JP4851329B2 - 椎間関節置換 - Google Patents

Description

本発明は、損傷した、罹患した、または他の何らかの痛みのある脊髄椎間関節を置換するための外科手術用機器（surgical devices）および方法に関する。

本出願は、
（ｉ）椎間関節置換に関してＥ．Ｍａｒｌｏｗｅ Ｇｏｂｌｅ他により２００３年９月２３日に出願された係属中の先行する米国特許仮出願第６０／５０５，１９９号明細書（整理番号ＭＥＤ−１ ＣＩＰ ＰＲＯＶ）、
（ｉｉ）椎間関節置換に関してＥ．Ｍａｒｌｏｗｅ Ｇｏｂｌｅ他により２００３年１０月１７日に出願された係属中の先行する米国特許仮出願第１０／６８７，８６５号明細書（整理番号ＭＥＤ−１ ＣＩＰ）の利益を主張する。

上記の２件の文書は、参照により本明細書に組み込まれる。

脊髄の外傷性疾患、炎症性疾患、代謝性疾患、および変形性疾患は、重大な社会経済的および心理的効果をもたらしうる、身体を衰弱させる痛みを生じさせる可能性がある。今日最も一般的な外科的介入の１つは、１つまたは複数の可動域の関節固定、つまり脊椎固定であり、米国では年間約３００，０００件の手術が実施されている。臨床治療が成功するかどうかは、技術と指示に大きくかかっており、付随するリスクと合併症に配慮しなければならない。例えば、ＴｓａｎｔｒｉｚｏｓとＮｉｂｕは、脊椎固定は、患者の屈曲、伸展、回転、および横曲げの動きの範囲を制限することにより機能を減少させることを明らかにした。さらに、ＫｈｏｏとＮａｇａｔａは、脊椎固定は、ストレスを高め、したがって、隣接する固定されていない可動域の変性を加速することを明らかにした。さらに、偽関節の固定が不完全または不効率であると、その結果、患者の望む鎮痛を低下するか、または鎮痛をなくすことすらありうる。最後に、固定装置は、人工のものであろうと、生物学的なものであろうと、固定部位から移動してしまう可能性がある。

最近、人工椎間板を使用して脊椎の自然な生体力学的挙動を再現する試みがいくつかなされている。人工椎間板は、２つの向かい合う椎体を直接接続する自然椎間板の弾性特性により許される動きの全範囲を再現する椎体間の関節を実現する。

しかし、今日まで提案されている人工椎間板では、脊柱の挙動の力学的特性に完全には対応できていない。椎間板に加えて、椎間関節と呼ばれる後部要素は、脊柱に作用する軸方荷重、ねじれ荷重、および剪断荷重を支えるのに役立つ。さらに、椎間関節は、滑動関節および荷重伝達の両方の特徴を備える可動結合関節である。脊椎関節突起切除手術の結果それらがなくなった場合、屈曲および伸展、横曲げ、および回転の運動のすべての平面内の脊柱の剛性が著しく減少するという影響がＧｏｈにより観察されている。さらに、人工椎間板の禁忌（contraindications for artificial discs）は、Ｌｅｍａｉｒｅが指摘しているように、椎間関節炎（arthritic facet joints）、椎間関節欠損（absent facet joints）、重大な椎間関節屈性（facet joint tropism）、または他の何らかの椎間関節変形（otherwise deformed facet joints）を含む。

Ｆｉｔｚの特許文献１には、下椎間、それと合わさる上椎間、またはその両方に新しい表面が付けられた（resurfaced）人工椎間関節が開示されている。

Ｍａｒｔｉｎの特許文献２には、椎骨の後弓上で支えられる脊髄椎間関節補綴が開示されている。この支持構造物からは、椎間関節のところにある軟骨組織を置換する下および／または上ブレード（inferior and/or superior blades）が延びている。Ｆｉｔｚの設計のように、Ｍａｒｔｉｎ補綴（Martin prosthesis）では、一般に、既存の骨組織を保持し、したがって、関連する軟骨組織に影響を及ぼすことに加えて椎間の骨（bone of the facets）に影響を及ぼす病変を処置しない。さらに、Ｍａｒｔｉｎの発明では、補綴と椎間の４面すべておよび棘突起を有する湾曲した骨の薄い基部である後弓（薄板とも呼ばれる）との間の嵌め合い条件を必要とする。後弓は非常に複雑で、変化に富む解剖学的表面であるため、椎間関節の軟骨組織置換ブレードを正しく配置するための再現性のある位置決めを行う補綴を設計することは非常に困難となり得る。

Ｖｉｌｌａｒｅｔの特許文献３では、脊髄椎間（spinal facets）の外科的介入の他のアプローチも提示されている。Ｖｉｌｌａｒｅｔは、脊髄椎間の置換を教示しているが、この置換は、関節を固定するためにある意味で連動する。

椎間関節置換は、人工椎間板置換とともに、疾患または外傷により損なわれた完全機能可動域を再現する全体的な解決策を示す。それとともに、椎間関節および椎間板置換は、痛みのすべての源を取り除き、完全な機能および運動範囲を取り戻し、脊柱の自然な生体力学的挙動を完全に復元することができる。さらに、変性または外傷椎間関節は、自然のままの椎間板が疾患または外傷の影響を受けないときに椎間板置換がない場合にも置換可能である。

したがって、関節炎性疾患、外傷性疾患、または他の疾患が介在する痛みの源を取り除くために椎間の骨性部分を置き換える脊椎椎間置換装置（vertebral facet replacement device）および方法を実現することは、当該分野にお改善をもたらすものとなり得る。

米国特許第３６，７５８号明細書 米国特許第６，１３２，４６４号明細書 国際公開第９８４８７１７号公報

本発明の目的は、軟骨組織および椎間の骨の一部を置換する人工脊椎椎間を実現することである。

本発明の他の目的は、人工脊椎椎間の導入のため椎骨を準備する方法を実現することである。

他の目的は、脊髄椎間を置換する方法を実現することである。

本発明のさらに他の目的は、完全な脊椎椎間置換を実現することである。

好ましい実施形態では、上脊椎の下椎間は、後弓に接続する椎間の基部のところで切除される。下椎間補綴物のフィン（fin of a prosthetic inferior facet）は、後弓の下骨小腔（interior bone space）内に押し込まれる。それとは別に、ブローチまたはパンチなどの工具を使用して、最初に後弓内のフィン用に小さい腔を用意することができる。

それとは別に、またはそれに加えて、下椎間と関節結合をなす下脊椎の上椎間は、それが茎に接続する椎間の基部のところで切除される。上椎間補綴物の柱は、茎の下骨小腔内に押し込まれる。それとは別に、ブローチまたはパンチなどの工具を使用して、最初に茎内の柱用に小さい腔を用意することができる。

柱およびフィンに細孔コーティングを施し、骨成長を促進し、長期間の固定を達成することができる。長期間の固定は、柱またはフィンと骨の内面との間の圧入により行われる。細孔コーティングは、ヒドロキシルアパタイト、硫酸カルシウム、または脱塩骨基質などの骨伝導材を担持することができる。それとは別に、細孔コーディングは、ｒｈＢＭＰ−２およびｒｈＢＭＰ−７を含む、骨形態形成タンパク質などの骨誘導材を担持できる。

本発明の他の実施形態は、椎間補綴物から延びるフランジを備える。フランジが茎に対向するように配置され、またフランジの平面が茎内骨管（pedicle interior bone canal）の軸に垂直になるようにされたときに、補綴物の関節摺動面（articulating surface）が自然な椎間の関節摺動面と一致する適切な位置に来るように、フランジは補綴物の本体に関して配向される。フランジは、補綴物を茎に確実に取り付ける留め具の通路となる穴を含む。留め具は、ネジ、スパイク、留め鋲、ステープルなどとすることができる。

本発明の一形態では、哺乳類の椎骨上に配置された椎間の骨の少なくとも一部を置換するための補綴物であって、
他の椎間と関節結合をなす関節摺動面と、
前記関節摺動面が接続する、椎骨の表面に接触する骨接触面と、
前記骨接触面を椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された固定要素とを含み、
前記補綴物のいかなる部分も前記椎骨の後弓に接触しないように構成される補綴物が提供される。

本発明の他の形態では、哺乳類の椎骨上に配置された椎間の骨の少なくとも一部を置換するための補綴物であって、
他の椎間と関節結合をなす関節摺動面と、
前記関節摺動面が接続する、椎骨の表面に接触する骨接触面と、
前記骨接触面を椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された固定要素とを含み、
前記骨接触面は、椎骨の切除面と係合するように構成される補綴物が提供される。

