JP3820040B2 - 人工椎弓 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、椎弓を補綴するために用いられる人工椎弓に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、脊柱管狭窄症や後縦靭帯骨化症等の脊椎疾患に対する外科的手術の手技の１つとして骨形成的脊柱管拡大術と呼ばれるものがある。これは椎骨の一部を分割した後、スペーサ等の骨補填材を用いて椎骨を再形成することにより狭窄または変形した脊柱管を拡大する方法である。
【０００３】
従来では、例えば図５に示すように、まず棘突起９２と椎弓９１とを一塊として椎骨９０から切断し保存する。この椎弓９１に図６に示すようにドリル５０により、針およびワイヤ等を挿通できる程度の貫通孔９１１を設ける。椎骨９０の切断端付近にもドリル５０により孔９０３を設ける。
【０００４】
次に、図７に示すように、設けた孔９０３にワイヤ９７を通し、セラミックス製のビーズ１００が安定するようにワイヤを結紮する。これを椎骨９０の左右の切断端について行い（図８）、ビーズ１００を各々ずれないように固定する。
この後、保存しておいた棘突起９２と椎弓９１の貫通孔９１１にワイヤ９７を通し、椎骨９０の切断端に位置させる（図９）。棘突起９２と椎弓９１とを所定の位置に配置した後、ワイヤ９７により固定する（図１０）。全体の固定が終了した後、先に準備しておいた、いわゆる「骨ミンチ」９５をビーズ１００の周辺部に充填する。
【０００５】
このように、従来使用されているビーズ１００等のようなスペーサは、単純形状をなしており、また、それを椎骨の切断端部に介在させ単にワイヤで固定しているだけであるため、脱落したり固定位置がずれ易いものであった。
したがって椎骨に介在させたスペーサが脱落したり固定位置がずれると、脊柱変形や脊柱管の再閉塞による神経根麻痺、後彎変形等を引き起こすという問題があった。
【０００６】
また、ワイヤを用いて椎骨等を固定する場合、例えば左右から交互に結紮させる等の処置は熟練を要し、また操作が煩雑で時間がかかり被験者への負担も大きいものであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、簡便かつ確実に脊柱管の形成および棘突起の固定を行うことができ、さらに術後の経過が良好に得られる生体親和性に優れた人工椎弓を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（９）の本発明により達成される。
【０００９】
（１） 切除された椎弓を補填する人工椎弓において、
脊柱管の少なくとも一部を形成する脊柱管形成部と、
前記人工椎弓を、椎骨のうちの前記椎弓の付け根部分に結合させる一対の結合部と、
棘突起の断面と当接し、該棘突起の断面より面積の大きい固定面と、前記棘突起を固定する固定部材を挿通可能な貫通孔と、前記固定部材を係止する切欠きとを有し、前記棘突起を固定する固定部とを備え、
各前記結合部と前記付け根部分とが当接する面が平面であり、
各前記結合部は、スクリュまたはピンを、その埋入位置および／または埋入角度を調整して挿通可能なスリットを有し、
該スリットに、前記スクリュまたはピンを、その埋入位置および／または埋入角度を調整して挿通することにより、前記両結合部を前記付け根部分に固定するように用いることを特徴とする人工椎弓。
【００１８】
（２） 前記固定面には粗面化処理が施されている上記（１）に記載の人工椎弓。
【００１９】
（３） 前記脊柱管形成部は円弧面を有する上記（１）または（２）に記載の人工椎弓。
【００２０】
（４） セラミックス材料を構成材料としてなる上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の人工椎弓。
【００２１】
（５） 前記セラミックス材料はリン酸カルシウム系化合物からなる上記（４）に記載の人工椎弓。
【００２２】
（６） 前記リン酸カルシウム系化合物はＣａ／Ｐ比が１．０〜２．０である上記（５）に記載の人工椎弓。
【００２３】
（７） 前記リン酸カルシウム系化合物はハイドロキシアパタイトである上記（５）または（６）に記載の人工椎弓。
【００２４】
（８） 前記ハイドロキシアパタイトは７００〜１０００℃で仮焼成されたものである上記（７）に記載の人工椎弓。
