合させることができる。

本発明の特徴は、添付の図面を参照する以下の詳細な説明においてより明らかになるであろう。

本発明は、損傷を受け、または別の理由により機能不全である椎間板を置換するための、人工椎間板またはインプラントを提供する。本発明のインプラントは、隣接する椎体間の運動を、所定の制限内で維持するように設計される。

以下の説明において、「上方」「下方」「前方」「後方」および「側方」という用語を使用する。これらの用語は、脊柱内に位置決めされるときの、本発明のインプラントの向きを説明するためのものである。すなわち、「上方」は頂部を示し、「後方」は、脊柱が直立位置にあるときに、身体の後部に面するインプラント（または別の脊柱構成要素）の部分を示す。これらの位置用語は、本発明を何らかの特定の向きに限定するためのものではなく、インプラントの説明を容易にするために使用されることが理解されるであろう。

図１は、椎骨運動に関連する様々な自由度を指示することによって、椎骨運動の複雑性を示す。生理学的運動の正常な範囲内では、椎骨は、「中立領域」と「弾性領域」との間に延びる。中立領域は、全運動範囲内にある領域であり、ここで靱帯は、相対的に応力を受けず、すなわち、比較的小さい抵抗を運動にもたらす。弾性領域は、運動範囲の限界または限界付近で運動が生じる場合にもたらされる。この領域では、靱帯の粘弾性性質が、運動に抵抗を加え始め、運動が停止するまで減速させる。日常的な運動の大部分は、中立領域内で生じ、ごく時々弾性領域へと進む。中立領域内に含まれる運動は、軟組織構造に応力を与えないが、弾性領域に入る運動は、様々な度合いの弾性応答を生じる。したがって、脊椎インプラントの分野では特に、中立領域を模擬する所定の領域に運動を限定することによって、隣接する骨性および軟組織構造への応力が最小限に抑えられる。たとえば、運動のそのような制限により、椎間関節変性が減少する。

概括的に述べると、本発明は、椎間板を置換するための脊椎インプラントを提供する。ただし、設計の特徴が固有であるため、本発明の概念はまた、運動の維持が必要とされる別の関節または構造を置換、再生、または修正するために、利用することもできる。したがって、本発明は、ヒトまたは何らかの特定の動物に限定されず、脊柱または身体内のどこにおいても使用することができる。本発明のインプラントは、一般に、固有の相互係止機構によって連結され互いに相対的に動かすことができる、２つの部分を備える。そのような相対運動は、様々な程度の自由を含むが、停止部の固有の組合せによって、それが置換する解剖学的構造および構造の機能的要件に応じた所定の特定の範囲に制限される。本開示では、人工椎間板に関連する本発明の実施形態を参照する。ただし、別の実施形態において本発明を、人工の椎間関節、膝関節、股関節、指関節などを形成するために使用することができることが、当業者に理解されるであろう。

図２は、本発明の一実施形態を示す。図示のように、インプラント１０は、以下でさらに説明するように相互係止されるように設計された、２つの部分１２および１４を備える。便宜上、第１の部分１２を上方部分と呼び、第２の部分１４を下方部分と呼ぶ。これらの説明は、それぞれの部分の特定の構成または位置決めを示唆するためのものではないことが、理解されるであろう。各部分１２および１４は、それぞれ外面１６および１８を有する。外面１６および１８はそれぞれ、湾曲しており、長手方向に延びほぼ平行な溝２０および２２を備える。図２の実施形態に示すように、部分１２および１４が互いに組み合わされた状態で、インプラント１０は、側部１１および１３を有しほぼ２つの円柱が重なった円柱の外観を有する本体を構成する。便宜上、側部１１および１３を、それぞれ左側および右側と呼ぶ。ただし、側部のそのような説明は、空間的またはその他何らかの方法で本発明を限定していると見なされるべきではない。

図３は、図２のインプラントの端面図を示す。理解されるように、組み立てられたインプラントにおいて、上方部分１２は、下方部分１４内に設けられた長手方向に延びる溝２６と協働するようにサイズ決めされた、長手方向に延びる舌部２４を備える。舌部２４は、一般に、部分１２の本体に近接する腰部２８および広がった端部３０を有する、「Ｔ」字形構造を備える。下方部分１４内に設けられる協働溝２６は、一般に、口部または開口部３４よりも広い基部３２を有する、「Ｕ」字形を備える。図に示すように、溝２６の口部３４は、舌部２４の広がった部分３０よりも狭い。ただし、基部３２は、広がった部分３０よりも広い。理解されるように、少なくとも、広がった部分３０を可撓性材料で形成し、舌部２４を溝２６内に押し込むことによって、上方部分１２および下方部分１４の両方を、「スナップ嵌め」によって互いに係止することができる。