本発明の他の形態では、哺乳類の椎骨上に配置された椎間の骨の少なくとも一部を置換するための補綴物であって、
他の椎間と関節結合をなす関節摺動面と、
前記関節摺動面が接続する、椎骨の表面に接触する骨接触面と、
前記骨接触面を椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された固定要素とを含み、
前記骨接触面は、前記関節摺動面よりも小さい表面積を有する補綴物が提供される。

本発明の他の形態では、哺乳類の椎骨上に配置された椎間の骨の少なくとも一部を置換するための補綴物であって、
他の椎間と関節結合をなす関節摺動面と、
前記関節摺動面が接続する、椎骨の表面に接触する骨接触面と、
前記骨接触面を椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された固定要素とを含み、
前記関節摺動面は、前記骨接触面から上方に延びるウィングイヤー（wing ear）を含む補綴物が提供される。

本発明の他の形態では、哺乳類の椎骨上に配置された椎間の骨の少なくとも一部を置換するための補綴物であって、
他の椎間と関節結合をなす関節摺動面と、
前記関節摺動面が接続する、椎骨の表面に接触する骨接触面と、
前記骨接触面を椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された固定要素とを含み、
前記関節摺動面は、実質的に平面であり、茎に隣接して広がっている、補綴物が提供される。

本発明の他の形態では、哺乳類の椎骨上に配置された椎間の骨の少なくとも一部を置換するための補綴物であって、
他の椎間と関節結合をなす関節摺動面と、
前記関節摺動面が接続する、椎骨の表面に接触する骨接触面と、
前記骨接触面を椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された固定要素とを含み、
前記関節摺動面は、実質的に平面であり、前記固定要素に実質的に平行に広がっている、補綴物が提供される。

本発明の他の形態では、哺乳類の椎骨上に配置された椎間の骨の少なくとも一部を置換するための補綴物であって、
他の椎間と関節結合をなす関節摺動面と、
前記関節摺動面が接続する、椎骨の表面に接触する骨接触面と、
前記骨接触面を椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された固定要素とを含み、
前記固定要素は、前記骨接触面を椎骨の切除面に固定する補綴物が提供される。

本発明の他の形態では、哺乳類の椎骨上に配置された椎間の骨の少なくとも一部を置換するための補綴物であって、
他の椎間と関節結合をなす関節摺動要素と、
前記関節摺動要素が接続する、椎骨の表面に接触する骨接触要素と、
前記骨接触要素を椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された固定要素とを含み、
前記補綴物のいかなる部分も前記椎骨の後弓に接触しないように構成される補綴物が提供される。

本発明の他の形態では、哺乳類の椎骨上に配置された上椎間の骨の少なくとも一部を置換し、同じ哺乳類の椎骨上に配置された下椎間の骨の少なくとも一部を置換するための補綴物であって、
他の椎間と関節結合をなす上関節摺動要素と、
前記上関節摺動要素が接続する、椎骨の表面または椎骨の表面に接触する他の要素のうちの一方に接触する上骨接触要素と、
他の椎間と関節結合をなす下関節摺動要素と、
前記下関節摺動要素が接続する、椎骨の表面または椎骨の表面に接触する他の要素のうちの一方に接触する下骨接触要素と、
前記上骨接触要素および前記下骨接触要素を椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された固定要素とを含み、
前記補綴物のいかなる部分も前記椎骨の後弓に接触しないように構成される補綴物が提供される。

本発明の他の形態では、第１の哺乳類の椎骨上に配置された上椎間の骨の少なくとも一部を置換し、第２の哺乳類の椎骨上に配置された下椎間の骨の少なくとも一部を置換するための補綴物であって、
他の椎間と関節結合をなす上関節摺動要素と、
前記上関節摺動要素が接続する、第１の椎骨の表面または椎骨の表面に接触する他の要素のうちの一方に接触する上骨接触要素と、
前記上骨接触要素を第１の椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された第１の固定要素と、
他の椎間と関節結合をなす下関節摺動要素と、
前記下関節摺動要素が接続する、第２の椎骨の表面または椎骨の表面に接触する他の要素のうちの一方に接触する下骨接触要素と、
前記下骨接触要素を第２の椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された第２の固定要素とを含み、
前記補綴物のいかなる部分も前記第１および第２の椎骨の後弓に接触しないように構成される補綴物が提供される。

本発明の他の形態では、哺乳類の椎骨上に配置された椎間の骨の少なくとも一部を置換する方法であって、
他の椎間と関節結合をなす関節摺動面と、
前記関節摺動面が接続する、椎骨の表面に接触する骨接触面と、
前記骨接触面を椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された固定要素とを用意し、
ここで前記補綴物のいかなる部分も前記椎骨の後弓に接触しないように構成しておくことと、
前記骨接触面を椎骨の表面に当たるように位置決めすることと、
前記固定要素を使用して前記骨接触面を椎骨に取り付けることとを含む方法が提供される。

本発明の他の形態では、哺乳類の椎骨上に配置された椎間の骨の少なくとも一部を置換するための補綴物であって、
他の椎間と関節結合をなす関節摺動要素と、
前記関節摺動要素が接続する、椎骨の表面または椎骨の表面に接触する他の要素に接触する骨接触要素と、
前記骨接触要素を椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された固定要素とを含み、
前記補綴物のいかなる部分も前記椎骨の後弓に接触しないように構成される補綴物が提供される。

本発明の他の形態では、哺乳類の椎骨上に配置された椎間の骨の少なくとも一部を置換する方法であって、
他の椎間と関節結合をなす関節摺動要素と、
前記関節摺動要素が接続する、椎骨の表面または椎骨の表面に接触する他の要素に接触する骨接触要素と、
前記骨接触要素を椎骨に取り付ける、椎骨の茎の内側骨小腔に埋め込むように適合された固定要素とを備え、
ここで前記補綴物のいかなる部分も前記椎骨の後弓に接触しないように構成しておくことと、
前記骨接触面を椎骨の表面または椎骨の表面に接触する他の要素に当たるように位置決めすることと、
前記固定要素を使用して前記骨接触面を椎骨に取り付けることとを含む方法が提供される。

本発明では、椎間の個々の置換を行えるため、包含される椎間のみを置換すればよい。例えば、疾患または外傷により１つの椎間のみが影響を受ける場合、これは切除し、対向する自然な椎間と関節結合をなす椎間補綴（facet prosthesis）で置換できる。

本発明は、従来技術に比べて多くの利点を有する。利点の１つは、補綴の取り付けの質が改善される点である。本発明では、後弓または椎間などの椎骨の非常に複雑な、変化の多い外面と補綴面とが合わさることに依存することとは反対に、骨内への正確な圧入を実現する。他の利点は、任意に選択した細孔コーティングが内側骨小腔に入れられる点であり、そこでは細孔コーティングが骨成長を実現し、長期間固定強度に優れることが実証されている点である。このように骨成長を実現できることは、椎骨の外部骨表面と係合する従来技術の装置については不確かである。さらに他の利点は、椎間骨構造の除去にあり、椎間骨は、椎間の関節表面または軟骨表面を害した疾患病変または外傷に関与している場合、切除は、疾患または外傷に関連するすべての痛みが取り除かれることを保証する一手段となる。

本発明の上記および他の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な説明から、添付図面とともに読むことで、明白になるであろう。

図１および図１Ａを参照すると、椎間板２が間に配置されている上椎骨１と下椎骨３が示されている。椎骨１は、上椎間４３、下椎間６、後弓（または薄板（lamina））３５、および棘突起４６を有する。椎骨３は、上椎間７、下椎間４４、後弓（または薄板）３６、および棘突起４５を有する。

次に図２を参照すると、図１および図１Ａに示されている椎骨１の左下椎間６が切除されており、また下椎間補綴物４が椎骨１に取り付けられている。同様に、椎骨３の左上椎間７は、切除されており、上椎間補綴物５は、椎骨３に取り付けられている。

図３は、図２に示されている要素の背面図である。下椎間補綴物４は、椎骨１の反対側の下椎間６と比較したときに自然な骨格を複製したものであることは理解できる。同様に、上椎間補綴物５は、椎骨３の反対側の上椎間７と比較すれば自然な骨格を複製したものであることは理解できる。下椎間補綴物４も上椎間補綴物５も薄板上にない。

