JP2009500068A

JP2009500068A - 非線状人工靭帯システム

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Publication number: JP2009500068A
Application number: JP2008519286A
Authority: JP
Inventors: クワック・セウンキュ・ダニエル
Original assignee: DePuy Spine LLC
Current assignee: DePuy Spine LLC
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2006-05-03
Publication date: 2009-01-08
Also published as: WO2007005104A3; EP1895939A2; WO2007005104A2; US20070005137A1; CA2613939A1; AU2006266406A1; US7563283B2

Abstract

【課題】人体内、特に脊椎骨の靭帯を置換するためのいろいろな方法および装置が提供される。
【解決手段】典型的な実施形態では、靭帯置換システムは、閉ループの形状に構成された人工靭帯を有する。人工靭帯は、力と変位との関係が自然の靭帯のそれに近い非直線的な関係を有しており、大きな動きができるような形態で第１および第２連結部材の靭帯取り付け部間に連結されるように構成されている。
【選択図】図２Ａ

Description

開示の内容

〔発明の背景〕
靭帯は、脊椎骨などの骨を繋ぐ線維性組織からなる強靭な帯である。脊柱には、体節内システム(intrasegmental system)と体節間システム(intersegmental system)の二つの主要な靱帯システムがある。体節内システムは、個々の脊椎骨を一体に保持し、黄色靭帯(ligamentum flavum)と、棘突間および横突間靭帯(interspinous and intertransverse ligaments)を含む。体節間システムは脊柱全体に沿って延び、前方および後方縦靭帯(anterior and posterior longitudinal ligaments)と棘上靭帯(supraspinous ligaments)とを含む。

これら二つの靭帯システムはともに、椎間関節と連動して脊柱の構造を安定させ、および／または、その過剰な動きを防ぐ。特に、靭帯構造の動きと力の関係は直線的ではなく、動き始めはほとんど力を必要とせず、動きが大きくなるにつれ、より大きな力が必要になってくる。さらに、これらの靭帯構造は、断裂が起きる前に非常によく伸びる性質を持っている。

病気に罹ったり、変性したり、傷ついたりした、あるいは他の痛みのある靭帯は、その機能を回復するためには手術が必要である。現在の人工靭帯は、痛みを取り去ることはできるが、通常自然の靭帯よりも動きが悪くなる。さらに、脊柱、膝、腰、および肩などにおける人工関節による置換では、多くの場合、関節周囲の靭帯を大量に取り除く必要がある。取り除いた靭帯の機能を取り戻して関節を安定させなければならない。

従って、人体の靭帯、特に脊柱の靭帯を置換するシステムおよび方法の改良が求められている。

〔発明の概要〕
本発明は、自然の靭帯の機能を回復させる人工靭帯システムを提供する。本発明の人工靭帯システムは、自然の靭帯と同じように、関節を動かすための力は、非直線的に増加する非直線的な力−変位関係を示す。さらに、この人工靭帯システムは、人工靭帯として高張力低伸張繊維(high strength low stretch fibers)を利用して、骨と骨との間の動きを大きくすることができる。この人工靭帯システムは、椎間関節プロテーゼシステムなどの人工関節プロテーゼと協働して、自然の靭帯の機能を回復させることができることは、当業者には理解できるであろう。人工靭帯システムは、他の関節ばかりでなく脊柱にも適用できる。

本明細書では、人体、特に、脊柱内でのさまざまな靭帯置換の方法と装置について開示している。本発明の一態様においては、隣接する骨節を安定化させるためのシステムを提供するもので、このシステムは、少なくとも二つの連結部材に接触して、例えば、閉ループの形状に構成された人工靭帯を含む。この人工靭帯は、第１および第２連結部材上に形成された靭帯接触部にスライド可能に接触するように、第１および第２連結部材間に連結できる。

第１および第２連結部材は、人工靭帯が、それらとスライド可能に接触できるように、いろいろな形状とすることができるが、通常は第１および第２脊椎骨の背面上に位置するように構成された、ほぼＶ字状あるいはＵ字状のコネクターであってもよい。典型的な一実施形態では、連結部材は、互いに関節状に連結するように配置される。

第１および第２連結部材は、靭帯取り付け部と靭帯接触部も有する。靭帯取り付け部は、人工靭帯を所定の位置に保持できるならば、例えば、溝あるいは支柱など、任意の形状であってもよい。支柱は、人工靭帯が支柱から滑り落ちるのを防ぐとともに、人工靭帯を嵌め込むために、溝あるいはストップを、支柱の中に形成することができる。連結部材に設ける靭帯接触部の数は限定されないが、ある典型的な実施形態では、第１連結部材には少なくとも一つ、第２連結部材には少なくとも二つの靭帯接触部を設けることができる。靭帯接触部は、人工靭帯がその上をスライド可能である形状にすることができ、ある典型的な実施形態では、靭帯接触部は平滑面あるいは曲面である。あるいは、靭帯接触部プーリーまたは枢支点であってもよい。靭帯接触部は、通常人工靭帯と接触するのに十分な大きさの表面積を有し、システムに二つの連結部材を使用する場合には、第２連結部材の靭帯接触部の表面積は第１連結部材の表面積よりも大きいものとできる。この表面積の差により、第２連結部は靭帯取り付け部の対向する端部に配置するのが好ましい少なくとも二つの靭帯接触部を有し、人工靭帯が非直線的な力−変位関係を示すのに役立つ。

