JP4211221B2 - 液体チャンバーを備えた椎間板補綴具 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は椎間(円)板補綴具（intervertebral disc prosthesis）に関する。
【０００２】
【従来技術】
椎間板の代替として使用される椎間板補綴具は、例えば、文書EP-0 277 282から公知である。これに開示されている補綴具は、交換すべき椎間板に隣接する椎骨の椎骨板を圧迫することができる２枚のプレートと、これらのプレートの間に挟持されるクッションとからなる。このクッションは、圧縮性ボディーと、液体を包囲しているチャンバーとからなる。この補綴具は、圧縮性ボディーが摩耗を受け易いという難点があり、これは長期的には補綴具の機械的挙動を変化させる。さらに、そのプレートに対する摩耗により粒子の浸食が起こり、発生した粒子が患者の体内に移行することがある。
【０００３】
【発明の開示】
本発明の目的は、その機械的挙動が長期にわたって同一であり、粒子が患者の体内に放出される危険性が少ない補綴具を利用可能にすることである。
【０００４】
この目的を達成するために、本発明は、ある材料製のボディーを有する圧縮性クッションと、前記ボディーと接触することができる液体とを備えた椎間板補綴具であって、前記液体と前記材料が、液体がボディーを濡らさないようなものである椎間板補綴具を提供する。
ここに、本発明は、
２枚の対向するプレート；
２つの該プレートの間に閉じたチャンバーを形成するために２つの該プレートの間を伸びているクッション部；
前記チャンバーに入れられた液体；および
前記チャンバー内に配置されたボディーからなる椎間板補綴具であって、
前記ボディー外面に複数の孔を、そして該孔からボディー内に向かって伸びているキャビティを備えており、前記液体および前記ボディーは、該液体を前記キャビティ内に押し込むにはエネルギーが前記液体に加えられなければならないようにする材料から選ばれることを特徴とする椎間板補綴具である。
【０００５】
液体がボディーを濡らさないことを考慮すると、液体をボディーと強制的に接触させるにはあるエネルギーが必要となる。このエネルギーは、液体をボディーから再び分離させる時に、その全体が戻される。このようにして一種のバネ効果が生ずる。このバネ効果は、液体のボディーとの接触表面が大きくなるとますます顕著となる。こうして、補綴具は非常に多量の応力を吸収することができ、圧縮または撓み下で変形し、その後、貯えられたエネルギーを元に戻すことにより逆の変形を生ずる。このような補綴具は、小さな体積にかなり多量のエネルギーを貯えることができる。また、ボディーと接触する液体の動きは全く摩耗を発生しない。こうして、本発明の補綴具は、同じ機械的挙動を非常に長期にわたって提供することができる。さらに、固体部材間の摩擦がないため、体内に粒子を放出する危険性が実質的に解消される。
【０００６】
多孔質ボディーの存在下では、体積が非常に限られたものであっても、上記のバネ効果は非常に大きくなろう。
ボディーが非常に長い網目構造に沿って相互に連通した多数のキャビティを有していると、液体が入ってから出るまでに通る経路が特に長くなる。その結果、液体は、もっぱら多孔質ボディー内のその循環のために、エネルギーのいくらかを消散することになる。従って、この全体的な配置は、部分的なダンパー (減衰器) を構成することができる。こうして、バネ効果と減衰効果との組合わせは、この補綴具にとって、補綴具のその主軸方向の長さの変化の関数として圧縮応力を示す曲線が、健全な自然の椎間板に似た、ヒステリシス形状を有することを意味する。そのため、本発明の補綴具は、実際の椎間板の機械的挙動に非常に近づく。
【０００７】
補綴具は、有利には、クッションの両側に位置する２枚のプレートを備え、ボディーがこれらのプレートの最大１つにしか固定されていない。
本発明の他の特徴および利点は、非制限的な例示として示す下記の好適態様の説明からより明らかとなろう。
【０００８】
図１および３を参照すると、椎間板補綴具２は、ほぼ円形形状であるが、好ましくは後方の臍部をもつ豆の形状を有する２枚のプレート４を備える。２枚のプレートは、平坦で、互いに平行に位置し、プレートに垂直な補綴具の主軸９と中心合わせされている。
【０００９】
各プレート４は、プレート４の外面８からプレートの平面に垂直に突出している２つの耳部６を有する。各耳部６は、これをプレートの中心の方向にまっすぐ貫通しているオリフィス10を有し、プレート４とは反対側を向いた耳部６の面では、耳部は球形形状のくぼみ12を有する。オリフィス10は、骨ねじ (骨接合用ねじ) 11を受け入れることができ、この骨ねじの頭部下面側は、耳部６の雌形の球形のくぼみ12と共働する雄形の球形形状を有し、ねじはこれを差し込んだ耳部に対して自由な向きをとることができるようになっている。図１において、各プレートの２つの耳部６は同じ断面にもってこられているが、図３に示すように、これは実際にはそうではない。
【００１０】
椎間板補綴具２を脊柱内で短期間固定するために、交換すべき椎間板に隣接する椎骨の椎体にねじ11を固定することができる。