次に図４を参照すると、埋め込まれた下椎間補綴物４を伴う椎骨１の斜視図が示されている。切除部３１として示されている、椎骨１の左側の骨切除により、下椎間６と後弓（または薄板）３５との間の骨接合部のところで自然な下椎間６が取り除かれている。この方法で、変形性骨関節炎などの疾患、または左下椎間６の外傷に関連する骨痛は、関わる骨組織の骨切りが行われるとなくなる。

図５は、左下椎間補綴物４の斜視図である。表面８は、置換される下椎間６の自然な関節面を複製する。柱９は、下椎間補綴物４を椎骨１に貼り付ける手段となる。柱９は、椎骨１上の左茎の下骨小腔内に埋め込まれ、安定性を増すために椎骨１の椎体内に延ばしたり延ばさなかったりできる。

図６は、上椎間補綴物５が埋め込まれている椎骨３の頂面図（cranial view）である。切除面３２は、自然な上椎間７と後弓３５との間の骨接合部を表す。

図７は、左上椎間補綴物５の斜視図である。表面３６は、置換される上椎間７の自然な関節面を複製する。柱３７は、上椎間補綴物５を椎骨３に貼り付ける手段となる。柱３７は、椎骨３上の左茎Ｐ（図６）の下骨小腔内に埋め込まれ、安定性を増すために椎骨３の椎体内に延ばしたり延ばさなかったりできる。

図２および３に示されているように、椎間関節全体が置換されると、表面８（図５）は表面３６（図７）と関節結合をなし、椎骨１、椎骨３、および椎間板２で構成される脊椎可動域の自然な生体力学的挙動を再現する。下椎間補綴物４も上椎間補綴物５も薄板上にはない。

図８は、後弓（または板）３５の内側骨小腔内に埋め込まれた他の下椎間補綴物１０を例示している。内側骨小腔は、切除部３１からアクセスされる。

図９は、後弓３５の内側骨小腔内に延びるフィン１３を含む、他の下椎間補綴物１０の詳細を例示している。表面１２は、置換される椎間の自然な関節面を複製する。

柱９（図５）、柱３７（図７）、およびフィン（図９）の表面は、インプラントの長期間固定を強化するため骨成長を容易にする細孔コーティングを含む場合も含まない場合もある。さらに、そのような細孔コーティングは、細孔コーティング内への骨再形成をさらに高めるために骨誘導性または骨伝導性物質を含んでいても含んでいなくてもよい。

次に図１０を参照すると、椎間板１５が間に配置されている、上椎骨１４と下椎骨１６の側面図が示されている。椎骨１４の左下椎間は切除されており、また下椎間補綴物１８は、ネジ式留め具１７を使って椎骨１４に取り付けられている。同様に、椎骨１６の左上椎間は切除されており、また上椎間補綴物１９は、ネジ式留め具１７を使って椎骨１６に取り付けられている。

図１１は、図１０の要素の背面図である。下椎間補綴物１８は、椎骨１４の反対側の下椎間２２と比較すれば、自然な骨格を複製したものであることが理解できる。同様に、上椎間補綴物１９は、椎骨１６の反対側の上椎間２１と比較すれば、自然な骨格を複製したものであることが理解できる。下椎間補綴物１８も上椎間補綴物１９も薄板上にはない。

次に図１２を参照すると、下椎間補綴物１８が埋め込まれている椎骨１４の斜視図が示されている。切除部３４では、下椎間と後弓３７との間の骨接合部のところで自然な下椎間を取り除いている。この方法で、変形性骨関節炎などの疾患、または自然な下椎間２２の外傷に関連する骨痛は、関わる骨組織の骨切りが行われるのでなくなる。

図１３は、左下椎間補綴物１８の斜視図である。表面２３は、置換される椎間の自然な関節面を複製する。フランジ２５は、茎（pedicle）Ｐ（図１２）に接触し、穴２４は、下椎間補綴物１８を椎骨１４に取り付けるネジ式留め具１７を受容する。

図１４は、上椎間補綴物１９が埋め込まれている椎骨１６の頂面図である。切除面３５Ａは、自然な上椎間２１（図１１）と後弓３８との間の骨接合部を表す。

図１５は、左上椎間補綴物１９の斜視図である。表面２７は、置換される椎間の自然な関節面を複製する。フランジ３９は、茎Ｐ（図１４）に接触し、穴２６は、上椎間補綴物１９を椎骨１６に取り付けるネジ式留め具１７を受容する。

図１６は、軸受表面４１が基材４２に取り付けられている他の上椎間補綴物４０を例示している。軸受表面４１は、超高分子量ポリエチレンなどの生体適合性のある高分子材料である。そのほか、軸受表面は、酸化ジルコニウムまたは酸化アルミニウムなどのセラミックとすることができる。基材は、チタン、コバルト、または鉄の合金などの生体適合性金属合金である。

図１７および図１８を参照すると、単一の無傷の椎骨１００が示されている。図１７は、椎骨１００の背面図である。図１８は、同じ椎骨１００の側面図である。図１から図３に例示されている脊椎の部分に示されている２つの椎骨と同様に、椎骨１００は、胸椎１００のこの図面における上、つまり上部側の左右上椎間４３、後椎１００の下、つまり底部側の左右下椎間６、椎骨１００の後部分から横方向に延びる左右横突起１０５、および左右茎Ｐを有する。椎骨１００の後方部分も、後弓（または薄板）３５、および図１７の紙面から外へ、図１８の左に、後弓３５から後方に突き出ている棘突起４６を持つ。図１７では、上椎間４３および下椎間６の骨組織は、無傷であり、これは椎間関節疾患から生じる著しい組織の変性または再形成なしで椎骨内に表されるとおりである。椎骨１００は図１７に一般的に構造上健康で、無傷である椎骨として示されているが、椎骨１００が病的椎骨であった場合、椎骨は、椎間関節疾患の兆候を示す可能性がある。

その結果、椎間関節疾患に関係する構造上の病変は、視認可能であろう。例えば、椎骨１００の左上椎間４３および右上椎間４３は、図１７および図１８においては対称的である。しかし、病的関節が１つのみの椎骨１００の場合、病気のある側の椎間は、組織の変性または炎症などの疾患の病的徴候を示す可能性があり、２つの椎間の構造上の比較が非対称的になる。また、さらに極端な場合には、椎間疾患は、椎間の関節突起が蝕まれるかまたは炎症を起こし、その結果個々の患者の特定の椎間関節の病変に特有の解剖学的形態を生じる状態にまで進行するおそれがある。これは、図１７および図１８に示されているものと異なり得るまれな椎間形態を表す可能性がある。さらに、椎間疾患は、最終的には、患者の生体力学的挙動を無効にし、それにより、椎間関節が本質的に関節摺動せず、不動になる可能性がある。この場合、第１の椎骨の１つの上椎間は、第２の椎骨の１つの下椎間に本質的に固定される可能性がある。

病的椎間の構造上の病変は様々であるので、外科医は、椎間インプラントを固定するのに最良の骨付加表面または基礎が切除骨面であると判断することがある。図１７および図１８に示されているのと同じ椎骨の背面および側面図である図１９および図２０を参照するに、右上椎間４３の一部および右下椎間６の一部が切除された後が示されている。切除により上椎間４３の一部を除去すると、上椎間切除部１１１が生じる。図１９および図２０に示されている切除の結果、上側切除部１１１に、第１の切除表面１１２および第２の切除表面１１３の２つの面が生じる。同様に、下椎間切除が行われると、下椎間切除表面１２１が生じる。

骨用のバー（burr）、やすり（rasp）、リーマー、ミル（mill）、のこぎり、ラウンジャー（rounger）、オステオトーム（osteotome）または骨組織を切断し取り除くように設計されている類似の工具などの骨組織除去工具（図に示されていない）を使用して、これらの切除表面を形成できる。外科医は、茎Ｐまたは横突起１０５などの解剖学的目印を使用して、組織除去工具の位置を揃え、図２２に示されているように、最終的に上椎間補綴物３００を支持するために骨付加表面または基礎として使用される上側切除部１１１を設けるために必要な椎間の部分を除去できるようにする。左上椎間４３は、図１９と図２０の両方でそのまま示されているが、右上椎間４３の一部は切除され、その結果、第１の切除表面１１２および隣接する第２の切除表面１１３（図１９）が得られる。上側切除部１１１の形状は、組織除去工具の構造によって異なる。図１９および図２０に示されているこの実施形態では、第１の切除表面１１２および第２の切除表面１１３は、ほぼ垂直な平面にある。しかし、切除表面の幾何学的形状は、患者の骨格、病的組織の病変、外科医の技術、および切除を準備するために使用される組織除去工具の種類によって異なる。一般に、第１の切除表面１１２は、上椎間補綴物３００を支持する基礎として使用されるように形成される（図２２）。第２の切除表面１１３または他の追加切除表面は、存在する場合も存在しない場合もある。