当業者であれば、人工靭帯の閉ループの形状はいろいろなやり方で形成されることができるということを理解するであろう。例えば、人工靭帯自体の一端を他端に縫いつけたり、ステープルで留めたり、結びつけたりなどして形成できる。他のやり方としては、人工靭帯を第１あるいは第２連結部材の一方に取り付け、他方の連結部材に掛け回してプーリーのような動作を行なうことができる。人工靭帯は、第１あるいは第２連結部材に直接取り付けるように構成される必要は特にないが、一実施形態では、人工靭帯は、その両端に形成された、ファスナーを嵌め込むことができるようになっている二つの小穴を有しており、そのファスナーは、順番に第１あるいは第２連結部材に固定されることができる。

本発明の他の態様では、隣接する骨節を安定化させるためのシステムには閉ループの形状に構成された人工靭帯を備えることができる。人工靭帯は、第１、第２および第３連結部材間に連結されることができ、また各部材の靭帯取り付け部内でスライド可能に移動することができる。第１、第２および第３連結部材は人工靭帯がそれらの上をスライド可能に移動することができるならば、任意の形状構成であってもよいが、典型的な実施形態では、連結部材は、隣接する骨節に連結するように構成された支柱である。

人工靭帯と連結部材との組み合わせは、非直線的な力−変位関係を得るためにさまざまな構成が可能である。ある典型的な実施形態では、第１連結部材が第１骨節上に配され、第２および第３連結部材が互いに離れて第２骨節上に配されるような三角形状に連結部材が配置される。この形状構成は、第２および第３連結部材が第１骨上に、第１連結部材が第２骨節上になるように、上記とは逆にもできる。あるいは、システムに第１連結部材から離れて配置する第４連結部材を持たせてもよい。このようにすると、人工靭帯はほぼ「ｘ字状」に連結部材に連結される。

支柱はさまざまなメカニズムで人工靭帯を保持することができる。ある典型的な実施形態では、支柱はそれ自体に溝あるいはストップを形成してもよい。支柱は、それと人工靭帯がスライド可能に移動することができるようになっているいろいろな形状構成が可能である。例えば、支柱の一部を曲面あるいは平滑面とすることができるし、またはプーリーあるいは枢支点とすることもできる。

〔発明の詳細な説明〕
本明細書に開示される装置の構造、機能、製造および使用とその方法の原理の全般的な理解を得るために、幾つかの典型的な実施形態を以下に述べる。これら実施形態の一つあるいは複数のものを添付図面に示す。本明細書において特に述べ添付図面に示す装置および方法は、非限定的で、例示的な実施形態であるということ、および、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ規定されるということを、当業者は理解するであろう。ある実施形態に関して図示し、あるいは記述する特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせることができる。そのような変形変更は本発明の範囲に含まれるものである。

本明細書で開示されるのは、人体内での靭帯の置換、特に脊柱における靭帯の置換のためのさまざまな方法と装置である。ある典型的な実施形態では、靭帯置換システムは閉ループの形状に構成された人工靭帯を有する。この人工靭帯は、力Ｆと変位Ｄの関係が非直線的で大きな動きができるような形態で、少なくとも第１および第２連結部材の靭帯取り付け部の間に連結されるように構成されている。この非直線的な力−変位の関係は、図１に示すように、自然の靭帯のそれに近い。本発明の方法および装置は、特に脊柱の靭帯の回復および／または置換用に構成しているが、これらの方法および装置を使って人体の他のさまざまな靱帯、例えば手、膝、足および肩などにみられる靭帯を置換することができることは当業者には分かるであろう。さらに、本明細書に開示されるシステムは、人工関節置換システムに組み込むことができる。

さまざまな人工靭帯を本明細書に記載されるシステムによって使用できるが、典型的な実施形態では、低摩擦、高強度ファイバーから作られた従来の人工靭帯を使うことができる。典型的なファイバーには、ポリエチレン(polyethylene)、ポリエステル(polyester)、ポリプロピレン(polypropylene)、カーボンファイバー(carbon fiber)、ガラス(glass)、グラスファイバー(glass fiber)、ポリウレタン(polyurethane)、ポリアラミド(polyaramide)、ポリマー類(polymers)、コポリマー類(copolymers)、ポリアクティック酸(polyactic acid)（PLA）、ポリグリコール酸(polyglycolic acid)（PGA）、シルク(silk)、セルソセイック酸(cellusoseic acid)およびポリカプロラクトンファイバー類(polycaprolactone fibers)が含まれる。当業者であれば、人工靭帯は、上記の特性を考慮して、例えば線状あるいは編み組み形状など、任意の形状でもよいということを理解するであろう。

ファイバーの伸長および引張り強さの条件は、システムの形状構成ならびに所望の靭帯の伸長量および／または強度により変わるが、ある典型的な実施形態ではファイバーの伸長は５％未満、より好ましくは約１％〜２％の範囲で、ファイバーの引張り強さは100Nより大きく、好ましくは約100N〜10,000Nの範囲である。