【００２５】
（９） 前記セラミックスの気孔率が０〜７０％である上記（４）ないし（８）のいずれかに記載の人工椎弓。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の人工椎弓を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の人工椎弓の一実施形態を示す立体斜視図、図２は図１に示す人工椎弓の上面図、図３は図１に示す人工椎弓の側面図、図４は本発明の人工椎弓の使用状態の一例を示す側面図である。
【００２８】
本発明の人工椎弓１は、切除された椎弓を補填する際に用いられるものであって、脊柱管の少なくとも一部を形成する脊柱管形成部２と、人工椎弓と椎骨と結合させる結合部とを備えることを特徴とする。
さらに、本発明の人工椎弓１は、脊柱管の少なくとも一部を形成する脊柱管形成部と、前記人工椎弓と椎骨とを結合させる結合部と、棘突起を固定する固定部とを備えることを特徴とする。
以下、これらの各構成要素について順次説明する。
【００２９】
本発明の人工椎弓１のその全体形状は、図１に示すようにほぼ凸形状をしており、中央部に円弧面を有する脊柱管形成部２を備える。このような形状とすることにより、生体骨に近似する形状に椎骨を補填することができる。
【００３０】
脊柱管形成部２は、切除された脊柱管の少なくとも一部を形成する。円弧面を有することにより、狭窄した脊柱管を拡大して脊髄の除圧を図りつつ本来の脊柱管の形状に近似させることができる。また、脊椎の支持力を維持・向上させ、後方からの圧力に十分耐え得るものとすることができる。
脊柱管形成部２の大きさ、形状は、適用される脊椎に合わせて適宜設定可能であるが、後述する結合面３２から１０〜１５mmの高さの位置に頂点を有する半径１０〜１５mmの円弧面を有するものが好ましい。
【００３１】
脊柱管形成部２の側方には、該脊柱管形成部２を中心としてほぼ対称に結合部３が形成されている。この結合部３により人工椎弓１を椎骨に固定することができる。
結合部３には、人工椎弓１と椎骨９０とを結合するために用いられる結合部材を挿通可能な形状としてスリット３１が設けられている。このスリット３１に、図４に示すように結合部材としてスクリュ８等を挿通し、スクリュ８の頭部をスリット３１に係止させ、先端部を椎骨９０に埋入させることにより椎骨９０と人工椎弓１とを結合する。
【００３２】
さらに、このスリット３１により、スクリュ８等の結合部材の使用状態を調節することができる。例えば、個々の椎骨の大きさや形状に合わせ、スクリュ８の埋入位置および埋入角度等の調節が可能となる。また、スクリュ８の大きさや長さ、使用本数、他の結合部材との併用等の選択も可能であり、これにより汎用性が向上し、また椎骨９０と人工椎弓１との結合を常に確実なものとすることができる。
【００３３】
結合部材を挿通可能な形状としては、上記スリット以外に、円形状の孔、長孔形状、矩形の孔形状等が挙げられる。また、長孔形状や、円形状の孔を複数設けた場合には、スリットの場合と同様、スクリュの埋入位置等の調節が可能であり、人工椎弓と椎骨との結合を確実に行うことができる。
【００３４】
結合部材としては、上記スクリュ以外にピン等が好ましく挙げられ、これらを組み合わせて使用することも可能である。このような結合部材を用いれば、ワイヤ等により人工椎弓を固定する場合のごとく椎骨側に固定用の孔を形成したりワイヤを結紮する操作が不要となり、作業を簡易なものとすることができる。
【００３５】
スクリュ等の結合部材は、例えば頭部等、結合部材の一部にスリットに係止可能な形状および大きさを有するものであることが好ましい。また、結合部材の構成材料としては、例えば金属、セラミックス、ポリ乳酸等の高分子材料等が好ましく挙げられる。
【００３６】
脊柱管形成部２の上方には固定部５が形成されている。固定部５には棘突起９２の断面９２１と当接する固定面５１と、棘突起９２を人工椎弓１に固定する固定手段であるワイヤ７が挿通可能な貫通孔５４と、ワイヤ７を係止させる係止部材として切欠き５３とが配設されている。
【００３７】
固定面５１は長方形の平面であって、長辺の長さが１０〜２５mm、短辺の長さが５〜１５mm程度であることが好ましい。また、固定面５１の面積は棘突起９２の断面９２１の面積よりも大きいことが好ましい。これにより棘突起９２を安定に支持することができ、確実に固定することができる。
