JP2018531052A - 自己展開固定要素を備える椎間人工器官及び整形外科用融合デバイス - Google Patents

自己展開固定要素を備える椎間人工器官及び整形外科用融合デバイス Download PDF

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Abstract

【解決手段】椎間人工器官は、基部と、第1の開口部と、第1の固定要素と、駆動メカニズムと、を含む。第1の開口部は、基部の内部から延びて開口する。第1の固定要素は、第1の開口部の内部に設置され、シャフトを含む。シャフトは、近位端部と、遠位端部と、を有する。第1の固定要素の近位端部は、第1の関節接合メカニズムの第1の部分を含む。駆動メカニズムは、(i)ネジ付きシャフトと、(ii)並進要素と、を有する。ネジ付きシャフトは、自身の縦軸方向と、ネジ付きシャフトの近位端部でヘッドと、を定義する。並進要素は、ネジ付きシャフトと係合するネジ付き穴を有する。【選択図】図9

Description

本開示は一般に、損傷した又は疾患のある椎間板を除去した後の椎間腔(又は空洞)に適用される椎間人工器官を用いた、脊椎疾患治療のための装置及び方法に関する。しかしながら、整形外科において利用される本装置及び方法の様々な実施形態は、人間の骨格全般に移植される本発明の融合ケージの基本概念を構成する。
成人の脊柱の骨及び接続組織は、tri―joint complexにより連続的に互いに結合された33個より多い分離した骨からなる。tri―joint complexの各々は、前部の1つの円盤と、後部の2つの椎間関節と、を含む。隣接する骨の間の前部空間は、椎間板と呼ばれるコラーゲンのスペーサにより衝撃が吸収される。解剖学的には、これらの骨の脊柱という専門語は、以下の4つの分類、すなわち頚椎、胸椎、腰椎及び仙椎の1つに属すると分類される。脊柱の頂部を備え頭骨の基部に至る脊柱の頸部は、最初の7個の脊椎骨を含む。中間の12個の骨は胸部脊椎骨であり、5個の腰部脊椎骨を備える下部の脊椎骨につながる。脊椎骨の基部は(尾てい骨を含む)仙骨を含む。一般に頸部脊椎骨の要素となる骨は、胸部脊椎骨の要素となる骨より小さい。そして胸部脊椎骨の要素となる骨は、腰部脊椎骨の要素となる骨より小さい。仙椎は骨盤につながる。
脊柱は、これらすべての骨と、互いに結合した粘弾性構造と、を含むことから、高度に複雑であり、神経系の重大要素(これは、無数の周辺神経と循環器とをごく近くに有する)を収容し、保護している。こうした状況にも関わらず、脊柱は高度に柔軟な構造となっており、ほぼ全方向に高度の屈曲と捻りが可能である。
遺伝性又は発達性の異常、外傷、慢性ストレス、癌及び変性摩耗などは、外科的治療を要する脊椎病状に至る可能性の要因の一部である。先行技術は、脊柱内又は脊柱上に人工器官を移植することにより、隣接骨の固定及び/又は融合を実現する種々のシステムを開示されてきた。固定が必要な背中の部分は、解剖学上の個々の変形とともに、適切な外科的プロトコル及び人工器官を決定する。脊柱外科団体は、椎間デバイス(一般に椎間板スペーサやallograft transplantsとして知られる)を先行技術の一部として受け入れ、このようなデバイスをつぶれた椎間腔の再構成のために習慣的に採用してきた。
外科医は、関係する隣接した脊椎骨の隙間及びその内部に補助的な骨融合を形成するために、これらの椎間デバイスを挿入する。この融合は、新たな固体骨量を生成する。この個体骨量は、脊髄分節を生物力学的に修復された適切な高さに保持し、患者が痛みを感じる脊髄分節の部位の運動を停止させるように機能する。このように、これらの関係する椎体間部位に外科的に配置された部品は、椎体間骨の内部成長を促進させることができ、処置された前方脊椎部位が連続骨量になるまで治癒する。すなわち融合が発生する。さらに、外科団体は、このような人工器官、あるいは隣接する椎体間における体重負荷支持を与えるための生物学的選択を使用する。これにより、力学的な種々の臨床的問題が治療又は緩和される。こうした観点から外科医は、椎間板変性症(DDD)、椎間板腰痛、脊椎すべり症、癌や感染症手術後の再生、その他の外科的治療を必要とする脊椎関連疾病の外科的治療のために、椎間板人工器官/移植器官を使用する。
多くの人工器官デザインでは、金属、セラミック、プラスティック又はカーボンファイバ強化ポリマー等の選択された生体適合性材料から、比較的硬質の又は頑丈な人工器官構造が形成される。この人工器官構造はしばしば、部分的に開いた又は多孔質の構造を有し、選択された骨の内部成長強化物質、例えば患者により提供された収穫骨移植、組織バンクから提供された人のドナーの同種移植骨移植材料、遺伝的に培養された骨成長タンパク質代用物、及び/又はその他の生物学的/生化学的骨エクステンダなどにより、コーティング又は部分的に充填される。このようなデバイスが椎間腔内に移植されると、血液供給の内部成長が促進され、人工器官と絡み合うように、隣接する脊椎骨から生きた活性のある骨が成長する。これにより最終的に、隣接する脊椎骨が固形化又は融合する。また、骨の内部成長又は融合化の過程で隣接する椎骨とより強く機械的に結合する目的で、一般にこうした人工器官は、パターン化された外表面、例えばうねの立った又は鋸歯状の表面、あるいはネジ山の形状などを含む。
椎間板の不具合という観点では、脊椎骨の前部側面内に移植できることから、椎間板融合ケージが実質的な関心を形成してきた。一般に円柱状の椎間板ケージは、外表面スレッドを有する管状の金属基部を備える。こうしたケージは、脊椎軸を横断して、隣接する椎体の接合部に予め形成された円柱状の孔内に挿入される。ケージは、隣接する骨が内部を貫通して成長するための孔を含む。ケージ内への骨の成長を促進又は加速するために、自家骨移植材などの追加的な材料がケージの空洞内部に挿入されてもよい。
一般に従来の椎間板ケージは、椎間板の形を模倣した形状の、プラスティック、カーボンファイバ、金属又は人間の組織からなるデバイスを備える。こうしたデバイスは、よく整えられた平らな椎間終板構造と整合するように設計された上面及び下面を有する。これらのケージは、脊椎軸を横断して、外殻板空間内に完全に整合するようにデザインされる。ケージの形状は、椎間板空洞を正確に反映する。ケージは、脊椎軸に沿った大きな移植孔を少なくとも1つ含む。この移植孔を貫通して上位及び下位の終板が骨カラム又は融合を形成することができる。典型的にこれらの孔には、種々の材料、例えば移植材料、移植促進材料、骨形成材料又は骨代用材料などが充填されてもよい
さらに脊椎外科団体は、いくつかの商業的に入手可能なケージ、すなわち独立支持デバイス(追加的構造、例えば前面のプレート及びネジ、又は後部に設置される経椎弓根のネジ及びロッド、あるいは椎間関節を貫通して設置されるネジなどからの付加的な支持のないもの)として機能する統合ネジを備える椎体間融合デバイスを生成してきた。これらのデバイスは、Stalif(登録商標)、SynFix(登録商標)及びVerteBridge(登録商標)を含む。Stalifは、腰部脊椎の融合のためのデバイスである。人工器官は挿入され、デバイス(これは椎体内を貫通する)に予め設けられた開口を貫通する収束ネジを用いて固定される。ネジは、デバイスの開口内に手動で設置され、外科用スクリュードライバーなどの適切なツールを用いて回転される。Stalifは、Centinel Spine社から入手できる(www.centinelspine.com)。SynFixもまた、椎間腔に設置され、デバイスを貫通し椎体内に達する発散ネジを用いて固定される。ここでもネジはデバイスの開口内に手動で設置され、外科用スクリュードライバーを用いて回転される。SynFixは、Synthes社、1302 Wrights Lane East、West Chester、PA 19380から入手できる(www.synthes.com)。VerteBridgeは、脊椎融合のためのデバイスである。このデバイスでは、アンカーブレードがデバイス内の開口を貫通して(特殊なツールを用いて)プレス駆動され、デバイスをプレートの固定するためにそれぞれの椎体内に達する。VerteBridgeは、LDR Spine社を通じて入手できる(www.ldrholding.com)。
前述のデバイスはすべて、初期のデバイスに二次的に追加される固定要素を有する。Stalif及びSynFixはネジを採用する一方、VerteBridgeはブレードアンカーを利用する。Stalif及びSynFixはいずれも、通常の所与の人間の解剖学的構造では(特にレベルL4−L5−S1の椎間板スペースでは)実行が困難な軌道で挿入されること要求する。さらにネジの近位端部が前方に突出することがある。これは潜在的な炎症及び大血管や小血管への侵食の原因となる。そしておそらくは、ネジが無闇に接近してホーム/固定位置に固定されるため、単純で不運な障害に起因して、尿管及び周辺柔組織が侵食されるだろう。
VerteBridgeは、初期のデバイスが設置された後に挿入される一対のブレードを有する。このブレードは、デバイス内で曲がるのに十分柔軟であり、骨を貫通して切るのに十分な強度を示すことを前提とする。こうしたブレードは柔軟ではあるが、通常の生理学的状態におけるすべての運動面内に(さらにはある程度超生理学的状態における運動面内にも)位置する椎体が保持可能であることを要求される。実際にはこれらの特性は、必ずしも実現できるわけではない。