当業者は、高歪人工靭帯(high strain artificial ligaments)、即ち歪が約５％〜２５％の靭帯も本明細書に記載のシステムに使用できることを、さらに理解するであろう。このことは、高歪人工靭帯の従来の使用では、力−変位関係が自然の靭帯のようにはならず、人工靭帯が破損する可能性が大きいことを考えると、特に有利である。

任意の数の人工靭帯を、所望の側方支持および運動量に応じて、本明細書に開示されるシステムに使用することができる。一般的に、使用する人工靭帯の数が増えれば増えるほど支持量が増え、それにより、患者が負担する屈曲、伸展、回転、および側方屈曲などの運動量がそれだけ少なくなる。。従って、図２Ａ〜３Ｂに示すように、二つの人工靭帯１２ａ、１２ｂを使う実施形態によれば、一つの靭帯１１２を使う実施形態、例えば図４に示す実施形態の場合よりも支持量が増え、患者の動作範囲が小さくなる。これらの実施形態を以下により詳細に説明する。

図２Ａ〜３Ｂを参照すると、隣接する骨節を安定化させるための典型的なシステムが示されており、このシステムは、閉ループの形状に構成された人工靭帯１２ａ、１２ｂと、上方の椎骨などの第１骨節３０に連結するように構成された第１連結部材１４と、下方の椎骨などの第２骨節８０に連結するように構成された第２連結部材６４とを有する。第１および第２連結部材１４、６４は、靭帯取り付け部１６、１７、６６、６７（図３Ａに示す）を有し、連結部材１６、６４は、それぞれ少なくとも一つの靭帯接触部（図示せず）を有している。人工靭帯１２ａ、１２ｂは、力−変位関係が非線形になるような任意の接続形態で、第１および第２連結部材１４、６４間を連結するように、また人工靭帯が靭帯取り付け部１６、１７、６６、６７間に保持され、かつ靭帯接触部とスライド接触するように、構成されている。人工靭帯のさまざまな接続形態を以下にさらに詳しく述べる。

第１連結部材１４は、人工靭帯１２ａ、１２ｂが脊椎骨３０とのスライド接触を維持できるように脊椎骨に連結する形状構成であるならば、任意の形状構成であってよい。図２Ａ〜２Ｃに示すように、第１連結部材１４は、上方脊椎骨３０の対向する椎弓根(pedicles)３２、３４に連結し、またそれらの椎弓根３２、３４間に延長するように構成されている。この形状構成において、椎弓切除(laminectomy)を行い、また、棘突起(spinous process)を除去する。しかし、第１連結部材１４が棘突起の下方に延長するように棘突起を残す場合には、連結部材１４の形状構成を変えることができる。第１連結部材１４はほぼ直線状とできるが、これに限定されるものではない。図３Ａを参照すると、第１連結部材１４は、中央直線部２４と、それに対して角度αで延長する二本のサイドアーム２２a、２２ｂとを含む、ほぼｖ字状あるいはｕ字状の棒の形でもよい。角度αは、患者の体の大きさ、特に、対向する椎弓根３２、３４の間隔と第１連結部材１４が棘突起を囲むのに必要な角度に応じて、変えることができる。

第２連結部材６４もさまざまな形状および大きさとすることができるが、典型的な実施形態では、第１連結部材の形状と補完し合う形状で、脊椎骨３０、８０の双方に接続されると二つの連結部材はほぼ「ｘ」字形となる。これにより、第１および第２連結部材１４、６４は互いに独立し影響を受けないが、同時に互いに連結している。従って、この形状構成では、第１および第２連結部材１４、６４は、互いに接触しまた互いにスライドして、椎間関節置換（facet joint replacement）あるいは増強装置(augmentation device)として機能する。さらに、人工靭帯１２ａ、１２ｂは、第１および第２連結部材１４、６４を一体に保持することによって、それらの分離を防いでいる。

従って、第２連結部材６４も、中央直線部７４と、それに対して角度α_１で延長する二本のサイドアーム７２ａ、７２ｂとを含む、ほぼｖ字状あるいはｕ字状の棒の形でよい。しかし、このような形状構成は、下側の脊椎骨８０の棘突起８６との接触を避けるためには必要ではなく、その理由は、サイドアーム７２ａ、７２ｂが、下側の脊椎骨８０の椎弓根８２、８４と合わさるように、中央直線部７４を下側の脊椎骨の棘突起８７の上方に位置できるからである。

いろいろな技術を使って、第１および第２連結部材１４、６４を脊柱骨３０、８０に取り付けることができる。典型的な実施形態では、手術中の骨ねじ角形成の整復を考慮して、茎ねじ(pedicle screw)などの機構２６ａ、２６ｂ、８６ａ、８６ｂを使用できる。あるいは、第１および第２連結部材は、それぞれ一つまたは複数の骨ねじなどの固定素子を嵌め込むために、サイドアームの遠位端の近くに一つまたは複数の貫通孔を形成することもできる。貫通孔の形状は固定素子を嵌め込めれば、任意の形状構成であってよく、またその形状は、使用する固定素子の形に応じて変わり得ることは、当業者には分かるであろう。貫通孔には、手術中での骨ねじ角形成の整復を見越して、茎ねじシステムで一般に使われているタイプの多軸機構を嵌め込むこともできる。他の固定素子としては、例えばステープル、リベット、フック、ワイヤなどがあるが、これらに限定はされない。

