JP5509098B2 - 骨治療システムおよび方法 - Google Patents

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関連出願の相互参照
本出願は、２００８年２月１日に出願した米国特許出願第１２／０２４９６９号（代理人参照番号：ＤＦＩＮＥ．０５４Ａ）の一部継続出願である。本出願はさらに、２００８年２月２８日に出願した「Bone System Treatment Systems and Methods」という名称の米国特許仮出願第６１／０６７４７９号（代理人参照番号：ＤＦＩＮＥ．０６８ＰＲ）、２００８年２月２８日に出願した「Bone System Treatment Systems and Methods」という名称の米国特許仮出願第６１／０６７４８０号（代理人参照番号：ＤＦＩＮＥ．０６９ＰＲ）、２００８年４月１６日に出願した「Bone Treatment Systems and Methods」という名称の米国特許仮出願第６１／１２４３３６号（代理人参照番号：ＤＦＩＮＥ．０７７ＰＲ）、２００８年８月２８日に出願した「Bone Treatment Systems and Methods」という名称の米国特許仮出願第６１／１９０３７５号（代理人参照番号：ＤＦＩＮＥ．０７８ＰＲ）、および２００８年４月１６日に出願した「Bone Treatment Devices and Methods」という名称の米国特許仮出願第６１／１２４３３８号（代理人参照番号：ＤＦＩＮＥ．０７４ＰＲ）の、米国特許法第１１９（ｅ）条に基づく優先権の利益を主張するものであり、これらのいずれもの内容全体を参照により本明細書に組み込み、本明細書の一部と見なすべきである。

本開示の実施形態は、骨セメントおよびセメント注入システムに関し、あるいくつかの実施形態では、椎体圧迫骨折を治療するための、およびセメントの椎体外漏出(extravasation)を防止するための骨セメント粘度のオンデマンド制御のためのシステムおよび方法に関する。

骨粗鬆症性骨折は高齢者に多く起こり、米国だけでも年間に１５０万件の骨折が発生していると推定される。これらは、７５万件の椎体圧迫骨折（ＶＣＦ）および２５万件の股関節骨折を含む。米国における骨粗鬆症性骨折の年間費用は、１３８億ドルであると推定されている。５０歳以上の女性におけるＶＣＦの有病率は２６％であると推定されている。有病率は年齢と共に増加し、８０歳以上の女性では４０％に達する。しかし、加齢による骨量減少を遅らせるまたは止めることを目的として医療が進歩しても、この問題に対する解決法は提示されていない。さらに、平均余命が延びるにつれて、罹患者数が着実に増える。骨粗鬆症は骨格全体を冒すが、最も一般には脊柱および股関節の骨折を引き起こす。脊柱または椎体の骨折はまた、他の重篤な副作用を引き起こし、患者は、身長の損失、変形、および持続性疼痛に苦しみ、これらは可動性および生活の質を著しく損なうおそれがある。骨折による疼痛は通常４週間〜６週間続き、骨折部位の強い疼痛を伴う。椎体の１つのレベルが大きく圧潰したとき、または複数のレベルが圧潰したとき、慢性痛が生じることが多い。

閉経後の女性は、閉経後骨粗鬆症に伴う骨塩密度の減少により、椎体などの骨折を起こしやすい。骨粗鬆症は、文字通り「多孔性の骨」を意味する病理的状態である。骨格の骨は、緻密な皮質殻(cortical shell)と、内側の強い網目構造、すなわち海綿骨で構成されており、コラーゲン、カルシウム塩、および他のミネラルからなる。海綿骨は、ハニカムに類似しており、空間内に血管および骨髄を含む。骨粗鬆症は、骨折のリスクが高い脆弱な骨に進展する、骨量が少ない病状を説明するものである。骨粗鬆症の骨では、スポンジ状の海綿骨は、寸法の大きな孔または間隙を有し、骨が非常に脆くなる。若く健康な骨組織では、破骨細胞の活動の結果、骨の破壊が頻繁に起こるが、この破壊は骨芽細胞による新生骨形成によってバランスがとれている。高齢患者では、骨吸収が骨形成を上回り、したがって骨密度が低下するおそれがある。骨粗鬆症は、骨折が起こるまで症状がないことが多い。

椎体形成術および椎骨形成術は、椎体圧迫骨折を治療するための最近開発された技法である。経皮的椎体形成術は、有痛性血管腫を治療するために、１９８７年にフランスのグループによって最初に報告された。１９９０年代には、経皮的椎体形成術の適応は、骨粗鬆症性椎体圧迫骨折、外傷性圧迫骨折、および有痛性椎体転移を含むように拡大された。椎体形成術では、トロカールおよびカニューレを介して、骨折した椎体の中にポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を経皮的に注入する。対象の椎体はＸ線透視下で同定され、針がＸ線透視制御下で椎体の中に導入され、直接的に視認できるようになる。両側性経椎弓根的（椎体の椎弓根を通る）アプローチが一般的であるが、手技は一側性に行うことができる。両側性経椎弓根的アプローチでは、椎体をより均一にＰＭＭＡで充填することができる。

両側性アプローチでは、約１ｍｌ〜４ｍｌ以上のＰＭＭＡが椎体の両側に使用される。ＰＭＭＡを海綿骨の中に押し込む必要があるので、この技法は、高い圧力と、かなり低い粘度のセメントとを必要とする。対象の椎体の皮質骨で最近骨折が起こった場合があるので、ＰＭＭＡが漏出する可能性がある。ＰＭＭＡセメントは放射線不透過性材料を含み、それにより動作中のＸ線透視下でセメントを注入すると、セメントの局在および漏出が見られることがある。漏出が見られると医師は一般にＰＭＭＡ注入を終了するのでＰＭＭＡ注入および椎体外漏出の可視化はこの技法に不可欠である。セメントはシリンジを使用して注入され、医師が注入圧力を手動で制御することができる。

バルーン椎骨形成術は、経皮的椎体形成術の変更形態である。バルーン椎骨形成術は、膨張可能なバルーンタンプを椎体内に経皮的に設置することを含む予備段階を要する。セメント注入の前にバルーンを膨張させると、骨の中に空洞が作り出される。バルーン椎骨形成術では、空洞が存在するので、圧潰した椎体内に従来の椎体形成術と比較して低い圧力でPMMAセメントを注入することができる。さらに最近では、椎骨形成術の他の形式が開発された。この椎骨形成術では、種々の道具を使用して経路または空洞を作り出し、次にその中に骨セメントを注入する。

あらゆる形式の椎体形成術の主な適応症は、消耗性疼痛を伴う骨粗鬆症性椎体圧潰である。X線撮影およびコンピュータ断層撮影は、椎体圧潰の程度、骨片の後方突出により引き起こされた硬膜外腔または椎間孔の狭窄の存在、皮質破壊または骨折の存在、および椎弓根の粉砕(involvement)の視認性および程度を判断するために、治療の数日前に行わなければならない。

椎体形成術中のＰＭＭＡの漏出によって、緊急減圧術を必要とする、隣接構造の圧迫を含む非常に重篤な合併症が発生することがある。「Anatomical and Pathological Considerations in Percutaneous Vertebroplasty and Kyphoplasty: A Reappraisal of the Vertebral Venous System」、Ｇｒｏｅｎ，Ｒ．ら、Ｓｐｉｎｅ第２９巻、第１３号、１４６５頁〜１４７１頁、２００４年を参照されたい。ＰＭＭＡの漏出または椎体外漏出は重要な問題であり、傍椎体(paravertebral)漏出、静脈浸潤、硬膜外漏出、および椎間板内漏出に分類することができる。ＰＭＭＡの発熱反応は、熱損傷が硬膜嚢、索、および神経根に広がる場合、潜在的な破滅的な結果をもたらす。脊柱管内の漏出したセメントの、手術による摘出が報告されている。ＰＭＭＡの漏出は、椎体圧迫パターン、および皮質骨折の程度、骨塩密度、受傷から手術までの間隔、注入したＰＭＭＡの量、および注入器先端の位置などの種々の臨床的要因に関連していることが分かった。ある最近の研究では、椎体形成術症例の５０％近くで椎体からＰＭＭＡが漏出した。Ｈｙｕｎ−Ｗｏｏ Ｄｏら、「The Analysis of Polymethylmethacrylate Leakage after Vertebroplasty for Vertebral Body Compression Fractures」、Ｊｏｕｒ、ｏｆ Ｋｏｒｅａｎ Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ．Ｓｏｃ．第３５巻、第５号（２００４年５月）、４７８頁〜４８２頁を参照されたい。

別の最近の研究は、最初に治療した椎体に隣接する新たなVCFの発生率を対象にした。椎体形成術施行患者は、多くの場合、新たな椎体骨折によって引き起こされる新しい疼痛と共に戻ってくる。椎体形成術中の隣接する椎間板腔へのセメントの漏出により、隣接する椎体が新たに骨折するリスクが増加する。Am. J. Neuroradiol. 2004年2月; 25(2):175〜80頁を参照されたい。この研究から、セメント漏出を有する椎間板に隣接する椎体の58%が追跡調査期間中に骨折したのに対し、セメント漏出を有さない椎間板に隣接する椎体の骨折は12%であったことが分かった。

椎体形成術の命を脅かす別の合併症は、肺塞栓症である。Ｂｅｒｎｈａｒｄ， Ｊ．ら、「Asymptomatic diffuse pulmonary embolism caused by acrylic cement: an unusual complication of percutaneous vertebroplasty」、Ａｎｎ． Ｒｈｅｕｍ． Ｄｉｓ． ２００３；６２：８５頁〜８６頁を参照されたい。ＰＭＭＡの調製および注入による蒸気も懸念の原因である。Ｋｉｒｂｙ，Ｂら、「Acute bronchospasm due to exposure to polymethylmethacrylate vapors during percutaneous vertebroplasty」、Ａｍ．Ｊ．Ｒｏｅｎｔｇｅｎｏｌ．２００３；１８０：５４３頁〜５４４頁を参照されたい。

「Anatomical and Pathological Considerations in Percutaneous Vertebroplasty and Kyphoplasty: A Reappraisal of the Vertebral Venous System」、Ｇｒｏｅｎ， Ｒ．ら、Ｓｐｉｎｅ第２９巻、第１３号、１４６５頁〜１４７１頁、２００４年 「The Analysis of Polymethylmethacrylate Leakage after Vertebroplasty for Vertebral Body Compression Fractures」、Ｈｙｕｎ−Ｗｏｏ Ｄｏら、Ｊｏｕｒ、ｏｆ Ｋｏｒｅａｎ Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ．Ｓｏｃ．第３５巻、第５号（２００４年５月）、４７８頁〜４８２頁 Ａｍ．Ｊ．Ｎｅｕｒｏｒａｄｉｏｌ．２００４年２月；２５（２）：１７５頁〜１８０頁 「Asymptomatic diffuse pulmonary embolism caused by acrylic cement: an unusual complication of percutaneous vertebroplasty」、Ｂｅｒｎｈａｒｄ，Ｊ．ら、Ａｎｎ．Ｒｈｅｕｍ．Ｄｉｓ．２００３；６２：８５頁〜８６頁 「Acute bronchospasm due to exposure to polymethylmethacrylate vapors during percutaneous vertebroplasty」、Ｋｉｒｂｙ， Ｂら、Ａｍ．Ｊ．Ｒｏｅｎｔｇｅｎｏｌ．２００３；１８０：５４３頁〜５４４頁 ＡＳＴＭ規格Ｆ４５１「Standard Specification for Acrylic Bone Cement」

次に、前述の内容から、セメントの導入に対する制御度を向上させ、より良い転帰をもたらす、椎体圧迫骨折の治療において使用する骨セメントおよび方法を提供する必要がある。

一実施形態では、骨セメント組成物が提供される。この組成物は、液体成分と、非液体成分と、を含み、これらの成分は、混合すると、重合可能な骨セメント組成物を形成する。この液体成分は少なくとも１つのモノマーを含み、非液体成分は少なくとも１つのポリマーと、１つの開始剤と、を含む。非液体成分は、セメントが骨に注入される作業時間にわたって骨セメント組成物の粘度を制御するように、液体モノマーへの開始剤の制御された曝露を可能にするように構成される。

別の実施形態では、骨セメント組成物が提供される。この骨セメント組成物は、モノマー成分と、ポリマー成分と、を含む。このポリマー成分は、第１の体積のポリマー粒子および第２の体積のポリマー粒子を含む。ポリマー成分の全重量に対して、第１の体積のポリマー粒子は約０．５重量％より多いＢＰＯを含み、第２の体積のポリマー粒子は約０．５重量％未満のＢＰＯを含む。

