JP2011515180A - 特に頸椎のための人工椎間板 - Google Patents

Abstract

本発明の人工椎間板（１）では、人工椎間板（１）の構成部品（２，３，４）のうち少なくとも１つの構成部品が、互いに独立した２つの部分（１０，１１）、すなわち第１の部分（１０）及び第２の部分（１１）を備えており、２つの部分のうち少なくとも１つの部分が、関節面（１７）を含んでおり、第１の部分（１０）と第２の部分（１１）とがそれぞれ、弧状の壁によって境界が形成されている円状のシートを備えており、構成部品（２，３，４）が、弾性変形可能な材料から成るＯリング（１２）を備えており、シートのうち一方のシートが、Ｏリング（１２）の径方向外側部分を受容する大きさとされ、シートのうち他方のシートが、Ｏリング（１２）の径方向内側部分を受容する大きさとされる。

Description

本発明は、特に頸椎のための人工椎間板に関する。

２つ又は３つの構成部品から成る人工椎間板の製造方法が知られている。人工椎間板が２つの構成部品から成る場合には、これら構成部品は、一方の構成部品を他方の構成部品と直接結合可能とする結合関節面を有している。人工椎間板が３つの構成部品から成る場合には、各椎骨に係止されている２つの構成部品それぞれが、滑動する中間構成部品に結合されている。中間構成部品には、これら構成部品と協働するための２つの関節面が形成されている。既存の人工椎間板、特に頸椎のために意図された人工椎間板は、完全に満足のいくものではない。特に、これら人工椎間板は、椎骨の自然な動作を常に完全に再現することができる訳ではない。さらに、繰り返し運動が人工椎間板に作用することによって、関節面が幾分急速に摩耗するので、人工頚部椎間板の場合には該関節面が小さくなってしまう。このような摩耗によって、関節運動が変化したり、粒子が不慮に患者の器官内に拡散してしまう。

人工椎間板が３つの構成部品から成る場合には、中間に配置された構成部品が放出される危険がさらに存在する。

特許文献１、特許文献２、特許文献３、又は特許文献４には、先行技術である様々な人工椎間板が開示されている。しかしながら、これら引用文献には、上述の欠点の解決手段が開示されていない。

米国特許出願公開第２００４／０５４４１１号明細書 欧州特許第１５３２９５０号明細書 国際公開第２００５／０７９４０７号 米国特許出願公開第２００５／１６５４８５号明細書

本発明の主たる目的は、従来技術に基づく人工椎間板の欠点を解決する、特に椎骨の自然な動作を完全に再現する、特に頸椎のための人工椎間板を提供することである。

本発明の他の目的は、関節面の磨耗を低減する人工椎間板を提供することである。

本発明のさらなる他の目的は、中間構成部品が放出される危険性が低減された人工椎間板を提供することである。本発明のさらなる目的は、組立が比較的容易な人工椎間板を提供することである。関連する人工椎間板は、既に知られているように、互いに結合された椎間板それぞれに接続するようになっている少なくとも２つの構成部品を備えている。該少なくとも２つの構成部品のうち少なくとも２つの構成部品が平坦化されており、２つの椎間面それぞれに接続されるようになっている。

本発明では、
人工椎間板の構成部品のうち少なくとも１つの構成部品が、互いに独立した２つの部分、すなわち第１の部分及び第２の部分を備えており、２つの部分のうち少なくとも１つの部分が、関節面を含んでおり、第１の部分と第２の部分とがそれぞれ、弧状の壁によって境界が形成されている円状のシートを備えており、
構成部品が、弾性変形可能な材料から成るＯリングを備えており、
シートのうち一方のシートが、Ｏリングの径方向外側部分を受容する大きさとされ、シートのうち他方のシートが、Ｏリングの径方向内側部分を受容する大きさとされる。

従って、本発明における人工椎間板は、構成部品の第１の部分と第２の部分との間に挿置されていると共に弾性変形可能な材料から成るＯリングを備えている。Ｏリングによって、第２の部分が第１の部分に対して減衰運動するようになっている。従って、一方の平坦化された構成部品が、他方の平坦化された構成部品に対して減衰運動するようになっている。このような減衰が、主要構成部品を平坦化された構成部品が延在している平面に対して略垂直な方向に沿って方向付ける運動の際と、主要構成部品を該平面に対して略平行な方向に沿って方向付ける運動の際との両方において発生する。従って、第１の運動は、移植後に“圧縮力”が脊椎に脊柱の長手軸線に沿って作用する運動であり、第２の運動は、移植後に脊柱の長手軸線に対して略垂直に前後移動、横移動、又は前後移動及び横移動を組み合わせた移動に沿って作用する運動である。