連結部材は、人工靭帯が靭帯取り付け部内に取り付けられ、また靭帯接触部を介して連結部材とスライド可能に接触するような構成にもできる。一般に、連結部材に設けることのできる靭帯取り付け部の数は、システムで使用する靭帯の数に基づくものである。例えば、図２Ａ〜３Ｂには二つの人工靭帯１２ａ、１２ｂを用い、従って、各連結部材には二つの靭帯取り付け部を備えることができる実施形態が示されている。靭帯取り付け部１６、１７、６６、６７は図示のように、第１および第２連結部材上のさまざまな位置に設けることができるが、靭帯取り付け部１６、１７、６６、６７は中央部２４、７４の両端に形成されている。一方、図４に示すシステム１１０では一つの靭帯１１２を用い、従って、第１および第２連結部材１１４、１６４のそれぞれに一つの靭帯取り付け部１１６、１６６が形成されている。靭帯取り付け部１１６、１６６はさまざまな位置に形成できるが、それらは、図示のように、第１および第２連結部材１１４、１１６の中央部１２４、１７４上のほぼ中央に形成されている。この連結形態、例えば、靭帯取り付け部１１６、１６６をほぼ中央に設けると、図２Ａ〜３Ｂのシステムについて後述するように、システム１１０において同じ様な非直線的な力−変位関係が得られる。

靭帯取り付け部は、人工靭帯が所定位置からずれないように、しっかりと保持できる形状構成とすることができるが、上述した典型的な靭帯取り付け部１６、１７、６６、６７、１１６、１６６は、人工靭帯１２ａ、１２ｂ、１１２を嵌め込むことができる形状と深さを持った溝である。あるいは、図８について以下により詳述するように、靭帯取り付け部は支柱システム(post system)の一部とすることができる。

一般に、非直線的な力−変位関係を得るためには、靭帯が接触する靭帯取り付け部は連結される骨節の数よりも一つ多くなければならない。従って、図２Ａ〜３Ｂに示すように、二つの骨節３０、８０が連結されているので、人工靭帯の非直線的な力−変位関係を得るために、靭帯１２ａ、１２ｂは少なくとも三つの接触部において、連結部材１４、６４の靭帯取り付け部１６、６６および１７、６７にそれぞれ接触することが必要である。

少なくとも三つの靭帯接触部は同じ大きさでよいが、図３Ｂに示すように二つの連結部材を用いるシステムでは、第１接触部材１４上の靭帯接触部の表面積は、第２連結部材６４の靭帯接触部の表面積よりも小さくてよい。これにより、二つの連結部材を使ったシステムは少なくとも三つの靭帯接触部、即ち第１連結部材１４上の少なくとも一つの靭帯接触部１８ａおよび第２連結部材６４上の少なくとも二つの靭帯接触部７８ａ、７９ａを有することができる。

靭帯接触部の形状構成は、人工靭帯が連結部材上をスライドするときに、人工靭帯と連結部材の表面との間の摩擦を、好ましくは、可能なかぎりゼロに近い程度に最小限に抑えられるならば、任意の形状構成であってよい。ある実施形態では、靭帯接触部は靭帯取り付け部の平滑面の一部とすることができる。あるいは、靭帯取り付け部が長方形、あるいは他の非曲線形の場合には、靭帯が接触したときに滑り易く、また摩擦が少ないように靭帯取り付け部の一部を曲面にすることができる。さらに、より詳細に後述するように、靭帯接触部にプーリー（pulley）あるいはピボットシステム(pivot system)を含ませることができる。

人工靭帯はさまざまなやり方で閉ループを形成することができる。ある実施形態では、図３Ａ〜３Ｂに示すように、人工靭帯１２ａ、１２ｂは第１および第２連結部材１４、６４の靭帯取り付け部１６、１７、６６、６７に掛け回されていて、第１および第２連結部材１４、６４のいずれにも直接取り付けられるのではなく、両端を縫い合せたり、留め金で留めたり、結び合わせたりしている。しかし、人工靭帯はそれ自体の両端をつなげて閉ループの形状である必要はない。他の実施形態では、人工靭帯の両端を当該技術分野で公知の、ファスナーなどの任意の適当な固定装置あるいは技術によって、第１連結部材に固定することができる。この連結により、第１連結部材に対して相対的な人工靭帯の動き（例えば、スライド）を防ぐ、あるいは制限することができる。人工靭帯は第２連結部材に固定されないが、第２連結部材に対して相対的にスライドできるように掛け回される。例えば、第２連結部材は、プーリーのように動作し、人工靭帯の動きの方向を変える。あるいは、この取り付け構成を人工靭帯が第２連結部材に固定され、第１連結部材に掛け回されるように逆にすることもできる。