また、図３に示す実施形態によれば、舌部２４の広がった部分３０は、幅（すなわち側部１１と１３の間で測定される寸法）が溝２６の基部３２よりも狭くなるようにサイズ決めされ、同様に、舌部２４の腰部２８は、溝２６の口部３４よりも幅が狭い。さらに、舌部２４および溝２６は、協働する凹面３６および凸面３８をそれぞれ備える。表面３６および３８はいずれも、側部１１と１３との間で傾斜しており、その曲率は、以下でさらに議論される。すなわち上記構成は、互いに摺動し合う凸面３６および凹面３８によって、上方部分を側部１１と１３の間で動かすことが可能になるように上方部分１２を下方部分１４内に摺動可能に係合させることを可能にすることを、当業者は理解するであろう。この運動をさらに容易にするために、舌部２４および溝２６に隣接する上方部分１２および下方部分１４それぞれの接触面に、傾斜縁部が設けられる。より具体的には、図３に示す本発明の実施形態では、上方部分１２は、２つの下向きに傾斜した側面またはショルダ４０ａおよび４０ｂを、それぞれ舌部２４の両側上に備える。さらに、下方部分１４にも、面４０ａおよび４０ｂと協働するようにそれぞれ位置決めされる、下向きに傾斜した側面またはショルダ４２ａおよび４２ｂが設けられる。「下向き」という用語は、ここでは図３に示すようなインプラントの向きに関して便宜的に用いられるが、決して本発明のインプラントの向きを限定するものではないことを理解されたい。図示のように、傾斜面４０ａ、４０ｂ、４２ａ、および４２ｂの角度はわずかに異なり、それによって、常にそれぞれの面の一部のみの接触をもたらす。そのような関係は、それぞれの接触面の間の運動範囲を、漸進的に制限するため、したがって、部分１２と１４の間のそれぞれの運動を制限するために役立つ。この関係を、以下でさらに詳細に議論する。

上述のように、上方部分１２は、それを側部１１および１３に向かって移動させることが可能になるように、下方部分１４を動きまたは滑るように設計される。さらに、図３から分かるように、舌部２４および溝２６の構成は、それらの間の相対運動をいくらか可能にするが、そのような側方運動の範囲の制限も行う。たとえば、図から分かるように、上方部分１２は、溝２６の口部３４の壁部が舌部２４の腰部２８に接触するまでの間のみ、側部１１に向かって動くことができる。そのような点では、側部１１へと向かう部分１２のさらなる運動は、阻止される。側部１３に向かう運動に関しても同様の制限が存在することが、理解されるであろう。

最後に、図３に示すように、一実施形態では、側部１１と１３との間で測定されるような上方部分１２の幅は、下方部分１４のものよりもわずかに狭い。本明細書で説明されるように、また当業者には理解されるように、このサイズの差によって、下方部分１４の縁部を越えて上方部分１２の縁部を延ばすことなく、上方部分１２を下方部分１４上で「揺動させる」ことが可能になる。

図４は、側部１１から見たインプラント１０を示す。図示のように、部分１２および１４の当接面４０ａおよび４２ａは、それぞれ、インプラントの端部１５と１７の間に延びる湾曲部をさらに備える。便宜上、端部１５および１７は、それぞれ、後部または後方端部、あるいは前部または前方端部と呼ばれる。ただし、端部のそのような説明は、空間的に、または別の何らかの方法で、本発明を限定するものとみなされるべきではない。表面４０ａおよび４２ａ上に設けられる湾曲は、上方部分１２の表面４０ａが、下方部分１４の表面４２ａを横切って滑ることを可能にすることが、理解されるであろう。さらに、そのような滑り運動は、「揺動」と表すことができる。

図５は、上方部分１２を上面図で示す。図から分かるように、部分１２およびインプラント１０自体は、一般に、本実施形態では、側部１１と１３の間に延びる大寸法「Ｘ」と、端部１５と１７の間に延びる小寸法「Ｙ」とを有する、ほぼ長方形の本体を有する。一実施形態では、ＸおよびＹの寸法は、それぞれ１８ｍｍおよび１５ｍｍである。そのような実施形態では、インプラントの高さは、１０ｍｍとなる。上述の寸法は、例による本発明の理解を助けるためだけに提供され、本発明のいかなる制限も意図しないことが理解されるであろう。インプラントのその他様々な寸法が、当業者には明らかになるであろう。