二重減衰運動が可能なことによって、脊椎の自然な運動を再現することが可能となり、人工椎間板の関節面の磨耗を実質的に低減することができることが証明された。

円状のシートが、第１の部分と第２の部分とに対する広いサポートをリングに提供するので、繰り返し運動が人工椎間板に作用しても、リングの磨耗や損傷を防止することができる。

本発明における人工椎間板は、２つの平坦化された構成部品から成る上述のタイプであり、平坦化された構成部品のうち一の構成部品は、互いに独立した部分を備えている。第１の部分が平坦化された構成部品を形成し、第２の部分が関節面を含んでいる。

人工椎間板は、３つの構成部品を備えている上述のタイプとされる場合があり、２つの部分から成る構成部品は、好ましくは中間構成部品であり、第１の部分は、中間構成部品に形成されている関節面のうち一方の関節面を備えており、第２の部分が、中間構成部品に形成されている関節面のうち他方の関節面を含んでいる。

本発明における人工椎間板は、該人工椎間板が３つの要素から成る場合に、上述の二重の減衰運動によって中間要素が飛び出す危険性をある程度低減することができる。

好ましくは、弧状の壁それぞれが、断面図に表わすように、９０°よりも大きな角度に対応する弧全体に亘って延在しているので、リングが、該壁によって境界が形成されているシートに挿入可能となるためには、弾性変形可能である必要がある。従って、該壁は、リングを保持することができる。

従って、両シートは保持力を有しており、リングは、第２の部分を第１の部分に組み付けるために該シートの両方に“嵌め込まれる”ようになっている。このように、人工椎間板の組立は単純且つ容易な方法によって実施可能である。

本発明の単純な実施例では、リングの径方向外側部分を受容するシートが第１の部分内に配置されており、リングの径方向内側部分を受容するシートが第２の部分内に配置されている。

従って、第２の部分は、第１の部分によって囲まれている。

本発明の他の実施態様では、人工椎間板が、３つの構成部品、すなわち２つの平坦化された構成部品と中間構成部品とを備えている場合には、
平坦化された構成部品が、上方の椎骨に接続されるようになっており、凹状に窪んだ関節面を備えており、
中間構成部品が、球状に突出した共役関節面を備えており、
平坦化された構成部品が、下方の椎骨に接続されるようになっており、円柱状に窪んだ関節面を備えており、
関節面の母線が、移植後に腹背方向に向いており、
中間構成部品が、円柱状に突出した共役関節面を備えている。

この構造によって、最良の状態で、特に上述の減衰運動と共に椎骨の自然な運動を再現することができる。

好ましくは、この場合、
上方の椎骨に接続されるようになっている平坦化された構成部品と中間構成部品との球状の関節面を形成する半径が、球状の関節面の回転中心が移植後において下方の椎骨の椎間面の下方に位置しているようになっており、
下方の椎骨に接続されるようになっている平坦化された構成部品と中間構成部品との円柱状の関節面を形成する半径が、円柱状の関節面の回転中心が移植後において上方の椎骨の椎間面の上方に位置しているようになっている。

このように適合された人工椎間板が、最良の条件下において解剖学的運動（anatomic movement）を再現することができる。

好ましくは、円柱状に窪んだ関節面の背腹方向における大きさが、中間構成部品の共役関節面の背腹方向における大きさより大きく、これにより、中間構成部品が、下方の椎骨に接続されるようになっている平坦化された構成部品に対して相対的に背腹方向に可動とされる。

この可動性も、最良の条件下において解剖学的運動を再現するためにも望ましい。

円柱状に窪んだ関節面と共役関節面とが適合しており、球状の関節面同士が適合しており、円柱状に窪んだ関節面と共役関節面と球状の関節面とが、同一の曲率を有している場合がある。

円柱状に窪んだ関節面と共役関節面とが適合しており、球状の関節面同士が適合しており、円柱状に窪んだ関節面の曲率と共役関節面の曲率とが、球状の関節面の曲率と相違する場合がある。

非限定的な実施例を表す概略的な添付図面を参照することによって、本発明がより良く理解され、本発明の他の特徴及び他の利点が明らかとなる。人工椎間板の幾つかの実施可能な実施例が該添付図面に関連している。