人工靭帯には、連結部材への固定に役立つ手段を選択的に設けることもできる。図５Ａに示すように、人工靭帯２１２にそれを連結部材に取り付けるのを容易にするために、例えば、ねじなどの固定具を嵌め込むように構成された小穴(eyelets)２１３ａ、２１３ｂを設けることができる。この結果、図５Ｂに示すように、人工靭帯２１２を第２連結部材２６４に掛け回した後に固定具２９９で第１連結部材２１４に固定することによって、閉ループを形成することができる。このことは、医師が固定具を締めたり弛めたりして人工靭帯の動作範囲をより正確に管理できる点で、特に有利である。

人工靭帯と連結部材との組み合わせの結果、人工靭帯システムは、図１に示す自然の靭帯の場合と同じ様な非直線的な力−変位関係を得ることができる。例えば、図２Ａ〜２Ｃに戻ると、システム１０がニュートラルな位置(neutral position)に在るときは、スチフネス(stiffness)は低く、最初の動作（例えば、曲げと伸ばし）ではスチフネスは低いままである。しかし、動作量が増えるにつれて、システム１０のスチフネスが増す。従って、図６Ａ〜６Ｃに示すように、脊椎骨３０、８０の動きにより、第１連結部材１４が約１０度の曲げ位置まで引上げられにつれて、第２連結部材６４が第１連結部材１４に対して相対的に動き、人工靭帯１２ａ、１２ｂが第２連結部材上をスライドする。そのように動くにつれ、また屈曲の結果、人工靭帯１２ａ、１２ｂが約２％だけ長くなる。さらに、システム１０のスチフネスが増加し、更なる動作により大きな力が必要になる。同様に、図７Ａ〜７Ｃに示すように、脊椎骨３０、８０の動きにより、第１連結部材１４が約５度の延び位置まで押し下げられるにつれて、人工靭帯１２ａ、１２ｂの長さも約２％だけ長くなり、システム１０のスチフネスが増加する。従って、人工靭帯の約２％の小さな伸びによって、曲げで約１０度、伸びで約５度の、大きな動きが可能である。

図２Ａ〜２Ｃおよび６Ａ〜７Ｃは、患者が約１０度曲げることができ、また、約５度伸ばすことのできるシステム１０が示されているが、医師が人工靭帯の張力を調整して靭帯の伸びを所望の角度にできることは、当業者には分かるであろう。例えば、もし医師が人工靭帯の動作を小さく、即ち動作範囲を限定したいならば、例えば患者が曲げられる角度を約６度、伸ばせる角度を約３度にする。あるいは、もし患者が動かせる範囲を通常のものにより近くしたいと医師が望むならば、患者が曲げられる角度を約１６度、伸ばせる角度を約８度になるように、人工靭帯の張力を調節することができる。

図２Ａ〜３Ｂについて上述したように、靭帯接触部の位置および数は、人工靭帯システム１０の全体的な動作範囲およびスチフネスを左右する。以下の図８Ａ〜１３Ｃでは、靭帯接触部は単に靭帯が巻き付いている支柱(posts)で示す。支柱システムは物理的モデルの一例であるが、図８Ａ〜１３Ｃにおいては、支柱は単に靭帯接触部を表わしているだけである。さらに、図８Ａ〜１３Ｃにおける二つの骨の接触は、自然の関節（例えば、腰、膝、肩など）あるいは人工関節プロテーゼであってもよい。

支柱システムを実際の実施形態として使用するときは、支柱システムを図２Ａ〜３Ｂについて上述した第１および第２連結部材１４、６４と同様な第１および第２連結部材の一部として形成できる。支柱システムは、選択的に、骨、例えば、上および下の脊椎骨に直接取り付けることができる。そのような支柱システムは、ファスナー、ステープルなど、当該技術分野で知られた任意の方法によって、骨に取り付けることができる。典型的な実施形態では、支柱システムは、骨ねじなどの固定具で骨に取り付けられる。

非直線的な力−変位関係を得るのに加えて、支柱および人工靭帯を支柱の形状ばかりでなく、数にもとづいて、さまざまな靭帯の伸びと強度を達成するように構成されることができる。支柱３４０、３４２、３４４を人工靭帯３１２の所望の伸びと強度のみならず、所望の力−変位関係に応じていろいろな三角形状に配置できる。例えば、図８Ａは二つの骨と支柱３４０、３４２、３４４がニュートラルな位置にあることを示している。図８Ｂに示すように、支柱３４４が取り付けられた骨が上昇すると、人工靭帯３１２は図８Ｃに示す下方への動きの場合に比べて伸びが少ない。従って、上方への動きでは、下方への動きのときよりスチフネスは少なく、支柱（および接触部）をいろいろな位置に配置することで、さまざまな動作方向に対して、スチフネスをさまざまに変えることができる。

逆の言い方をすれば、図９の四つの支柱を使うシステムのように、所与のシステムが持つ支柱の数が多ければ多いほど、人工靭帯の必要とされる長さが長くなる。その結果、スチフネスは低く、動きは大きい人工靭帯が得られる。図示のように、人工靭帯４１２を第１および第３支柱４４０、４４４と第２および第４支柱４４２、４４６との間に掛けまわすと、ほぼｘ字状の形状となるように、支柱４４０、４４２、４４４、４４６は、それぞれの骨節４３０、４８０上で互いに補完する形で配置される。