しかし、さらに、隣接する椎骨と接触するプレート４の表面８をヒドロキシアパタイトまたは骨成長を刺激できることがそれ自体公知の他の任意の物質で被覆した、長期固定を提供することもできる。プレート表面８を被覆する前に、該骨組織とのより良好な界面を確保するため、該表面を処理して骨組織に対する固定点を持つ多少とも多孔質の表面状態を得るようにしてもよい。
【００１１】
椎間板補綴具は、２枚のプレートの間に挟持した、クッション14を有する。このクッションはベローズ16を備える。ベローズは、軸９を中心とする回転対称の形状を有する。その壁面のプロファイルは波形からなり、それによって軸９を横断するその断面の表面積をあまり変化させずに、軸方向９におけるベローズ16の長さを変化させることが可能となる。本例では、このベローズは、プレート４と同様に、チタンまたはチタン合金から作製されるので、ある程度の軸方向の剛性 (強度) を有していて、圧縮バネを形成する。これはまた、軸９に垂直な方向に変形することもできるか、または軸９もしくはこれに垂直な任意の軸を回転軸とする捩じりを受けることができる。
【００１２】
ベローズ16は、その軸方向の両端の縁部が、それぞれのプレート４の縁部、例えば、図示しているのと異なるが、プレートの内面18から突出した縁部、に接合されている。この接合は漏れに対して気密にされているので、ベローズ16と２枚のプレート４とで、容積が可変の漏れ止め性のチャンバーを形成している。
【００１３】
ベローズ10は、例えば、図示しているのと異なるが、10個の畳みこみ(convolution) 、即ち、プレート４に固定されている２つの山に加え、８個の外側の山を有する。ここでは、その外径は約30 mm で、内径は約17 mm である。その高さは、補綴具に荷重がかかっていない時に10 mm である。ベローズの壁面は、各0.1 mm厚さの１枚、２枚または３枚のシートから作製でき、この厚みの合計が壁面の厚みを形成する。ベローズの固有強度は、この例では、約1.6 N/mmである。
【００１４】
ベローズ16と２枚のプレート４とで区画されるチャンバーは、液体20で満たされている。クッション14はボディー22を備え、これは、本例では、２枚のプレートの一方、例えば、図１の下側のプレート４、の平面状の内面18に固定されている。この固定のため、プレートの隆起部24がボディー内に突き出ている。ボディーの形状は、例えば、軸９を中心とする円筒形とすることができる。ボディーは、例えば、補綴具の変形中にベローズと決して接触することがないように、軸９に垂直な幅は十分に狭い。また、ボディーの自由端面、ここでは上側の端面と、向かい合うプレートとの間に十分な自由空間を形成して、これらが決して互いに接触しないようにする。ボディー22は、これと接触することができる液体により包囲されている。
【００１５】
液体20とボディー22の材料は、好ましくは生体適合性である。これらは、液体がボディーを濡らさないように選択される。即ち、このための応力の不存在下では、液体はボディーと接触しないままとなる傾向がある。液体は例えば水であり、ボディーの材料はチタンまたはチタン合金といった生体適合性材料である。この材料は好ましくは、液体との大きな接触表面積を与えるために多孔質である。さらに、ボディーの細孔を構成するそのキャビティは、バネ効果に加えて減衰効果も供給するため、かなり長い網目構造内で相互に連通するようにされる。図１には、ボディー22の細孔またはキャビティ26が、よりはっきりさせるために模式的に描かれている。これらの細孔は、図１のスケールでは目に見えず、また図示した数よりずっと多く無数にあることは言うまでもない。こうして、軸９のレベルで一方のプレートから他方のプレートまで測定した高さｈについて、補綴具の高さの負の変化Δｈの関数として、その軸９に沿った補綴具の圧縮Ｆの変化を示す図２の曲線は、ヒステリシス形状を有する。こうして、圧縮力Ｆが増大する時のその変化を示す曲線Caは、圧縮力Ｆの減少を示す曲線Cdより常に (全体的に) 上にある。このヒステリシス形状はバネ効果と減衰効果の組合わせに起因する。
【００１６】
液体のチャンバーの内部にガスのポケットを設けることもできる。
本発明に係る補綴具は、特に脊柱の腰部領域に適用される。
本発明に対してその範囲を逸脱せずに多くの変更をなすことがもちろん可能である。ボディー22は、プレートに対する固定が全くないようにすることができる。その場合には、ボディーはプレートのそれぞれに対して自発的に自由に動くことができる。このようにして、補綴具は、任意の位置および補綴具の任意の応力負荷状態において、ボディー22がプレートの最大１つとしか接触しないように補綴具を構成することができる。
【００１７】
ボディー22は楕円形とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適態様に係る補綴具の軸方向断面図である。
【図２】 補綴具の軸に沿ったその高さの変化の関数として補綴具に加わる圧縮力の変化を示す曲線である。
【図３】 図１の補綴具の斜視図である。