椎間腔内に設置された後に配置される組み込み型固定要素を使用するデバイスが多数開発されてきた。例えば米国特許出願公開第2006/0241621号明細書(その全体が本明細書に組み込まれる)は、セルフドリルネジ器具を用いて椎メンバー同士を接続するデバイスを開示する。このネジ器具は、シェル並びに、テーパー状端部とネジ付き基部とを有しシェル内に配置される第1及び第2のネジメンバーを含む。駆動メカニズムが、第1及び第2のネジメンバーをシェルから正確に同軸かつ反対方向に回転駆動する。これにより、ネジメンバーは椎体に組み込まれる。米国特許第5,800,550号明細書(その全体が本明細書に組み込まれる)は、自己展開支柱対を用いて椎メンバー同士を接続するデバイスを開示する。このデバイスは、基部並びに、基部の内部に配置される第1及び第2の支柱メンバーを含む。駆動メカニズムが、第1及び第2の支柱を基部から正確に同軸かつ反対方向に(脊椎に沿って長手方向に)圧迫駆動する。これにより支柱は椎体に組み込まれる。これらのデバイスの問題点は、ネジ/支柱の同軸かつ反対配置が、椎間デバイスを固定するために理想的な形態ではないという点を含む。実際このような配置は、配置中又は配置後のデバイスのずれを許す。なぜなら、患者の解剖学的構造により、デバイスに自然的ストレスが掛かるからである。
別のアプローチが、米国特許出願公開第2010/016057号明細書に開示されている。この文献は、その開示全体が本明細書に組み込まれる。この公開は、基部(この基部は、縦軸に対して横方向に向けて該基部から延びる1つ以上の開口部を有する)を含む椎間人工器官を開示する。開口部内に配置されるそれぞれの固定要素は、ネジが切られており、ギア上の回転駆動力に応答して展開する。ギアの回転が固定要素の回転トルクを生むように、ギアは、固定要素のネジ付きシャフトと隣接しネジ噛合する。固定要素はギアの回転駆動力により、回転し、基部から展開し、患者の脊柱の椎骨内にねじ込まれる。
この技術は一定の長所を持つとはいえ、回転、牽引又は押圧駆動力に応答して展開する組み込み型固定要素を備える、新たな椎間デバイスが必要とされている。
本発明のいくつかの実施形態は、スタンドアロン型椎体間デバイスであり、腰椎前方進入椎体間固定術(ALIF)デバイス、経椎間孔的腰椎椎体間固定術(TLIF)デバイス、後方経路腰椎椎体間固定術(PLIF)デバイス又は腰椎遠前方進入椎体間固定術(FALIF)デバイスなどの一般的な形態で設計されてよい。さらに、本明細書に開示される基本的な実施形態のサイズ及び/又は形状は、脊椎の種々のレベル、すなわち、頚椎、胸椎及び腰椎での利用を目的に、当業者によって変更されてよい。従って、本明細書では腰椎に関する例示を目的に種々の実施形態が記述されるが、本開示は他のレベルの脊椎に対しても同等の効果をもって適用できる。
本デバイスは、任意の種々の構造的生体材料、例えば(限定されないが)PEKK、PEKEK、好ましくはポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、チタン、セラミック等を含む任意の多数の生体適応移植可能ポリマーから生成される基部を含む。基部の外表面は、種々の表面生地、表面コーティング及び、変位に対する初期抵抗を与えるための鋸歯状上面及び/又は下面を含む表面形状を有してよい。さらに、自家移植片、骨形成タンパク質(BMP)、骨髄穿刺/濃縮といった移植材料類を内包する目的で、上面から下面まで延びる少なくとも1つの開口部があってよい。
基部は、内部に少なくとも1つの固定要素を含む。この固定要素は、駆動メカニズムにより、対応する開口部を通って本デバイスの基部から展開されてよい。本デバイスを適所に固定するために、少なくとも1つの固定要素は、本デバイスに隣接する椎骨を貫通する。
1つ以上の実施形態に係り、本人工器官は基部を含む。この基部は、第1の主要面と、第2の主要面と、開口部と、少なくとも1つの固定要素と、駆動メカニズムと、を含む。第1の主要面は、脊椎の第1の椎骨の終板と係合する。第2の主要面は、第1の椎骨に隣接する脊椎の第2の椎骨の終板と係合する。少なくとも1つの開口部は、基部の内部から延びて、第1の主要面で展開する。少なくとも1つの固定要素は、シャフトを含む。シャフトは、開口部内に配置され、近位端部と遠位端部とを有する。駆動メカニズムは、少なくとも1つの固定要素の近位端部と係合する。駆動メカニズムは、少なくとも1つの固定要素を、この固定要素自身の長さにより定義される軸、すなわち該固定要素の主要軸の周りに回転させることなく、この少なくとも1つの固定要素を、少なくとも1つの開口部を貫通して、第1の椎骨内部に押し出すように動作する。
本発明の実施形態の利点の1つは、デバイスを簡易に使用できる点である。デバイスを椎間腔内に挿入するために使うのと同じツールを用いて、少なくとも1つの(好ましくはすべての)固定要素をデバイスの基部から展開できるため、従来のデバイスと比べてステップ数が少ない。さらに固定要素が埋込み型であるため、従来のデバイスであったような、ネジを固定し設置するために必要な困難な軌道がない。
本明細書に記載された本発明の好ましい実施態様の説明を添付図面と併せて読むことにより、その他の態様、特徴、利点等が、当業者に明らかとなるだろう。
本発明の種々の態様の説明を目的に、現在の好ましい実施形態が図面により示される。しかしながら、本発明は、図示された厳密な構成や手段に限定されないことを理解されたい。
本発明の1つ以上の実施形態に係る椎間人工器官を示す斜視図である。 図1Aの椎間デバイスの側面図(横方向)である。 図1Aの椎間デバイスの前方立面図である。 使用中の図1Aの椎間デバイスを示す図である。 図1Aの椎間デバイスの内部構造の一例を示す部分的な側面斜視透視図である。 展開した固定要素及び展開方向を模式的に示す、図3Aの椎間人工器官デバイスの側方立面図である。 図3Aの椎間人工器官デバイスの固定要素の方向成分の3−D直交座標表示を示す模式図である。 代替的な展開方向と展開した固定要素とを有する椎間人工器官デバイスの後方斜視図である。 椎間人工器官デバイスの基部外部に示される固定要素と連動する、ある種の駆動メカニズムの斜視図である。 図5Aの駆動メカニズムの変換要素の斜視図である。 図5Aの駆動メカニズムと係合していない状態の固定要素の斜視図である。 デバイスから固定要素を展開させるための代替的な駆動メカニズムを示す図である。 代替的な特徴を持つ椎間人工器官デバイス(及び展開した固定要素)の斜視図である。 (挿入ツールとして)2つのヘッドを明示的に示す図7の椎間人工デバイスの斜視図である。 代替的な特徴を持つ椎間人工器官デバイス(及び展開した固定要素)の斜視図である。 図9の椎間人工器官デバイスの側面図である。 図9の椎間人工器官デバイス(及び格納された固定要素)の側面図である。 図10の椎間人工器官デバイスの断面12−12を横断する断面図である。 図10の椎間人工器官デバイスの断面13−13を横断する断面図である。 図11の椎間人工器官デバイスの断面14−14を横断する断面図である。
以下、本発明の1つ以上の実施形態に係る椎間人工器官デバイス100を示す図1A、1B及び1Cを参照する。図1Aは、椎間人工器官デバイス100を示す斜視図である。図1Bは、図の左方が前(前方)に、図の右方が後(後方)に相当する側面図(横方向)である。図1Cは、椎間人工器官デバイス100の前方立面図である。
デバイスの基部は、任意の生体適応材料、例えばPEKK、PEKEK、好ましくはポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、チタン、セラミック等を含む任意の多数の生体適応移植可能ポリマーなどから生成されてよい。
さらに、使用中のデバイス100を示す図2を参照すると、一般にデバイス100は、基部(又はハウジング)を含む。この基部は、人間の脊椎の隣接する骨10と20との間の椎間腔にフィットするよう、サイズ及び形状が決められる。デバイス100のサイズ及び形状は、頚椎、胸椎及び腰椎といった脊椎の任意のレベルで椎間腔にフィットするよう変更されてよいことを理解されたい。本例で説明される椎間人工器官100は、前方向から椎間腔内に挿入されるスタンドアロン型デバイス(すなわち、別個の固定要素を必要としない)として設計される。一般にこの実施形態は、ALIFデバイスの形態を取る。しかしながら、本明細書の説明から理解されるように、本デバイスは、脊椎の任意のレベルで使われるTLIFデバイス、腰椎遠前方進入椎体間固定術デバイス、PLIFデバイス等として動作するよう変更されてもよい。これらの後者の場合、本デバイスは、前方以外の方向から椎間腔内に導入されてもよい。
基部は、空間的に離れた第1及び第2の主要面102、104と、それらの間で延びる少なくとも1つの側壁106、108と、を含む。ALIFの実施形態では、側壁106、108はそれぞれ、前方及び後方を向いてよい。デバイス100の基部の一般的な形状が与えられると、側壁もまた、一般に横(中央)方向を向いた側壁または部分を含んでよい。第1の主要面102は、脊椎の第1の椎骨10の終板と係合するように動作する。そして第2の主要面104は、隣接する脊椎の第2の椎骨20の終板と係合するように動作する。図1B及び2に最もよく示されるように、第1及び第2の主要面102、104は、前記平面に略直行して延び、脊椎の長手方向に同軸又は略平行な縦軸Loを定義する。図1B及び1Cを参照すると、縦軸Loは、第1及び第2の主要面102、104と厳密には直行していない。なぜなら基部には、側壁106から側壁108に向けて、軽度の高さの狭まり(テーパー)が存在するからである。このテーパーは、隣接する椎骨10、20の間の自然な解剖学的関係に適合し、その結果、脊椎の正常な前湾曲線が維持されるように設計される。