支柱はほぼ円筒状、ほぼ長方形など、任意の形でもよいが、典型的な例では、支柱は円筒状である。図２Ａ〜７Ｃに関して上述した第１および第２連結部材と同様に、支柱はその上に人工靭帯を確実に保持するように、靭帯取り付け部を設けることができる。この靭帯取り付け部はいろいろな形状にできるが、典型的な実施形態では、上述した溝と同じ様な溝とすることができる。あるいは、支柱の靭帯取り付け部は、人工靭帯が支柱から外れないように、例えば、骨から最も離れた支柱端部の外周に沿って設けられたストップ(stop)、または骨に形成された穴(bore)などの、任意の他の形状構成とすることができる。

靭帯接触部は、支柱の平滑面の一部、あるいは、図１０に示すように、支柱５４０、５４２、５４４の一部に形成された曲面５４５、５４７、５４９とすることができる。曲面５４５、５４７、５４９は、支柱５４０、５４２、５４４上のさまざまな位置に形成できるが、図１０に示す典型的な実施形態では、曲面５４５、５４７、５４９は、支柱の外周に沿って形成されている。靭帯接触部は、図１１に示す、プーリーシステムなどの回転可能部材を備えてもよい。プーリーシステムは、プーリーおよび／または支柱の任意の組み合わせを含むが、典型的なプーリーシステムは、プーリー６４１を設けた一つの支柱６４４と、第１および第２骨節６３０、６８０に取り付けられた曲面６４５、６４７を有する二つの支柱６４０、６４２とを有する。プーリー６４１は、図示されているように、支柱６４４に取り付けられたり、骨節に直接取り付けられたりすることができることは、当業者には分かるであろう。

プーリー６４１は任意の形状構成であってもよいが、通常は、当該技術分野で公知の形状、即ち内部に人工靭帯６１２を支える少なくとも一つのベアリングを備えた円筒面を有する。さらに、プーリーシステムは、靭帯から回転中心までの間隔が変化するカムシステムであってもよい。あるいは、靭帯接触部は、図１２に示すように、ヒンジ継手７８７ａ、７８７ｂなどの、枢支点の一部とすることができる。

図２Ａ〜２Ｃおよび６Ａ〜７Ｃについて上述された実施形態と同様に、支柱システムを組み合わせた靭帯も、スチフネスが、動き始めは低く、動きが大きくなるにつれて増加する、非直線的な力−変位関係を示す。例えば、図１３Ａに示すように、システム８１０がニュートラル位置に在るときは、人工靭帯８１２のスチフネスは低い。しかし、図１３Ｂ〜１３Ｃに示すように、第１あるいは第２骨節８３０、８８０のいずれかの動きにより人工靭帯８１２の動きが大きくなるにつれ、小さな伸びで大きな動きができるように、システムのスチフネスが高まる。

第１および第２連結部材、支柱、プーリー、および／またはヒンジ継手はいろいろな材料から作られるが、本質的に剛性であることが好ましいということは当業者には分かるであろう。典型的な実施形態では、これらのものは、チタン(titanium)、ステンレス鋼(stainless steel)、および、コバルト−クロム−モリブデン(Co-Cr-Mo)などのコバルト−ニッケル合金(cobalt and nickel based alloys)などの生体移植可能な金属(bioimplantable metal)から作られる。

当業者は、上述の実施形態に基づく、本発明のさらなる特長および利点が分かるであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲によって示されたことを除いては、特に図示し記述したことによって限定されるものではない。本明細書で引用されたすべての刊行物および引用文献は、それら全体が、参照することによって本明細書にはっきりと組み入れられるものとする。

〔実施の態様〕
（１）隣接する骨節を安定化させるためのシステムにおいて、
少なくとも二つの連結部材に接触するように構成された少なくとも一つの人工靭帯と、
第１骨節に連結するように構成された第１連結部材であって、靭帯取り付け部、および、前記靭帯がスライドできる第１表面部を有する少なくとも一つの靭帯接触部、を有する第１連結部材と、
第２骨節に連結するように構成された第２連結部材であって、靭帯取り付け部、および、前記靭帯がスライドできる第２表面部を有する少なくとも二つの靭帯接触部、を有する第２連結部材と、
を備え、
前記少なくとも一つの人工靭帯は、非直線的な力−変位関係を示すように、前記第１連結部材および前記第２連結部材の間に連結され、前記第１および第２連結部材の前記靭帯接触部とスライド可能に接触するように構成されている、
システム。
（２）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
前記第１表面部は、少なくとも二つの前記靭帯接触部が前記第２連結部材の前記靭帯取り付け部の両端部に位置するように、前記第２表面部よりも小さい、システム。
（３）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
前記靭帯は、閉ループの形状に構成されている、システム。
（４）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
前記骨節は、隣接する脊椎骨である、システム。
（５）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
少なくとも一つの前記人工靭帯は、重合体繊維である、システム。
（６）実施の態様５に記載のシステムにおいて、
前記重合体は、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアラミド、あるいはそれらの任意の組み合わせである、システム。
（７）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
少なくとも一つの前記人工靭帯の伸びは、５％未満である、システム。
（８）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
少なくとも一つの前記人工靭帯の引張り強度は、約１００Ｎより大きい、システム。
（９）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
少なくとも一つの前記人工靭帯は、対向する第１および第２端部と、前記端部のそれぞれに形成された小穴と、を有しており、それにより、ファスナーを前記小穴に通すことによって、前記閉ループが形成され得るようになっている、システム。
（１０）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
前記第１および第２連結部材は、互いに関節状に連結するように構成されている、システム。
（１１）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
前記第１および第２連結部材は、第１および第２脊椎骨の背面上に位置するように構成されたほぼＶ字形の連結具の形である、システム。
（１２）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
前記靭帯取り付け部は、少なくとも一つの前記人工靭帯をスライド可能に支えるように構成した溝である、システム。