図１９および図２０は、さらに、下椎間６の一部が組織除去装置により切除され、その結果下切除表面１２１が得られることも示している。このような切除は、切除が下椎間６の組織に限定され、後弓（または薄板）３５の組織内に広がらないように実行するのが好ましい。図１９および２０では、左下椎間６はそのままであるが、右下椎間６の一部は切除され、その結果右側に下切除表面１２１が得られる。下切除表面１２１を囲む骨は、内側の下椎間補綴物４００（図２３）を受け台に載せ、支持するように設計された形状となるよう組織除去工具により形成され、下椎間補綴物４００が側面に載せられると、これは下切除表面１２１に押し付けられ、それにより支持される。

そのほか、下椎間６を切除し、下椎間補綴物４００のサイズおよび形状を変更して、下椎間補綴物４００が下切除表面１２１と係合しないようにすることができる。

図２１は、椎間インプラントの固定要素２００部分が上側切除部１１１に通され、茎Ｐの骨の中に入れられた椎骨１００を示している。固定要素２００は、脊椎固定に関与する後部安定化用の他の茎ネジが茎内に配置されるのと同様に、位置を揃えられ、茎内に入れられる。一方法では、固定要素２００内の挿管２１１（図２６および図２７に示されているような）に支障なくはまる大きさの直径を有する長いガイドワイヤ（図に示されていない）は第１の切除表面１１２に通され、茎骨Ｐ内に入れられる。長いガイドワイヤの位置揃えは、Ｘ線で確認できる。その後、固定要素２００は、ガイドワイヤ上に導かれ、固定要素２００の近い位置にある柱２３０上の駆動構造部（feature）２１２（図２１）と係合するドライバ（図に示されていない）により椎骨内に押し込まれる。固定要素２００は、接続構造部２１３（例えば、ねじ山）が第１の切除表面１１２の真上に来るまで椎骨内に押し込まれる。この接続構造部２１３は、最終的に、上椎間補綴物３００を椎骨１００に固定するために使用される。

茎Ｐ内で固定要素２００を導く第２の方法では、タップ、ドリル、ブローチ、またはリーマーなどの不図示の骨前処理装置（bone preparation instrument）内の挿管に支障なくはまる大きさの直径を有する長いガイドワイヤ（図に示されていない）は、第１の切除表面１１２に通され、茎骨Ｐ内に入れられる。長いガイドワイヤの位置揃えは、Ｘ線で確認できる。その後、骨準備装置は、ガイドワイヤ上に導かれ、茎Ｐ骨の中に押し込まれ、固定要素２００のキャビティを用意する。その後、ガイドワイヤおよび骨前処理装置は、取り除かれ、固定要素２００は、固定要素２００の近い位置にある柱２３０上の駆動構造部２１２と係合するドライバ（図に示されていない）により、用意されているキャビティ内に導かれる。第１の方法のように、固定要素２００は、接続構造部２１３（例えば、ねじ山）が第１の切除表面１１２の真上に来るまで椎骨内に押し込まれる。この接続構造部２１３は、最終的に、上椎間補綴物３００を椎骨１００に固定するために使用される。

茎内に固定要素２００を置くさらなる第３の方法では、外科医は、固定要素２００を解剖学的目印に揃え、ただ単に固定要素２００を第１の切除面１１２に通し、有茎骨Ｐ内に押し込むだけである。第１および第２の方法のように、固定要素２００は、接続構造部２１３（例えば、ねじ山）が第１の切除表面１１２の真上に来るまで椎骨内に押し込まれる。

図２２では、上椎間補綴物３００が固定要素２００の周りに置かれているように示されている。上椎間補綴物３００は、その上の椎骨の下椎間関節摺動面と関節結合する椎間関節結合構成要素３２０を持つ。椎間関節結合構成要素３２０は、ブレードまたはウィングイヤーの一般的形状で形成されるのが好ましい。上椎間補綴物３００は、さらに、第１の切除面１１２上に配置された骨付加表面３２２および固定要素２００を囲むフランジ３２３内の開口部３２４を持つ。上椎間関節結合構成要素３２０は、元の解剖学的上関節摺動面１４５が切除の前に面するのとほぼ同じ方向に面する方向に姿勢を定められたフランジ３２３に一般的に隣接する関節摺動面３２１を持つ。関節摺動面３２１のこの姿勢付けにより、上椎間補綴物３００は、半形成インプラントとして機能し、また自然な解剖学的下椎間６にあたって関節結合をなすか、または片側補綴として働き、それの上の椎骨（頭部）上の下椎間補綴物４００に当たって関節結合をなすようにできる。上椎間補綴物３００のどの部分も薄板に載らない。

図２３は、図２２で説明されている構造に下椎間補綴物４００を加えることを示している。下椎間補綴物４００は、全体として、下側切除部１２１（図１９および２０）の等高線と一致するように湾曲している縦方向の棒に類似した形状である。下椎間補綴物４００は、第１の切除面１１２から突き出る固定要素２００の一部を囲む形状の上端４２０を通る開口部４１０を持つ。図２３では、下椎間補綴物４００は、上椎間補綴物３００をまたぐように置かれる。しかし、補綴物の配置の順序を逆にして、下補綴物４００を最初に上補綴物３００が続く固定要素２００上に配置することもできる。下椎間６または上椎間４３のみが置換される場合、適切な（上または下）椎間補綴物のみが、他の（下または上）椎間補綴物なしで固定要素２００上に置かれる。

インプラントの各種構成要素はモジュール式なので、構成およびインプラントのサイズ、構造、および形状の多数の組み合わせが実現可能である。例えば、特異な骨格を有する患者の場合、下椎間補綴物４００は、下切除面１２１の特にめずらしい、または例外的に大きい形態に適合すると予想される以上に、大きくする必要がある場合があり、また上椎間補綴物３００は、特定の解剖学的制約に適合するようにその関節摺動面と特異な角度をなす必要がある場合がある。この場合がそうであれば、システムがモジュール方式を採用していることで、外科医は外科手術時に患者の解剖構造と一致するように特に設計されたインプラントを組み立てることができる。モジュール式インプラント設計にはこのような柔軟性があるため、インプラントメーカーは、インプラント構成要素のサイズ、形状、および材質の選択が限られている中で多様な解剖構造に対応することができる。

またインプラント設計にモジュール方式が採用されていることで、インプラントの異なる構成要素を異なる材料から加工することもできる。従来、固定要素３００などの骨固定インプラントは、十分な強度および疲労特性を示すコバルトクロム合金、チタンおよびチタン合金、およびステンレス鋼などの生体適合性金属または合金で製作される。しかし、固定要素３００は、セラミック、高分子材料、または同種骨移植片、複合材料、生体適合性構造材料などの生体物質から製作することができる。同様に、上椎間補綴物３００および下椎間補綴物４００は、金属、合金、セラミック、高分子材料、生体物質、複合材料、またはその他の生体適合性構造材料で製作できる。

図２４では、拡大ヘッド５００が固定要素２００に追加されており、締め付けにより１つまたは複数の補綴物を骨の中に押し込み、それらの補綴物を安定させている。図２４に示されている拡大ヘッド５００は外部表面上に六角形の幾何学的形状を持ち、これは、拡大ヘッド５００の内部接続構造部５２０（例えば、ねじ山）を固定要素２００の接続構造部２１３上に押し付けるために使用されるドライバ（図に示されていない）を受容する形状である。接続構造部２１３のねじ山付き実施形態の場合、拡大ヘッド５００は、ねじ山付き接続構造部５２０を備え、拡大ヘッド５００を回し、ねじ山で拡大ヘッド５００と第１の切除面１１２との間のインプラントのすべての構成要素を切除面１１２のところ、またはその近くの骨の中に送り込めるようにすることにより固定要素２００上に押し付けられる。