デバイス100の移植に関係する外科術は、椎間腔からの椎間板の除去、椎間板腔周辺の軟部組織の開放、及び隣接する椎骨10、20の一部のある程度の伸延又は牽引(これは、椎間板腔高の機械的修復、脊椎軸の解剖学的再調整、及び脊椎から一定程度飛び出した神経根の間接的減圧の実行中に行われる)を含む。外科医が椎間板材を除去した後、デバイス100を設置するための清浄な開口(腔)がもたらされる。外科医は、デバイス100の基部を同時に掴み、これを椎間腔の口部に設置し、デバイス100が最終配置に置くための力を付与するためのツールを用いてもよい。
それぞれの椎骨10、20の終板とデバイス100との間の理想的な機械的インタフェースを容易に実現するために、基部の第1及び第2の主要面の1つ又はその両方は、骨と係合するための特性、例えば、少なくとも1つの鋸歯形状、突出、谷形状、スパイク、刻みつけ、竜骨形状等(図示しない)を含む。追加的又は代替的に、椎間人工器官100は、基部の第1及び第2の主要面の少なくとも1つの間で貫通して延びる1つ以上の開口部110を含んでもよい。開口部110は、人工器官100の基部と1つ以上の椎骨10、20との間で、骨の密な成長を許すように機能する。
図2に示されるように、一旦外科医が、椎間腔内に適切な方向にデバイス100を設置すると、1つ以上の固定要素120A、120Bは、基部の内部から展開し、1つ以上の椎骨10、20と係合する。特に、以下でさらに詳述されるように、1つ以上の固定要素120A、120Bは、いかなる固定要素も固定要素自身の長さにより定義される主要軸の周りに回転されることなく、基部から第1の椎骨内に押し出される。例えば、1つ以上の固定要素120A、120Bの展開は、この固定要素を椎骨10、20内にねじ込むことによって達成されるのではない。やはり本明細書でさらに詳述されるように、固定要素120A、120Bは、基部から椎骨10、20内まで、基部及び脊椎の縦軸Loの横断方向に展開する。
以下、図1A、1B1C、及び3Aを参照する。図3Aは、図1Aの椎間デバイスの内部構造の一例を示す部分的な側面斜視透視図である。デバイスの基部は少なくとも、基部の内部から縦軸Loの横断方向に延び、第1の主要面102で開口する第1の開口部122Aを含む。開口部は複数あることが望ましく、こうした開口部122A、122B、122C、122Dが4つあることが望ましい。
第1の固定要素120Aは、固定要素120Aの展開が基部から所定の椎骨までの軌道(この軌道は、基部及び脊椎縦軸Loを横断する方向を向く)となるように、第1の開口部122Aの内部に配置される。好ましくは、固定要素120A、120B、120C、120Dが存在し、固定要素120A、120B、120C、120Dはそれぞれ、固定要素120の各々の展開が基部から所定の椎骨までのそれぞれの軌道(これらの軌道は、基部及び脊椎縦軸Loを横断する方向を向く)となるように、開口部122A、122B、122C、122Dの各々の内部に配置される。
好ましくは、固定要素120A、120B、120C、120Dの各々は、近位端部と遠位端部124Aを有するシャフトの形態を取る。近位端部における押力に応答して容易に椎体内に貫入できるように、固定要素120の各々はまた、遠位端部124Aに鋭い先端を含んでよい。
固定要素120の各々は、図3Aには正方形の断面を有するものが示されるが、任意の好適な形状、例えば、(i)滑らかな、一部又は全体が同心リングの、リブのある、トゲのある、多辺断面の、四辺断面の、三辺断面の、曲線断面の、円断面のいずれか1つの形状であってよい。関連する開口部122は、展開中に固定要素120がスライドして移動することを許す、滑らかな壁により特徴づけられてもよい。開口部122の断面は、このようなスライドを許す任意の好適な形状であってよいが、固定要素120の断面に対する相補的な形状であることが望ましい。同心リング形状は、強い支持力と後退強度を持つことから、望ましい実施形態である。
特に、固定要素120の各々のシャフトは、その長さ方向に沿って弧状となる。弧により、展開中の固定要素120の椎骨への移動と貫入とがより容易となる。応用の緊急性に応じて、固定要素の120のいくつか又はすべては、弧状又は直線状のシャフトを有してよい。腰椎での使用において弧状である場合、曲率半径は、好ましくは3mmと約30mmとの間であり、望ましくは約10−15mmであり、最も望ましくは約12mmである。
曲率半径は、中心から固定要素120の最遠縁(外側)までが測定される。
上述の通り、1つ以上の開口部122A、122B、122C、122Dは、基部の内部で縦軸Loを横断する方向に延びる。開口部122A、122B、122C、122Dの各々は第1及び第2の主要面のいずれかで開口する。この意味で開口部は、固定要素120をそれぞれの方向にガイドし、固定要素120の各々にとっての適切な展開方向を保証するために、基部の内部で延びるチャネルであると考えてよい。与えられた固定要素120が直線状の場合、関連する開口部/チャネル122もまた好ましくは直線状である。与えられた固定要素120が弧状の場合、関連する開口部/チャネル122もまた好ましくは弧状である。弧状の場合、開口部/チャネル122の曲率半径は、スライド及びガイド機能を許す任意の好適な大きさであってよいが、関連する固定要素120の曲率半径と比較して相補的な曲率半径であることが望ましい(両半径は厳密に等しくなくてもよい)。
図3Bを参照すると、固定要素120のそれぞれの軌道Ltは、デバイス100の椎間腔への理想的な固定を実現し、後の使用中の移動を回避するために重要である。この点で、第1の開口部122Aのサイズ、形状及び方向、並びに第1の固定要素120Aの開口部122Aからの展開方向Lt1は、基部の縦軸Loに対して横断的である。一般に固定要素120iが直線状の場合、展開方向は、固定シャフトの直線縦軸に沿うものであると考えてよい。固定要素120iが弧状の場合、展開方向を定義するのにいくつかの選択肢が存在する。
第1に、固定要素120iが弧状をなしており、弧を通して展開したとしても、簡単のため、展開方向Ltiは、2Dまたは3D座標系の直線成分ベクトルを用いて定義される。第2に、展開方向Ltiは、対応する弧状の固定要素120iと関連する成分ベクトルの直線合成ベクトルとして定義される。このような関連を定義するための1つの選択肢は、直線合成ベクトルが、弧状の固定要素120iに沿ったある1点から出発し、弧状の固定要素120iに沿った少なくとも1つの他の点を通ると仮定することである。例えば、合成ベクトルは、弧状の固定要素120iの近位端部から出発し、固定要素120iの先端等の他点を通ってよい。代替的に、合成ベクトルは、固定要素120iに沿った中間点から出発し、固定要素120iの先端を通ってもよい。別の例では、固定要素120iの近位端部とも遠位端部とも異なる2点が使われる。さらなる代替例では、定義される関連は、直線合成ベクトルが、固定要素120iに沿った複数の点を通るのではなく、弧状の固定要素120iに沿った1点に対して接線方向を向くと仮定してもよい。
例示の目的で、第1の展開方向Lt1を表す直線合成ベクトルは、第1の固定要素120Aの近位端部又はその近傍を出発し、中間点を通ると仮定される。第1の展開方向Lt1は、基部の前方を向く(側壁106に向かう)第1の実質的方向成分Laを含む。展開方向Lt1はまた、脊椎の縦軸Loに平行な第2の実質的方向成分Lpを含む。このように軌道のこれらの成分Lt=La+Lpが前方かつ縦方向を向くことは、展開が完全に脊椎の縦方向に沿う従来技術との著しい相違を特徴づける。ある種の従来技術とのさらなる相違は、1つの又は複数の固定要素120が、これら固定要素を該固定要素の軸周りに回転させることなく、基部から椎骨内部に押し出される点である。固定要素120(単数又は複数)の展開は、この固定要素120(単数又は複数)を椎骨10、20内にねじ込むことによって達成されるのではない。さらに、固定要素120(単数又は複数)の展開は、それらをヒンジされた端部周りに単に回転させることによって達成されるのではない。実際、以下でさらに詳述されるように、固定要素120(単数又は複数)の端部は、展開中、椎間人工器官100内にとどまったまま並進移動する。
第2の開口部122Bのサイズ、形状及び方向、並びに第2の固定要素120Bの開口部122Bからの展開方向Lt2もまた、基部の縦軸Loに対して横断的である。さらに特徴的なことに、展開方向Lt2は、基部の前方を向く(側壁106に向かう)第1の実質的方向成分Laと、基部の縦軸Loに平行な第2の実質的方向成分−Lpと、を含む。この第2の実質的方向成分−Lpは、第1の固定要素120Aの展開方向Lt1の第2の実質的方向成分Lpと向きが逆である。
図3Bには詳細に示されないが、第3及び第4の固定要素120C、120Dの展開方向Lt3及びLt4に対しても、同様の特徴づけ及び比較対照がされてよい。
以下、図3Cを参照する。図3Cは、図3Aの椎間人工器官デバイスの固定要素の、第3及び第4の固定要素120C、120Dに関する展開方向Lt3、Lt4の方向成分の3−D表示を示す模式図である。第3の固定要素120Cの第3の展開方向Lt3は、(i)基部の前方又は後方のいずれか一方を向く第1の実質的方向成分(本例はLa)、(ii)基部の縦軸Loに平行な第2の実質的方向成分Lp、及び(iii)基部の前後方向に対して横方向である第3の実質的方向成分L1、を含む。
同様に第4の固定要素120Dの第4の展開方向Lt4は、(i)基部の前方又は後方のいずれか一方を向く第1の実質的方向成分(やはり本例はLa)、(ii)基部の縦軸Loに平行な第2の実質的方向成分Lp(しかし、第3の展開方向Lt3のLpと向きが逆である)、及び(iii)基部の前後方向に対して横方向である第3の実質的方向成分L1(これは、第3の展開方向Lt3の第3の実質的方向成分L1と平行である)、を含む。