さらなる実施形態では、骨セメント組成物が提供される。この骨セメント組成物は、モノマー成分と、ポリマー成分と、を含む。このポリマー成分は、少なくとも１つのポリマーと、約０．２重量％〜３重量％の過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）とからなる粒子を含む。ＢＰＯは、次の構成、すなわちポリマー粒子の少なくとも一部分の上の表面被覆として、ポリマー粒子の内部の１以上の層、ＢＰＯマイクロカプセルおよびＢＰＯ粒子として、のうち少なくとも２つで設けられる。あるいくつかの実施形態では、ＢＰＯ粒子は、ポリマー粒子に組み込むことができる。他の実施形態では、ＢＰＯ粒子は、ポリマー粒子に組み込まないことができる。さらなる実施形態では、ＢＰＯマイクロカプセルは、ポリマー粒子に組み込むことができる。

一実施形態では、骨を治療する方法が提供される。この方法は、液体成分と非液体成分とを混合して、重合可能な骨セメント組成物を提供する段階を含む。この液体成分は少なくとも１つのモノマーを含み、非液体成分はポリマー粒子および過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）を含む。非液体成分は、骨セメント組成物の重合中に時間の関数として液体成分に曝露されるＢＰＯの量を制御するように構成される。

さらなる実施形態では、骨セメント組成物が提供される。この骨セメント組成物は、粉末成分と、液体成分とを含む。この粉末成分は、約４５重量％〜５５重量％のポリメチルメタクリレートポリマー（ＰＭＭＡ）と、約２５重量％〜３５重量％の二酸化ジルコニウムまたは硫酸バリウムと、過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）とを含み、複数の粉末成分のそれぞれの量は粉末成分の全重量に対してのものである。液体成分は、約９８．０重量％〜９９．９重量％のメチルメタクリレート（ＭＭＡ）と、約０．１５重量％〜０．９５重量％のＮ，Ｎ−ジメチル−ｐ−トルイジン（ＤＭＰＴ）と、約３０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍのヒドロキノン（ＨＱ）とを含み、液体成分の量は液体成分の全重量に対してのものである。

別の実施形態では、骨セメントが提供される。この骨セメントは、第１のモノマー保持成分(monomer-carrying component)と、第２のポリマー保持成分と、を含み、混合後、第１の成分と第２の成分との混合物は、初期曝露期間の後、混合物が約２０００Ｐａ・ｓの粘度に達するまで、約２００Ｐａ・ｓ／分以下の時間−粘度曲線の傾きを有すると特徴付けられる。

追加の実施形態では、骨セメントが提供される。この骨セメントは、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含み、混合後、混合物は、混合物が約１５００Ｐａ・ｓの粘度を達成する直前の約２００Ｐａ・ｓ／分以下の時間−粘度曲線の傾きを特徴とする。

さらなる実施形態では、骨セメントが提供される。この骨セメントは、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含み、混合後、第１の成分と第２の成分との混合物は、初期曝露期間の後、混合後約２５分で約１５００Ｐａ・ｓ以下の時間−粘度曲線の傾きを有すると特徴付けられる。

本開示のいくつかの実施形態をより良く理解し、それが実際にどのように実施できるかを示すために、非限定的な例としてのみ、添付の図面を参照していくつかの好ましい実施形態を次に説明する。添付の図面において、同様の参照符号は、類似の実施形態の全体にわたって一貫して対応する特徴を表す。

本開示の一実施形態による骨セメント注入システムの概略斜視図である。 互いから分離された骨セメント注入構成要素を示す、図１のシステムの概略拡大側面図である。 図１および図２のシステムの熱エミッタ構成要素の一実施形態の概略図である。 加圧機構の一実施形態と組み合わせ、エネルギー源およびコントローラと連通する、図１〜図２のシステムの加力および増幅構成要素の概略拡大斜視図である。 図４のシステムの加圧機構の一実施形態の拡大組み立て図である。 図１〜図５のシステムの構成要素の斜視図と、エネルギー源およびコントローラの一実施形態の斜視図である。 従来技術のＰＭＭＡ骨セメントの時間−粘度曲線を示すグラフである。 印加エネルギーを利用する方法および選択した時間−粘度曲線を提供するためにＰＭＭＡ骨セメントの重合を促進するエネルギー−送達アルゴリズムを示す図である。 本開示の一実施形態により、熱エネルギーエミッタから印加されたエネルギーおよび選択したエネルギー−送達アルゴリズムによって修正されたときの、図７のＰＭＭＡ骨セメントの修正された時間−粘度曲線を示すグラフである。 印加エネルギーがないＰＭＭＡ骨セメントが注入器を出るイメージである。 エネルギー−送達アルゴリズムの一実施形態により印加エネルギーによって修正された、同じＰＭＭＡ骨セメントが注入器を出るイメージである。 代替エネルギー−送達アルゴリズムを使用して印加エネルギーによって修正されたときの、図７および図８ＡのＰＭＭＡ骨セメントの別の修正された時間−粘度曲線を示すグラフである。 異なる周囲温度における、図８Ａで示されるＰＭＭＡ骨セメントの一実施形態の時間−粘度曲線を示すグラフである。 構成要素が互いから分離された、第１の熱エネルギーエミッタと第２の熱エネルギーエミッタとを含む骨セメント注入システムの別の実施形態の図である。 骨セメント組成物のいくつかの実施形態内に存在するＢＰＯおよびＤＭＰＴの濃度の関数としての凝結時間を示すプロットである。 骨セメント組成物が加熱された条件下と加熱されない条件下での組成物のいくつかの実施形態の温度−時間挙動を示すプロットである。 約２５℃〜５５℃の温度まで加熱された骨セメント組成物のいくつかの実施形態の粘度−時間挙動を示すプロットである。 本開示のＰＭＭＡ骨セメントの２つの実施形態ならびに他の市販のＰＭＭＡ骨セメントの時間−粘度曲線を示すグラフである。 本開示の骨セメントの一実施形態のポリマービーズの概略図である。 本開示の骨セメントの別の実施形態のポリマービーズの概略図である。 本開示の骨セメントのさらなる実施形態のポリマービーズの概略図である。 本開示の骨セメントの追加の実施形態のポリマービーズの概略図である。 本開示の骨セメントの別の実施形態のポリマービーズの概略図である。 実質的に一定のＢＰＯ利用可能率を伴う第１の正の傾きを示す、本開示のセメントの混合後のある間隔にわたってモノマーに曝露されるために利用できる遊離開始剤（ＢＰＯ）を示すグラフである。 本開示のセメントの混合後のある間隔にわたってモノマーに曝露するために利用できる遊離開始剤（ＢＰＯ）を示す別のグラフである。 別のセメントの混合後のある間隔にわたる開始剤（ＢＰＯ）利用可能率を示すグラフである。 本開示の骨セメントの別の実施形態のポリマービーズの概略図である。 混合後のある間隔にわたる図２３のセメントの時間粘度曲線を示すグラフである。

本開示のいくつかの実施形態の原理を理解するために、図面および付随する説明で示されるいくつかの実施形態をここで参照する。背景として、本開示のいくつかの実施形態を使用する椎体形成術手技では、骨粗鬆症の海綿骨にアクセスするために、椎体の椎弓根を通って、または傍椎体(parapedicular)アプローチで、図１〜図２の注入器を導入することができる。この手技の初期態様は、経皮的椎体形成術に類似しており、患者は手術台上で腹臥位とする。患者は、典型的には意識下鎮静法下にあるが、代替法として全身麻酔を使用することができる。医師は、対象の１以上の椎弓根上の領域ならびに椎弓根の骨膜に局所麻酔薬（たとえば、約１％のリドカイン）を注入する。その後、医師は、メスを使用して対象の椎弓根それぞれの上の皮膚を約１ｍｍ〜５ｍｍ切開することができる。その後、椎弓根を通して椎体の前部に骨セメント注入器を進める。椎体の前部は、典型的には、最大の圧迫および骨折の領域である。医師は、前後方向および側方のＸ線投射透視図によって、椎弓根を通って椎体内へ、椎弓根より後方のイントロデューサ経路を確認する。以下で説明する充填材料の導入は、撮像方法に応じて治療中に数回または連続的に撮像することができる。

「骨セメント」、「骨充填」、「骨充填材料」、「充填材料」、および「充填組成物」という用語は、当業者に知られている通常の意味を含み、骨を充填する任意の材料を含むことができる。このような材料は、その場で硬化可能または凝結可能なセメントおよび組成物を含み、そのような硬化可能セメントと共に注ぎ込むことができる。充填材料は、フィラメント、マイクロスフェア、粉末、粒状要素、フレーク、チップ、細管など、自家移植材料または同種移植材料、ならびに他の化学物質、薬物、または他の生物活性剤などの他のフィラーも含むことができる。

「流動性材料」という用語は、当業者に知られている通常の意味を含み、回復可能な変形により剪断応力に応答する弾性材料またはエラストマーとは異なり、どのような静的な剪断応力にも耐えることができず、実質的に回復不可能な流れ（たとえば、流体）に反応する材料連続体を含むことができる。流動性材料は、第１の流体成分のみ、または第１の成分および第２の成分の比率を問わず、第１の流体成分と、流れにより応力に応答する第２の弾性または非弾性の材料成分を組み合わせて含むことができる充填材料または組成物を含むことができる。上記の剪断試験は第２の成分のみに対しては適用されないことが理解されよう。

「実質的に」または「実質的な」という用語は、当業者に知られている通常の意味を含み、大部分を意味するが、全部は意味しない。たとえば、「実質的に」および「実質的な」は、約５０％〜約９９．９９９％、約８０％〜約９９．９９９％、または約９０％〜約９９．９９９％を意味することができる。

「椎体形成術」という用語は、当業者に知られている通常の意味を含み、充填材料が椎体の内部へ送達されるどのような手技も含むことができる。

「骨形成術」という用語は、当業者に知られている通常の意味を含み、充填材料が骨の内部へ送達されるどのような手技も含むことができる。

図１には、システム１０の一実施形態が示されている。システム１０は、椎体の海綿骨の中に延在できる第１の構成要素すなわち骨セメント注入器１００と、骨セメントにエネルギーを印加するためのエミッタ１１０を含む第２の構成要素すなわちセメント活性化構成要素１０５と、を含む。第１の構成要素１００および第２の構成要素１０５は、流動性の骨セメントを骨に送達するための、それを貫通する流れ流通路すなわちチャネル１１２を含むことができる。骨セメント注入器構成要素１００およびセメント活性化構成要素１０５は、単一のデバイスに組み込むこともできるし、図２に示されるように、ねじ付き部分１１３および回転可能なねじ式取付具１１４などの機構によって分離可能とすることもできる。図１および図２で示されるように、シリンジ型の本体１１５の形をとる骨セメントの供給源はまた、ねじ付き取付具１１６を使用してシステムに結合可能である。

図２を参照すると、骨セメント注入器１００は、近位端１１８と、セメントの流れを骨へ向けるためにその中に少なくとも１つの流れの出口１２２を有する遠位端１２０と、を含むことができる。注入器１００の延長部分１２４は、任意の適切な金属またはプラスチック製のスリーブから作製されることができ、流れチャネル１１２は、それを通って流れの出口１２２に延びる。流れの出口１２２は、セメントの流れを延長部分１２４の軸１２５に対して直角に向けるための側面ポートとして存在してもよいし、あるいは、セメントの流れを遠位に向けるために延長部分１２４の遠位終端に配置することができる。別の実施形態（図示せず）では、延長部分１２４は互いに対して回転するように配置された第１の同心のスリーブと第２の同心のスリーブとを含み、それぞれの第１の流れの出口および第２の流れの出口の位置を合わせるかまたはずらして、選択的に方向付けられたセメントの流れを延長部分１２４の軸１２５に対して、より軸方向にまたは軸から離れる方向(more or less axial)とすることができる。

次に図２の切欠図を参照すると、第２の構成要素１０５が、エミッタ１１０を貫通する流れチャネル１１２内のセメントの流れに熱エネルギーを印加するためのエミッタ１１０を担持するハンドル部分を含むことが理解されよう。以下でさらに説明されるように、エミッタ１１０は、供給源１１５のチャンバ１３２から送達されてエミッタ１１０を通過して流れその中に達する骨セメント１３０に熱エネルギーを印加して、セメントが注入器の流れの出口１２２を出て骨に入るときのセメントの粘度を、選択したより高い粘度値まで増加させることができる。骨セメント１３０にエネルギーを制御して印加することによって、医師は、セメントが椎体の中に導入されるときにセメントが、選択した重合終点に到達する凝結速度を選択でき、したがって望ましくないセメント椎体外漏出を防止する高い粘度が可能になる。