固定面５１の表面は、平滑であってもよく、粗面化処理が施されていてもよい。粗面化処理を施した場合、断面９２１との摩擦係数が大きくなり、安定に固定することができる。
【００３８】
固定面５１の下方には、傾斜面４に開孔を有する貫通孔５４が設けられている。貫通孔５４は、固定手段が挿通可能な大きさであれば特に限定されないが、固定手段としてワイヤを用いる場合、孔径は１〜２mm程度が好ましい。
また、貫通孔５４は、図に示すように固定面５１の短辺どうしを結ぶ方向、すなわち結合部３どうしを結ぶ方向に設けられていることが好ましい。これにより、棘突起９２を固定するためワイヤ７を掛ける操作をより容易に行うことができる。例えば仮に、貫通孔５４が固定面５１の長辺を結ぶ方向に設けられている場合、貫通孔５４にワイヤを挿脱する方向には、隣接椎骨の棘突起および棘間靭帯等が存在することとなり、ワイヤの扱いが困難になる場合がある。
【００３９】
固定面５１の短辺には、一対の切欠き５３が設けられている。この切欠き５３にワイヤ７等の固定部材を係止させることにより、棘突起の固定をより容易かつ確実に行うことができる。さらに、術中および術後においてワイヤ７のずれや緩みを防止し、棘突起９２の固定状態の維持を図ることができる。
【００４０】
また、切欠き５３は固定部５のいかなる位置に設けられていてもよいが、貫通孔５４の開孔付近に設けられることが好ましい。貫通孔５４の開孔と切欠き５３との間の距離を短くすることにより、ワイヤ７の緩みやずれをより効果的に防止することができる。
なお、ワイヤ等の係止部材としては、上記切欠きの他、突起状物や環状物、鉤状物等が挙げられる。
【００４１】
貫通孔５４の開孔が位置する面は、固定面５１から結合部３に向けて側方へ傾斜する傾斜面４であることが好ましい。これにより、人工椎弓１全体として正常な生体骨の形状に近似させることができる。また、傾斜面４とすることにより貫通孔５４の開孔を捉え易く、ワイヤ等の固定部材の挿脱が容易になり、棘突起の固定をより迅速に行うことができる。
【００４２】
傾斜面４の傾斜角θは特に限定されず、４０〜７０°程度が好ましい。傾斜面４がこの範囲の傾斜角を有することにより、上記の効果を有効に発揮しつつ全体として強度を維持することができる。なお、両傾斜面は互いに同じ傾斜角を有するものであってもよく、相異なる傾斜角であってもよい。
【００４３】
このような人工椎弓１は、セラミックス材料を構成材料としてなることが好ましい。セラミックス材料は加工性に優れているため、ドリル等を用いた切削加工によりその形状、大きさ等を調整することが容易である。例えば、結合面３２を切削することにより、脊柱管形成部２の形状の微調整を行うことができる。
【００４４】
セラミックス材料としては、各種のセラミックス材料が挙げられるが、特にアルミナ、ジルコニア、リン酸カルシウム系化合物等のバイオセラミックスが好ましい。なかでもリン酸カルシウム系化合物は、優れた生体親和性を備えているため、骨欠損部を補綴する人工椎弓の構成材料として特に好ましい。
【００４５】
リン酸カルシウム系化合物としては、例えばハイドロキシアパタイト、フッ素アパタイト、炭酸アパタイト等のアパタイト類、リン酸二カルシウム、リン酸三カルシウム、リン酸四カルシウム、リン酸八カルシウム等が挙げられ、これらを１種または２種以上を混合して用いることができる。また、これらのリン酸カルシウム系化合物のなかでもＣａ／Ｐ比が１．０〜２．０のものが好ましく用いられる。
【００４６】
このようなリン酸カルシウム系化合物のうち、ハイドロキシアパタイトがより好ましい。ハイドロキシアパタイトは骨の無機質主成分と同様の構造であるため、優れた生体適合性を有している。また、ハイドロキシアパタイトは、７００〜１０００℃で仮焼成されたものがより好ましい。かかる温度で仮焼成されたハイドロキシアパタイト粒子は、ある程度活性が抑えられるため、焼結が急激に進行すること等による焼結ムラが抑制され、強度にムラのない焼結体を得ることができる。
【００４７】
本発明では、セラミックスの気孔率は０〜７０％であることが好ましく、３０〜５０％がより好ましい。気孔率をこの範囲とすることにより、強度を維持しつつ、良好な生体親和性を発揮し、骨伝導による骨新生を促進することができる。