図1C、3A及び3Bを参照すると、1つ以上の実施形態で、展開方向Lt1及びLt2はまた、横成分L1を含んでもよい。特に、展開方向Lt1及びLt2の各々の横成分L1(これは上記の説明では、第3の実質的方向成分と呼ばれていた)は同じ方向を向くが、展開方向Lt3及びLt4の横成分L1とは向きが逆である。より一般的には、第3の展開方向Lt3又は第4の展開方向Lt4のいずれかについての第1、第2及び第3の実質的方向成分のうちの少なくとも2つは、第1の展開方向Lt1及び第2の展開方向Lt2のうちの少なくとも1つについての各第1、第2及び第3の実質的方向成分と実質的に向きが逆であろう。その逆も真である。
図1C及び3Aを参照すると、前述の展開方向Lt1、Lt2、Lt3、Lt4のそれぞれのベクトル成分の関係により、展開の集合に関する興味深い特性が明らかになる点に留意すべきである。特にいくつかの実施形態では、展開の集合は、(i)展開の実経路がすべて交差する(弧状であろうと直線状であろうと)開始点、(ii)開始点からの半径方向への延長、によって特徴づけられる。半径方向への延長という特徴は、各経路がすべて同一平面にはないことを含む。
一般に、第1及び第2の固定要素120A、120Bは、約40°より大きい円弧角度で、互いに異なる方向に展開する。同様に、第3及び第4の固定要素120C、120Dもまた、約40°より大きい円弧角度で、互いに異なる方向に展開する。
椎間腔内におけるデバイス100の固定特性は、任意の数の個々の固定要素120を追加又は削除することにより調整されてよい。実際、前述のように頚椎、胸椎及び/又は腰椎での使用を目的に、基本デバイス100のサイズ及び/又は形状が変更できるように、個々の固定要素120の数も変更できる。例えば頚椎の場合、胸椎や腰椎の場合と比べて、固定要素120の数はより少ないことが望ましい。さらに、脊椎の種々のレベルで見られる物理的骨形状に最もよく適合させる目的で、個々の固定要素120の特定の展開方向が変更されてもよい。
1つ以上の実施形態で、図1A−3Bのデバイス100のように、固定要素120A、120Bの第1のペアは、基部の1つの横側面に配置されてよく、固定要素120C、120D(同様の構造である)の第2のペアは、基部のもう1つの横側面に配置されてよい。この実施形態では、固定要素120の各々は、前方向La(後方向と反対方向)を向く実質的成分を持つ展開軌道を示す。
上述の例では、方向成分Lt1、Lt2、Lt3、Lt4の第3の横成分L1がすべて外側を向くデバイスが開示される。しかしながら、横成分L1の1つ又はすべては、関連する開口部の好適な方向変更により、内側を向いてもよい点に留意すべきである。
以下、図4を参照する。図4は、椎間人工器官デバイス100と比べ、代替的な展開特性を有する椎間人工器官デバイス100Aの後方斜視図である。この椎間人工器官デバイス100Aの図示では、固定要素は展開状態にある。デバイス100Aの固定特性は、固定要素120A、120B及び120C、120Dの第1及び第2のペア(これらのペアは、基部の対向する横側面に配置される)を含む。デバイス100との顕著な相違は、椎間人工器官デバイス100Aの固定要素120の各々は、後方向(すなわち、−La方向)を向く実質的方向成分を持つ展開軌道を示す点にある。これは、デバイス100の固定要素120の展開と本質的に逆である。
以下、図5A、5B及び5Cを参照する。これらの図は、椎間人工器官デバイス100(又は100A)の追加的な詳細を示す。図5Aは、4つの固定要素120と連動する駆動メカニズム200の主要部品の斜視図である。図5Aに示される斜視図は、図3Aに示される駆動メカニズム200の表示部品に対して、反対の横側視点から示されている。
駆動メカニズム200は、中心部で、1つ以上の(好ましくはすべての)固定要素120の近位端部と係合し、対応する開口部122を通過して椎骨内に到達するように固定要素120を押し出すように動作する。これは、いかなる固定要素120も該固定要素120の軸の周りに回転させることなく達成される。特に複数の固定要素120が用いられる場合、好ましくは駆動メカニズム200は、すべての固定要素120を同時に、同じ速度で、実質的に同じ並進力で展開させる。
駆動メカニズム200は、駆動シャフト202を含む。駆動シャフト202は、近位端部にヘッド204を有し、ヘッド204から延びるネジ付きシャフト206を有する。駆動シャフト202の長手方向の延長は、駆動シャフト202の縦軸を定義する。駆動メカニズム200はまた、並進要素210を含む。並進要素210は、1つ以上の固定要素120の近位端部の各々と係合する。図5Bに最もよく示されるように、並進要素210は、ネジ付き穴212を含む。穴212は、駆動シャフト202のネジ付きシャフト206とネジで係合する。並進要素210はまた、少なくとも1つの、好ましくは固定要素120と同数の結合要素214を含む。結合要素214の各々は、固定要素120のそれぞれの近位端部の1つと係合及び嵌合し、関節接合されることを許す。図5B及び5Cを参照すると、結合要素214の各々はソケット216を含み、各固定要素120の近位端部はボール126を含む。ボール126は、比較的短いシャフト218により、固定要素120の終端部からオフセットされてよい。ボール126は、並進要素210が、駆動シャフト202の縦軸に沿った運動中に、固定要素120の近位端部と関節接合により結合されることを許すように、ソケット216内に拘束される。このような関節接合は任意の程度の運動を含んでよいことに留意する必要がある。少なくとも1つの実施形態では、こうした関節接合は、固定要素120の近位端部が(さらに遠位端部が)、複数の(好ましくは多数の)回転軸周りで運動できることを許す。このことは、ヒンジ配置(この場合は、1つの軸周りの運動が許される)と比べ、ボール−ソケット配置であることから予想できるだろう。
駆動シャフト202は、デバイス100(又は100A)の基部の内部で、前方から後方へ向けられる。少なくとも駆動シャフト202のヘッド204は、デバイスの操作者がヘッド204に回転力を与えることができるように、基部外部からのアクセスが可能である。図3Aの実施形態では、デバイス100の前側面でヘッド204にアクセスが可能なように、駆動シャフト202は、デバイス100の基部の内部で、前方から後方に向けられる。図4の実施形態では、やはりデバイス100Aの前側面でヘッド204にアクセスが可能なように、駆動シャフト202は、デバイス100Aの基部の内部で、前方から後方に向けられる。デバイス100と100Aと間の、駆動メカニズム200の方向に関する主要な相違は、前者の固定要素120が基部の内部で並進要素210の1つの側面と係合しそこから延びているのに対し、後者の固定要素120は基部の内部で並進要素210の反対側の側面と係合しそこから延びているという点である。
どのようなデバイスの向きが採用されるかに関わらず、駆動シャフト202は、駆動シャフトの202の縦軸の方向に(しかしながら、ヘッド204に与えられる回転力に応答して基部の内部で回転可能であるように)固定される。駆動シャフト202の向きを基部の内部で安定化させる目的で、シャフト206の遠位端部、すなわちヘッド204と反対側に、ベアリング220が適用されてよい。駆動シャフト202の回転により、並進デバイス210のネジ付き穴212の内部で、ネジ付きシャフト206の対応する回転が引き起こされる。このような回転により、並進デバイス210は、駆動シャフト202の縦軸に沿って並進移動し、固定要素120を、対応する開口部122を通して椎骨内部に押し出す。駆動シャフト202と並進要素210との連動により、強力な並進力(押力)が生成される。この並進力(押力)は、固定要素120の椎骨内へのねじ込み(回転)を必要とすることなく、固定要素120を、対応する開口部122を通して椎骨内部に駆動するのに十分である。特に、並進デバイス210により、固定要素210の近位端部は、駆動シャフト202の縦軸と平行に並進運動する。この意味で、展開は、固定要素120の静的な近位端部の周りで単に固定要素120が回転することで達成されるのではなく、固定要素120の近位端部が押し出されて並進運動することによって達成される。
以下、図6を参照する。図6は、固定要素120を、対応する開口部122を通して押し、引き、又は捻るための異なる駆動メカニズムを有する代替的なデバイス100Bを示す。この実施形態では、駆動メカニズムは、デバイス100Bの基部の内部に配置されるいくつかの部品と、1つ以上の外部部品と、を含む。特に、デバイス100Bは、並進要素210Aを含む。並進要素210Aは、1つ以上の固定要素120の近位端部の各々と係合する。並進要素210Aは、前述の並進要素210と実質的に同様であり、穴を含む。この穴の内部は、ネジが切られていなくてもよい。しかしながら、この駆動メカニズムは駆動シャフト202を含まない。その代わりに、基部の開口部112から入って、並進要素210Aの穴と係合する外部シャフト要素250が使用される。
特に、シャフト要素250は、エクステンション(又はロッド)252と、遠位端部254と、を含む。エクステンション252は、操作者により操作される。遠位端部254は、係合特性を含む。係合特性は、並進要素210Aとの開放可能な接続(例えば穴への)を示す。これにより、操作者は、固定要素120を、対応する開口部122を通して、押したり、引いたり、捻ったりすることができる。図示された実施形態では、シャフト252は、長手方向に空洞であり、溝付の遠位端部254(これは、選択的なテーパー状のアンダーカットを含んでもよい)を含む。溝により、遠位端部254は曲がり、並進要素210Aの穴の中に押し込まれてこれを通り抜けることができる。一旦遠位端部254が設置されると、ロッド256は、シャフト252(図示しない)の近位端部内に挿入され、溝に隣接する遠位端部254までスライドされる。ロッド256があることにより、溝の再度の曲げが回避され、テーパー状のアンダーカットが並進要素210Aの穴を通して後方に引かれることが回避される。この点で、操作者は、固定要素120の望ましい運動を実現するために、並進要素210Aを押し、引き、及び/又は捻ることができる。