図２および図３を参照すると、一実施形態では、熱エネルギーエミッタ１１０は、電気コネクタ１４６およびケーブル１４８によって、電源１４０およびコントローラ１４５に結合することができる。図２では、導線１４９ａおよび１４９ｂはコネクタ１４６と結合され、エミッタ１１０まで延びることができることが理解されよう。図３で示されるように、熱エネルギーエミッタ１１０の一実施形態は、２００７年４月３日に出願した「Bone Treatment Systems and Methods」というタイトルの同時係属中の米国特許仮出願第６０／９０７４６９号（代理人参照番号：ＤＦＩＮＥ．０３７ＰＲ）に記載されているように、表面電極１５５Ａおよび１５５Ｂが離隔して交錯されたポリマーの正の抵抗温度係数（ＰＴＣＲ）材料を含む壁部分１５０を有する。この実施形態では、熱エミッタ１１０およびその壁１５０が抵抗加熱し、それによって、それを通って流れる骨セメント１３０において制御された熱効果を引き起こすことができる。図３は、熱エネルギーエミッタ１１０の一実施形態の概略図であることが理解されよう。この熱エネルギーエミッタ１１０は、任意の細長いまたは先端を切った形状または幾何学的形状を有することもできるし、先細り状または先細り状でない形とすることもできるし、または折り畳み可能な肉の薄い要素の壁を含むこともできる。さらに、正（＋）の極性の電極１５５Ａおよび負（−）の極性の電極１５５Ｂは、任意の離隔された配置、たとえば径方向に離隔された、らせん状に離隔された、軸方向に離隔された、またはその任意の組み合わせを有することができる。エミッタ１１０のこの抵抗加熱されたＰＴＣＲ材料はさらに、米国特許仮出願第６０／９０７４６９号に記載されている流量を示す信号を生成し、次にこの信号をコントローラ１４５が利用して、その中の骨セメントに印加されたエネルギーを変調する、および／またはセメント１３０の流量を変調し、それをモータまたは保存されたエネルギー機構によって駆動できる。別の実施形態では、エミッタは、抵抗コイル加熱器などのＰＴＣＲでない任意の抵抗加熱器とすることができる。

他の実施形態では、熱エネルギーエミッタ１１０は、上述したＰＴＣＲの恒温ヒータを含むことができるし、または抵抗加熱器、光ファイバエミッタ、光チャネル、超音波トランスデューサ、電極、およびアンテナの１以上を含んでもよい。したがって、そのような任意の実施形態では、エネルギー源１４０は、エミッタ１１０に動作可能に結合された、電圧源、高周波源、電磁エネルギー源、非コヒーレント光源、レーザ源、ＬＥＤ源、マイクロ波源、磁気源、および超音波源の少なくとも１つを含むことができる。

図２を参照すると、圧力機構１９０が、システム１０を介して骨セメント１３０を駆動するために骨セメント供給源すなわちシリンジ１１５に結合可能であることが理解されよう。圧力機構１９０は、任意のポンプ、ねじ駆動、空圧駆動、油圧式駆動、ケーブル駆動などの、任意の適切な手動駆動システムまたは自動駆動システムを含むことができる。そのような自動駆動システムは、システムを通過するセメントの流量を変調するようにコントローラ１４５に結合することができる。

図４〜図６に示される一実施形態では、システム１０は、骨セメント供給源１１５の取付具１６４に着脱自在に結合できる取付具１６３を有する油圧システム１６２をさらに含むことができる。この実施形態では、骨セメント供給源１１５は、予備重合された、部分的に重合された、または最近混合された骨セメント１３０をその中に保持するセメント保持孔またはチャンバ１６５を有するシリンジ本体を含むことができる。油圧システム１６２は、セメント１３０を押してシステム１０内のシリンジチャンバ１６５および流れチャネル１１２を通すようにチャンバ１６５内で移動できるＯリングまたはゴムヘッド１７６を有する剛性プランジャまたはアクチュエータ部材１７５をさらに含むことができる。

さらに図４〜図６を参照すると、油圧システム１６２の加力および増幅構成要素１８０は骨セメント供給源１１５に可逆的に結合でき、加力および増幅構成要素１８０は、アクチュエータ部材１７５の近位端１８６を摺動可能に受け入れる加圧可能な孔またはチャンバ１８５をその中に有する本体１８２を含む。アクチュエータ部材１７５の近位端１８６は、アクチュエータ部材１７５を遠位に駆動し、それによって、セメント供給源またはシリンジ１１５内のチャンバ１３２から骨セメント１３０を変位させるために孔１８５が圧力源１９０によって流動媒体１８８で加圧することができるように、Ｏリングまたはガスケット１８７を含むことができる。図５に示される一実施形態では、アクチュエータ部材１７５と加圧された流動媒体１８８との間の境界面２００の表面積は、それによって、加圧可能なチャンバ１８５とセメント供給源またはシリンジのチャンバ１３２との間の圧力増幅をもたらすように、アクチュエータ部材１７５と骨セメント１３０との間の境界面２００’の表面積より大きくすることができる。一実施形態では、図４および図５に示されるように、境界面２００の表面積は、境界面２００’の表面積の少なくとも約１５０％、境界面２００’の表面積の少なくとも約２００％、境界面２００’の表面積の少なくとも約２５０％、および境界面２００’の表面積の少なくとも約３００％とすることができる。

図４および図５を参照すると、一実施形態では、加力および増幅構成要素１８８は、次のように用いることができる。第１の動作では、第１の流体チャンバと、第２のセメントまたは充填保持チャンバとの間に変位可能な非流体アクチュエータ構成要素を有する骨充填材料注入器を提供することができる。第２の動作では、流動媒体の流れは、第１の圧力で第１の流体チャンバに供給され、それによって、アクチュエータ構成要素を変位させて骨セメントに作用して排出するか、またはより高い第２の圧力で第２のチャンバから椎体に充填することができる。非限定的な例では、第２の圧力は、セメント保持チャンバ１６５内で形成することができ、加圧可能なチャンバ内の第１の圧力より大きい。

一実施形態では、第２の圧力は、加圧可能なチャンバ１８５内の第１の圧力より少なくとも約５０％高くすることができる。別の実施形態では、第２の圧力は、加圧可能なチャンバ１８５内の第１の圧力より少なくとも約７５％高くすることができる。別の実施形態では、第２の圧力は、加圧可能なチャンバ１８５内の第１の圧力より少なくとも約１００％高くすることができる。別の実施形態では、第２の圧力は、加圧可能なチャンバ１８５内の第１の圧力より少なくとも約２００％高くすることができる。別の実施形態では、第２の圧力は、加圧可能なチャンバ１８５内の第１の圧力より少なくとも約３００％高くすることができる。

図５および図６を参照すると、加力および増幅構成要素１８０に圧力を与えるための加圧機構の一実施形態は、当技術分野で知られているように手動駆動またはモータ駆動される、シリンジポンプ２１０などの圧力機構１９０まで延びる空気圧系または油圧系２０５を含むことができる。一実施形態では、図６に示されるように、シリンジポンプ２１０は、エミッタ１１０によるエネルギー源１４０からのエネルギー送達の制御と組み合わせた圧力または駆動力の変調を可能にするように、コントローラ１４５に動作可能に結合された電気モータ２１１によって駆動することができる。

加圧機構または圧力源２１０は、チャンバ１６５内の骨セメントを移動させるためにアクチュエータ部材１７５を作動するように当技術分野で知られている任意のタイプの機構またはポンプを含むことができることが理解されよう。たとえば、適切な機構には、流体をポンプするための圧電素子、超音波ポンプ要素、圧力を生じさせるための圧縮空気システム、圧力を生じさせるための圧縮ガスカートリッジ、圧力を生じさせるための電磁ポンプ、圧力を生じさせるための空気ハンマシステム、流体媒体の相変化から力を捕捉するための機構、エネルギーを解放可能に保存できるばね機構、ばね機構および爪車、流体流システムおよび弁、ねじポンプ、蠕動ポンプ、ダイアフラムポンプ、ターボ形ポンプ、容積式ポンプ、およびそれらの組み合わせが含まれうる。

図６を参照すると、本開示のいくつかの実施形態の別の特徴は、圧力機構１９０を作動するためのリモートスイッチ２１２である。一実施形態では、ケーブル２１４は、医師が、椎体または他の骨治療部位を治療する間、使用される任意の撮像システムによって作り出される放射線照射野の外に立つことができるようにコントローラ１４５から延びる。別の実施形態では、スイッチ２１２は、当技術分野で知られているようにシステムに無線で接続することができる。別の実施形態（図示せず）では、細長いケーブル２１４およびスイッチ２１２は、注入器１００またはシステム１０の他の構成要素に直接結合することができる。

次に図７、図８Ａ、および図８Ｂを参照すると、これらの図は、骨セメント１３０にエネルギーを制御して印加することによって従来技術の骨セメントに比べて制御されたオンデマンドの増加した粘度および制御された凝結時間を有する骨セメントを提供する、本開示の一方法のあるいくつかの実施形態を示す。図７は、ＰＭＭＡ骨セメントなどの、当技術分野で知られている従来技術の骨セメントを示し、このセメントは混合後約８分〜１０分以内に実質的に硬くなるすなわち硬化する時間−粘度曲線２４０を有する。図７および図８Ｂの水平軸上では、時点ゼロは、モノマー成分およびポリマー成分などの骨セメント前駆体の混合がほぼ完了している時点を示す。

図７の従来技術の骨セメントの時間−粘度曲線２４０で示されるように、セメントの粘度は、時間ゼロの５００Ｐａ・ｓから混合後約６分で約７５０Ｐａ・ｓに増加する。その後、従来技術の骨セメントの粘度は、混合後約６分から８分の時間間隔にわたって経時的に非常に急速に増加し、４０００Ｐａ・ｓを超える粘度に達する。図７の時間−粘度曲線を有する従来技術の骨セメントは、約５００Ｐａ・ｓの範囲で注入するためのかなり高い粘度を有すると考えられうる。ただし、この粘度の範囲では、骨セメントは、椎体外漏出になる流れ特性を依然として有することができる。

さらに図７を参照すると、骨セメントの硬化反応は、ＰＭＭＡポリマー、モノマー、および開始剤のうちの１以上などの、骨セメント前駆体の組成物によって少なくとも部分的に規定(dictate)される重合プロセスを開始する発熱化学反応を伴うことが理解されよう。図７は、経時的な発熱硬化反応を色の濃淡で示しており、色が薄い領域は化学反応度および熱度が低いことを示し、色が濃い領域は化学反応度および熱度が高く、骨セメント前駆体のより急速な重合につながることを示す。

次に図８Ａを参照すると、このブロック図は、図８Ｂに示される選択した時間−粘度曲線を提供するためにＰＭＭＡ骨セメントの重合を促進するための、印加エネルギーを利用する方法およびエネルギー−送達アルゴリズムの一実施形態を示す。図７および図８Ｂでは、骨セメントの一実施形態の時間−粘度曲線２５０では、初期の粘度が混合後時間約ゼロにおいて約７５０Ｐａ・ｓの範囲にあり、その後粘度は混合後約１０分〜１４分で従来技術の骨セメントより線形的に増加することが理解されよう。骨セメントのこの実施形態は、参照により全体としてそれぞれ本明細書に組み込まれている、２００７年２月５日に出願した「Bone Treatment Systems and Methods」というタイトルの米国特許仮出願第６０／８９９４８７号（代理人参照番号：ＤＦＩＮＥ．０５４ＰＲ）および２００８年２月５日に出願した「Bone Treatment Systems and Methods」というタイトルの米国特許出願第１２／０２４９６９号（代理人参照番号：ＤＦＩＮＥ．０５４Ａ）に記載されている、図７および図８Ｂにおいて見られるような時間−粘度曲線を提供するＰＭＭＡセメント組成物を含むことができる。図８Ｂで示されるように、骨セメント１３０、またはより具体的には、セメント前駆体の混合は、上述した骨セメントを硬化させる第１の硬化反応供給源を含み、時間−粘度曲線２５０下の反応の濃淡によって示される混合後の所定の発熱硬化反応を生じる。