【００４８】
本発明の人工椎弓の構成材料としては、上記セラミックス材料の他、該セラミックス材料とチタン等の生体為害性の小さい金属材料との複合材料等を用いることも可能である。
【００４９】
また、人工椎弓の部分毎に、例えば外側と内側とで構成材料の種類、組成を変化させてもよい。例えば、緻密質セラミックスからなる中心部の表面に多孔質ハイドロキシアパタイト層を設けたもの等が挙げられ、かかる表面のハイドロキシアパタイト層は、溶射法、スパッタリング法、含浸法、スプレーコーティング法、焼結接合等により設けることができる。
【００５０】
以上、本発明の人工椎弓を図示の各実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、例えば、固定面５１の形状は長方形に限られず、台形や矩形等であってもよい。また、結合部、固定部、脊柱管形成部は、各々結合部材や固定部材の形状等に対応させるために、種々の変形が施されていてもよい。さらに、本発明の人工椎弓としては、固定部を備えず固定部に相当する部分に人工の棘突起が予め形成されたものであってもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では頸椎椎骨に適用した場合について説明したが、本発明の人工椎弓は、胸椎椎骨や腰椎椎骨にも適用可能である。
【００５２】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
【００５３】
（実施例）
水酸化カルシウムスラリーとリン酸水溶液から公知の湿式合成法によりハイドロキシアパタイトスラリーとした。これを噴霧熱乾燥法により乾燥した後、大気炉において７００℃仮焼成を行うことにより球状粉体を得た。
次に、得られたハイドロキシアパタイトの球状粉体と高分子化合物水溶液とを混合・撹拌した後、この混合物を乾燥させることによりハイドロキシアパタイトのブロック体を得た。
【００５４】
この成形体を電気炉に入れ、１２００℃で４時間焼結することにより、図１〜図３に示す形状の人工椎弓を作製した。
【００５５】
本実施例で作製された人工椎弓は、両端の長さ：５０mm、幅：１０mmであった。また、脊柱管形成部２は、両端の長さ：３０mm、高さ：１５mm、Ｒ＝１５mmの半円の円弧面を有していた。固定面５１は、長辺：２０mm、短辺：１０mmの長方形状であり、傾斜面４の傾斜角は６０°、人工椎弓の気孔率は４０％であった。
【００５６】
この人工椎弓１を脊柱管狭窄症の症例において、全再建的脊柱管拡大術に適用した。
まず、棘上靭帯および棘間靭帯等の後方支持要素を付着させた状態で、棘突起９２を椎体９０から切離し、切離された棘突起９２にドリルを用いて固定用孔（φ：１．５mm）９２２を設けた。
【００５７】
次に、図４に示すように椎体９０の切断端９０１に結合面３２を係合させ、ポリ乳酸からなるスクリュ８をスリット３１（幅：３．４mm、長さ：７．５mm）に各々挿通し、その先端部を椎骨９０に埋入させ、頭部をスリット３１に係止させることにより人工椎弓１を椎骨９０に固定した。
【００５８】
さらに、固定面５１に棘突起９２を固定する。棘突起９２の固定は、ワイヤ７を固定部５に設けられた貫通孔５４（φ：１．５mm）および固定用孔９２２に数回通し、緊縛することにより行った。また、ワイヤ７は固定面５１に設けられた切欠き５３に係止させた。
【００５９】
このように本発明の人工椎弓１を適用することにより、狭窄していた脊柱管（図４中点線）は、脊柱管形成部２により正常な脊柱管に近似する形状で良好に拡大され、これにより脊髄への圧迫を除去することができた。
【００６０】
また、人工椎弓１をスクリュ８を用いて固定したため、取付けが簡便で手術時間の大幅な短縮を図ることができた。その上、椎骨との結合が確実なものとなり、術後に人工椎弓が緩んだり、固定位置の移動等に起因する合併症の問題もなかった。
【００６１】
一方、棘突起９２は確実に固定面５１に固定されており、術後にワイヤ７がずれたり緩むことはなかった。また、このように棘突起９２を形成することにより、脊髄の除圧のみならず神経根や根動脈の除圧が可能となった。
【００６２】