図6に示されるデバイス100BがALIFである例では、並進要素210Aは以下のように運動可能である。すなわち、縦軸に沿った並進要素210Aの前後方向の運動が、少なくとも1つの固定要素を、少なくとも1つの開口部を通して第1の椎骨内に押す又は引くように、並進要素210Aは運動可能である。さらにこの運動は、少なくとも1つの固定要素を、その主要軸周りに回転させることがない。デバイスが腰椎遠前方進入椎体間固定術に使用される代替的な例では、並進要素210Aは以下のように運動可能である。すなわち、縦軸に沿った並進要素210Aの第1及び第2の対向する横方向の運動が、少なくとも1つの固定要素を、少なくとも1つの開口部を通して第1の椎骨内に押す又は引くように、並進要素210Aは運動可能である。さらにこの運動は、少なくとも1つの固定要素を、その主要軸周りに回転させることがない。
操作者が固定要素120の展開を完了すると、彼/彼女は、少なくとも溝の屈曲に必要な程度までロッド256を引き、その後シャフト要素250の遠位端部254を、並進要素210Aの穴から引く。シャフト要素250と並進要素210Aとの間の開放可能な接続を実現するために多数の手段があることを当業者は理解するだろう。例えば、望ましい接続を実現するために、並進要素210Aの穴はネジが切られていてよく、シャフト要素250の遠位端部254もネジが切られていてよい。
以下、図7を参照する。図7は、固定要素120を対応する開口部122を通して押すための代替的な駆動メカニズムを有する代替的なデバイス100Cを示す。例示により、図7の実施形態は、デバイス100、100A、100Bなどの他のデバイスに比べてより長方形の形状であることから、特に腰椎遠前方進入椎体間固定術に好適である。図2を参照すると、デバイス100Cは、第1の横方向から、又はこれに対向する第2の横方向から移植可能である(紙面の内部又は外部に向けて)。
この実施形態では、駆動メカニズムは、デバイス100、100A又は100Bの基部の内部に配置される部品(図5Aも参照)と実質的に同じ部品であって、多少の変形を加えたものを含む。特に、デバイス100Cは、少なくとも2つの並進要素210A、210Bを含む。並進要素210A、210Bの各々は、駆動シャフト202のネジ付きシャフト206とネジで係合するための前述のネジ付き穴212を有する。並進要素210A、210Bの各々は、少なくとも1つのそれぞれの固定要素120(例示では、固定要素の総数は4)と結合される。ネジ付きシャフト206は、第1及び第2の部分を含む。第1の部分は第1の方向にネジが切られ、第2の部分は第1の方向と反対の第2の方向にネジが切られる。第1の並進要素210Aは、ネジ付きシャフト206の第1の部分とネジで係合する。一方、第2の並進要素210Bは、ネジ付きシャフト206の第2の部分とネジで係合する。
少なくとも1つの固定要素120のそれぞれのセットの展開は、前述の1つ以上のアプローチと同様の方法で達成される。例えば、シャフト202に与えられる回転力により、ネジ付きシャフト206の第1及び第2のネジ付きの部分は、それぞれ(回転力の方向に)回転する。ネジ付きシャフト206の第1及び第2のネジ付きの部分が反対方向にネジが切られているとすれば、シャフト202の回転により、並進要素210A、210Bはそれぞれ、シャフト202の縦軸に沿って反対方向に移動する。図示された実施形態では、固定要素120の同時展開により、並進要素210A、210Bの互いに離れる方向への運動が引き起こされる。代替的な実施形態では、固定要素120の展開により、並進要素210A、210Bがそれぞれ接近する方向への運動が引き起こされるように、固定要素120の各々は、それぞれの並進要素210の反対側の面に配置されてもよい(開口部122のそれぞれに関する、対応する向きの変化とともに)。
特に、少なくとも1つの固定要素120のそれぞれのセットの格納は、シャフト202に反対回転力を与えることにより達成されてよい。このような反対回転は、シャフト202の近位端部でヘッド204に与えられてよく、及び/又は、シャフト202の遠位端部(シャフト202の近位端部と反対側)に与えられてもよい。シャフト202の遠位端部へのアクセスは、側壁106を通して、開口部105を用いて達成される。実際、開口部105は、シャフト202の縦軸と同軸であり、及び/又は、一致する。これにより、反対回転力を与えるためのアクセスが可能となる。シャフト202の反対回転により、ネジ付きシャフト206の第1及び第2のネジ付きの部分は、それぞれ(反対回転力の方向に)回転する。再び、ネジ付きシャフト206の第1及び第2のネジ付きの部分が反対方向にネジが切られているとすれば、シャフト202の反対回転により、並進要素210A、210Bはそれぞれ、シャフト202の縦軸に沿って反対方向に移動する。特に、並進要素210A、210Bの相対運動は、それぞれ互いに向き合う方向を向く。これにより、展開した固定要素120の同時格納がされる。さらなる代替的な実施形態では、固定要素120の格納により、並進要素210A、210Bのそれぞれ離れる方向への運動が引き起こされるように、固定要素120の各々は、それぞれの並進要素210の反対側の面に配置されてもよい(開口部122のそれぞれに関する、対応する向きの変化とともに)。
以下、図8を参照する。図8は、デバイス100C(図7)の駆動メカニズムの変形を含む代替的なデバイス100Dを示す。特に、デバイス100Dは、シャフト202の近位端部に第1のヘッド204Aを含み、シャフト202の遠位端部に第2のヘッド204Bを含む。従って外科医は、ヘッド204A、204Bのいずれか(又は両方)に適切なツール(例えば六角駆動ツール、図示しない)を係合させ、少なくとも1つの固定要素120を展開するために、ヘッド204A、204Bのいずれか(又は両方)に回転力を与えることができる。追加的又は代替的に、外科医は、ヘッド204A、204Bのいずれか(又は両方)に同様の適切なツールを係合させ、少なくとも1つの固定要素120を格納するために、ヘッド204A、204Bのいずれか(又は両方)に反対回転力を与えることができる。
前述の通り、図7のデバイス100C及び図8のデバイス100Dは、特に腰椎遠前方進入椎体間固定術に好適である。例えば、図2を参照すると、デバイス100C、100Dのいずれかは、最初は格納状態(この状態で、固定要素120の少なくとも1つは、デバイスの基部の内部に完全に格納されている)にあってよい。外科医は、第1の横側面から(図2において紙面を覗き込む方向から)患者に切開部を与えてよい。(前述のように)この切開部に椎間腔が用意され、デバイス100C、100Dが移植される。一旦椎間腔内にデバイス100C、100Dが置かれると、外科医は、シャフト202の近位端部又は遠位端部のいずれかにツールを係合し(例えば、ヘッド204A、204Bのいずれかを用いて)、固定要素120の少なくとも1つを展開するために、回転力を与えてよい。その後外科医は切開部を閉鎖してよく、患者はデバイス100C、100Dの特性を享受してよい。
いくつかのケースでは、デバイス100C、100Dは、挿入された後、除去される必要があってもよい。このような状況では、外科医はデバイス100C、100Dを、挿入時の第1の横方向と反対の第2の横方向から抜去することを意図してよい。換言すれば、外科医は、すでに移植したデバイス100C、100Dを、患者の反対側の横方向から(すなわち、紙面を覗き込む方向と反対方向から)除去することを意図してよい。特に、反対側横側面からアプローチすることにより、抜去中、移植術により生じた現存瘢痕組織に切開を加える必要がなくなる。このような状況では、デバイス100C、100Dは展開状態にあるだろう(この状態で、固定要素120の少なくとも1つは、デバイスの基部からに完全に展開している)。2度目の切開後、外科医は、シャフト202の近位端部及び遠位端部のうち、移植術が行われたときと反対の側に係合させるために、ツールを使用してよい(再びこのような係合は、ヘッド204A、204Bのうち、移植術が行われたときと反対の方を通してなされる)。その後外科医は、固定要素120の少なくとも1つをデバイス100C、100Dの基部の内部に戻して格納するために、シャフト202に反対回転力を与えてよい。その後外科医は、椎間腔からデバイス100C、100Dを、第2の横方向から抜去してよい。その後外科医は、新たな及び/又は改良したデバイスを移植してよく、及び/又は切開部を閉鎖してよい。
前述のデバイス100、100A、100B、100C、100Dはいずれも、1つ以上の各々のデバイスに特有の性質を含んでよい(これら性質の間に矛盾は生じないだろう)ことに留意する必要がある。これは、当業者には容易に明らかだろうが、こうした特徴によってもたらされる機能を実現することを目的とする。実際、例えば、デバイス100C、100Dは、すべての固定要素120を同一の一般平面(すなわち、デバイスの基部の配置に対して横方向に延びる平面)内に示す。しかしながら、別の実施形態の構造及び機能を多少採用することで、固定要素120の展開方向にさらなる変化を与えることもできる。その逆も真である。代替的又は追加的に、シャフト202が利用されないと仮定して、それぞれの固定要素120の展開が図6の道具を用いてなされてもよい。