図６から図９は、上方部分に連結されていないときの、図２のインプラントの下方部分１４を示す様々な図である。図示のように、溝２６が、部分１４を長手方向に横切って、端部１５と１７との間に延びる。同様に、図示のように、溝２６の基部を形成する凸面３８は、部分１４の端部１５と１７との間に延びるさらなる凸状湾曲を備える。以下でさらに説明されるように、対応する凹状湾曲が、上方部分１２の舌部２４上に設けられる。

図６から図８に示すように、下方部分１４は、ほぼ楕円形状のペグ（ｐｅｇ）４４を備える。ペグ４４の別の様々な形状が可能となることを、当業者は理解するであろう。ペグ４４は、面３８から、溝２６内へと延び、部分１４のほぼ中央に設けられる。好ましい実施形態では、ペグ４４は、先細上方部分４６を備える。ペグ４４は、好ましくは、部分１４の残りの部分と一体に形成される。ペグ４４の目的を、以下でさらに議論する。

別の実施形態では、設計されたような固有のスナップ係止機構を依然可能にしながら、上記のようなペグ４４およびスロット４８を、圧縮性への抵抗を可能にするために修正することができる。これは、ペグ、スロット、またはそれら両方の修正によって実現することができる。ペグは、部分１４と別々に製造することができる。これは、部分的または全体的に、ヒドロゲルなど、様々な程度の圧縮を受け入れる材料から製造することができる。圧縮可能材料は、同じ全高および機能で圧縮抵抗を有することが可能になるように、短縮されたペグに接着または固定することができる。ペグの基部または端部は、圧縮を可能にするために、部分的または全体的に、コイルタイプの機構によって置き換えることもできる。

スロット４８は、ヒドロゲルなど圧縮可能材料を部分的または全体的にスロットに充填することを可能にするために、部分１２内へと没設することができる。次いで、ペグがスロット内の圧縮可能材料を押し付け、それによって圧縮への抵抗を生み出すことが予想される。すなわち、そのような抵抗は、特に埋め込まれるとき、ディスクに加えられる軸方向の力を吸収する働きをすることになる。

ペグおよびスロット機構の修正は、スロット４８を１４内に作り出し、結果的に両側にスロットを生み出すことを伴うことができる。これは、１４と１２の間に、ヒドロゲルなど圧縮可能材料の「ブロック」を充填することができる空洞を作り出す。次いでこれは、ペグと同じやり方で機能するが、可動式であり、２つの部品が互いに相対的に動くとき、「空洞」内で動く。

図１０から図１３は、インプラント１０の上方部分１２を示す。図示のように、舌部２４の湾曲表面３６は、端部１５と１７の間に延びるさらなる曲率半径を有し、それによって、表面３６にさらなる凹構造をもたらす。上述のように、表面３６の２つの曲率半径は、溝２６の表面３８のそれと協働する。

また、特に図１０および図１２に示すように、舌部は、下方部分１４のペグ４４を受けるようになされた、スロット４８を備える。スロット４８は、ペグ４４よりもわずかに大きくサイズ決めされ、したがって、ペグ４４とスロット４８が係合されるとき、全方向での制限された運動を可能にする。本明細書で述べられるその他の目的に加えて、ペグ４４およびスロット４８がまた、部分１２および１４を互いに接合させるときそれらを確実に配置する役割を果たすことも、理解されるであろう。

図６から図８を参照すると、下方部分１４の口部３４の開口部が、対向舌部３９ａおよび３９ｂによって画成され、それら舌部が、それぞれ側部１１および１３上で互いに向かって延びることが分かるであろう。舌部３９ａおよび３９ｂは、対向する凸形状であり、口部３４内へと突出する湾曲部を備える。そのような構成は、開口部の中央にて（ペグ４４に最も近い領域にて）より狭い間隙を有し、端部１５および１７にてより広い間隙を有する、口部３４をもたらす。図１０から図１２に示すように、腰部２８は、それぞれ側部１１および１３上に、溝４１ａおよび４１ｂを備える。一実施形態では、溝４１ａおよび４１ｂは、ほぼ平行であり、それによって、端部１５と１７の間で一定の幅を有する、腰部２８が設けられる。ただし、別の実施形態では、中央にて（スロット４８に最も近い領域にて）より大きい幅を有し、端部１５および１７にてより小さい幅を有する腰部が提供されるように、溝を、対向する凸形とすることができる。上記説明および添付の図から理解されるように、舌部３９ａおよび３９ｂは、部分１２および１４が連結されるときに、溝４１ａおよび４１ｂ内で受けられるようになされる。さらに、少なくとも舌部３９ａおよび３９ｂの凸状湾曲部により、部分１２および１４が、中央軸の周りで互いに対して回転することが可能になることが理解されるであろう。この運動を、以下でさらに説明する。さらに、舌部３９ａおよび３９ｂ、ならびに／またはそれぞれの溝４１ａ、４１ｂの曲率半径を調整することによって、部分１２および１４の相対回転の許容範囲を増大または低減させることが可能になることが、当業者には理解されるであろう。