本発明の一の実施例における、組立前の斜視図である。 別の角度から見た、図１に類する斜視図である。 本発明の一の実施例における側面図である。 本発明の一の実施例における腹背方向の正中面に沿った断面図である。 人工椎間板を脊柱の湾曲に対応するようにする構成部品の一の位置を表わす、図４に類する側面図である。 人工椎間板を脊柱の延長部分に対応するようにする構成部品の一の位置を表わす、図４に類する側面図である。 脊柱の圧縮運動に対応する、すなわち脊柱の軸線に沿うようにする構成部品の一の位置を表わす、図４に類する側面図である。 脊柱の横方向の屈曲に対応する人工椎間板にする構成部品の一の位置における正中横断面に沿った断面図である。 脊椎に移植した後における人工椎間板の前面における垂直断面図である。 脊椎に移植した後における人工椎間板の矢状面における垂直断面図である。 他の実施例における人工椎間板の垂直断面図である。 さらなる他の実施例における人工椎間板の垂直断面図である。

図１〜図８は、椎骨（vertebrae）それぞれに係止されるようになっている２つの平坦化された構成部品２，３と、構成部品２，３が結合されるようになっている中間構成部品４とを備えている、特に頸椎（cervical vertebrae）のための人工椎間板１を表わす。

図９及び図１０に表わすように、構成部品２は、その下方に位置する椎骨１００に接続されるようになっており、この接続を実現するために、該椎骨の表面に当接するようになっている該構成部品の表面上に、構成部品２を該表面に固着することを促進する凹凸部分５を備えている。その反対側の表面上に、構成部品２は、シリンドリカルな凹状面６によって形成されている関節腔を備えている。該凹状面の母線は、移植後に背腹方向に向いている。この凹状面６を形成している半径は、人工頸部椎間板（cervical disk prosthesis）の場合には６ｍｍ〜１５ｍｍである。これにより、当該凹状面を形成している中心は、移植後に上方に位置する椎骨（vertebra）の椎間面（vertebral plate）の上方に配置されているので、構成部品３の上方に明確に発見される。

背腹方向における関節腔（articular cavity）の長さは、中間構成部品４における後述の共役関節面１５の背腹方向における長さよりも大きいので、中間構成部品４は、背腹方向において構成部品２に対して相対的に移動可能である。

構成部品３は、上方に位置する椎骨に接続されるようになっており、同様に該椎骨の椎間面に当接するようになっている該構成部品の表面に、構成部品３を該椎間面に固着することを促進する凹凸部分７を備えている。構成部品３は、反対側の表面に、その境界が球状に窪んだ凹状面８によって規定されている関節腔を備えている。この凹状面を形成している半径の長さは、人工頸部椎間板の場合には６ｍｍ〜１５ｍｍである。これにより、当該凹状面を形成している中心は、移植後に下方に位置する椎骨の椎間面の下方に配置されているので、構成部品２の下方に明確に発見される。

中間構成部品４は、互いから独立している２つの部分１０，１１、すなわち第１の部分１０及び第２の部分１１と、弾性的に変形可能な材料から成るＯリング１２とを備えている。

特に、第１の部分１０及び第２の部分１１は、構成部品２，３と同様に、例えばセラミックのような生体適合性を有している高剛性材料から作られており、Ｏリング１２は、生体適合性を有しているシリコーンのような生体適合性を有している弾性材料から作られている。

特に図４及び図８に表わすように、第１の部分１０は、底部及び周囲壁を備えている。この底部は、凹状面６と適合するようになっていると共にシリンドリカル状に突出した、凸状の下面１５を形成している。周囲壁は、その内面に、Ｏリング１２の径方向外側部分を受容する大きさとされると共にその境界が弧状の壁によって形成されている円状の凹所１６を備えている。図４の断面図に表わすように、弧状の壁が、約１１０°の角度に相当する弧に亘って延在している。

第２の部分１１は、円状であり、凹状面８の、適合された球状に突出した上面１７と、円周状に形成された凹所１８とを備えている。この凹所１８の境界は、弧状の壁によって規定されており、Ｏリング１２の径方向内側部分を受容するように寸法づけられたシートを形成している。図４の断面図に表わすように、弧状の壁が、約１１０°の角度に相当する弧に亘って延在している。

従って、Ｏリング１２は、凹所１６，１８によって形成されているシート内に挿入可能とされるように僅かに弾性的に変形するので、弧状の壁がこのＯリングを保持することができる。これにより、第２の部分１１が第１の部分１０に組み付けられるので、中間構成部品４を簡便且つ急速な方法で構成することができる。