以下、図9−14を参照する。図9−14は、固定要素120を対応する開口部122を通して押すための代替的な駆動メカニズムを有する代替的なデバイス100Eを示す。本明細書の他の実施形態の場合のように、図9の実施形態もまた、腰椎遠前方進入椎体間固定術に適用されてよい(再び、ネジ付きシャフト206の基部が、より長方形の形状であることと、その位置とから)。こうして100C及び100Dの実施形態の場合と同様、実施形態100Eは、第1の横方向から移植されてよく、及び/又は、反対の第2の横方向から抜去されてよい(図2について、紙面の内部又は外部に向けて)。やはり上述のように、実施形態100Eは、第1の横方向から移植されて、その後第2の横方向から抜去されてよい。
実施形態100Eでは、駆動メカニズムは、他の実施形態の場合と同様の部品だが、いくつかの著しい相違を有するものを含む。特に、実施形態100Eは、少なくとも2つの並進要素210A、210Bを含む。並進要素210A、210Bの各々は、前述のように、駆動シャフト202のネジ付きシャフト206とネジで係合するためのネジ付き穴212を含む。並進要素210A、210Bの各々は、少なくとも1つのそれぞれの固定要素120(例示では、固定要素の総数は4)と結合される。ネジ付きシャフト206は、第1及び第2の部分を含む。第1の部分は第1の方向にネジが切られ、第2の部分は第1の方向と反対の第2の方向にネジが切られる。第1の並進要素210Aは、ネジ付きシャフト206の第1の部分とネジで係合する。一方、第2の並進要素210Bは、ネジ付きシャフト206の第2の部分とネジで係合する。
実施形態100Eにおける少なくとも1つの固定要素120のそれぞれのセットの展開は、図7及び8の実施形態100C、100Dと同様の方法で達成される。例えば、図10に最もよく示されるように、ネジ付きシャフト206に与えられる回転力により、ネジ付きシャフト206の第1及び第2のネジ付きの部分は、それぞれ(回転力の方向に)回転する。ネジ付きシャフト206の第1及び第2のネジ付きの部分が反対方向にネジが切られているとすれば、ネジ付きシャフト206の回転により、並進要素210A、210Bはそれぞれ、シャフト202の縦軸に沿って反対方向に移動する。図示された実施形態では、固定要素120の同時展開により、並進要素210A、210Bが互いに離れる方向への運動が引き起こされる。代替的な実施形態では、固定要素120の展開により、並進要素210A、210Bが互いに接近する方向への運動が引き起こされるように、固定要素120の各々は、それぞれの並進要素210の反対側の面に配置されてもよい(開口部122のそれぞれに関する、対応する向きの変化とともに)。
実施形態100Eにおける少なくとも1つの固定要素120のそれぞれのセットの格納は、図7及び8の実施形態100C、100Dと同様の方法で達成されてよい。例えば図11に最もよく示されるように、格納は、ネジ付きシャフト206に反対回転力を与えることにより達成されてよい。このような反対回転は、ネジ付きシャフト206の近位端部及び遠位端部で、それぞれヘッド204A、204Bに与えられてよい。明らかにねじ付きシャフト206の近位端部及び遠位端部へのアクセスは、それぞれ側壁106、108を通して、開口部を用いて達成されてよい。シャフト202の反対回転により、ネジ付きシャフト206の第1及び第2のネジ付きの部分は、それぞれ(反対回転力の方向に)回転する。再び、ネジ付きシャフト206の第1及び第2のネジ付きの部分が反対方向にネジが切られているとすれば、ネジ付きシャフト206の反対回転により、並進要素210A、210Bはそれぞれ、ネジ付きシャフト206の縦軸に沿って反対方向に移動する。特に、並進要素210A、210Bの相対運動はそれぞれ、互いに向き合う方向を向く。これにより、展開した固定要素120の同時格納がされる。さらなる代替的な実施形態では、固定要素120の格納により、並進要素210A、210Bが互いに離れる方向への運動が引き起こされるように、固定要素120の各々は、それぞれの並進要素210の反対側の面に配置されてもよい(開口部122のそれぞれに関する、対応する向きの変化とともに)。
以下、図12、13及び14を参照する。図12は、図10の椎間人工器官デバイスの断面12−12を横断する断面図である(固定要素120は展開している)。図13は、図10の椎間人工器官デバイスの断面13−13を横断する断面図である(固定要素120は展開している)。図14は、図11の椎間人工器官デバイスの断面14−14を横断する断面図である(固定要素120は格納されている)。
図10及び12に最もよく示されるように、第1の並進要素210Aは、第1の延長軸Ltaに沿って延びる。第1の延長軸Ltaは、縦軸Loを横断する。さらに、第1の並進要素210Aは、第1の凹部240Aを含む。第1の凹部240Aは、第2の並進要素210Bの方を向く(図示しない)。第1の並進要素210Aの延長特性が縦軸Loに対して並進方向を持つことから、第1の固定要素120Aは、縦軸Loに関して第2の固定要素120Bからオフセットする。
図10及び13に最もよく示されるように、第2の並進要素210Bはまた、第2の延長軸Ltbに沿って延びる。第2の延長軸Ltbは、縦軸Loを横断し、第1の延長軸Ltaを横断する。また、第2の並進要素210Bは、第2の凹部240Bを含む。第2の凹部240Bは、第1の並進要素210Aの方を向く(図示しない)。第2の並進要素210Bの延長特性も縦軸Loに対して並進方向を持つことから、第3の固定要素120Cは、縦軸Loに関して第4の固定要素120Dからオフセットする。
図11及び14に最もよく示されるように、ネジ付きシャフト206に与えられた反対回転力により、第1及び第2の並進要素210A、210Bが違いに接近して係合すると、第1及び第2の凹部240A、240Bは違いに係合し噛み合う。この特性により、いくつかの設計パラメータを同時に成立させることが可能となる。第1に、第1及び第2の並進要素210A、210Bの各々は、それぞれの連結器230の領域で、(シャフト206と平行な向きに)実質的に同じ厚さであってよい。第2に、固定要素120は、実質的に同じ長さであってよい。第3に、固定要素120は、第1及び第2の並進要素210A、210Bが違いに干渉することなく、デバイスの基部の内部に完全に格納されてよい。
本明細書において、特定の実施形態を参照しながら本発明が記述された。しかしながら、これらの実施形態は本発明の原理及び応用のための単なる説明であることを理解されたい。従って、説明された実施形態には多数の変形がされてよく、添付の請求項で定義される本発明の本質と範囲とを逸脱することなく別の構成を考案してよいことを理解されたい。

Claims (14)

  1. 基部を備える椎間人工器官であって、
    前記基部は、第1の主要面と、第2の主要面と、第1の開口部と、第1の固定要素と、駆動メカニズムと、を含み、
    前記第1の主要面と前記第2の主要面とは、互いに空間的に分離しており、
    前記第1の主要面は、脊椎の第1の椎骨の終板と係合し、
    前記第2の主要面は、前記第1の椎骨に隣接する脊椎の第2の椎骨の終板と係合し、
    前記第1の主要面及び前記第2の主要面は、前記第1の主要面及び前記第2の主要面を貫いて延びる縦軸を定義し、
    前記第1の開口部は、前記基部の内部から延びて、前記第1の主要面又は前記第2の主要面のいずれかで開口し、
    前記第1の固定要素は、前記第1の開口部の内部に配置され、
    前記第1の固定要素は、シャフトを含み、
    前記シャフトは、近位端部と、遠位端部と、を含み、
    前記第1の固定要素の近位端部は、第1の関節接合メカニズムの第1の部分を含み、
    前記駆動メカニズムは、(i)ネジ付きシャフトと、(ii)並進要素と、を含み、
    前記ネジ付きシャフトは、 前記ネジ付きシャフトの縦軸と、前記ネジ付きシャフトの近位端部に第1のヘッドと、前記基部を貫通するシャフト開口部と、を定義し、
    前記シャフト開口部は、前記ネジ付きシャフトの遠位端部へのアクセスを与え、
    前記並進要素は、ネジ付き穴と、結合要素と、を有し、
    前記ネジ付き穴は、前記ネジ付きシャフトと係合し、
    前記結合要素は、前記第1の関節接合メカニズムの第2の部分を有し、
    前記第1の関節接合メカニズムの前記第1の部分及び第2の部分は、前記第1の固定要素が前記並進要素に対して関節接合するように、互いに係合し、
    前記ネジ付きシャフトは、前記ネジ付きシャフトの縦軸の方向に固定され、
    前記ネジ付きシャフトは、前記基部の内部で回転可能であり、
    (a)前記第1のヘッド用いて前記ネジ付きシャフトに与えられる回転力により、前記並進要素は、(i)前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動し、(ii)前記第1の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、(iii)前記第1の固定要素を前記第1の開口部を通して押し出し、
    (b)前記シャフト開口部を通して前記ネジ付きシャフトの遠位端部に与えられる反対回転力により、前記並進要素は、(i)前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動し、(ii)前記第1の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、(iii)前記第1の固定要素を前記第1の開口部内に引き抜く、ことを特徴とする椎間人工器官。