したがって、上記説明から、上方部分１２および下方部分１４の協働する湾曲表面の特定の設計および構成によって、以下の特徴、すなわち（１）２つの部分１２および１４のためのスナップ嵌めおよび係止機構、および（２）２つの部分の間の様々な方向の相対運動を制限するための緩やかな停止機構（ｓｏｆｔ ｓｔｏｐ）がもたらされることが、理解されるであろう。さらに、部分１２および１４の協働する表面によって、様々な方向の運動を組合せ、または同時に生じさせることが可能になることが、理解されるであろう。たとえば、本発明により、ディスクは、屈曲、側方回転、および側方曲げに伴う運動を結合させることが可能になる。上記で示したように、これらの運動範囲は、インプラントが人工椎間板を備える本発明の一態様に関して規定される。したがって、別の関節には、脊柱関節に関連するすべての自由運動範囲は必要でないことがあることが、理解されるであろう。たとえば、指関節に関しては、単一平面内の運動で十分なことがある。

まず、上記のように、上方および下方部分は、舌部２４が溝２６内に導入されるように、部分１２および１４の対面表面を接触させることによって互いにスナップ嵌めされる。２つの部分を互いに係止することは、「スナップ」嵌めが形成されるように、舌部を溝内に押し込むことによって実現される。スナップ嵌め機構は、舌部を溝に押し込むために必要な力が小さくなるように、上方部分１２の舌部２４の腰部２８を、下方部分１４の溝２６の口部３４よりもわずかに幅が大きく形成することによって作り出される。そのようなスナップ嵌めは、ペグ４４がスロット４８内に入ることが可能になるように、ペグ４４およびスロット４８が位置合せされるときのみ生じることが、理解されるであろう。部分は好ましくは、互いにスナップ嵌めされるとそれらを分離させることが極めて困難となるように、設計される。スナップ嵌め舌部および溝の機構によって、２つの当接部分１２および１４の間に、可変の半抑制運動がもたらされる。この機構は、運動を可能にするが、同時に、可変の所定の範囲を超えた過度な運動の抑制も行うことが、理解されるであろう。さらに、上記のように、上方部分１２のスロット４８を、下方部分１４のペグ４４よりわずかに大きくなるようにサイズ決めすることによって、全運動平面においてペグおよびスロットによって与えられる抑制を超える、所定の範囲を超える運動の発生が防止される。両方の場合での所定の範囲は、好ましくは、上記のような所定の範囲内の運動に限定される。

次に、本発明の「緩やかな停止」機構に関して、上記で説明したように、部分１２および１４のそれぞれの関節当接面（すなわち表面３６および３８、４０ａおよび４２ａ、４０ｂおよび４２ｂ）は、指定された領域内の摩耗を最低限に抑えるための滑らかな関節のために、形状付けされ最適化されるが、別の領域内では、関節表面は、運動への抵抗を増大させて緩やかな停止機構を形成するように最適化される。緩やかな停止機構は、上方および下方端部プレートの両方に関節面を作り出す、凸面および凹面を構成することによって生み出される。具体的には、本発明のそれぞれの凸面および凹面の曲率半径は、部分１２および１４が互いに対して相対的に動くとき、互いに対して変化する。これに関して、インプラントの凸面は、好ましくは、相手側の凹面よりも小さい曲率半径を備える。このようにして、凸面が凹面に沿って摺動するとき、運動の抵抗は、最初は最小であり、次いで運動範囲が中立領域から離れて増大するにつれて、運動への抵抗が漸進的に増大する。この構成を、本明細書で「緩やかな停止」と呼ぶ。抵抗が増大するにつれて、運動の容易さが低下するが、運動が増大し続ける場合、「厳しい停止（ｈａｒｄ ｓｔｏｐ）」（すなわち、たとえば舌部２４の壁部が溝２６の壁部に接触するときなど）に到達する。これは、凸面が凹面に沿って上り坂を摺動するときの、上り坂運動への抵抗として説明することができる。抵抗の漸進的な増大は、厳しい停止に到達する前に生み出される「緩衝領域」を生じる。この緩衝領域は運動の全領域において、低抵抗を有する従来技術のインプラントに伴う突然のせん断力、および突然の厳しい停止から、融合／固定表面を保護する。すなわち、そのような「緩衝領域」を作り出すことによって、本発明は、停止部が装置の設計内に組み込まれるとき、隣接する軟組織を過度な応力から保護し、かつ、靱帯または椎間関節など正常に機能する構造または部分的に疾患を有する構造に、依存しない。