さらに図８Ｂを参照すると、このグラフは、修正された時間−粘度曲線２６０と共に時間−粘度曲線２５０を有するＰＭＭＡ骨セメントを示す。この修正された時間−粘度曲線は、図１および図４〜図６に示されているような、本開示のシステム１０の一実施形態を用いるエネルギーの印加によって形成することができる。言い換えれば、図８Ｂは、骨セメント組成物の成分が互いに反応するときに組成物の自己発熱により骨セメント１３０が硬化プロセス（すなわち、時間−粘度曲線２５０）を経験する、本開示の一実施形態を示す。この硬化プロセスはさらに、椎体外漏出を防止するために、骨へのセメント注入のための修正された時間−粘度曲線２６０を形成するように、エネルギー源１４０、コントローラ１４５、およびエミッタ１１０からの印加エネルギーによる影響を受けることがある。

図８Ｂから理解できるように、エネルギー印加Ｑ、Ｑ’、およびＱ”において概略的に示される、第２の硬化供給源またはエミッタ１１０からの経時的な印加エネルギーの変調は、選択した作業時間にわたって実質的に一定のセメント粘度を提供するために骨セメント成分の発熱反応によって生成される熱エネルギーを補完するように提供することができる。本開示のいくつかの実施形態のこの態様によって、初めて、椎体外漏出を阻止するように選択される、制御され、実質的に一定の、粘度を有する骨セメントの提供が可能になる。

したがって、椎体圧迫骨折の標準的な治療では、数分間、たとえば約２分〜１０分、または約２分〜６分、または約２分〜４分の期間にわたってセメント注入が必要であるので、本開示のいくつかの実施形態の骨セメント１３０およびシステム１０は注目に値する。医師は、典型的には、少量の骨セメント、たとえば約１／２ｃｃを注入し、次に、注入したセメントを撮像して椎体外漏出を確認する目的でセメント注入を中断し、次いで追加のセメントを注入してから撮像などを行う。注入および撮像の各段階は約２回〜１０回以上繰り返すことができ、全体的な治療間隔が約４分〜６分以上を要することがある。ＶＣＦの標準的な治療には少なくとも約５分〜６分の作業時間を有するセメントが必要とされる。そうでない場合、セメントの第１のバッチは硬化プロセス（図７を参照）で進みすぎることがあり、セメントの第２バッチは混合する必要があることがあることが容易に理解されよう。ただし、本開示のセメント１３０およびシステム１０のいくつかの実施形態では、図８Ｂに示されるように、セメント粘度はほぼ一定とすることができ、したがって約８分〜１０分の非常に長い作業時間を提供する。

図８Ｂのグラフでは、骨セメント組成物の自己発熱による骨セメント硬化への寄与および印加エネルギーが、曲線２５０および２６０の下の影付き部分によって示されることが理解されよう。ただし、縦軸はＰａ・ｓ単位で粘度を示しているので、このグラフ表示は、概念的な説明を目的としたものに過ぎない。ＱからＱ”において示される実際の印加エネルギーは、選択した周囲温度および気圧における選択した骨セメント組成物の実際の重合反応時間を分析することによって求めることができる。

したがって、本開示の一実施形態では、骨セメントシステムは、第１のエネルギー源と、第２のエネルギー源とを含み、これらは互いに異なり、骨セメント内で発生する硬化反応を促進する。第１のエネルギー源は、骨セメント前駆体成分の混合から生じた発熱硬化反応によって生成された熱を含む。第２のエネルギー源は、選択した量のエネルギーを骨セメントに供給できる熱エネルギーエミッタ１１０によって骨セメントへ導入された熱エネルギーを含む。システムは、熱エネルギーエミッタ１１０によって骨セメント組成物に供給された熱エネルギーを変調できるコントローラ１４５をさらに含む。このようにして、骨セメント組成物の硬化反応は、選択した作業時間にわたって制御することができる。ＰＭＭＡセメント組成物は非常に長い作業時間をもたらすように作製されうることが、米国特許仮出願第６０／８９９４８７号および米国特許出願第１２／０２４９６９号から理解されよう。

そのような粘度制御の利点は図８Ｃおよび図８Ｄで確認することができ、これらの図はそれぞれ、印加エネルギーなしでＰＭＭＡ骨セメントが注入器を出るイメージと、エネルギー−送達アルゴリズムの一実施形態により印加エネルギーによって修正された、同じＰＭＭＡ骨セメントが注射器を出るイメージである。骨セメントが重力によって簡単に変形されることから明らかなように、印加エネルギーの利点がない注入器から出てくる骨セメントの粘度は比較的低い。このような挙動から、図８Ｃの骨セメントは椎体外漏出の傾向がありうることが示される。対照的に、注入器の端部のまわりに蓄積することから明らかなように、骨セメントは高粘度の印加エネルギーによって修正された。このような挙動から、図８Ｄの骨セメントは椎体外漏出の傾向がないことが示される。

本開示の別の実施形態では、図９を参照すると、セメント流れへのエネルギーの印加に続いてセメントが注入器を出るとき、コントローラ１４５はまた、医師がコントローラ１４５のエネルギー−送達アルゴリズムを選択してセメント粘度を増加および減少させることができる。有益には、このようなアルゴリズムは、システム１０による組成物へのエネルギー印加の実質的に自動化された制御を提供することができる。

したがって、別の実施形態では、骨セメントシステム１３０に印加されたエネルギーを変調するためのアルゴリズムを用いる骨治療システム１０が提供されうる。骨治療システム１０は、骨セメント注入器システムと、この注入器システムを介して骨セメントの流れにエネルギーを送達できる熱エネルギーエミッタ１１０と、コントローラと、を含むことができる。コントローラ１４５は、エミッタ１１０から骨セメント流れへの印加エネルギーを変調するための１以上のアルゴリズムを実施するハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。エネルギー−送達アルゴリズムはさらに、印加エネルギーをある割合でおよそゼロから、骨セメント１３０のモノマー部分の少なくとも一部分の蒸発を阻止するために選択した値に増加させるために用いることができる。

本開示の別の実施形態では、コントローラ１４５によって、医師は、コントローラ１４５に動作可能に接続されたセレクタ機構を使用して骨セメント粘度を選択することが可能になる。あるいくつかの実施形態では、セレクタ機構は、コントローラ１４５に、複数のエネルギー−送達アルゴリズムのうちの１以上を開始させることができる。一実施形態では、医師は、作業時間にわたって送達可能な複数の実質的に一定の粘度から選択することができる。そのような粘度の範囲の例には、約１，０００Ｐａ・ｓ未満および約１，５００Ｐａ・ｓ超が含まれうる。あるいくつかの実施形態では、このように２〜６以上を選択することはコントローラ１４５によって可能となり、各選択は、椎体外漏出があまり問題でないときに密度の高い骨を治療する場合は約１，０００Ｐａ・ｓ、または椎体外漏出を防止するため、および椎体終板に力を加えて骨折を整復するための椎体骨折の治療では約４，０００Ｐａ・ｓ〜６，０００Ｐａ・ｓなど、特定の目的に有用な粘度範囲であることが理解されよう。

繰り返し可能な方法で骨セメント組成物へのエネルギー印加を促進するために、システム１０は、混合デバイスまたはアセンブリ２７５内に配置された温度センサ２７２をさらに含むことができる。混合アセンブリ２７５は、骨セメント供給源１１５内に混合セメントを置く前に混合するために骨セメント前駆体を受け入れる任意の容器を含むことができる（図６を参照）。あるいくつかの実施形態では、セメントは、病院で手術室より低いまたは高い温度を有する環境に保存されることがあり、それがセメントの時間−粘度曲線に影響を及ぼすことがあるので、温度センサ２７２をセメント混合アセンブリ２７５内に置くことができる。温度センサ２７２は、ケーブルまたは無線送信機システムによってコントローラ１４５に動作可能に結合することができる。あるいくつかの実施形態では、センサ２７２は、混合アセンブリ２７５と一体で、使い捨てとすることができる。代替実施形態では、センサ２７２は、再利用可能で混合アセンブリ２７５から分離可能とすることができる。

別の実施形態では、さらに図６を参照すると、温度センサ２７６は、骨セメント前駆体の１以上の包装２８０に動作可能に接続され、それによって、混合前のセメント前駆体の実際の温度を示すことができる。このような温度センサ２７６は、コントローラ１４５のセンサ２７０によって測定された周囲室温と比較したときの、このようなセメント前駆体が手術室にあった保存温度および／または時間の長さを示すことができる。このセンサ２７６は１以上の温度センサを含むことができ、温度センサには熱電対またはサーモクロミックインクが含まれうるが、これらに限定されない。温度センサ２７６はさらに、骨セメント包装２８０の表面上に配置することができ、セメント前駆体の温度の視覚的識別を可能にする。このようにして、医者または技術者は、包装２８０の温度を読み、この温度をコントローラ１４５に手動で入力して、コントローラ１４５のいくつかの実施形態のエネルギー送達アルゴリズムの自動調整を可能にすることができる。別の実施形態では、図４に戻って、少なくとも１つの温度センサ２８２は、システム１０内部のセメント流れのセメント温度を監視するためにシステムのセメント供給源１１５内および／または注入器構成要素１００の遠位部分内に位置することができる。

したがって、別の実施形態では、骨治療システムは骨セメント注入器システム１０を含むことができ、この骨セメント注入器システム１０は、注入器システム内の骨セメントにエネルギーを送達できる熱エネルギーエミッタ１１０と、セメントの硬化反応を制御するためにエミッタからの印加エネルギーを変調できるコントローラ１４５と、動作パラメータを測定するためにシステム１０内の骨セメント１３０の注入器システム１００に動作可能に結合されたセンサシステムと、を含む。図６において、一実施形態では、センサシステムのセンサは、コントローラアセンブリ１４５に配置された、２７０で示される温度センサを含むことができることが理解されよう。コントローラアセンブリ１４５の温度センサ２７０は、手術室環境の周囲の大気温度に依存する、エミッタ１１０からの印加エネルギーを変調するための制御アルゴリズムのシステム１０への入力を可能にすることができる。このような制御アルゴリズムは、手術室の周囲温度が発熱性ＰＭＭＡベースの骨セメントの時間−粘度曲線に影響を及ぼすことがあるので、かなり有用となりうる。

別の実施形態では、骨セメントシステム１０、より具体的には図６のセメント混合アセンブリ２７５は、骨セメント混合のおおよその開始時間を示すセンサ、スイッチ、または表示機構２８５を含むことができる。このようなセンサまたは表示機構２８５は、コントローラ１４５に結合された手動で作動される任意の機構、混合アセンブリ内でのセメント前駆体の配置またはアセンブリの任意の移動可能な混合成分の活性化を検知する機構、およびその組み合わせを含むことができる。システム１０およびコントローラ１４５は、このようにして、選択した混合時間間隔に達したことを示す視覚信号、音響信号、および／または触覚信号の１以上を提供することができる。この信号によって、混合後ゼロ時間とも呼ばれる、骨セメントの混合が完了した時間を一貫して測定することが可能となり、それによって、すべての場合において、この時点における粘度を同程度とすることができる。有益には、混合後ゼロ時間を一貫して正確に測定することによって、上述のようにエネルギーは適切に印加されうる。システム１０はまた、骨セメント混合の終了、したがって図９に示されるような時間−粘度曲線上のゼロ時間を示すセンサ、スイッチ、または表示機構２８８を含むことができ、印加エネルギーおよびセメント流量を制御するためのコントローラ１４５内のアルゴリズムを設定するために使用することができる。

別の実施形態では、骨セメントシステム１０は、注入器システム１００の流通路内の骨セメント流量を測定して示すセンサを含むことができる。図６の実施形態では、モータ駆動システム２１１は油圧システム１６２を介して、実質的に一定の速度で注入器およびエミッタ１１０を通過するセメントを駆動することができる。センサ２９０は、システム１０を通過する所望のセメント流れを生じさせるために駆動部によって加えられる力を測定できるモータ駆動部に動作可能に結合することができ、次にこれを使用して、たとえばシステム１０内の骨セメントの粘度が予期せず増加したことによる、所望の流量が低下する任意の傾向を検知することができる。このように検知されると、コントローラ１４５は流量を増加させるか、またはエミッタ１１０からの印加エネルギーを減少させて、選択したセメント粘度および注入器１００から骨への流量を維持することができる。

したがって、このような骨セメント１３０のいくつかの実施形態は、本開示のいくつかの実施形態のシステム１０と組み合わせて、選択した作業時間を可能にすることができる。このような作業時間の例には、少なくとも約６分、少なくとも約８分、少なくとも約１０分、少なくとも約１２分、少なくとも約１４分、少なくとも約１６分、少なくとも約１８分、少なくとも約２０分、および少なくとも約２５分が含まれうるが、これらに限定されない。