  2. 前記ネジ付きシャフトの遠位端部に配置される第2のヘッドをさらに備え、
    前記第2のヘッドは、前記シャフト開口部を通してアクセス可能である、ことを特徴とする請求項1に記載の椎間人工器官。
  3. さらなる並進要素をさらに備え、
    前記さらなる並進要素は、(i)ネジ付き穴と、(ii)少なくとも1つの結合要素とを、を有し、
    前記さらなる並進要素の前記ネジ付き穴は、前記ネジ付きシャフトと係合し、
    前記さらなる並進要素の前記結合要素は、前記さらなる並進要素の少なくとも1つの近位端部と係合し、
    前記さらなる並進要素の前記結合要素は、前記さらなる並進要素の少なくとも1つの近位端部の関節接合を許し、
    前記ネジ付きシャフトは、(i)第1の方向にねじ込まれる第1のネジ付き部分と、(ii)前記第1の方向と反対の第2の方向にねじ込まれる第2のネジ付き部分と、を含み、
    前記並進要素の前記ネジ付き穴は、前記ネジ付きシャフトの第1の部分とネジで係合し、
    前記さらなる並進要素の前記ネジ付き穴は、前記ネジ付きシャフトの第2の部分とネジで係合し、
    同時展開のための前記ネジ付きシャフト上の回転力により、(i)前記並進要素は、前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って、第1の方向に運動し、(ii)前記さらなる並進要素は、前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って、前記第1の方向と反対の第2の方向に運動する、ことを特徴とする請求項1に記載の椎間人工器官。
  4. 第2の開口部と、第2の固定要素と、をさらに備え、
    前記第2の開口部は、前記基部の内部から延びて、前記第1の主要面又は前記第2の主要面のいずれかで開口し、
    前記第2の固定要素は、前記第2の開口部の内部に配置され、
    前記第2の固定要素は、シャフトを含み、
    前記第2の固定要素のシャフトは、近位端部と、遠位端部と、を含み、
    前記第2の固定要素の近位端部は、第2の関節接合メカニズムの第1の部分を含み、
    前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかは、第2の結合要素を含み、
    前記第2の結合要素は、前記第2の関節接合メカニズムの第2の部分を有し、
    前記第2の関節接合メカニズムの前記第1の部分及び第2の部分は、前記第2の固定要素が前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかに対して関節接合するように、互いに係合し、
    前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかは、前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動する、ことを特徴とする請求項3に記載の椎間人工器官。
  5. 前記ネジ付きシャフトは、前記基部の内部で回転可能であり、
    (a)前記第1のヘッド用いて前記ネジ付きシャフトに与えられる回転力により、前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかは、(i)前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動し、(ii)前記第2の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、(iii)前記第2の固定要素を前記第2の開口部を通して押し出し、
    (b)前記シャフト開口部を通して前記ネジ付きシャフトの遠位端部に与えられる反対回転力により、前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかは、(i)前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動し、(ii)前記第2の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、(iii)前記第2の固定要素を前記第2の開口部内に引き抜く、ことを特徴とする請求項4に記載の椎間人工器官。
  6. 第3の開口部と、第3の固定要素と、をさらに備え、
    前記第3の開口部は、前記基部の内部から延びて、前記第1の主要面又は前記第2の主要面のいずれかで開口し、
    前記第3の固定要素は、前記第3の開口部の内部に配置され、
    前記第3の固定要素は、シャフトを含み、
    前記第3の固定要素のシャフトは、近位端部と、遠位端部と、を含み、
    前記第3の固定要素の近位端部は、第3の関節接合メカニズムの第1の部分を含み、
    前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかは、第3の結合要素を含み、
    前記第3の結合要素は、前記第3の関節接合メカニズムの第2の部分を有し、
    前記第3の関節接合メカニズムの前記第1の部分及び第2の部分は、前記第3の固定要素が前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかに対して関節接合するように、互いに係合し、
    前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかは、前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動する、ことを特徴とする請求項4に記載の椎間人工器官。
  7. 前記ネジ付きシャフトは、前記基部の内部で回転可能であり、
    (a)前記第1のヘッド用いて前記ネジ付きシャフトに与えられる回転力により、前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかは、(i)前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動し、(ii)前記第3の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、(iii)前記第3の固定要素を前記第3の開口部を通して押し出し、
    (b)前記シャフト開口部を通して前記ネジ付きシャフトの遠位端部に与えられる反対回転力により、前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかは、(i)前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動し、(ii)前記第3の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、(iii)前記第3の固定要素を前記第3の開口部内に引き抜く、ことを特徴とする請求項6に記載の椎間人工器官。
  8. 第4の開口部と、第4の固定要素と、をさらに備え、
    前記第4の開口部は、前記基部の内部から延びて、前記第1の主要面又は前記第2の主要面のいずれかで開口し、
    前記第4の固定要素は、前記第4の開口部の内部に配置され、
    前記第4の固定要素は、シャフトを含み、
    前記第4の固定要素のシャフトは、近位端部と、遠位端部と、を含み、
    前記第4の固定要素の近位端部は、第4の関節接合メカニズムの第1の部分を含み、
    前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかは、第4の結合要素を含み、
    前記第4の結合要素は、前記第4の関節接合メカニズムの第2の部分を有し、
    前記第4の関節接合メカニズムの前記第1の部分及び第2の部分は、前記第4の固定要素が前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかに対して関節接合するように、互いに係合し、
    前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかは、前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動する、ことを特徴とする請求項6に記載の椎間人工器官。
  9. 前記ネジ付きシャフトは、前記基部の内部で回転可能であり、
    (a)前記第1のヘッド用いて前記ネジ付きシャフトに与えられる回転力により、前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかは、(i)前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動し、(ii)前記第4の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、(iii)前記第4の固定要素を前記第4の開口部を通して押し出し、
    (b)前記シャフト開口部を通して前記ネジ付きシャフトの遠位端部に与えられる反対回転力により、前記並進要素又は前記さらなる並進要素のいずれかは、(i)前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動し、(ii)前記第4の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、(iii)前記第4の固定要素を前記第4の開口部内に引き抜く、ことを特徴とする請求項8に記載の椎間人工器官。