対になった椎間関節の機能がインプラント設計自体に組み込まれるので、本発明のインプラントは、係止機構および緩やかな停止の性質により、隣接する椎骨の椎間関節から独立して機能する能力を有する。すなわち、本発明のインプラントは、後方要素が存在しなくても、脊柱に安定性をもたらすことができる。これによって本発明は、外傷または別の場合の不安定など、いくつかの応用例において極めて有用となる。

本発明のディスクは、頸椎、胸椎、および腰椎を含めて、脊柱の様々な領域内に埋め込むことができることが理解されるであろう。

添付の図を参照しながら、部分１２と１４の相対運動を説明する。

中立位置
図１４および図１５は、それぞれ平面Ｉ−ＩおよびＩＩ−ＩＩに沿った、図５のインプラントの断面図である。図から分かるように、インプラントが中立位置にあるとき、部分１２および１４の両方が位置合せされる。図１４はまた、対向する表面のいくつかの部分のみが接触することを示すことによって、部分１２および１４の様々な協働する湾曲表面の、曲率半径の差を示す。図１４および図１５はまた、ペグ４４とスロット４８の間のサイズの差を示す。図示のように、また以下の説明で明らかになるように、スロットは、その長さ、すなわち端部１５と１７の間を測定するときの寸法に沿って、より大きいサイズの差を有する。

１）屈曲および伸展
図１６から図１８は、端部から端部へと変位する、すなわち、一方の部分、たとえば上方部分１２が、もう一方の部分、たとえば下方部分１４に対して、相対的に端部１５または１７の一方へと動かされる場合の、図２のインプラント１０を示す。そのような変位は、インプラントに接触する脊柱領域が、後方向から前方向（屈曲）、または前方向から後方向（伸展）のいずれかに動かされるときに生じる。留意されるように、インプラントの上方部分１２と下方部分１４の間の運動範囲は、２つの方法で制限される。まず、上方部分１２が後端部１５に向かって動かされる運動の途中に、舌部２４の広がった部分３０が、前端部１７にて上向きに持ち上がり、下方部分１４の溝２６の口部３４の壁部に接触する。この運動の抑制を、図１６に示す。さらに、図１８に示すように、上方部分の後端部１５へと向かう運動は、スロットの前壁５０がペグ４４に接触するまで続き、その点にて、さらなる運動が妨げられる。また、図１８において留意されるように、上方部分１２の運動は、部分の端壁が、変位角度θ_１だけずらされるまで続けられる。一実施形態では、この変位角度は、各方向で４．２５°とすることができる。すなわち、屈曲および伸長の完全な範囲では、インプラントによってもたらされる運動範囲は８．５°となる。この範囲は、単なる例に過ぎず、決して本発明を限定するものであるとみなされるべきではないことが、理解されるであろう。

２）回転
図１９から図２１は、上方部分１２が下方部分１４に対して垂直軸の周りで軸回転される場合の、本発明のインプラントを示す。「垂直」という用語は、便宜上使用されるものであり、本発明を何らかの特定の空間的な向きに限定するものとみなされるべきではない。図１９および図２１に示すように、上方部分１２の回転運動は、舌部３９ａの端部（図示せず）および３９ｂの端部（図示する）が、それぞれ溝４１ａの端部（図示する）および４１ｂの端部（図示せず）に接触する点にて、制限される。中心軸点Ｐの周りでの上方部分１２の回転は、最高角度θ_２まで可能とすることができる。上記説明に照らせば理解されるように、舌部３９ａおよび３９ｂが凸型であるため、軸点Ｐは、基本的にディスクの中心にある。上記で議論したように、様々な運動制限構成要素の相対的なサイズ決めは、本開示を再検討することにより、当業者に明らかになるであろう。例として、一方向に４°の回転角度（θ_２）が可能になるように、構成要素のサイズ決めを行うことができる。すなわち、インプラントによってもたらされる軸回転の全範囲は、８°となる。この範囲は、単なる例に過ぎず、決して本発明を限定するものとみなされるべきではないことが、理解されるであろう。

３）側方曲げ
図２２から図２４は、側部から側部へのまたは側方曲げ運動における、インプラントの上方部分１２の運動を示す。側部から側部へのまたは側方曲げ運動とは、上方部分１２がインプラントの右側１３に向かって横方向に動かされる運動方向を意味する。理解されるように、部分１２は同様に、左側１１に向かって動かすこともできる。図２２および図２４に示す例では、上方部分１２の運動は、舌部２４の左側にある広がった部分３０が口部３４の壁部に当接するときに、抑制されることに留意されたい。そのような抑制は、下方部分１４の表面４２ｂに当接する上方部分１２の表面４０ｂによって生じることにも留意されたい。上方部分１２の運動は、各方向に、たとえば４°など、角度θ_３にわたり続くことを可能にすることができる。すなわち、インプラントによってもたらされる横方向の運動の全運動範囲は、８°となる。この範囲は、単なる例に過ぎず、決して本発明を限定するものとみなされるべきではないことが、理解されるであろう。