図５〜図８に表わすように、球状の表面８，１７によって、構成部品３が、背腹方向（図５及び図６参照）及び横方向（図８参照）において中間構成部品４に対して相対的に関節運動可能となる。シリンドリカル状の表面６，１５によって、中間構成部品４が、Ｏリング１２に対して相対的に横方向（図８参照）に関節運動可能となる。これらの相違する運動が、椎骨の運動に従って組み合わさるので、人工椎間板１は、最良の状態で椎骨の自然な運動を確実に再現することができる。さらに、この人工椎間板１は、Ｏリング１２によって実現される二重の減衰運動に起因して、すなわち、平坦化された構成部品２，３が延在している平面に対して略垂直な方向に沿って主要構成部品を向ける運動（例えば図７に表わすようなＯリング１２の軸線方向における圧縮）の際に、及び前記平面に対して略平行な方向に沿って主要構成部品を向ける運動（Ｏリング１２の径方向における圧縮）の際に、中間構成部品４が飛び出す危険性を著しく低減させることができる。従って、第１の運動は、脊柱の長手軸線に沿って移植された後に生じる運動であり、第２の運動は、脊柱の長手軸線に対して略垂直に移植された後に背腹方向、横方向、又は背腹方向及び横方向を組み合わせた方向に沿って生じる運動である。

Ｏリング１２を軸線方向及び径方向に圧縮する際に、凹所１６，１８によって形成される円状のシートが、このＯリングが第２の部分１１及び第１の部分１０の大部分を支持するので、Ｏリングの磨耗や損傷を防止することができる。

上述の人工椎間板１は、３つの構成部品を備えており、中間構成部品４が、椎骨に取り付けられた平坦化された構成部材２，３の間に挿置されている。図１１及び図１２は、２つの平坦化された構成部品２，３内に人工椎間板が設けられている、すなわち構成部品２，３が互いに直接結合している２つの典型的な本発明の応用例を表わす。

図１１に表わす典型的な実施例では、上側の構成部品３が、２つの部分１０，１１と、２つの部分の間に配設されているＯリング１２とから成る。図１２に表わす典型的な実施例では、下側の構成部品２が、２つの部分１０，１１から成る。

このようなことは上述の内容から明らかなので、本発明は、従来技術の類する人工椎間板に対して決定的な利点を有している、特に頸椎のための人工椎間板を提供する。このような決定的な利点とは、特に関節面の磨耗が低減されること、人工椎間板が中間構成部品を備えている場合において、中間構成部品が飛び出す危険性が低減されること、及び比較的簡単に且つ素早く組立可能なことである。

本発明は、純粋に例示のみを目的とする実施例を参照して、上述した通りである。本発明が、当該実施例に限定される訳ではなく、本願特許請求の範囲によってカバーされるすべての実施例に拡張可能であることは明白である。従って、本発明の人工椎間板は、中間構成部品を備えていない場合があり、この場合には、平坦化された構成部品のうち一の構成部品が、互いに独立した２つの部分、すなわち椎骨の平坦部分に接続されるようになっている第１の部分と、該構成部品によって構成されている関節面を含んでいる第２の部分とを含んでいる。Ｏリングが、第１の部分と第２の部分との間に配置されている。

１ 人工椎間板
２ 構成部品
３ 構成部品
４ 中間構成部品
５ 凹凸部分
６ 凹状面
７ 凹凸部分
８ 凹状面
１０ 第１の部分
１１ 第２の部分
１２ Ｏリング
１５ 凸状の下面（共役関節面）
１６ 円状の凹所
１７ 球状に突出した上面
１８ 円周状に形成された凹所
１００ 椎骨

Claims (10)