一実施形態では、骨治療システムは、骨セメント内での制御された硬化反応を起こすための第１のエネルギー源および第２のエネルギー源を含むことができる。第１の供給源は、セメント前駆体成分の混合に応答して発生する発熱硬化反応を含むことができる。第２の供給源は、骨セメントの発熱硬化反応を変化させるためにエネルギーを骨セメントに印加可能な熱エネルギーエミッタを含むことができる。システムは、エミッタからの印加エネルギーを変調し、それによって、選択した作業時間にわたって発熱硬化反応を制御可能なコントローラをさらに含むことができる。コントローラは、少なくとも約２分、少なくとも約４分、少なくとも約６分、少なくとも約８分、少なくとも約１０分、少なくとも約１２分、少なくとも約１４分、少なくとも約１６分、少なくとも約１８分、少なくとも約２０分、および少なくとも約２５分の作業時間にわたり、選択した骨セメント粘度を提供するように印加エネルギーを変調することができる。

さらなる実施形態では、制御システム１０は、選択した作業時間にわたって骨セメントが注入器出口１２２を出るときに、選択したセメント粘度範囲をもつ骨セメントを提供するように、骨セメントへのエネルギーの印加を可能にすることができる。あるいくつかの実施形態では、選択した粘度範囲には、約６００Ｐａ・ｓ、約８００Ｐａ・ｓ、約１０００Ｐａ・ｓ、約１２００Ｐａ・ｓ、約１４００Ｐａ・ｓ、約１６００Ｐａ・ｓ、約１８００Ｐａ・ｓ、約２０００Ｐａ・ｓ、約２５００Ｐａ・ｓ、約３０００Ｐａ・ｓ、および約４０００Ｐａ・ｓが含まれうるが、これらに限定されない。

したがって、本開示の別の実施形態では、椎体に注入するための硬化可能な骨セメントを調製する方法を提供することができる。この方法は、硬化反応が骨セメント内で生じるように骨セメント前駆体を混合する段階と、エネルギーを骨セメントに提供するように外部供給源からのエネルギーを骨セメントに印加する段階と、を含むことができる。外部供給源から印加されたエネルギーは、選択したセメント粘度を提供するように硬化反応と組み合わせてコントローラによって制御することができる。

方法のいくつかの実施形態は、混合後間隔の選択した長さに応答して外部供給源から印加されたエネルギー量を変化させる段階をさらに含むことができる。方法のいくつかの実施形態は、システム内部の温度センサによって測定される周囲温度に応答して外部供給源からの印加エネルギーの量を変化させる段階を含むことができる。

さらに、方法のいくつかの実施形態は、システム１０を通過する骨セメント流れの選択した注入速度に応答して、外部供給源からの印加エネルギーを変化させる段階を含むことができる。方法のいくつかの実施形態は、少なくとも約５００Ｐａ・ｓ、少なくとも約１０００Ｐａ・ｓ、少なくとも約１５００Ｐａ・ｓ、少なくとも約２０００Ｐａ・ｓ、少なくとも約３０００Ｐａ・ｓ、および少なくとも約４０００Ｐａ・ｓの注入粘度を有する骨セメントを提供するように外部供給源からの印加エネルギーを変化させる段階を含むことができる。

さらなるいくつかの実施形態では、制御システムは、選択した作業時間にわたって実質的に一定のセメント粘度をもつ骨セメントを提供するように、骨セメントへのエネルギーの印加を可能にすることができる。

さらなるいくつかの実施形態では、制御システム１０は、セメントが注入器１００を出るときにセメントの複数の選択した時間−粘度プロファイルをもつ骨セメントを提供するように、骨セメントへのエネルギーの印加を可能にすることができる。たとえば、コントローラ１４５およびエネルギーエミッタ１１０は、椎体外漏出を阻止する選択した粘度まで骨セメントの粘度を非常に急速に増加させるのに十分な量でエネルギーを骨セメントに印加することができる。

図８Ｂの時間−粘度曲線２６０で示されるように、本明細書において説明されるシステム１０および骨セメント１３０のいくつかの実施形態は、約１５秒〜３０秒内に粘度が約２０００Ｐａ・ｓを上回るまで上昇可能な骨セメントを提供するために用いることができる。骨セメント治療の方法のいくつかの実施形態は、その粘度を２分未満または１分未満で少なくとも２００Ｐａ・ｓ、少なくとも５００Ｐａ・ｓ、または少なくとも１，０００Ｐａ・ｓに制御可能に増加させるように骨セメントにエネルギーを印加するエネルギーエミッタ１１０を利用する段階を含むことができることが理解されよう。あるいは、骨セメント治療の方法のいくつかの実施形態は、２分未満または１分未満で少なくとも１，０００Ｐａ・ｓ、少なくとも１，５００Ｐａ・ｓ、少なくとも２，０００Ｐａ・ｓ、または少なくとも２，５００Ｐａ・ｓに粘度を制御可能に増加させるように骨セメントにエネルギーを印加するエネルギーエミッタを利用する段階を含むことができる。

さらなる実施形態では、選択した時間−粘度プロファイルを骨セメントが示すことができるようにする、椎体に注入するための硬化可能な骨セメントを調製する方法を提供することができる。この方法は、骨セメントの第１の時間−粘度プロファイルを特徴とする硬化反応を引き起こすように骨セメント前駆体を混合する段階、第１の時間−粘度プロファイルと異なる第２の時間−粘度プロファイルを骨セメントに採用させるためにエネルギーを外部エネルギー源から骨セメントに制御可能に印加するようにエネルギーコントローラを作動する段階、およびセメントの第２の時間−粘度プロファイルを特徴とするセメントを椎体に注入する段階を含むことができる。この方法のいくつかの実施形態では、セメント粘度は、少なくとも約５００Ｐａ・ｓ、少なくとも約１０００Ｐａ・ｓ、少なくとも約１５００Ｐａ・ｓ、少なくとも約２０００Ｐａ・ｓ、少なくとも約３０００Ｐａ・ｓ、または少なくとも約４０００Ｐａ・ｓとすることができる。この方法のいくつかの実施形態は、制御信号に応答して印加エネルギーを変調するようにコントローラを作動する段階をさらに含むことができる。制御信号には、セメント混合後の間隔の長さ、周囲温度、骨セメントの温度、および椎体への骨セメント注入の速度が含まれるが、これらに限定されない。

図１０は、それぞれ約２２℃、および約１８℃の周囲温度における、混合後の図８Ａの骨セメントの一実施形態の時間−粘度応答２５０および２５５の概略的なグラフを提供する。異なるレベルのエネルギーは、図１０の類似の時間−粘度曲線２６０を達成するために印加できることが理解されよう。たとえば、エネルギー印加の前に高温の骨セメントの方が低温の骨セメントより含有するエネルギーが多いので、時間−粘度応答２６０を達成するために、約２２℃で骨セメントに印加されるエネルギーは、約１８℃で骨セメントに印加されるよりも少なくすることができる。したがって、一実施形態では、本開示の方法は、周囲温度を考慮するセメント流れへの印加エネルギーを制御する制御アルゴリズム用の入力を提供する段階を含むことができる。

一実施形態では、システム１０を、米国特許仮出願第６０／８９９４８７号に開示されているように、初期状態から選択した終点に重合させるための、少なくとも約１０分、少なくとも約１２分、少なくとも約１４分、少なくとも約１６分、少なくとも約１８分、少なくとも約２０分、少なくとも約２５分、少なくとも約３０分、および少なくとも約４０分の作業時間を有する骨セメント１３０を提供するために用いることができる。本開示の一実施形態では、初期状態は、骨セメント成分の混合の完了後約９０秒〜６００秒以内の骨セメント１３０の第１の選択した粘度範囲を含むことができる。開示の別の実施形態では、骨セメント１３０の選択した終点は、骨セメント椎体外漏出を実質的に阻止する第２の選択した粘度範囲を含むことができる。本明細書において、「重合速度」および「作業時間」という用語は、セメントが初期状態から選択した終点に重合する時間間隔のいくつかの態様を説明するために代わりに使用することができる。

図１〜図６から理解できるように、エネルギー源１４０は、エミッタ１１０を介して骨セメント１３０にエネルギーを印加して、骨セメント１３０の重合速度を、このエネルギー印加を行わずに達成される重合速度と比較して、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、および少なくとも約９５％促進することもできる。本開示の別の実施形態では、エネルギー源１４０およびコントローラ１４５は、約１秒未満、約５秒未満、約１０秒未満、約２０秒未満、約３０秒未満、約４５秒未満、約６０秒未満、および約２分未満で、選択した終点まで骨セメント１３０の重合速度を促進することができる。

図１〜図６のシステム１０を使用して椎体を治療する方法の一実施形態も提供される。この方法は、セメント注入針を椎体に導入する第１の動作を含む。この針は、注入器の近位端から、流れの出口をもつ注入器の遠位端に延びる流れチャネルを含むことができる。この方法は、骨セメント供給源からエネルギー−送達構成要素内の流れチャネルおよび注入針内を通る骨セメントの流れを引き起こす第２の動作をさらに含むことができる。加えて、この方法は、選択した重合終点に達するためにセメントの凝結率の変化を引き起こすように、エネルギー−送達構成要素から骨セメントの流れにエネルギーを印加する段階を含むことができる。この方法では、印加エネルギーは、骨セメントが注入器の流れの出口を出る前の骨セメントの凝結を促進することができる。この方法および選択した重合終点はさらに、椎体への導入に続くセメント椎体外漏出を実質的に防止する粘度を示す骨セメントを提供することができる。

代替実施形態では、図１１を参照すると、骨セメントシステム４００は、注入器システム１００の流通路１１２内の骨セメント流れへのエネルギーの制御された印加のための第１の熱エネルギーエミッタと、第２の熱エネルギーエミッタと、を含むことができる。より具体的には、第１のエミッタ１１０は、前述のように、第１のハンドル構成要素１０５内に配置することができる。第２のエミッタ４１０は、注入器システム１００の第２の延長構成要素の中間部分または遠位部分内に配置することができる。コントローラ１４５は、骨セメント１３０の流れの制御された硬化反応を提供するために、第１のエミッタ１１０および第２のエミッタ４１０からの印加エネルギーを変調することができる。使用されている１つの方法では、第１のエミッタ１１０は、重合を促進するようにセメント１３０の流れを暖めるためにエネルギーを印加することができ、それによって、選択した流量がセメント１３０を第２のエミッタ４１０の位置に約５００〜１０００Ｐａ・ｓ未満の粘度で保持し、その後、第２のエミッタ４１０の印加エネルギーによって、骨セメント１３０の粘度が約２０００Ｐａ・ｓを上回るまで増加することができる。このようにして、流れチャネル１１２内の骨セメント粘度は、低レベルの圧力で押すことが可能なレベルで維持することができ、出口１２２を出るセメント１３０の最終的な粘度は、たとえば約２０００Ｐａ・ｓを上回るなどの、海綿骨を折ることが可能なレベルの比較的高い粘度とすることができる。

図１１はさらに、システムのハンドル部分１０５内の４１６で示される電線を介して電源１４０からエミッタ４１０への電気接続を形成するために、電気コネクタ構成要素４１４ａおよび４１４ｂが、第１の構成要素１００と第２の構成要素１０５の間の境界面に設けることが可能なことを示す。第２のエミッタ４１０が、前述のようなＰＴＣＲエミッタ、または他の任意のタイプの加熱エレメントを含むことができることが理解されよう。加熱エレメントは、延長部分１２４の全長を含む任意の長さを有することができる。一実施形態では、ハンドル構成要素１０５内のエミッタ１１０は、約５０ｍｍ未満の長さを有し、約１．０ｃｃ未満、約０．８ｃｃ未満、約０．６ｃｃ未満、約０．４ｃｃ未満、および約０．２ｃｃ未満の体積のセメントを保持することができる。

この方法の別の実施形態では、エネルギー−送達エミッタ１１０は、任意の撮像野の外の場所からオペレータによって作動することができる。作動スイッチ２１２を保持するケーブルは、任意の適切な長さ、たとえば約１０〜１５フィートの長さとすることができる（図６を参照）。