（１３）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
前記靭帯取り付け部は、少なくとも一つの前記人工靭帯をスライド可能に支えるように構成された支柱である、システム。
（１４）実施の態様１３に記載のシステムにおいて、
前記支柱は、少なくとも一つの前記人工靭帯を嵌め込むために、前記支柱に形成された溝を有する、システム。
（１５）実施の態様１３に記載のシステムにおいて、
前記支柱は、少なくとも一つの前記人工靭帯を嵌め込むために、前記支柱の一端部に形成されたストップを有する、システム。
（１６）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
前記靭帯接触部は、プーリーである、システム。
（１７）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
前記靭帯接触部は、枢支点である、システム。
（１８）実施の態様１に記載のシステムにおいて、
少なくとも三つの靭帯接触部、
をさらに備える、システム。

（１９）隣接する骨節を安定化させるためのシステムにおいて、
少なくとも三つの連結部材に接触するように構成された少なくとも一つの人工靭帯と、
第１骨節に連結するように構成された少なくとも一つの第１連結部材であって、靭帯取り付け部を有する第１連結部材と、
互いに離れて第２骨節に連結するように構成された第２および第３連結部材であって、それぞれが靭帯取り付け部を有する第２および第３連結部材と、
を備え、
前記少なくとも一つの人工靭帯は、前記第１、第２および第３連結部材に接触するように構成されていて、
前記少なくとも一つの人工靭帯は、前記靭帯取り付け部に取り付けられ、前記靭帯取り付け部の少なくとも一部内でスライド可能に移動することができる、
システム。
（２０）実施の態様１９に記載のシステムにおいて、
前記第１、第２および第３連結部材は、三角形の位置に配置されている、システム。
（２１）実施の態様１９に記載のシステムにおいて、
前記第１、第２および第３連結部材は、支柱である、システム。
（２２）実施の態様２１に記載のシステムにおいて、
前記支柱は、少なくとも一つの前記人工靭帯を嵌め込むために、前記支柱に形成された溝を有する、システム。
（２３）実施の態様２１に記載のシステムにおいて、
前記支柱は、少なくとも一つの前記人工靭帯を嵌め込むために、前記支柱の一端部に形成されたストップを有する、システム。
（２４）実施の態様１９に記載のシステムにおいて、
第４連結部材であって、前記第４連結部材は、前記第１骨節に連結するように構成されており、かつ、前記第１連結部材から離れているように構成されている、第４連結部材、
をさらに備え、
前記第４連結部材は、靭帯取り付け部を有する、システム。
（２５）実施の態様２４に記載のシステムにおいて、
前記人工靭帯は、ｘ字形を形成するように、前記第１および第３連結部材と、前記第２および第４連結部材との間に連結されている、システム。
（２６）実施の態様１９に記載のシステムにおいて、
少なくとも三つの靭帯接触部、
をさらに備える、システム。
（２７）実施の態様１９に記載のシステムにおいて、
前記人工靭帯は、非直線的な力−変位関係を示す、システム。
（２８）関節置換システムにおいて、
人工関節部材であって、
前記人工関節部材は、少なくとも第１連結部材、および前記第１連結部材に連結した第２連結部材、を有しており、
前記第１連結部材は、靭帯取り付け部、および人工靭帯がスライド可能な第１表面部を有する少なくとも一つの靭帯接触部、を有しており、
前記第２連結部材は、靭帯取り付け部、および前記人工靭帯がスライド可能な表面部を有する少なくとも二つの靭帯接触部、を有する、
人工関節部材と、
人工靭帯であって、前記第１および第２連結部材にスライド可能に接触するように構成されており、かつ、前記第１および第２連結部材の前記靭帯接触部にスライド可能に接触する、人工靭帯と、
を備えた、関節置換システム。