1. 互いに結合されるようになっている少なくとも２つの構成部品（２，３，４）を備えている、特に頸椎のための人工椎間板（１）であって、前記少なくとも２つの構成部品のうち少なくとも２つの構成部品が、平坦化され、且つ、２つの椎骨（１００）の椎間面に接続されるようになっている前記人工椎間板（１）において、
   前記人工椎間板（１）の前記構成部品（２，３，４）のうち少なくとも１つの構成部品が、互いに独立した２つの部分（１０，１１）、すなわち第１の部分（１０）及び第２の部分（１１）を備えており、前記２つの部分のうち少なくとも１つの部分が、関節面（１７）を含んでおり、前記第１の部分（１０）と前記第２の部分（１１）とがそれぞれ、弧状の壁によって境界が形成されている円状のシートを備えており、
   前記構成部品（２，３，４）が、弾性変形可能な材料から成るＯリング（１２）を備えており、
   前記シートのうち一方のシートが、前記Ｏリング（１２）の径方向外側部分を受容する大きさとされ、前記シートのうち他方のシートが、前記Ｏリング（１２）の径方向内側部分を受容する大きさとされることを特徴とする人工椎間板（１）。
2. 前記人工椎間板が、平坦化された２つの構成部品（２，３）から成り、前記２つの構成部品（２，３）のうち一方の構成部品が、独立した両部品（１０，１１）を備えており、
   前記第１の部分が、平坦化された前記構成部品（２又は３）を形成しており、
   前記第２の部分が、前記関節面を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の人工椎間板（１）。
3. 前記人工椎間板（１）が、３つの構成部品（２，３，４）から成り、
   前記構成部品のうち平坦化された２つの構成部品（２，３）が、前記椎骨（１００）と中間構成部品（４）とに接続されるようになっており、
   前記２つの部分（１０，１１）から成る前記構成部品が、前記中間構成部品（４）であり、
   前記第１の部分（１０）が、前記中間構成部品（４）に形成されている前記関節面のうち一の関節面（１５）を備えており、
   前記第２の部分（１１）が、前記中間構成部品（４）に形成されている他方の関節面（１７）を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の人工椎間板（１）。
4. 前記弧状の壁それぞれが、その断面を見ると、９０°よりも大きな角度に対応する弧に亘って延在しており、これにより前記Ｏリング（１２）が、前記弧状の壁によって境界が形成されている前記シート内に挿入されるように弾性変形し、前記Ｏリング（１２）が前記弧状の壁によって保持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の人工椎間板（１）。
5. 前記Ｏリング（１２）の前記径方向外側部分を受容する前記シートが、前記第１の部分（１０）内に配設されており、
   前記Ｏリング（１２）の前記径方向内側部分を受容する前記シートが、前記第２の部分（１１）内に配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の人工椎間板（１）。
6. 前記人工椎間板（１）が、３つの前記構成部品、すなわち２つの平坦化された構成部品（２，３）と中間構成部品（４）とを備えており、
   前記平坦化された構成部品（３）が、上方の椎骨（１００）に接続されるようになっており、凹状に窪んだ関節面（８）を備えており、
   前記中間構成部品（４）が、球状に突出した共役関節面（１７）を備えており、
   前記平坦化された構成部品（２）が、下方の椎骨（１００）に接続されるようになっており、円柱状に窪んだ関節面（６）を備えており、
   前記関節面（６）の母線が、移植後に腹背方向に向いており、
   前記中間構成部品（４）が、円柱状に突出した共役関節面（１５）を備えていることを特徴とする請求項１，３，４、又は５に記載の人工椎間板（１）。
7. 上方の椎骨（１００）に接続されるようになっている平坦化された構成部品（３）と中間構成部品（４）との球状の前記関節面（８，１７）を形成する半径が、球状の前記関節面の回転中心が移植後において下方の椎骨（１００）の椎間面の下方に位置しているようになっており、
   下方の椎骨（１００）に接続されるようになっている平坦化された構成部品（２）と中間構成部品（４）との円柱状の前記関節面（６，１５）を形成する半径が、円柱状の前記関節面の回転中心が移植後において上方の椎骨（１００）の椎間面の上方に位置しているようになっていることを特徴とする請求項６に記載の人工椎間板（１）。
8. 前記円柱状に窪んだ関節面（６）の背腹方向における大きさが、前記中間構成部品（４）の前記共役関節面（１５）の背腹方向における大きさより大きく、
   これにより、前記中間構成部品（４）が、下方の椎骨（１００）に接続されるようになっている前記平坦化された構成部品（２）に対して相対的に背腹方向に可動とされることを特徴とする請求項６又は７に記載の人工椎間板（１）。
9. 前記円柱状に窪んだ関節面（６）と前記共役関節面（１５）とが適合しており、
   前記球状の関節面（８，１７）同士が適合しており、
   前記円柱状に窪んだ関節面（６）と前記共役関節面（１５）と前記球状の関節面（８，１７）とが、同一の曲率を有していることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の人工椎間板（１）。
10. 前記円柱状に窪んだ関節面（６）と前記共役関節面（１５）とが適合しており、
    前記球状の関節面同士（８，１７）が、適合しており、
    前記円柱状に窪んだ関節面（６）の曲率と前記共役関節面（１５）の曲率とが、前記球状の関節面（８，１７）の曲率と相違することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の人工椎間板（１）。

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