この方法の別の実施形態では、エネルギー−送達エミッタ１１０は、少なくとも約０．０１ワット、少なくとも約０．０５ワット、少なくとも約０．１０ワット、少なくとも約０．５０ワット、および少なくとも約１．０ワットのエネルギーを印加するために作動することができる。この方法の別の実施形態では、印加エネルギーは、コントローラ１４５によって変調することができる。この方法の別の実施形態では、エネルギー源１４０およびコントローラ１４５は、１秒、５秒、１０秒、２０秒、３０秒、４５秒、６０秒、および２分未満で、選択した終点まで骨セメント１３０の重合速度を促進することができる。この方法の別の実施形態では、エネルギー源１４０およびコントローラ１４５は、印加エネルギーがない重合速度と比較して、骨セメント１３０の重合速度を少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、および少なくとも約９５％促進するように、骨セメント組成物１３０にエネルギーを印加することができる。

あるいくつかの実施形態では、骨セメント注入方法も提供される。この方法は、セメント流れの選択したパラメータの判定に応答して骨セメント流れの速度を変調する段階を含む。選択したパラメータの例には、骨セメントの流量が含まれうる。骨セメント注入方法は、熱エネルギーを骨セメントに印加する段階と、この熱エネルギーの注入器本体内のエミッタからセメント流れへの印加を変調する段階と、をさらに含むことができる。骨セメント注入方法は、セメント流れの流量などの選択したパラメータに関連する信号に応答してエネルギーの印加を変調する段階をさらに含むことができる。

別の実施形態では、骨セメント注入方法が提供される。この方法は、（ａ）その中の流れチャネル内のＰＴＣＲ（正の抵抗温度係数）材料を保持する骨セメント注入器本体を提供する段階と、（ｂ）選択したレベルのエネルギーを、ＰＴＣＲ材料の中を進む骨セメント流れに印加する段階と、（ｃ）骨セメント流量を判定するためにＰＴＣＲ材料のインピーダンス値を処理するアルゴリズムを利用する段階と、を含む。骨セメント注入方法は、処理されたインピーダンス値に応答してセメント注入パラメータを変調する段階をさらに含むことができる。セメント注入パラメータの例には、流量、圧力、および流れに印加された力が含まれうるが、これらに限定されない。

さらなる実施形態では、骨セメント注入方法が提供される。この方法は、（ａ）その中の流れチャネル内のＰＴＣＲ材料または他の熱エネルギーエミッタを保持する骨セメント注入器本体を提供する段階と、（ｂ）エミッタを通るセメント流れへの選択したレベルのエネルギー送達の印加によって、選択したセメント流量で骨セメントに流れチャネルを通って流れさせる段階と、（ｃ）セメント注入間隔にわたってエミッタ材料の実質的に一定のインピーダンス値を維持するように、選択した流量および／またはエネルギー送達を変調する段階と、を含むことができる。選択したセメント注入間隔には、少なくとも約１分、少なくとも約５分、少なくとも約１０分、および少なくとも約１５分が含まれうる。

本開示の別の実施形態では、この方法では、選択したセメント注入時間間隔にわたって注入器から排出された骨セメントの実質的に一定の粘度を維持するように、選択した流量および／またはエネルギー送達を変調することができる。この時間間隔には、約１分〜１０分が含まれうる。システムおよびエネルギー源は、少なくとも０．０１ワット、０．０５ワット、０．１０ワット、０．５０ワット、および１．０ワットのエネルギーを印加することができる。別の実施形態では、エネルギー源１４０およびコントローラ１４５は、約１秒未満、約５秒未満、約１０秒未満、約２０秒未満、約３０秒未満、約４５秒未満、約６０秒未満、および約２分未満で、選択した終点まで骨セメントの重合速度を促進することができる。

骨セメント注入方法の別の実施形態では、上述のシステム１０および４００のいくつかの実施形態を利用することができる。このような方法は、（ａ）それを通してハンドルの近位端から中間部分を通って、流れの出口を有する遠位端部分まで延びる流れチャネルを有する骨セメント注入器本体を提供する段階と、（ｂ）流れチャネルを通るセメント流れを引き起こす段階と、（ｃ）その近位端または中間部分内のエネルギーエミッタによりセメント流れを暖めて、セメント流れのセメントの重合を開始または促進する段階と、を含むことができる。この方法は、約０．１ｃｃ／分〜２０ｃｃ／分、約０．２ｃｃ／分〜１０ｃｃ／分、および約０．５ｃｃ／分〜５ｃｃ／分であるセメント流れの流量を提供する段階をさらに含むことができる。

上述の骨セメント注入方法のいくつかの実施形態はさらに、選択したセメント流量を提供して、セメント流れがエネルギーエミッタの下流にある流れチャネル内で重合できる、選択した間隔を提供することができる。この方法は、約１秒より長い、約５秒より長い、約１０秒より長い、約２０秒より長い、および約６０秒より長い選択した間隔を提供する段階を含むことができる。

上述の方法ではまた、骨セメント１３０の温度を少なくとも約１℃、少なくとも約２℃、および少なくとも約５℃上昇させるのに十分なエネルギーを印加するエネルギーエミッタを利用することができる。加えて、この骨セメント注入方法は、少なくとも約０．１ワットのエネルギーをセメント流れに、少なくとも約０．５ワットのエネルギーをセメント流れに、および少なくとも約１．０ワットのエネルギーをセメント流れに印加するエネルギーエミッタを利用する段階を含むことができる。この方法は、コントローラ１４５による間隔での骨セメント流れの流量の調整を含んでもよいし、またはコントローラ１４５によって連続的に調整されてもよい。

本開示の一方法の別の実施形態では、図１〜図１１の骨セメント注入システムは、コントローラ１４５および骨セメント流れにエネルギーを印加するためのアルゴリズムを利用して、骨セメント１３０が注入器を出て、注入器の周囲温度より高い選択した温度をもつことができるようにすることができる。この機能は、重合が促進され、したがって骨の中に放出される全熱量が減少するという事実を反映する。より具体的には、この方法は、骨セメントの第１の成分と第２の成分を混合した後、凝結可能骨セメントを骨に注入する段階と、それによって、化学反応を開始して骨セメントの凝結を開始する段階と、外部供給源からの印加エネルギーにより重合を促進する段階と、骨の中に配置された注入器部分から骨セメントを排出する段階とを含むことができる。骨セメントは、排出時に、注入器周囲の温度より高い温度をもつことができる。この方法は、少なくとも約２８℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約３２℃、少なくとも約３４℃、少なくとも約３６℃、少なくとも約３８℃、少なくとも約４０℃、少なくとも約４２℃、少なくとも約４４℃、少なくとも約４６℃、少なくとも約４８℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約５２℃、少なくとも約５４℃、少なくとも約５６℃、少なくとも約５８℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約６２℃、少なくとも約６４℃、少なくとも約６６℃、少なくとも約６８℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約７２℃、少なくとも約７４℃、少なくとも約７６℃、少なくとも約７８℃、および少なくとも約８０℃の温度で、骨内に配置された注入器の終端部分から骨セメントを排出する段階をさらに含むことができる。

別の実施形態では、骨セメントを骨に注入する方法が提供される。この方法は、第１の骨セメント成分と第２の骨セメント成分を混合し、それによって、熱エネルギー放出をもたらす発熱化学反応を引き起こす段階を含む。この方法は、骨セメントが骨と接触する前の骨セメントの温度を制御できる注入器制御システムを作動する段階をさらに含むことができる。一般に、作動する段階は、（ｉ）注入器システムの流通路内の骨セメントの流量を制御する段階と、（ｉｉ）エネルギー源に動作可能に結合されたエミッタからの骨セメントへのエネルギーの印加を制御する段階と、（ｉｉｉ）骨セメント粘度に基づいた調整から利益を得ることが可能な骨セメントの流れに印加された駆動力を制御する段階と、を含むことができる。

作動する段階は、コントローラが応答する、骨セメント流れの動作パラメータを検知する段階も含むことができる。この動作パラメータには、骨セメント流量、骨セメント温度、セメント流れに印加された駆動力、エネルギー源に結合されたエミッタからセメントに印加されたエネルギー、セメント粘度、および注入器システム周囲の環境における温度および湿度などの環境条件が含まれうる。したがって、コントローラ１４５は、流量を変調する、印加エネルギーを変調する、および／または上記の動作パラメータのいずれか１以上を検知したことに応答して駆動力を変調することができる。

別の実施形態では、骨セメントを注入する方法が提供される。この方法は、熱エネルギー放出をもたらす発熱化学反応を引き起こすように、第１の骨セメント成分と第２の骨セメント成分とを混合する段階を含む。この方法は、骨セメントが骨組織と接触する前にセメントから放出される熱エネルギーの量を制御し、それによって、骨へ放出される熱エネルギーを減少できる注入器制御システムを作動する段階も含む。

セメントから放出される熱エネルギーは、印加エネルギーからの重合促進のレベル、ならびにセメントが注入器の終端部分内の出口を出る前の流れチャネル内でのセメントの滞留時間に直接関連することができる。流れチャネル内でのセメントの滞留時間は、上述のコントローラ１４５によって制御することができ、流量およびセメント流れに印加された駆動力のうちの少なくとも１つを変調することができる。図１〜図６のシステム１０のいくつかの実施形態では、構成要素１０５内のエミッタ１１０によるエネルギーの印加によって、出口１２２を出る前の流れチャネル１１２内の滞留時間に、少なくとも約５秒、少なくとも約１０秒、少なくとも約２０秒、少なくとも約３０秒、少なくとも約４０秒、および少なくとも約６０秒の流れ間隔が提供される。骨セメントを条件付けて注入するこの方法は、骨セメント組成物の硬化中に放出される全熱エネルギーの少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、少なくとも約３５％、少なくとも約４０％、少なくとも約４５％、および少なくとも約５０％の熱エネルギーを、骨セメントが骨と接触する前に骨セメントから放出できるようにする。

別の実施形態では、本明細書において開示されるシステムおよび方法では、さらに、セメントが骨組織と接触する前に骨セメントから放出される熱エネルギーの量を制御し、したがって骨に放出される熱エネルギーの量を減少させるために用いることができることが理解されよう。

たとえば、一実施形態では、骨セメントを注入する方法は、骨セメントが骨組織と接触する前に骨セメントによって放出される熱エネルギーの量を制御する。この方法は、骨セメントが骨組織と接触する前の化学反応の速度を制御できる注入器制御システムを制御する段階を含む。反応速度は、コントローラによって調整することができ、それによって、骨組織に到達する前、セメントが注入器システムの流れチャネル内にあるときに、最大の組成物温度に達する。有益には、このようにして、骨セメントによって放出される全熱エネルギーの量が、骨セメントが骨組織と接触する前、骨セメントが依然として注入器システムの流れチャネル内にいる間に放出される。この方法は、骨セメントによって骨組織に放出される熱エネルギーの量を実質的に減少させる。

別の実施形態では、骨セメントを注入する方法は、骨セメントが注入器システム内を流れる間に骨セメントから放出される全熱エネルギーの少なくとも約１０％を放出できる段階を含むことができる作動段階を含む。あるいくつかの実施形態では、このようなエネルギー放出は、骨セメント注入器内での加熱中に少なくとも約０．１ｃｃ／分、少なくとも約０．５ｃｃ／分、少なくとも約１．０ｃｃ／分、少なくとも約１．５ｃｃ／分、少なくとも約２．０ｃｃ／分、および少なくとも約２．５ｃｃ／分の平均セメント流量を提供する段階によって達成することができる。この方法は、加熱後少なくとも約２０秒間カニューレ内で骨セメントを維持する段階をさらに含むことができる。

骨セメントを注入する方法の別の実施形態では、作動する段階では、骨セメントから放出される全熱エネルギーの少なくとも約１０％が、少なくとも５ｍｍ、少なくとも１０ｍｍ、少なくとも約２０ｍｍ、少なくとも約３０ｍｍ、少なくとも約４０ｍｍ、少なくとも約５０ｍｍ、少なくとも約６０ｍｍ、少なくとも約７０ｍｍ、少なくとも約８０ｍｍ、少なくとも約９０ｍｍ、および少なくとも約１００ｍｍの流れ距離にわたって注入器システムの流れチャネル１１２内を流れるようにすることができる。

選択した体積の骨セメント混合物にエネルギーを印加するための上述の方法のあるいくつかの実施形態では、骨セメント成分の発熱反応からの、選択した量の熱エネルギーは、熱エネルギーの選択した部分が患者の骨に到達するのを阻止するように、流れチャネル内で放出することができる。有益には、このようにして、骨内の骨セメントの導入による骨内での熱の影響の減少が達成されうる。この方法のいくつかの実施形態は、約７５℃未満、約７０℃未満、約６５℃未満、および約６０℃未満の硬化中に骨セメント組成物のピーク温度に達する、第１の骨セメント成分または前駆体と第２の骨セメント成分または前駆体を選択する段階を含むことができる。このような骨セメントのいくつかの実施形態は、本明細書において説明されるそれらの骨セメントを含むことができる。