別の実施形態
本発明の別の態様では、部分１２および１４の外部または融合表面１６および１８を、内部への骨の成長を促進するために処理することができ、または、隣接する骨組織へのインプラントの固定を促進する様に形状付けることができる。隣接する骨との堅固な統合のために、インプラントの骨結合性を向上させるように、表面準備の様々な方法を用いることができる。たとえば、プラズマ、チタン、またはヒドロキシアパタイトなどを含有する、様々な被覆を使用することができる。さらに、隣接する骨構造への固定を促進するために、穴または微小孔、棘またはピン、ならびに別の特徴を、インプラントに設けることができる。

図２５および図２６は、本発明の別の可能な実施形態を示す。図２５は、インプラント１０ａがほぼ円筒形状を有する、「単一だぼ」設計を示す。インプラント１０ａは、上記で議論したような実施形態と同様の上方部分１２ａおよび下方部分１４ｂから構成され、同様の特徴をすべて備える。図２５にも示すように、様々な穴６０および棘６２を、上方および下方部分の外面１６ａおよび１８ａ上にそれぞれ設けることができる。上記で議論したように、穴６０および棘６２は、内側に骨が成長することを容易にしまたは促進し、それによって、インプラント１０ａを係留する働きをする。

図２６は、本発明のインプラントの別の実施形態を１０ｂで示し、ここでインプラントは、上方部分１２ｂおよび下方部分１４ｂをそれぞれ有する、ほぼ矩形形状で設けられる。上記の図と同様に、部分１２ｂおよび１４ｂの外面１６ｂおよび１８ｂに、複数の穴６０および棘６２を設けることができる。

本発明のさらなる実施形態を、図２７から図３７に示し、上記で説明されたものと同等の要素は、便宜上、同一の参照番号の前に「１」を付けて示す。図示の通り、人工椎間板またはインプラント１１０は、上方部分１１２および下方部分１１４を備え、各部分は、それぞれ外面１１６および１１８（それぞれ、脊柱に埋め込まれるときインプラントの頂面および底面を形成する）を有する。上記実施形態と同様、上方部分１１２は、下方部分１１４内の溝１２６内で受けられるようになされた、舌部１２４を備える。ディスク１１０は、前部または前方端部１１７および後方端部１１５、ならびに左側１１１および右側１１３を、それぞれ備える。図２７から図３７の実施形態は、好ましくは、脊柱の頸椎部分内の椎間板を置換するために使用されるが、ディスクは、脊柱の別の部分（すなわち胸椎または腰椎）内に等しく埋め込むことができることが、理解されるであろう。

図２７から図３０に示す実施形態では、頂面１１６および底面１１８に、それぞれタブ６４および６６が設けられる。一態様では、タブ６４および６６は、各表面１１６および１１８から、そのような表面に対してほぼ垂直方向に延びる、ほぼ円筒形の隆起である。タブ６４および６６は、埋め込まれたときにディスク１１０を係留するように働き、椎骨内に埋め込まれる。隣接する自生構造（ｉｎｄｉｇｅｎｏｕｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）へのインプラントの固定を向上させるために、タブおよび／またはディスクの別の表面に、質感または被覆などを設けることができることが、理解されるであろう。

図３０に特に示すように、ディスク１１０は、一態様において、ほぼ正方形の「フットプリント」を備える。さらに、好ましい一態様では、ディスク１１０の後方端部１１５は、前方端部１１７よりも大きい幅（すなわち側部１１１と１１３の間の寸法）を有することができる。これは、図３０に示すように、前方端部１１７の角を丸くすることによって実現することができる。そのような形状は、ディスク１１０を、ディスクが連結される一般に非線対称の椎骨と共形にする役割を果たす。このやり方で、隣接する椎骨の骨組織に接触するディスク１１０の表面領域が最大化され、それによって、ディスク内部への骨の成長の程度が最大化される。同様に当業者には明らかになるように、ディスク１１０と隣接する骨の表面との接触を最大化することは、椎骨の軟組織内へのディスクの沈下を最低限に抑え、または防止する働きをする。後者の場合、そのような「沈下」の最小化によって、埋込み後の椎骨／ディスク複合体の高さが維持されることが理解されるであろう。