図２５は、固定要素２００、上椎間補綴物３００、および第１の切除面１１２上に配置された拡大ヘッド５００の組み立ての等角後面図である。図２６は、図２５に示されているのと同じ構造であるが、インプラントおよび椎骨１００は、固定要素２００の中心を通る軸にそって配置された横断面１５０により切断されている。図２６の椎骨１００およびインプラントを切り抜けるように図に示されている切断面１５０は、視覚化するために示されており、断面図を使用して、椎骨１００、固定要素２００、上椎間補綴物３００、および拡大ヘッド５００が互いにどのように係合するかを例示する。実際の外科手術では、外科医が図２６に示されている断面１５０により例示されているように切断を行うことはまずあり得ない。

図２７は、椎骨１００およびインプラントの図であり、図２６に示されている断面１５０は、その断面が視線方向に面するように方向付けられている。図２７では、固定要素２００は、椎骨１００内にある。図２７の固定要素２００の実施形態は、固定要素２００を骨組織、遠位端に隣接し近位にある骨安定化部分２１０、骨安定化部分２１０に隣接し近位にあるシャフト部分２４０、シャフト部分２４０に隣接し近位にある接続特徴２１３、および駆動構造部２１２内に導く形状をとる遠位端２２０を備える。

図２７に示されている遠位端２２０は、固定要素２００を椎骨１００内に押し込む、またはその中に導く円錐台形状（frustro-conical shape）を持つ。遠位端２２０は、固定要素２００を椎骨１００内に導くのを補助するため鋤先端（spade tip）、套管針先端（trochar tip）、ツイストドリル先端（twist drill tip）の形態に成形することも可能である。固定要素２００は、さらに、遠位端２２０内に形成されるカッティングフルート（cutting flute）（図に示されていない）を持つことができ、これにより、骨組織を取り除きやすくなり、また固定要素２００を椎骨１００内に導くのも容易になる。固定要素２００は、固定要素２００を椎骨１００内に固定しやすくする安定化部分２１０を備える。安定化部分２１０は、ねじ山、リブ、溝、細長い隙間、フィン、とげ、スプライン、骨成長面、粗面、または固定要素２００を骨組織に係合させて固定要素２００を安定しやすくするのに役立つ幾何学的特徴など、骨にくくりつけるように設計されている様々な特徴を持つ形状とすることができる構造である。図２７では、安定化部分２１０は、単一の連続する骨ねじ山（unitary continuous bone thread）２３１として示されている。しかし、多数のリードねじ山、可変ピッチねじ山、非均一ピッチねじ山、バットレスねじ山、または骨ねじ上で使用される他のねじ山などの複数の他の種類のねじ山を使用できる。図２７は、断面図であるため、挿管２１１の全長は、固定要素２００の遠位端２２０から固定要素２００の近位柱２３０まで通るように見える。

図２７に示されている実施形態の駆動構造部２１２は内部が六角形のものである。しかし、固定要素２００を椎骨内に押し込むのに必要な荷重を伝達する駆動構造部２１２の形状は、固定要素２００の近位柱２３０上に形成することができる。固定要素２００の近位柱２３０内に形成される駆動構造部２１２の深さは、図２７の断面図内に見られる。駆動構造部２１２は、この実施形態に示されている六角ソケットなどの内部駆動構造部、またはドライバ工具（図に示されていない）上の対応する内部駆動構造部と係合する固定要素２００の近位柱２３０の周囲に幾何学的形状を持つ外部駆動構造部とすることができる。この実施形態では、駆動特徴２１２の深さは、その断面が広いのと比べてわずかに長い。この深さは、固定要素２００と駆動工具（図に示されていない）の材料特性に基づいて調整できる。

固定要素２００は、必要な構造剛性および強度に対応する生体適合性基材から加工される。固定要素２００を作る基材の例は、チタン、チタン合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼合金、ジルコニウム合金、その他の生体適合性金属材料、生体適合性セラミック、生体適合性複合材料、および生体適合性高分子材料を含む。固定要素２００は、さらに、固定要素２００の特定の部分に特有の材料特性に対応する基材上に形成される表面物質も持つことができる。例えば、骨安定化部分２１０は、ヒドロキシルアパタイト、バイオセラミック、Ｂｉｏｇｌａｓｓ（登録商標）、または他のリン酸カルシウム誘導物質などのインプラント表面内への骨成長を改善することを可能にする物質でコーティングすることも可能であろう。固定要素２００が他の人工的要素と結び付ける領域内の材料の摩擦支持性は、表面硬化技術をそれらの領域内の固定要素２００の材料に適用することにより改善することができる。陽極処理、イオン注入、およびその他の技術などの材料科学および材料工学分野で知られている表面硬化技術をこれらの隔離された領域に適用することも可能である。

接続構造部２１３は、第１の切除面１１２から突き出ている固定要素２００の部分に形成される。この接続構造部２１３は、拡大ヘッド５００を固定要素２００に接続するように設計されている。図２１に示されている接続構造部２１３の実施形態では、ねじ山２６０は、固定要素２００のこの近位部の外面上にある。これらのねじ山２６０は、拡大ヘッド５００の内部接続構造部５２０（図２７）上のねじ山と係合する。この実施形態のこの接続構造部２１３にはねじが切られているが、圧入、テーパー嵌め、セメントまたは接着剤による接着嵌め、締まり嵌め、伸縮嵌め（expansion fit）、およびバイオネット接続などの機械式連動嵌め（mechanical interlocking fit）などの固定要素２００および拡大ヘッド５００を締め合わせることができる他の機械的係止構造部（図に示されていない）を、接続構造部２１３（およびヘッド５００の接続構造部５２０で使用される対応する構造）として使用できる。

さらに図２７に示されているのは、上椎間補綴物３００の一実施形態の断面図である。上椎間補綴物３００のこの実施形態は、固定要素２００を包む開口部３２４を持つフランジ３２３を有する。この実施形態の組み立てられ、埋め込まれた構成では、フランジ３２３は、骨接触面３２２が第１の切除面１１２と接触するように配置される。この実施形態には示されていないが、上椎間補綴物３００の他の実施形態は、ねじれおよび他の解剖学的負荷に抗するように第１の切除面１１２内に突き出る構造（例えば、スパイク）を持つ。与えられた角度αで、開口部３２４から与えられた距離Ｘだけ、フランジ３２３から関節結合構成要素３２０が突き出る。関節結合構成要素３２０は、置換された椎間の自然な関節面を複製した関節摺動面３２１を有する。外科医が置換される上椎間４３の解剖学的構造を評価した後、角度αおよび椎骨のレベルの解剖学的構造、左または右側、および置換される患者の解剖学的構造のサイズに最もよく適合する距離Ｘを持つ特定の上椎間補綴物３００が選択される。したがって、上椎間補綴物３００の様々なサイズおよび形状を含むキットが外科医向けに用意され、外科医は、その状況に最も合う上椎間補綴物３００を選択する。

固定要素２００および上椎間補綴物３００が選択され、配置された後、それらは、拡大ヘッド５００により椎骨に係止される。図２４に示されているように、この実施形態の拡大ヘッド５００は、内部接続構造部５２０および拡大ヘッド５００を、固定要素２００を越えて上椎間補綴物３００にあてがうために使用される六角形の外部駆動構造部５１０を備える。外部駆動構造部５１０の特定の形状は、ドライバ（図に示されていない）の嵌め合い形状に依存する。

図２８を参照すると、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦのラベルが付けられている固定要素２００の骨安定化部分２１０の６つの異なる実施形態が示されている。図は、それぞれの固定要素２００の実施形態の側面図、およびそれぞれの側面図の右にあるそれぞれの実施形態の断面図を示している。これら６つの実施形態の左には、代表的な拡大ヘッド５００がある。実施形態Ａは、図２６および図２７に示され、上で説明されているねじ付き固定要素２００である。実施形態ＢからＥは、円形でない断面を有する固定要素の様々な設計である。実施形態Ｂは、固定要素２００が椎骨１００内にあるときにねじれに抗するように構成されている４つの縦型フィンを備える４リブ十字型設計（four rib cruciate design）である。実施形態Ｃは、ねじれに抗するため第２の方向よりも第１の方向に広い楕円形断面設計である。第１および第２の方向の幅の寸法が等しい場合、断面形状は、むしろ円形となり、骨安定化部分２１０は、むしろ圧入ペグとなる。実施形態Ｄは、４つのほぼ垂直な側面を持つ正方形断面設計である。これらの側面の隅は、ねじれに抗するのに役立つ。実施形態Ｅは、ねじれに抗するために３つの側面を持つ三角形断面設計である。実施形態Ｆは、椎骨内に押し込まれるアンカー風の設計であり、弧線またはとげ２９０がホスト骨に圧し付けられ、半径方向膨張力を加えてその構造を骨に係止する。