したがって、上記の開示から、一実施形態では、本開示の骨セメント注入システムは、セメント混合物を凝結する化学反応が混合時に起こる、第１の骨セメント成分および第２の骨セメント成分、または前駆体を含むことが理解されよう。この骨セメント注入システムは、セメント混合物がシステムを通って骨の中に流入するようにさせる駆動システムを含むことができる注入器システムをさらに含む。この骨セメント注入システムは、注入器システム内のセメント混合物にエネルギーを印加し、それによって、その中の第１の骨セメント成分と第２の骨セメント成分との化学反応を促進するためのエネルギーエミッタをさらに含むことができる。この骨セメント注入システムは、骨セメント内での化学反応の促進を制御するための、駆動システムおよびエネルギーエミッタのうちの少なくとも１つに動作可能に結合されたコントローラも含むことができる。一実施形態では、第１の骨セメント成分または前駆体と第２の骨セメント成分または前駆体は、約７５℃未満、約７０℃未満、約６５℃未満、および約６０℃未満の混合後ピーク温度をもつことができる。駆動システムおよびコントローラはさらに、少なくとも約５００ｐｓｉ、少なくとも約１，０００ｐｓｉ、少なくとも約１，５００ｐｓｉ、少なくとも約２，０００ｐｓｉ、少なくとも約２，５００ｐｓｉ、少なくとも約３，０００ｐｓｉ、少なくとも約３，５００ｐｓｉ、少なくとも約４，０００ｐｓｉ、少なくとも約４，５００ｐｓｉ、および少なくとも約５，０００ｐｓｉの駆動力を注入器システム内のセメント混合物に制御可能に印加することができる。

一実施形態では、駆動システムおよびコントローラは、セメント混合物の実質的に一定の流量を制御可能に維持することができる。流量制御の例には、約１％未満の変動、約５％未満の変動、約１０％未満の変動、および約１５％未満の変動以内の流量の変動が含まれうるが、これらに限定されない。

一実施形態では、駆動システムおよびコントローラは、平均セメント混合物流量を制御することができる。平均セメント流量には、少なくとも約０．１ｃｃ／分、少なくとも約０．５ｃｃ／分、少なくとも約１．０ｃｃ／分、少なくとも約１．５ｃｃ／分、少なくとも約２．０ｃｃ／分、および少なくとも約２．５ｃｃ／分が含まれうる。

エネルギーエミッタおよびコントローラはさらに、セメント混合物にエネルギーを制御可能に印加することができる。あるいくつかの実施形態では、コントローラは、少なくとも約２０ジュール／ｃｃ、少なくとも約４０ジュール／ｃｃ、少なくとも約６０ジュール／ｃｃ、少なくとも約８０ジュール／ｃｃ、少なくとも約１００ジュール／ｃｃ、少なくとも約１２０ジュール／ｃｃ、少なくとも約１４０ジュール／ｃｃ、少なくとも約１６０ジュール／ｃｃ、および少なくとも約１８０ジュール／ｃｃの骨セメントを提供することができる。

ある実施形態では、骨セメント注入システムは、エネルギーエミッタと、セメント混合物の流量を表す信号に応答してセメント混合物への印加エネルギーの動的な調整またはあらかじめプログラムされた調整を実現できるコントローラと、を含むことができる。あるいくつかの実施形態では、この信号には、セメント混合物の温度、セメント混合物の粘度、セメント混合物の流量、セメント混合物に印加された駆動力、少なくとも１つの環境条件、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを表す、コントローラ１４５へのフィードバック信号が含まれうる。

本開示のさらなるいくつかの実施形態は、システム１０および４００などの、上述の骨セメント送達システムで使用するための骨セメント組成物および製剤に関する。骨セメントの粘度は注入時に要求に応じて変更および増加できるので、骨セメント製剤は作業時間の延長をもたらすことができる。

ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの骨セメントは、整形外科手技で数十年間使用されてきた。骨に体内プロテーゼを固定する分野で最初に使用された。たとえば、股関節などの骨格関節は人工関節で置換される。米国では毎年約１００万件の人工関節置換術が実施される。人工関節が、ＰＭＭＡなどのアクリル製骨セメントを使用して骨に接着できることが頻回にある。近年、骨セメントは、セメントが骨折した椎体に注入され、骨折を安定させ、疼痛を引き起こす微細な動作をなくす椎体形成術手技でも広く使用されている。

一実施形態では、ポリメチルメタクリレート製骨セメントが提供されうる。患者に骨セメントを注入する前に、骨セメントは、粉末成分と、液体モノマー成分とを含むことができる。この粉末成分には、メチルメタクリレートまたはポリメチルメタクリレートの顆粒、Ｘ線造影剤、およびラジカル開始剤が含まれうる。典型的には、硫酸バリウムまたは二酸化ジルコニウムはＸ線造影剤として用いることができる。さらに、過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）はラジカル開始剤として用いることができる。液体モノマー成分には、液体メチルメタクリレート（ＭＭＡ）、Ｎ，Ｎ−ジメチル−ｐ−トルイジン（ＤＭＰＴ）などの活性剤、およびヒドロキノン（ＨＱ）などの安定剤が含まれうる。ＰＭＭＡ骨セメントを注入するより前に、粉末成分とモノマー成分を混合すると、その後でモノマーのラジカル重合に続いて、骨セメントが数分以内に硬くなる。

ＰＭＭＡ製剤を含めて、椎体形成術に使用される標準的な骨セメント製剤は、粉末成分と液体成分の混合後、かなり急速なセメント硬化時間を有する。これによって、医師は、注入の前にセメントの粘度が増加するのを待って時間を無駄にしなくてすむ。さらに、セメントの粘度が高いほど、重篤な合併症の原因となりうる望ましくない椎体外漏出の傾向が低くなる。このような現在の製剤の欠点は、セメントの作業時間、つまりセメントが、セメント椎体外漏出を抑えるのに役立つほど依然としてかなり粘性を有しながら適度に低い注入圧力を可能にする、選択した粘度範囲内にある時間が比較的短い、たとえば約５分〜８分であることである。一実施形態では、作業時間中の骨セメントの粘度は、約５０Ｎｓ／ｍ^２〜５００Ｎｓ／ｍ^２とすることができ、参照により全体として本明細書に組み込まれるＡＳＴＭ規格Ｆ４５１「Standard Specification for Acrylic Bone Cement」に従って測定することができる。

一実施形態では、本開示の骨セメントは、セメント注入器およびシステム１０および４００などの上述のエネルギー送達システムと共に使用するように適合された製剤を提供する。これらの製剤は、従来の製剤とは異なるものであり、本明細書および上記に列挙され参照により組み込まれた同時係属中の出願において開示されている粘度制御方法および装置を用いて椎体形成術手技で使用するための、大きく延長された作業時間を有する。

一実施形態では、骨セメントは、患者の身体への注入に適合された製剤を提供し、その凝結時間は、約２５分以上、より好ましくは約３０分以上、より好ましくは約３５分以上、およびさらにより好ましくは約４０分以上である。凝結時間は、ＡＳＴＭ規格Ｆ４５１に従って測定される。

一実施形態では、本開示の骨セメントは、混合および凝結の前に、粉末成分と、液体成分とを含む。この粉末成分には、粉末成分の全重量に対して約６４重量％〜７５重量％であるＰＭＭＡが含まれうる。この製剤では、さらにＸ線造影剤は、粉末成分の全重量に対して約２５重量％〜３５重量％および約２７重量％〜３２重量％などの、約５０重量％未満の濃度で提供することができる。Ｘ線造影剤には、一実施形態では、硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）または二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）が含まれうる。一実施形態では、製剤には、粉末成分の全重量に対して約０．４重量％〜０．８重量％のＢＰＯがさらに含まれうる。別の実施形態では、ＢＰＯは、粉末成分の全重量に対して約０．６重量％未満、約０．４重量％未満、および約０．２重量％未満である。このような製剤では、液体成分には、液体成分の全重量に対して約９９重量％を上回るＭＭＡが含まれうる。このような製剤では、液体成分には、液体成分の全重量に対して約１重量％未満のＤＭＰＴも含むことができる。このような製剤では、液体成分には、液体成分の約３０ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍのヒドロキノンも含むことができる。このような製剤では、液体重量／粉末重量比は約０．４以上とすることができる。このような製剤では、ＰＭＭＡは、約２５ミクロン〜２００ミクロンの範囲または約５０ミクロン〜１００ミクロンの平均直径を有する粒子を含むことができる。

あるいくつかの実施形態では、骨セメント組成物のいくつかの実施形態内の過酸化ベンゾイルおよびＤＭＰＴの濃度は、凝結時間を調整するために変化させることができる。凝結時間に対する骨セメント濃度の影響を調べた研究（図１２）から、ＢＰＯおよびＤＭＰＴを含む骨セメントにおいて、ＢＰＯおよびＤＭＰＴの濃度が増加すると、骨セメントの凝結時間が増加することが示された。データから、さらに、２つの骨セメント構成物質のうち、ＢＰＯは、凝結時間に対してＤＭＰＴよりも大きな影響率を及ぼしうることが示された。したがって、骨セメント組成物のあるいくつかの実施形態では、ＢＰＯの濃度、ＤＭＰＴの濃度、およびその組み合わせは、組成物の凝結時間を増加させるように、上述の範囲内で増加することができる。

セメントの凝結時間は、骨セメント組成物にエネルギーを印加することによっても影響を受けうる。上述のように、図１〜図１１の注入器システムのいくつかの実施形態は、骨セメント組成物にエネルギーを送達することができる。あるいくつかの実施形態では、印加エネルギーは、選択した温度まで骨セメント組成物を加熱することができる。

図１３は、そのように注入された骨組成物の一実施形態のための初期混合からの時間の関数としての温度を示す。図１３の実線は、条件１と呼ばれる、注入器システムによって加熱されないときの骨セメント組成物の挙動を表す。条件１下では、組成物が３つの型（ｒｅｇｉｍｅ）を示すことが分かる。第１の型は、組成物の温度が時間と共に少し増加する、低加熱率の型である。この型では、組成物は、その成分の少なくとも一部分の間での化学反応の開始によりゆっくりと自己発熱を始める。第２の型は、化学反応によって組成物の温度が急激に上昇する、高加熱率の型である。組成物の温度がピークに達すると、組成物は、組成物の温度が低下して室温に戻る、第３の冷却の型に入る。

図１３の破線は、条件２と呼ばれる、注入器システムによって加熱されるときの組成物の挙動を表す。条件１とは対照的に、挙動の４つの型が条件２下の組成物によって示される。第１の低加熱率型、第２の高加熱率型、および第３の冷却型がここでも認められる。ただし、条件１とは対照的に、新しい注入器加熱型が第１の型と第２の型の間に認められる。この新しい型は、組成物の注入器加熱による組成物温度の急激な増加を示す。組成物温度はピークに達してから、この型の持続時間の終了に向かって低下するのが認められるが、温度は、ほぼ同じ時間の条件１下で見られるのと同じレベルには戻らない。したがって、第２の高加熱率型に入ると、条件２下の組成物の温度は、条件１下の温度より高く、組成物温度は、条件１で達成されたピークよりも高いピークで上昇する。

条件１および２下での組成物の凝結時間は、ＡＳＴＭ規格Ｆ４５１に従って測定し、比較して、２つの条件間での凝結時間の変更を同定することができる。条件１下の組成物の凝結時間は約３８分、条件２下の組成物の凝結時間は約２８分で、約１０分短縮されていることが分かる。したがって、骨セメントを加熱することによって、骨セメント組成物のいくつかの実施形態の凝結時間は短縮することができる。

次に、前述の内容から、骨セメント組成物のＢＰＯおよび／またはＤＭＰＴの濃度を変化させることによって、または骨セメント組成物を加熱することによって、骨セメントの凝結時間を増加または減少できることが理解されよう。そのうえ、あるいくつかの実施形態では、骨セメント内のＢＰＯおよび／またはＤＭＰＴの濃度は変化させることができ、組成物は、凝結時間を選択した値に調節するように加熱することができる。上述のように、あるいくつかの実施形態では、凝結時間は、約２５分以上、より好ましくは約３０分以上、より好ましくは約３５分以上、およびさらにより好ましくは約４０分以上となるように選択される。