図２７から図３０は、中立位置にある本発明のディスクを示す。以下の図は、変位するときのディスクを示す。図３１から図３７から分かるように、また以下でさらに説明するように、これらの図に示される本発明の実施形態は、上記で議論されたものと同じ「停止」機構を備える。

図３１は、矢状面内で前方に変位させられる場合の、図３０のディスクを示す。すなわち、上方部分１１２は、下方部分１１４に対して前方に（すなわち端部１１７に向かって）動かされる。この運動は、図３２と図３３の比較においてより明確に理解することができる。図３２は、中立位置にあるディスク１１０の側断面図を示し、図３３は、図３１の変位位置にあるディスクを示す。図３２および図３３はまた、上記運動のための「停止部」の一方を組み合わされてもたらす、ペグ１４４、および対応するディスクのスロット１４８を示す。図示の通り、上方部分１１２は、上記で議論した実施形態と同じ運動範囲である、部分の中心軸が角度θ_１にわたり動かされる点までの運動が可能である。一実施形態で、角度θ_１は４．２５°であり、したがって、８．５°の運動範囲を可能にする。

図３４は、図２７の実施形態の、中心軸の周りで回転変位するときの平面図を示す。図３４は、下方部分１１４に対して側部１１１の方向に回転する、上方部分１１２を示す。上記で議論されたものと基本的に同じである、ディスク上に設けられた様々な「停止部」によって、部分のうちの一方が、θ_２の角度で回転することが可能になる。この角度は、上記実施形態と同様、各方向で４°とすることができ、約８°の回転範囲をもたらす。

図３５は、側部から側部の方向で（すなわち冠状平面内で）変位する場合の図２７のディスクを示し、またより具体的には、上記部分１１２が、下方部分１１４に対して、右側１１３に向かって変位する。図３６は、中立位置にあるディスク１１０の正面断面図を示し、図３７は、図３５の変位位置にあるディスクを示す。図示のように、上方部分１１２は、中心軸が角度θ_３だけずらされる点まで移動することが許容され、そのような運動は、上記で議論した実施形態と同じやり方で制限される。一実施形態では、角度θ_３は、４°であり、したがって、冠状平面内で８°の運動を可能にする。上記実施形態と同様に、冠状平面内での部分１１２の運動範囲は、溝１２６の口部１３４に接触する広がった部分１３０によって制限される。

本発明の様々な実施形態を、椎間板のための置換物としての脊柱内への埋込みを参照しながら説明してきた。しかし、本発明のインプラント（またはディスク）は、身体のその他様々な関節領域内における応用例を見出すことが、当業者には理解されるであろう。

本発明を、いくつかの特定の実施形態を参照しながら説明してきたが、その様々な修正形態が、本明細書で概説したような本発明の目的および範囲から逸脱することなく、当業者に明らかになるであろう。上記で参照した開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。

椎骨の運動範囲を示す概略図である。 本発明の一実施形態による脊椎インプラントを示す斜視図である。 図２のインプラントを示す端面図である。 図２のインプラントを示す側面図である。 図２のインプラントを示す上面図である。 図２のインプラントの下方部分を示す斜視図である。 図６の下方部分を示す端面図である。 図６の下方部分を示す上面図である。 図６の下方部分を示す側面図である。 図２のインプラントの上方部分を示す斜視図である。 図１０の下方部分を示す端面図である。 図１０の下方部分を示す上面図である。 図１０の下方部分を示す側面図である。 図５の線Ｉ−Ｉに沿った端部断面図である。 図５の線ＩＩ−ＩＩに沿った側断面図である。 端部から端部の方向に変位する場合の図２のインプラントを示す斜視図である。 図１６のインプラントを示す頂面図である。 図１７の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った側断面図である。 回転的に変位する場合の図２のインプラントを示す斜視図である。 図１９のインプラントを示す上面図である。 図２０の線ＩＶ−ＩＶに沿った側断面図である。 側部から側部への方向で変位される場合の図２のインプラントを示す斜視図である。 図２２のインプラントを示す上面図である。 図２３の線Ｖ−Ｖに沿った側断面図である。 本発明の別の実施形態によるインプラントを示す斜視図である。 本発明の別の実施形態によるインプラントを示す斜視図である。 本発明の別の実施形態によるインプラントを示す斜視図である。 図２７のインプラントを示す前面図である。 図２７のインプラントを示す側面図である。 図２７のインプラントを示す平面図である。 端部から端部の方向に変位する場合の図２７のインプラントを示す平面図である。 図２９のインプラントを示す側断面図である。 図３１の変位位置にある図３６のインプラントを示す側断面図である。 回転的に変位する場合の図２７のインプラントを示す平面図である。 側部から側部へと変位する場合の図２７のインプラントを示す平面図である。 図２８のインプラントを示す側断面図である。 図３５の変位位置にある図３６のインプラントを示す正面断面図である。