図２８Ａを参照すると、Ｇ、Ｈ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、およびＩのラベルが付けられている固定要素２００の骨安定化部分２１０の６つのさらに異なる実施形態が示されている。図２８Ａは、それぞれの固定要素２００の実施形態の側面図、およびそれぞれの側面図の右にあるそれぞれの実施形態の断面図を示している。それぞれの実施形態は、取り付けられた拡大ヘッド５００を備える。実施形態Ｇは、図１０、図１１、図１２、および図２４に示され、上で説明されているねじ付き固定要素２００の実施形態に類似している。実施形態ＨからＫは、円形でない断面を有する固定要素２００のさまざまな設計である。実施形態Ｈは、固定要素２００が椎骨１００内にあるときにねじれに抗するように構成されている４つの縦型フィン２８５を備える４リブ十字型設計である。実施形態Ｉは、ねじれに抗するため第２の方向２８７よりも第１の方向２８６に広い楕円形断面設計である。第１の方向２８６および第２の方向２８７の幅の寸法が等しい場合、断面形状は、むしろ円形となり、骨安定化部分２１０は、むしろ圧入ペグとなる。実施形態Ｊは、４つのほぼ垂直な側面２８８を持つ正方形断面設計である。これらの側面２８８の隅２８９は、ねじれに抗するのに役立つ。実施形態Ｋは、ねじれに抗するために３つの側面２９１を持つ三角形断面設計である。

実施形態Ｌは、図２８の実施形態Ｆに類似しているアンカー風の設計であるが、取り付けられた拡大ヘッド５００’を備える。実施形態Ｌが椎骨内に押し込まれるときに、弧線またはとげ２９０は、圧縮され、半径方向膨張力を準備された骨の壁に加え、有茎骨Ｐ内に送り、その結果、係止アンカーができる。

図２９は、半径方向展張展張固定要素６００の等角図である。半径方向展張展張固定要素６００は、２つの主要要素、展張展張スリーブ（expansion sleeve）６２０および展張展張スリーブ６２０の内側にある中心要素６１０を含む。半径方向展張展張固定要素６００は、椎骨内に置かれ、その後、中心要素６１０が展張スリーブ６２０に相対的に引かれて、固定要素６００の半径方向展張が生じる。これは図３０に示されている。中心要素６１０の近位柱６３０が縦軸にそって軸方向に引かれ、展張スリーブが圧入により骨内で軸方向に保持されると、展張スリーブ６２０のつめ６２１は、中心要素６１０の主軸６６０により外に向かう半径方向に展張する。つめまたはフィンガー６２１は、半径方向展張固定要素６００にねじれおよび軸方向の安定性をもたらす。これにより、インプラントの残りの構成要素を固定する安全な固定要素が得られる。

図３１は、固定要素２００と係合し固定要素２００をねじれと軸の方向の両方に関して固定するのを補助するクロスピン要素７００を示している。クロスピン要素７００は、遠位端７１０、中間部７３０（横断面幅よりも長い縦軸にそった長さを持つ）、および近位柱７２０を持つ円柱形状である。遠位端７１０は、骨組織を貫通し、固定要素２００内に形成されたクロスホール２８０内に入る形状である。計装（図に示されていない）は、駆動構造部２１２または固定要素２００上の挿管２１１に固定し、クロスピン要素７００の挿入方向をクロスホール２８０に揃えることによりクロスピン要素７００をクロスホール２８０に備えるために使用される。クロスピン要素７００が骨内の適所に置かれ、固定要素２００を通ると、固定要素２００のねじれおよび軸方向の安定性が改善される。

上で説明され、図２８から図３１に示されている固定要素２００の様々な実施形態は、拡大ヘッド５００とともに機能し、下椎間補綴物４００および／または上椎間補綴物３００をそれぞれの切除面に保持する。このモジュール式のインプラントのさまざまな組み合わせについては、以下で説明され、図３２から図３７に示される。これらの図は固定要素２００および拡大ヘッド５００を、補綴物を椎骨に固定する手段として示しているが、ねじ留め具１７（図１０）などの他の締め付け手段を使用して、補綴物を骨に装着することができる。例えば、図１０から図１２に示されているねじ補綴物１７は、上椎間補綴物３００内の開口部３２４（図２２）または下椎間補綴物４００内の開口部４１０（図２３）のいずれかを通るか、またはこれらの開口部の両方を通り、そこで、ねじ留め具１７のヘッドは下椎間補綴物４００および上椎間補綴物３００をそれぞれの切除面に圧し付ける固定手段として動作する。

図３２から図３７は、椎間置換補綴物の組み立ての異なる組み合わせを示している。この補綴物の基本構成要素は、固定要素２００、上椎間補綴物３００、下椎間補綴物４００、および拡大ヘッド５００である。しかし、上述のように、ねじ留め具１７は、固定要素２００および拡大ヘッド５００を置き換えることができる。

図３２を参照すると、椎骨の順次的な３つの層が示されており、上椎骨１０１は中椎骨１０２の上にあり、これは、下椎骨１０３の上に示されている。椎骨の右側の椎間のいくつかの部分は、補綴物により置き換えられる。上椎骨１０１と中椎骨１０２との間の椎間関節を見ると、下椎間補綴物４０１は、上椎間補綴物３０２に関節結合で当たり、片側人工関節を形成する。中椎骨１０２の下椎間は、下椎間補綴物４０２により置換され、下椎骨１０３の上椎間は、上椎間補綴物３０３により置換される。したがって、右側にもある第２の片側人工関節が形成され、中椎骨１０２と下椎骨１０３との間のレベルに配置される。図３２は、上椎間補綴物３００なしで固定要素２０１の周りに埋め込まれた下椎間補綴物４０１および固定要素２０２の周りに、上椎間補綴物３０２の上に埋め込まれた下椎間補綴物４０２の形状の異なることを示している。この組み立ての上椎間１０１上の下椎間補綴物４０１の開口部４１０は、中椎骨１０２に対する下椎間補綴物４０２内の開口部４１０よりもさらに横方向にオフセットされる。これは、このレベルで補綴物により置換されないのでむしろ上椎間を保持するために固定要素２０１が上椎骨１０１上でさらに横方向に埋め込まれるからである。

図３３を参照すると、上椎骨１０１は、椎間を切除することなく、そのままである。中椎骨１０２の右側の上椎間と下椎間の両方の部分は、上椎間補綴物３０２および下椎間補綴物４０２により置換される。図３３では、下椎骨１０３の右上椎間のみが置き換えられる（つまり、上椎間補綴物３０３により）。そのため、半形成置換は上椎骨１０１と中椎骨１０２の間の右椎間関節上で生じ、片側置換は中椎骨１０２と下椎骨１０３との間に生じる。図３３に示されているこの組み立ては、上椎間補綴物３０２が自然な下椎間６に当たり関節結合できる、または上椎間補綴物３０３が下椎間補綴物４０２に当たり関節結合できる様子を示している。

図３４は、下椎間補綴物４０１が自然な上椎間４３に当たり関節結合できる、または下椎間補綴物４０２が上椎間補綴物３０３に当たり関節結合できる様子を示している。上椎骨１０１と中椎骨１０２の間の右椎間関節は、下椎間補綴物４０１により置換される下椎間との半形成置換である。中椎骨１０２と下椎骨１０３との間の右椎間関節は、下椎間補綴物４０２により置換される下椎間と上椎間補綴物３０３により置換される下椎骨１０３の上椎間との片側置換である。

図３５は、上椎間補綴物３０３が自然な下椎間６に当たり関節結合できる、または上椎間補綴物３０２が下椎間補綴物４０１に当たり関節結合できる様子の他の例を示している。インプラントのこの組み立て体では、上椎骨１０１と中椎骨１０２との間の右側は片側置換であり、中椎骨１０２と下椎骨１０３との間の右側は半形成置換である。

図３６は、下椎間補綴物４０２が自然な上椎間４３に当たり関節結合できる、または下椎間補綴物４０１が上椎間補綴物３０２に当たり関節結合できる様子の他の例を示している。上椎骨１０１と中椎骨１０２との間の右椎間関節は、下椎間補綴物４０１により置換される下椎間と上椎間補綴物３０２により置換される中椎骨１０２の上椎間との片側置換である。中椎骨１０２と下椎骨１０３の間の右椎間関節は、下椎間補綴物４０２により置換される下椎間との半形成置換である。