  10. 方法であって、
    患者に第1の切開部を形成し、前記患者の脊椎の第1の横側面に第1の方向を定義するステップと、
    前記第1の切開部を通して、前記脊椎の椎間腔内に、前記第1の方向から、椎間人工器官を挿入するステップと、を備え、
    前記椎間人工器官は、基部を備え、
    前記基部は、第1の主要面と、第2の主要面と、第1の開口部と、第1の固定要素と、駆動メカニズムと、を含み、
    前記第1の主要面と前記第2の主要面とは、互いに空間的に分離しており、
    前記第1の主要面は、脊椎の第1の椎骨の終板と係合し、
    前記第2の主要面は、前記第1の椎骨に隣接する脊椎の第2の椎骨の終板と係合し、
    前記第1の主要面及び前記第2の主要面は、前記第1の主要面及び前記第2の主要面を貫いて延びる縦軸を定義し、
    前記第1の開口部は、前記基部の内部から延びて、前記第1の主要面又は前記第2の主要面のいずれかで開口し、
    前記第1の固定要素は、前記第1の開口部の内部に配置され、
    前記第1の固定要素は、シャフトを含み、
    前記シャフトは、近位端部と、遠位端部と、を含み、
    前記第1の固定要素の近位端部は、第1の関節接合メカニズムの第1の部分を含み、
    前記駆動メカニズムは、(i)ネジ付きシャフトと、(ii)並進要素と、を含み、
    前記ネジ付きシャフトは、 前記ネジ付きシャフトの縦軸と、前記ネジ付きシャフトの近位端部に第1のヘッドと、前記基部を貫通するシャフト開口部と、を定義し、
    前記シャフト開口部は、前記ネジ付きシャフトの遠位端部へのアクセスを与え、
    前記並進要素は、ネジ付き穴と、結合要素と、を有し、
    前記ネジ付き穴は、前記ネジ付きシャフトと係合し、
    前記結合要素は、前記第1の関節接合メカニズムの第2の部分を有し、
    前記第1の関節接合メカニズムの前記第1の部分及び第2の部分は、前記第1の固定要素が前記並進要素に対して関節接合するように、互いに係合し、
    前記ネジ付きシャフトは、前記ネジ付きシャフトの縦軸の方向に固定され、
    前記ネジ付きシャフトは、前記基部の内部で回転可能であり、
    (a)前記第1のヘッド用いて前記ネジ付きシャフトに与えられる回転力により、前記並進要素は、(i)前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動し、(ii)前記第1の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、(iii)前記第1の固定要素を前記第1の開口部を通して押し出し、
    (b)前記シャフト開口部を通して前記ネジ付きシャフトの遠位端部に与えられる反対回転力により、前記並進要素は、(i)前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動し、(ii)前記第1の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、(iii)前記第1の固定要素を前記第1の開口部内に引き抜く、ことを特徴とし、
    該方法は、
    前記第1の切開部を閉鎖するステップと、
    前記患者に第2の切開部を形成し、前記患者の脊椎の第2の横側面に第2の方向を定義するステップと、
    前記シャフト開口部を通して前記ネジ付きシャフトの遠位端部に反対回転力を与えることにより、前記第1の固定要素を前記椎間人工器官の前記基部の内部に格納し、前記並進要素が、(i)前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って運動し、(ii)前記第1の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、(iii)前記第1の固定要素を前記第1の開口部内に引き抜くようにするステップと、
    前記椎間人工器官を、前記脊椎の前記椎間腔から、第2の方向から除去し、前記第2の切開部を通して抜去するステップと、
    前記第2の切開部を閉鎖するステップと、をさらに備え、
    前記第2の横側面は、前記第1の横側面と反対側の面であり、
    前記第2の方向は、前記第1の方向と反対の方向である、ことを特徴とする方法。
  11. 基部を備える椎間人工器官であって、
    前記基部は、第1の主要面と、第2の主要面と、第1の開口部と、第1の固定要素と、第2の開口部と、第2の固定要素と、駆動メカニズムと、を含み、
    前記第1の主要面と前記第2の主要面とは、互いに空間的に分離しており、
    前記第1の主要面は、脊椎の第1の椎骨の終板と係合し、
    前記第2の主要面は、前記第1の椎骨に隣接する脊椎の第2の椎骨の終板と係合し、
    前記第1の主要面及び前記第2の主要面は、前記第1の主要面及び前記第2の主要面を貫いて延びる縦軸を定義し、
    前記第1の開口部は、前記基部の内部から延びて、前記第1の主要面又は前記第2の主要面のいずれかで開口し、
    前記第1の固定要素は、前記第1の開口部の内部に配置され、
    前記第1の固定要素は、シャフトを含み、
    前記シャフトは、近位端部と、遠位端部と、を含み、
    前記第1の固定要素の近位端部は、第1の関節接合メカニズムの第1の部分を含み、
    前記第2の開口部は、前記基部の内部から延びて、前記第1の主要面又は前記第2の主要面のいずれかで開口し、
    前記第1の固定要素は、前記第1の開口部の内部に配置され、
    前記第2の固定要素は、シャフトを含み、
    前記シャフトは、近位端部と、遠位端部と、を含み、
    前記第2の固定要素の近位端部は、第2の関節接合メカニズムの第1の部分を含み、
    前記駆動メカニズムは、(i)ネジ付きシャフトと、(ii)第1の並進要素と、(iii)第2の並進要素と、を含み、
    前記ネジ付きシャフトは、前記ネジ付きシャフトの縦軸を定義し、
    前記ネジ付きシャフトは、第1の方向に延びる第1のネジ付き部分と、前記第1の方向と反対の第2の方向に延びる第2のネジ付き部分と、を含み、
    前記第1の並進要素は、ネジ付き穴と、前記第2の関節接合メカニズムの第2の部分と、を有し、
    前記第1の関節接合メカニズムの前記第1の部分及び第2の部分は、前記第1の固定要素が前記第1の並進要素に対して関節接合するように、互いに係合し、
    前記第2の並進要素は、ネジ付き穴と、前記第1の関節接合メカニズムの第2の部分と、を有し、
    前記第2の関節接合メカニズムの前記第1の部分及び第2の部分は、前記第2の固定要素が前記第2の並進要素に対して関節接合するように、互いに係合し、
    前記第1の並進要素は、前記縦軸を横断する第1の延伸軸に沿って延伸し、
    前記第2の並進要素は、前記縦軸と前記第1の延伸軸とを横断する第2の延伸軸に沿って延伸する、ことを特徴とする椎間人工器官。
  12. 前記ネジ付きシャフトは、前記ネジ付きシャフトの縦軸の方向に固定され、
    前記ネジ付きシャフトは、前記基部の内部で回転可能であり、
    前記ネジ付きシャフトに与えられる回転力により、同時に、
    (i)前記第1の並進要素は、前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って、第1の方向に運動し、前記第1の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、前記第1の固定要素を前記第1の開口部を通して押し出し、
    (ii)前記第2の並進要素は、前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って、前記第1の方向と反対の第2の方向に運動し、前記第2の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、前記第2の固定要素を前記第2の開口部を通して押し出す、ことを特徴とする請求項11に記載の椎間人工器官。
  13. 前記ネジ付きシャフトは、前記ネジ付きシャフトの縦軸の方向に固定され、
    前記ネジ付きシャフトは、前記基部の内部で回転可能であり、
    前記ネジ付きシャフトに与えられる反対回転力により、同時に、
    (i)前記第1の並進要素は、前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って、第1の方向に運動し、前記第1の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、前記第1の固定要素を前記第1の開口部を通して引き入れ、
    (ii)前記第2の並進要素は、前記ネジ付きシャフトの縦軸に沿って、前記第1の方向と反対の第2の方向に運動し、前記第2の固定要素の近位端部を前記ネジ付きシャフトの縦軸と平行に並進させ、前記第2の固定要素を前記第2の開口部を通して引き入れる、ことを特徴とする請求項11に記載の椎間人工器官。
  14. 前記第1の並進要素は、前記第2の並進要素の方を向く第1の凹部を含み、
    前記第2の並進要素は、前記第1の並進要素の方を向く第2の凹部を含み、
    前記ネジ付きシャフトに与えられた反対回転力により、前記第1及び第2の並進要素が違いに接近して係合すると、前記第1及び第2の凹部は違いに係合し噛み合う、ことを特徴とする請求項13に記載の椎間人工器官。
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