Claims (18)

1. 椎間板プロテーゼであって、
   前方および後方端部と側部とを有する、第１および第２の協働要素を備え、
   前記第１の要素が、外面と、前記第２の要素に向かって方向付けられる内面とを備え、
   前記第２の要素が、外面と、前記第１の要素に向かって方向付けられる内面とを備え、
   前記第１の要素の内面が、ほぼ中央で長手方向に延びて関節をなして、前記第１の要素の前記前方端部と前記後方端部との間に延びる舌部と、前記舌部の両側部上で長手方向に延び第１の１対の関節をなすショルダとを備え、
   前記第２の要素の内面が、ほぼ中央で長手方向に延びて関節をなして、前記第２の要素の前記前方端部と前記後方端部との間に延びる溝と、前記溝の両側部上で長手方向に延び第２の１対の関節をなすショルダとを備え、
   前記舌部および溝が協働するような構成にあり、前記溝が、その中に前記舌部を可動式に受けるようになされ、
   前記第１の１対のショルダおよび第２の１対のショルダが協働するような構成にあり、前記プロテーゼが組み立てられた状態にあるとき、前記第１の要素の前記ショルダが前記第２の要素の前記ショルダを支持する、椎間板プロテーゼ。
2. 前記舌部が、前記第１の要素の前記内面に近接する第１の狭い端部と、前記第１の端部に対向する幅広の終端部とを備え、前記溝が、前記舌部の終端部の前記幅より狭い開口部と、前記舌部の終端部を受け入れるための基部とを備える、請求項１に記載のプロテーゼ。
3. 前記舌部の前記終端部および前記溝の前記基部が、協働する関節部を備え、前記関節部が、前記前方端部と前記後方端部との間での前記第１および第２の要素の相対的な並進運動を可能にし、前記第１および第２の要素の相対的な側方運動を可能にする、請求項２に記載のプロテーゼ。
4. 前記舌部の前記終端部と前記溝の前記開口部との間のサイズの違いにより、前記並進および側方運動の量を制限し、前記運動は、前記舌部の終端部が前記溝の前記開口部に接触するときに抑制される、請求項３に記載のプロテーゼ。
5. 前記溝の前記基部が、前記第１の要素と前記第２の要素との間の相対的な軸回転を可能にするために、前記舌部の前記終端部よりも広い、請求項４に記載のプロテーゼ。
6. 前記溝の前記基部と前記舌部の前記終端部との間のサイズの違いにより、前記回転運動の量を制限し、前記運動は、前記舌部の終端部が前記溝の前記基部を形成する壁部に接触するときに抑制される、請求項５に記載のプロテーゼ。
7. 前記第１および第２の要素のうちの一方が、その前記内面から延びるほぼ中央に配置されるペグを備え、前記第１および第２の要素のうちのもう一方が、前記ペグを受けるための凹部を備える、請求項６に記載のプロテーゼ。
8. 前記凹部は、前記ペグよりも大きい、請求項７に記載のプロテーゼ。
9. 前記凹部は、前記ペグがその中で動くことが可能になるようにサイズ決めされる、請求項８に記載のプロテーゼ。
10. 前記ペグと前記凹部の前記壁部との接触が、前記第１および第２の要素間の相対運動を制限する、請求項９に記載のプロテーゼ。
11. 前記凹部が、弾性材料を含有する基部を備える、請求項１０に記載のプロテーゼ。
12. 前記ペグが、前記第２の要素上に設けられ、前記凹部が、前記第１の要素上に設けられる、請求項１１に記載のプロテーゼ。
13. 前記第１および第２の要素の前記外面が、１つまたは複数の骨係留手段を備える、請求項１２に記載のプロテーゼ。
14. 前記骨係留手段は、１つまたは複数の物理的および化学的係留手段を備える、請求項１３に記載のプロテーゼ。
15. 前記骨係留手段が、ペグ、ピン、孔、開口、接着剤、および組織成長促進剤から選択される、請求項１４に記載のプロテーゼ。
16. 前記第１および第２の要素の前記外面が、その前方−後方軸に対して垂直な横断面の周りでほぼ凹状である、請求項１５に記載のプロテーゼ。
17. 前記第１および第２の要素の前記外面が、その前記前方−後方軸に沿って延びる溝を備える、請求項１６に記載のプロテーゼ。
18. 前記第１および第２の要素の前記外面が、ほぼ平坦である、請求項１５に記載のプロテーゼ。

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