図３７に示されているインプラントの組み立て体は、右側で置換される１つのレベルのみ、つまり中椎骨１０２と下椎骨１０３との間のレベルを示している。

図３８および図３９は、上椎間補綴物の２つの実施形態を示している。図３８に示されている実施形態は、湾曲した関節摺動面３２１を有する湾曲した関節結合構成要素３２０を持つ湾曲した上椎間補綴物３０５である。この湾曲した関節摺動面３２１は、下椎間補綴物４００と湾曲した関節摺動面３２１との間のより分散した接触荷重を許容する。このため、外科医が湾曲した上椎間補綴物３０５を置く位置の融通性が、先に説明した上椎間補綴物３００よりも少し高まる。先に説明した上椎間補綴物３００の関節摺動面３２１は比較的平坦である。湾曲した上椎間補綴物３０５の関節摺動面３２１は湾曲している。下椎間補綴物４００の支持部分は円柱状なので、２つの補綴物をややミスマッチな状態で揃え、関節摺動面が図３８のように湾曲している場合にむしろ解剖学的接触するようにできる。

図３９は、上椎間補綴物３０６上の骨成長構造部３９０を例示している。この骨成長構造部は、椎骨の第１の切除１１１とインプラントの３２２骨接触面３２１との間のインプラントの中に骨が成長できる表面とすることができる。骨成長構造部３９０の例は、ビーズまたはメッシュの細孔コーティング、電気化学的エッチング形状、およびタンタル、チタン、コバルトクロム合金、またはおよびヒドロキシルアパタイトまたはリン酸カルシウムセラミックなどの他の生体適合性材料で作られたインプラント表面上に圧し付けられた細孔パッドを含む。

図４０は、フィンガーまたはつめの一般的形状で形成された下椎間補綴物４００の等角図を示している。より具体的には、下椎間補綴物４００は、上椎間補綴物３００と拡大ヘッド５００との間、または第１の切除面１１２と拡大ヘッド５００との間に嵌るような形状の上側にフランジ４２０を有するものとして形成される。フランジ４２０には、下椎間補綴物４００が固定要素２００の近位端２１０の上、固定要素２００の柱の周りに収まる寸法の開口部４１０がある。下椎間補綴物４００は、さらに、フランジ４２０の反対側に下側部分４５０を持ち、これは、切除された骨１２１（図１９）の表面に接触する形状の骨付加側４４０および自然なまたは人工の上椎間と関節結合する形状の関節結合側４３０を有している。

図４１は、フィンガーまたはつめの一般的形状でさらに形成された下椎間補綴物４００の等角図を示している。下椎間補綴物４００は、固定要素２００を受け入れる寸法および形状の開口部４１０を持つ上端４２０とともに形成される。下椎間補綴物は、一般に、円柱形状であり、椎骨１００の準備された解剖学的構造に適合するように構成された湾曲した長さを持つ。図４１の下椎間補綴物４００は下側部分４５０を持ち、これは上端４２０の反対側で、上端４２０から少し内側にオフセットして示されている。下側部分４５０に相対的な開口部４１０のこの内側オフセットによって、下椎間補綴物４００を固定要素２００により骨にくくりつけ、拡大ヘッド５００により、または拡大ヘッド５００と組み合わせた上椎間補綴物３００により、最適な骨固定となる解剖学的位置で骨に固定することができる。図４１の下椎間補綴物実施形態は、骨成長面４４１および関節摺動面４３０を下端４５０に有する。この実施形態では、骨成長面４４１は、骨細胞をインプラント表面に増殖させることができるテクスチャ構造である。骨成長面４４１の形状は、図４１に示されているように一様なテクスチャ表面とすることができるか、またはオープンセルフォーム構造、多孔質ビーズ構造、ワイヤメッシュ構造、電気化学的エッチング構造、または整形外科インプラントの設計で知られている他の骨成長構造などの一様でないランダム化された構造とすることができる。骨成長面は、図１９および図２０に示されているような下切除骨表面１２１と嵌り合う形状である。

図４２は、上椎間インプラントを第１の切除面１１２に安定させるのを助ける追加のロックワッシャ８００を備える上椎間インプラント３００の一実施形態の後部等角図である。図４２に示されているインプラント組み立て体の構造は、上椎間インプラント３００の上および周りに配置されるロックワッシャ８００の追加とともに図２５に示されている組み立て体の構造と類似している。

図４３は、拡大ヘッド５００が固定要素２００上に係止され、ロックワッシャ８００を上補綴物３００に押し付け、骨組織内に送り込む図４２の同じインプラントを示している。ロックワッシャ８００のこの追加された骨貫通により、上補綴物３００の固定がしやすくなり、組み立て体全体が椎骨１００に関して機械的安定性を増す。

図４３は、図４２で説明されているインプラント構造の組み立ての他の工程を示す。図４３では、ロックワッシャ８００は、固定要素２００上に固定され、拡大ヘッド５００により骨組織内に送り込まれる。ロックワッシャ８００のこの実施形態は、上椎間補綴物３００とともに示されているだけであるが、ロックワッシャ８００は、さらに、下椎間補綴物４００、および下椎間補綴物４００と上椎間補綴物３００との組み合わせを機械的に固定するために使用することもできる。図４２および図４３に示されているロックワッシャ８００の実施形態では、ロックワッシャ８００は、上椎間補綴物３００の上に置かれている。しかし、ロックワッシャ８００は、上椎間補綴物３００の下または下椎間補綴物４００と上椎間補綴物３００の他の組み合わせの下、または上椎間補綴物３００と下椎間補綴物４００との間に配置し、インプラント構造を安定させることができる。

図４４は、ロックワッシャ８００の等角図を示している。ロックワッシャ８００は、固定要素２００の近位柱２３０の上に収まる寸法の開口部８１０を本体８０５内に持つ。ロックワッシャ８００は、さらに、上椎間補綴物３００または下椎間補綴物４００または下椎間補綴物４００と上椎間補綴物４００の両方の組み合わせと結合する回転防止構造部８２０も備える。この実施形態に示されている回転防止構造部８２０は平坦な表面であるが、回転に関してロックワッシャ８００をインプラントの他の構成要素（タブ、溝、テーパー、または他の幾何学的形状など）に拘束する特徴を、回転防止特徴８２０としてのワッシャ上に形成することができる。ロックワッシャ８００は、さらに、インプラントの構造を安定させるのを助けるために椎骨１００の骨組織に入る突起物８３０も備える。ロックワッシャ８００のこの実施形態の突起物は、組織貫通先端８４０に向かって先細になっている細長い突起である。これらの突起物は、ロックワッシャ８００が骨組織を貫通したときにねじれに抗する表面を持つ側壁８５０を備える。これらの突起物８３０は、さらに、ロックワッシャ本体８０５から突き出ている断面において対称的または非対称的な単純スパイクであってもよい。ロックワッシャ突起物８３０の形状および長さは、ロックワッシャがどのように使用されるかによって異なる。下椎間補綴物４００または上椎間補綴物３００のうちの一方のみを椎骨１００に保持するロックワッシャ８００の突起物８３０は、下椎間補綴物４００および上椎間補綴物３００の両方を椎骨１００に保持するロックワッシャ８００の突起物８３０よりも短くできる。

図４５は、付属する可撓性固定要素９００および可撓性二次固定要素９１０により椎骨１００に保持されている上椎間補綴物３００および下椎間補綴物４００を示している。これらの可撓性固定要素９００および／または９１０は、縫合、鑞付けケーブル、ワイヤ、リボン、および断面よりも長くすることができ、圧縮の負荷よりも張力の負荷に耐えられるその他の構造物で作ることができる。可撓性固定要素９００および／または９１０は、生体適合性金属、コバルトクロム合金、チタン合金、ステンレス鋼合金などの合金、高分子材料、生体吸収性材料、複合材料、または生体適合性のある他の材料で製造することができ、図４５に示されているような可撓性要素構造９００および／または９１０に形成できる。図４５に示されている付加的な可撓性要素９００は、細長いヘッド５００に取り付けられ固定するように示されている。可撓性要素の取り付け部分５８０（例えば、開口部を含む）は、可撓性要素９００を細長いヘッドに嵌める。しかし、付加的な可撓性固定要素９００は、固定要素２００、上椎間補綴物３００、下椎間補綴物４００、または補綴物の上記の要素の組み合わせに取り付けられ、付加的な固定要素９００をそれらに追加することができる。下椎間補綴物４００内の可撓性固定取り付け部分４８０（例えば、開口部を含む）では、可撓性二次固定要素９１０で下椎間補綴物４００を椎骨１００に固定することができる。可撓性固定要素９００および／または９１０は、後弓３５、棘突起４６、または横突起１０５などの解剖学的特徴またはこれらの解剖学的特徴の組み合わせを物理的に包み込むことにより椎骨１００に固定することができる。可撓性要素９００および可撓性二次要素９１０は、さらに、可撓性固定要素（縫合糸など）を骨にくくりつけるように設計されているアンカーなどの骨アンカーにより椎骨に固定することもできる。ねじ付き縫合アンカー、とげ付き縫合アンカー、トグル縫合アンカー、または可撓性固定要素を骨にくくりつける他の手段などの縫合アンカーを使用して、可撓性固定要素９００または可撓性二次固定要素９１０を椎骨１００にくくりつけることができる。