自然の靭帯の非直線的な力−変位関係を示すグラフ。本明細書に述べたように骨節を安定化するための典型的なシステムのニュートラル位置での側面斜視図。図２Ａのシステムの背面図。図２Ａのシステムの側面図。図２Ａのシステムに使用する典型的な連結部材と二つの人工靭帯を示す斜視図。線Ｂ−Ｂを横切って見た図３Ａの連結部材の断面図。他の実施形態による連結部材および人工靭帯を示す斜視図。典型的な人工靭帯の平面図。一実施形態による連結部材間に連結された図５Ａの靭帯を示す簡略図。図２Ａのシステムの斜視図。図６Ａのシステムの背面図。図６Ａのシステムの側面図。図２Ａのシステムの伸ばした状態での斜視図。図７Ａのシステムの背面図。図７Ａのシステムの側面図。本明細書で開示されたように骨節を安定化させるための他の典型的なシステムを示す簡略図。本明細書で開示されたように骨節を安定化させるための他の典型的なシステムを示す簡略図。本明細書で開示されたように骨節を安定化させるための他の典型的なシステムを示す簡略図。本明細書で開示されたように骨節を安定化させるための他の典型的なシステムを示す簡略図。本明細書で開示されたように骨節を安定化させるための他の典型的なシステムを示す簡略図。本明細書で開示されたように骨節を安定化させるための他の典型的なシステムを示す簡略図。本明細書で開示されたように骨節を安定化させるための他の典型的なシステムを示す簡略図。骨節を安定化させるための他の典型的なシステムのニュートラル位置での簡略図。骨節を安定化させるための他の典型的なシステムの曲げた状態での簡略図。骨節を安定化させるための他の典型的なシステムの伸ばした状態での簡略図。

Claims

隣接する骨節を安定化させるためのシステムにおいて、
少なくとも二つの連結部材に接触するように構成された少なくとも一つの人工靭帯と、
第１骨節に連結するように構成された第１連結部材であって、靭帯取り付け部、および、前記靭帯がスライドできる第１表面部を有する少なくとも一つの靭帯接触部、を有する、第１連結部材と、
第２骨節に連結するように構成された第２連結部材であって、靭帯取り付け部、および、前記靭帯がスライドできる第２表面部を有する少なくとも二つの靭帯接触部、を有する第２連結部材と、
を備え、
前記少なくとも一つの人工靭帯は、非直線的な力−変位関係を示すように、前記第１連結部材および前記第２連結部材の間に連結され、前記第１および第２連結部材の前記靭帯接触部とスライド可能に接触するように構成されている、
システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記第１表面部は、少なくとも二つの前記靭帯接触部が前記第２連結部材の前記靭帯取り付け部の両端部に位置するように、前記第２表面部よりも小さい、システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記靭帯は、閉ループの形状に構成されている、システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記骨節は、隣接する脊椎骨である、システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
少なくとも一つの前記人工靭帯は、重合体繊維である、システム。
請求項５に記載のシステムにおいて、
前記重合体は、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアラミド、あるいはそれらの任意の組み合わせである、システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
少なくとも一つの前記人工靭帯の伸びは、５％未満である、システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
少なくとも一つの前記人工靭帯の引張り強度は、約１００Ｎより大きい、システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
少なくとも一つの前記人工靭帯は、対向する第１端部および第２端部と、前記端部のそれぞれに形成された小穴と、を有しており、それにより、ファスナーを前記小穴に通すことによって、前記閉ループが形成され得るようになっている、システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記第１および第２連結部材は、互いに関節状に連結するように構成されている、システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記第１および第２連結部材は、第１および第２脊椎骨の背面上に位置するように構成されたほぼＶ字形の連結具の形である、システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記靭帯取り付け部は、少なくとも一つの前記人工靭帯をスライド可能に支えるように構成された溝である、システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記靭帯取り付け部は、少なくとも一つの前記人工靭帯をスライド可能に支えるように構成された支柱である、システム。
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記支柱は、少なくとも一つの前記人工靭帯を嵌め込むために、前記支柱に形成された溝を有する、システム。
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記支柱は、少なくとも一つの前記人工靭帯を嵌め込むために、前記支柱の一端部に形成されたストップを有する、システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記靭帯接触部は、プーリーである、システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記靭帯接触部は、枢支点である、システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
少なくとも三つの靭帯接触部、
をさらに備える、システム。
隣接する骨節を安定化させるためのシステムにおいて、
少なくとも三つの連結部材に接触するように構成された少なくとも一つの人工靭帯と、
第１骨節に連結するように構成された少なくとも一つの第１連結部材であって、靭帯取り付け部を有する、第１連結部材と、
互いに離れて第２骨節に連結するように構成された第２および第３連結部材であって、それぞれが靭帯取り付け部を有する、第２および第３連結部材と、
を備え、
前記少なくとも一つの人工靭帯は、前記第１、第２および第３連結部材に接触するように構成されていて、
前記少なくとも一つの人工靭帯は、前記靭帯取り付け部に取り付けられ、前記靭帯取り付け部の少なくとも一部内でスライド可能に移動することができる、
システム。
関節置換システムにおいて、
人工関節部材であって、
前記人工関節部材は、少なくとも第１連結部材、および前記第１連結部材に連結した第２連結部材、を有しており、
前記第１連結部材は、靭帯取り付け部、および人工靭帯がスライド可能な第１表面部を有する少なくとも一つの靭帯接触部、を有しており、
前記第２連結部材は、靭帯取り付け部、および前記人工靭帯がスライド可能な表面部を有する少なくとも二つの靭帯接触部、を有する、
人工関節部材と、
人工靭帯であって、前記第１および第２連結部材に接触するように構成されており、かつ、前記第１および第２連結部材の前記靭帯接触部にスライド可能に接触する、人工靭帯と、
を備えた、関節置換システム。