さらに、本発明の人工椎弓１を用いることにより、いったん切除した椎弓をもとに戻す術式の場合よりも簡便かつ正確に脊柱管の拡大および棘突起の固定を行うことができた。しかも、術中、術後に再び椎弓が陥没すること等がなく、脊柱管の拡大状態を恒久的に維持することができる。また、ハイドロキシアパタイトからなる人工椎弓１は、棘突起９３および椎体９０と速やかに骨癒合し、生理的再建が極めて良好に行われ、後方支持組織の侵襲等を生じることはなかった。
【００６３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の人工椎弓によれば、椎孔の拡大形成および棘突起の固定を簡便かつ正確に行うことができる。また、被験者の腸骨を採取する必要がないため出血量を最少量に抑え、さらに手術時間を大幅に短縮することができ、被験者の負担を軽減することができる。
【００６４】
また、本発明の人工椎弓は椎骨に確実に固定されるため、長期使用によるストレスの下でも椎骨との結合状態を維持することができる。
さらに、棘突起の固定が確実になされるため、融合不全等による合併症のおそれがなく良好な経過が得られる。
【００６５】
人工椎弓の構成材料として生体親和性に優れたリン酸カルシウム系化合物等のセラミックス材料を用いる場合、起炎性等が非常に低く、また高強度であるため脊椎等、一定の強度を必要とする部位における骨補綴物として非常に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の人工椎弓の一実施形態を示す立体斜視図である。
【図２】図１に示す人工椎弓の上面図である。
【図３】図１に示す人工椎弓の側面図である。
【図４】本発明の人工椎弓の使用状態の一例を示す側面図である。
【図５】従来の脊柱管拡大術を示す側面図である。
【図６】従来の脊柱管拡大術を示す側面図である。
【図７】従来の脊柱管拡大術を示す側面図である。
【図８】従来の脊柱管拡大術を示す側面図である。
【図９】従来の脊柱管拡大術を示す側面図である。
【図１０】従来の脊柱管拡大術を示す側面図である。
【図１１】従来の脊柱管拡大術を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 人工椎弓
２ 脊柱管形成部
３ 結合部
３１ スリット
３２ 結合面
４ 傾斜面
５ 固定部
５１ 固定面
５３ 切欠き
５４ 貫通孔
７ ワイヤ
８ スクリュ
９０ 椎骨
９１ 椎弓
９１１ 貫通孔
９０１ 切断端
９０３ 孔
９２ 棘突起
９２１ 断面
９２２ 固定用孔
９３ 脊柱管
９５ 骨ミンチ
９７ ワイヤ
５０ ドリル
１００ ビーズ

Claims (9)

1. 切除された椎弓を補填する人工椎弓において、
   脊柱管の少なくとも一部を形成する脊柱管形成部と、
   前記人工椎弓を、椎骨のうちの前記椎弓の付け根部分に結合させる一対の結合部と、
   棘突起の断面と当接し、該棘突起の断面より面積の大きい固定面と、前記棘突起を固定する固定部材を挿通可能な貫通孔と、前記固定部材を係止する切欠きとを有し、前記棘突起を固定する固定部とを備え、
   各前記結合部と前記付け根部分とが当接する面が平面であり、
   各前記結合部は、スクリュまたはピンを、その埋入位置および／または埋入角度を調整して挿通可能なスリットを有し、
   該スリットに、前記スクリュまたはピンを、その埋入位置および／または埋入角度を調整して挿通することにより、前記両結合部を前記付け根部分に固定するように用いることを特徴とする人工椎弓。
2. 前記固定面には粗面化処理が施されている請求項１に記載の人工椎弓。
3. 前記脊柱管形成部は円弧面を有する請求項１または２に記載の人工椎弓。
4. セラミックス材料を構成材料としてなる請求項１ないし３のいずれかに記載の人工椎弓。
5. 前記セラミックス材料はリン酸カルシウム系化合物からなる請求項４に記載の人工椎弓。
6. 前記リン酸カルシウム系化合物はＣａ／Ｐ比が１．０〜２．０である請求項５に記載の人工椎弓。
7. 前記リン酸カルシウム系化合物はハイドロキシアパタイトである請求項５または６に記載の人工椎弓。
8. 前記ハイドロキシアパタイトは７００〜１０００℃で仮焼成されたものである請求項７に記載の人工椎弓。
9. 前記セラミックスの気孔率が０〜７０％である請求項４ないし８のいずれかに記載の人工椎弓。

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