図４６は、両側下椎間補綴物１０００の背面図である。両側下椎間補綴物１０００は、ワンピース型の下椎間補綴物であり、右下側１０４０と左下側１０２０の両方が安定化バー１０１０により接続されている。右下側１０４０および左下側１０２０は両方とも、それぞれの下切除面１２１（図１９）および第１の切除面１１２で椎骨に固定するように設計されている。両側下補綴物は、左下および右下の両方の椎間の置換を行える設計である。この実施形態では、両側下補綴物は、上椎骨１０１内に延びる左右固定要素２００上に配置される。図４６に示されているこの実施形態では、右下側は、下の方の椎骨１０２に取り付けられている右上椎間補綴物３００と関節結合している。さらに、この実施形態では、左下側１０２０は、下の方の椎骨１０２の左の自然な上椎間４３と関節結合している。両側下補綴物１０００の安定化バー１０１０は、安全なものとなるように左側１０２０および右側１０４０を安定化するように設計されている。

本発明の好ましい実施形態について添付の図面を参照しつつ説明したが、本明細書に示されている実施形態は零時のためのものであり、当業者であれば付属の請求項の範囲または精神から逸脱することなくさまざまな変更および修正を実施できることを理解できよう。

脊椎の一部分の斜視図である。 図１に示されている脊椎の部分の背面図である。 本発明により再建された椎間関節の側面図である。 図２に示されている椎間関節の背面図である。 図２および図３に示されている埋め込まれた左下椎間補綴物の斜視図である。 図２および図３に示されている左下椎間補綴物の斜視図である。 図２および図３に示されている埋め込まれた左上椎間補綴物の頂面図である。 図２および図３に示されている左上椎間補綴物の斜視図である。 他の埋め込まれた左下椎間補綴物の斜視図である。 他の左下椎間補綴物の斜視図である。 他の再建された椎間関節の側面図である。 他の再建された椎間関節の背面図である。 図１０および１１に示されている埋め込まれた左下椎間補綴物の斜視図である。 図１０および１１に示されている他の左下椎間補綴物の斜視図である。 図１０および１１に示されている他の埋め込まれた左上椎間補綴物の頂面図である。 図１０および１１に示されている他の左上椎間補綴物の斜視図である。 図１５に示されている上椎間補綴物に対する他の軸受面の斜視図である。 単一の無傷の椎骨の背面図である。 図１７に示されている同じ無傷の椎骨の側面図である。 切除された上椎間の一部と切除された下椎間の一部が示されている図１７および１８の同じ椎骨の背面図である。 図１９に示されている切除された椎骨の側面図である。 第１の上切除面を通り、有茎骨内に入れられた固定要素がある図１８および図１９の同じ切除された椎骨の背面図である。 切除された椎骨、固定要素、および上椎間補綴を示す背面図である。 図２３の椎骨およびインプラントの背面図であり、さらに下椎間補綴の追加も示している。 図２３のインプラントおよび椎骨の背面図であり、さらにロックナット形状の拡大されたヘッドの追加も示している。 固定要素、上椎間補綴、およびロックナットを含む組み立てられたインプラントを有する椎骨の等角後側面図である。 固定要素の軸に揃えて切断された断面図の結果を示す図２５の同じ椎骨およびインプラントの断面図である。 視線方向に揃えられた、図２６で説明されている同じ断面の図である。 固定要素の実施形態Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦの側面図、その同じ実施形態の断面図、およびロックナット形状の拡大されたヘッドの側面図である。 取り付けられた拡大されたヘッドを有する固定要素の実施形態Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、およびＬの側面図であり、また同じ実施形態の断面図である。 未展開状態の放射状展開固定要素の等角図である。 （ｉ）展開された放射状展開固定要素および（ｉｉ）未展開の放射状展開固定要素の側面図および底面図である。 固定要素をねじりつつ軸方向に固定するクロスピンを示す椎骨および椎間インプラント（facet implant）の等角断面図である。 上部椎骨と中部椎骨の間および中部椎骨と底部椎骨の間の両方の、脊椎部分の右側の片側椎間置換を有する上部、中部、底部椎骨を示す脊髄部分の背面図である。 上部椎骨と中部椎骨との間の上半形成椎間置換（superior hemiplasty facet replacement）および中部椎骨と底部椎骨との間の片側置換（unilateral replacement）を示す脊椎部分の背面図である。 上部椎骨と中部椎骨との間の下椎間半形成置換（inferior facet hemiplasty replacement）および中部椎骨と底部椎骨との間の右側の片側置換を示す脊椎部分の背面図である。 右側の上部椎骨と中部椎骨との間の片側置換および同じ側の中部椎骨と底部椎骨との間の下椎間半形成置換を示す脊椎部分の背面図である。 右側の上部椎骨と中部椎骨との間の片側置換および同じ側の中部椎骨と底部椎骨との間の上椎間半形成置換を示す脊椎部分の背面図である。 上部椎骨の下椎間および関節結合椎間インプラント（articulating facet implant）により置換される連結底部椎骨（joining bottom vertebra）の上椎間を示す２つの椎骨の脊髄部分の図である。 湾曲した上椎間補綴物の等角図である。 上椎間補綴物上の骨成長面の等角図である。 下椎間補綴物の等角図である。 骨成長面を有する下椎間補綴物の等角図である。 図２５に示されているインプラントの構造物にロックワッシャを追加したものの図である。 図４２に示されている構造物の組み立てを示す図である。 図４２に示されているロックワッシャの等角図である。 柔軟な固定要素により椎骨に保持される上および下椎間補綴物を示す図である。 両側下インプラントの背面図である。

Claims (7)

1. 上椎骨および下椎骨の間にある第１の椎骨の自然な椎間の少なくとも一部を置換するためのシステムであって、
   前記上椎骨にある下関節面と関節結合する形状の上関節面を有する上補綴物と、
   前記下椎骨にある上関節面と関節結合する形状の下関節面を有する下補綴物と、
   前記上補綴物および前記下補綴物を前記第１の椎骨に固定するために前記第１の椎骨内に埋め込み可能な固定部材と、
   を備え、前記上補綴物および前記下補綴物は、それぞれ、前記上椎骨にある下関節面に対する前記上補綴物の上関節面の相対向きおよび前記下椎骨にある上関節面に対する前記下補綴物の下関節面の相対的向きを定めるために、前記固定部材が通される開口部を有するとともに、前記固定部材には、前記上補綴物の開口部および前記下補綴物の開口部の部分で前記上補綴物および前記下補綴物を前記第１の椎骨に圧し付ける圧し付け部材が設けられることを特徴とするシステム。
2. 前記上補綴物および前記下補綴物の少なくとも１つの補綴物は、前記補綴物が前記第１の椎骨に固定されたときに、前記補綴物のどの部分も前記第１の椎骨の板と接触しないように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記上補綴物および前記下補綴物の少なくとも１つの補綴物は、前記補綴物が前記第１の椎骨に固定されたときに、前記補綴物のどの部分も前記第１の椎骨の棘突起を取り囲まないように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記上補綴物および前記下補綴物のうちの少なくとも１つは、前記開口部を通したフランジを備え、前記上補綴物の上関節面は、前記フランジに垂直またはほぼ垂直になるように向け付けられることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記圧し付け部材は、前記固定部材に固定可能な拡大ヘッドを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記下補綴物は、前記下補綴物が前記第１の椎骨に固定されたときに、前記下補綴物が前記第１の椎骨の板の後面と実質的に接触しないように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 前記固定部材は、前記上補綴物と前記下補綴物の両方を前記第１の椎骨の片側に固定するために前記第１の椎骨の茎内に埋め込み可能であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。

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