Claims (24)

1. ２枚の対向するプレート；
   ２つの該プレートの間に閉じたチャンバーを形成するために２つの該プレートの間を伸びているクッション部；
   前記チャンバーに入れられた液体；および
   前記チャンバー内に配置されたボディー
   からなる椎間板補綴具であって、
   前記ボディー外面に複数の孔を、そして該孔からボディー内に向かって伸びているキャビティを備えており、前記液体および前記ボディーは、該液体を前記キャビティ内に押し込むにはエネルギーが前記液体に加えられなければならないようにする材料から選ばれることを特徴とする椎間板補綴具。
2. 前記キャビテイが前記ボディー内で互いに連通している、請求項１記載の椎間板補綴具。
3. 前記キャビテイが微細である、請求項２記載の椎間板補綴具。
4. 前記エネルギーが、前記液体が前記ボディーの前記キャビテイ内を通るときに、消散する、請求項１記載の椎間板補綴具。
5. 二つの対向する前記プレートが、互いに相対的に移動可能である、請求項１記載の椎間板補綴具。
6. 前記キャビティが、前記液体が前記キャビティ内に押し込まれるときに、該液体に加えられたエネルギーを貯えるようになっている、請求項５記載の椎間板補綴具。
7. 前記液体が前記キャビティ内から退出するときに、該キャビティが前記液体に対してエネルギーを放出するようになっている、請求項５記載の椎間板補綴具。
8. 前記ボディーが、対向する前記プレートが互いに向かって移動するときにエネルギーを貯え、また、対向する前記プレートが互いに離れるように移動するときにはエネルギーを放出するようになっている、請求項１記載の椎間板補綴具。
9. 前記プレートの少なくとも１つが骨に固着可能となっている、請求項１記載の椎間板補綴具。
10. 骨に固着可能となっている前記プレートの少なくとも１つが、その表面から突出している耳部を備えており、該耳部が骨に挿入可能なねじを受け入れるに適したオリフィスを備えている、請求項９記載の椎間板補綴具。
11. 前記ボディーが、前記プレートの一つに固定されていて、該プレートの他方と相対的に移動可能となっている、請求項１記載の椎間板補綴具。
12. 前記クッション部が、前記プレートの一つに取り付けられた上端と、該プレートの他方に取り付けられた下端とを備えたベローズを有する、請求項１記載の椎間板補綴具。
13. 前記クッション部が、チタンおよびチタン合金からなる群から選んだ材料で作られている、請求項１記載の椎間板補綴具。
14. 前記ボディーが、チタンおよびチタン合金からなる群から選んだ材料で作られている、請求項１記載の椎間板補綴具。
15. 前記液体が水からなる、請求項１記載の椎間板補綴具。
16. さらに、前記チャンバー内、かつ前記液体中に設けられたポケットをさらに備えた、請求項１記載の椎間板補綴具。
17. 前記ボディーが、前記チャンバー内において自由に、かつ対向する前記プレートに対しては相対的に、移動できる、請求項１記載の椎間板補綴具。
18. 対向する前記プレートの互いに相対的な動きが、前記ボディーの前記キャビティを前記液体が通通することによって減衰する、請求項１記載の椎間板補綴具。
19. 対向する前記プレートが、圧縮の主軸に沿って互いに向かって圧縮可能である、請求項１記載の椎間板補綴具。
20. 前記クッション部が、通常の状態では、前記プレ−トにかかる圧縮力がないとき、互いに相対的な第１離間距離をもって対向するプレートを維持する、請求項１９記載の椎間板補綴具。
21. 対向する前記プレートが、これらの対向するプレートに圧縮力が加わったときに、前記第１離間距離よりも小さい第２離間距離だけ、圧縮される、請求項２０記載の椎間板補綴具。
22. 前記プレートに加わった圧縮力の関数として、前記プレートの互いの離間距離が、ヒステリシス形態の曲線グラフに従う、請求項２１記載の椎間板補綴具。
23. 互いに相対移動可能な２つの対向するプレート；
    前記プレートの少なくとも１が、補綴具を骨に取り付ける取付け要素を有しており；
    ２つの対向する前記プレートの間に漏れ止め性のチャンバーを形成するために、２つの対向する前記プレートの間を伸びているクッション部；
    漏れ止め性の前記チャンバー内、かつ対向する前記プレートの間に入れられた液体；および
    漏れ止め性の前記チャンバー内に配置された多孔質ボディーであって、複数の孔を外面に備えるとともに、該ボディー内に向かって前記孔から延びているキャビテイを備えている多孔質ボディー
    からなる椎間板補綴具であって、
    前記プレートがお互いに向かって移動するときに、前記プレートが、前記液体にエネルギーを移転させるようになっており、また、前記プレートがお互いに向かって移動するときに前記液体に移転されるエネルギーが、該液体を前記ボディーのキャビティ内に押し込むことを特徴とする椎間板補綴具。
24. 前記液体のエネルギーが、該液体が前記キャビティ内に押し込まれるにつれ、前記ボディーに移転される、請求項２３記載の椎間板補綴具。

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