骨セメント組成物のいくつかの実施形態はさらに、組成物の粘度を変えるために、図１〜図１１の注入器システムを使用して加熱することができる。図１４は、約２５℃〜５５℃の範囲の温度に加熱された骨セメント組成物の一実施形態のための時間の関数としての粘度の測定値を示す。最低温度の約２５℃における骨セメントは最も遅い粘度増加率を示し、最高温度の約５５℃における骨セメントは、最も早い粘度増加率を示すことが分かる。そのうえ、中間の温度では、骨セメントは中間の粘度増加率を示す。

図１３の条件１の挙動から、骨セメント組成物のピーク温度は、セメントが注入器システムによって加熱されたときの方が高いことが理解されよう。そのうえ、注入器システムのエネルギー出力を調整することによって、骨セメントが上昇する温度を変化させることができる。したがって、注入器システムのいくつかの実施形態は、選択したレベルの粘度を有する骨セメントを送達するために用いることができる。

一実施形態では、骨セメントは、第１の成分の全量に対して約９９重量％を上回るメチルメタクリレート（ＭＭＡ）と、約１重量％未満のＮ，Ｎ−ジメチル−ｐ−トルイジン（ＤＭＰＴ）と、約３０ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍのヒドロキノンとを含む第１の成分、および約７５重量％未満のＰＭＭＡと、約５０重量％未満のＸ線造影剤と、過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）を含む粉末成分を含む第２の成分を有する。

あるいくつかの実施形態では、組成物は、第２の成分の全重量に対して約０．４重量％未満のＢＰＯをさらに含むことができる。さらなる実施形態では、組成物は、第２の成分の全重量に対して約０．２重量％〜０．３重量％ＢＰＯを含むことができる。他の実施形態では、第２の成分は、第２の成分の全重量に対して約０．２重量％未満の過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）、または第２の成分の全重量に対して約０．１重量％未満の過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）を有する。このような製剤では、液体重量／粉末重量比は約０．４以上とすることができる。

一実施形態では、骨セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分とを含むことができる。混合後、骨セメント混合物は、混合後約１８分で約５００Ｐａ・ｓ未満の粘度を有することを特徴とすることができる。骨セメントはさらに、約５００Ｐａ・ｓの粘度に達した後少なくとも約５分間、約２００Ｐａ・ｓ／分未満の時間−粘度曲線の傾きを有すると特徴付けることができる。骨セメントはさらに、少なくとも約１５分、少なくとも約１６分、少なくとも約１７分、少なくとも約１８分、少なくとも約１９分、および少なくとも約２０分間の、１００Ｐａ・ｓ／分未満の混合後時間−粘度曲線の傾きを特徴とすることができる。

一実施形態では、骨セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分とを含む。混合後、骨セメント混合物は、混合物が約５００Ｐａ・ｓの粘度に達するまで約１００Ｐａ・ｓ／分未満の傾きを有する時間−粘度曲線を特徴とすることができる。他の実施形態では、混合後、骨セメントは、混合物が約８００Ｐａ・ｓの粘度に達する直前の約１００Ｐａ・ｓ／分未満の時間−粘度曲線の傾きを特徴とすることができる。この文脈で、「すぐ」は約３０秒未満の時間を指すことができる。他の実施形態では、骨セメントはさらに、混合物が約１０００Ｐａ・ｓの粘度に達する直前の約１００Ｐａ・ｓ／分未満の時間−粘度曲線の傾きを特徴とすることができる。他の実施形態では、骨セメントはさらに、混合物が約１５００Ｐａ・ｓの粘度に達する直前の約１００Ｐａ・ｓ／分未満の時間−粘度曲線の傾きを特徴とすることができる。

他の実施形態では、骨セメントはさらに、混合物が約５００Ｐａ・ｓの粘度に達する直前の約２００Ｐａ・ｓ／分未満の時間−粘度曲線の傾きを特徴とすることができる。他の実施形態では、骨セメントはさらに、混合物が約１０００Ｐａ・ｓの粘度を達成する直前の約２００Ｐａ・ｓ／分未満の時間−粘度曲線の傾きを特徴とすることができる。他の実施形態では、骨セメントはさらに、混合物が約１５００Ｐａ・ｓの粘度を達成する直前の約２００Ｐａ・ｓ／分未満の時間−粘度曲線の傾きを特徴とすることができる。他の実施形態では、骨セメントはさらに、混合物が約２０００Ｐａ・ｓ、約３０００Ｐａ・ｓ、および約４０００Ｐａ・ｓの粘度を達成する直前の約２００Ｐａ・ｓ／分未満の時間−粘度曲線の傾きを特徴とすることができる。

一実施形態では、骨セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分とを含むことができる。あるいくつかの実施形態では、混合後、混合物は、少なくとも約５分、少なくとも約１０分、少なくとも約１５分、および少なくとも約２０分の間隔にわたって、約２０％未満の変化率を有する時間−粘度曲線を特徴とすることができる。他の実施形態では、混合物は、少なくとも約５分、少なくとも約１０分、少なくとも約１５分、および少なくとも約２０分の間隔にわたって、約４０％未満の変化率を有する時間−粘度曲線を特徴とすることができる。

一実施形態では、骨セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分とを含むことができる。あるいくつかの実施形態では、混合後、第１の成分第２の成分の混合物は、混合後約１０分で約１００Ｐａ・ｓ未満、混合後約１５分で約２００Ｐａ・ｓ未満、または混合後約１８分で約５００Ｐａ・ｓ未満の粘度を有すると特徴付けることができる。

一実施形態では、骨セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分とを含むことができる。あるいくつかの実施形態では、混合後、混合物は、約１０分未満の間隔で実質的に凝結しなくても、少なくとも約２０ジュール／ｃｃ、少なくとも約４０ジュール／ｃｃ、少なくとも約６０ジュール／ｃｃ、少なくとも約８０ジュール／ｃｃ、少なくとも約１００ジュール／ｃｃ、少なくとも約１２０ジュール／ｃｃ、少なくとも約１４０ジュール／ｃｃ、少なくとも約１６０ジュール／ｃｃ、および少なくとも約１８０ジュール／ｃｃの印加エネルギーを受け取ることができる。他の実施形態では、骨セメントは、混合後、外部供給源から少なくとも約６０ジュール／ｃｃのエネルギーを約１０秒、約３０秒、約６０秒、約９０秒、約１２０秒、約１８０秒、および約２４０秒以内の間、印加することにより、約５００Ｐａ・ｓを上回る粘度をもつことができる。

本開示の別の実施形態では、上述の骨セメント製剤は、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のセメント前駆体と、第２のセメント前駆体を含むことができる。あるいくつかの実施形態では、前駆体のセメント混合物は、粘度が約５００Ｐａ・ｓ〜５０００Ｐａ・ｓにあり、粘度の変化が約３０％／分未満である、混合後の間隔を特徴とすることができる。別の実施形態では、凝結可能骨セメントは、第１のセメント前駆体と、第２のセメント前駆体とを含み、前駆体のセメント混合物は、混合物の粘度が約５００Ｐａ・ｓ〜２０００Ｐａ・ｓであり、混合物の粘度の変化が約２０％／分未満である、混合後の間隔を特徴とする。

別の実施形態では、凝結可能骨セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分とを含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分を混合した後、その混合物は、約５００Ｐａ・ｓ、約１０００Ｐａ・ｓ、約１５００Ｐａ・ｓ、および約２０００Ｐａ・ｓに達した後少なくとも３分間、粘度の変化が２０％／分未満であることを特徴とする。

別の実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分を混合した後、その混合物は、約５００Ｐａ・ｓ、約１０００Ｐａ・ｓ、約１５００Ｐａ・ｓ、および約２０００Ｐａ・ｓに達した後少なくとも３分間、粘度の変化が３０％／分未満であることを特徴とする。

関連する一実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含むことができる。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分とを混合した後、その混合物は、約５００Ｐａ・ｓ、約１０００Ｐａ・ｓ、約１５００Ｐａ・ｓ、および約２０００Ｐａ・ｓに達した後少なくとも３分間、粘度の変化が約４０％／分未満であることを特徴とする。

別の実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分とを混合した後、その混合物は、約１０００Ｐａ・ｓ、約１５００Ｐａ・ｓ、約２０００Ｐａ・ｓ、約２５００Ｐａ・ｓ、約３０００Ｐａ・ｓ、約３５００Ｐａ・ｓ、および約４０００Ｐａ・ｓに達した後少なくとも５分間、粘度の変化が３０％／分未満であることを特徴とする。

さらなる実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分とを混合した後、その混合物は、約１０００Ｐａ・ｓ、約１５００Ｐａ・ｓ、約２０００Ｐａ・ｓ、約２５００Ｐａ・ｓ、約３０００Ｐａ・ｓ、約３５００Ｐａ・ｓ、および約４０００Ｐａ・ｓに達した後少なくとも５分間、粘度の変化が約４０％／分未満であることを特徴とする。

関連する一実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分とを混合した後、その混合物は、約１０００Ｐａ・ｓ、約１５００Ｐａ・ｓ、約２０００Ｐａ・ｓ、約２５００Ｐａ・ｓ、約３０００Ｐａ・ｓ、約３５００Ｐａ・ｓ、および約４０００Ｐａ・ｓに達した後少なくとも約５分間、粘度の変化が約５０％／分未満であることを特徴とする。

本開示の別の実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分とを混合した後、この混合物は、約５０００Ｐａ・ｓの粘度に達した後の粘度の変化率が約５０％／分未満であることを特徴とする。関連する一実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分とを混合した後、この混合物は、約４０００Ｐａ・ｓの粘度を達成した後の粘度の変化率が約５０％／分未満であることを特徴とする。関連する一実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分とを混合した後、この混合物は、約３０００Ｐａ・ｓの粘度を達成した後の粘度の変化率が約５０％／分未満であることを特徴とする。

本開示の別の実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分とを混合した後、その混合物は、混合物が約５０００Ｐａ・ｓを達成する時点より前のある間隔の間、粘度の変化率が５０％／分未満であり、その間隔が少なくとも約２分、少なくとも約３分、少なくとも約４分、少なくとも約５分、少なくとも約６分、および少なくとも約８分であることを特徴とする。

関連する一実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分とを混合した後、その混合物は、混合物が約５０００Ｐａ・ｓを達成する時点より前のある間隔の間、粘度の変化率が約４０％／分未満であり、その間隔が少なくとも約２分、少なくとも約３分、少なくとも約４分、少なくとも約５分、少なくとも約６分、および少なくとも約８分であることを特徴とする。

関連する一実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分とを混合した後、その混合物は、混合物が約５０００Ｐａ・ｓを達成する時点より前のある間隔の間、粘度の変化率が約３０％／分未満であり、その間隔が少なくとも約２分、少なくとも約３分、少なくとも約４分、少なくとも約５分、少なくとも約６分、および少なくとも約８分であることを特徴とする。

本開示の別の実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分とを混合した後、その混合物は、混合物が３０００Ｐａ・ｓを達成する時点より前の間隔において、少なくとも４分、６分、８分、または１０分の混合後の間隔を特徴とする。

本開示の関連する一実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分とを混合した後、その混合物は、混合物が少なくとも約４０００Ｐａ・ｓを達成する時点より前の間隔において、少なくとも約４分、少なくとも約６分、少なくとも約８分、または少なくとも約１０分の混合後の間隔を特徴とする。

本開示の関連する一実施形態では、セメントは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、第１の成分と第２の成分とを混合した後、その混合物は、混合物が約５０００Ｐａ・ｓを達成する時点より前の間隔において、少なくとも約４分、少なくとも約６分、少なくとも約８分、または少なくとも約１０分の混合後の間隔を特徴とする。

次に図１５を参照すると、上述した骨セメントのいくつかの実施形態は、それらの時間−粘度応答、すなわちセメントＡとセメントＢ、および市販のセメントＣ、セメントＤ、およびセメントＥとの比較を特徴とする。セメントＡは、約２：１のＰＭＭＡ対モノマー比を有する本開示の骨セメント組成物である。セメントＢは同様に、約２．５：１のＰＭＭＡ対モノマー比を有する本開示の骨セメント組成物である。セメントＣは、約２．１：１のＰＭＭＡ対モノマー比を含むMendec Spine骨セメントである。Ｄは、約２．３：１のＰＭＭＡ対モノマー比を含むDePuy社のVertebroplasticセメントである。セメントＥは、約２．４：１のＰＭＭＡ対モノマー比を含むArthrocare社のParallaxアクリル樹脂である。

セメントＡは、上述の液体成分および粉末成分などの、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含む。あるいくつかの実施形態では、混合後、混合物は、混合物が約３０００Ｐａ・ｓの粘度を達成するまで約２００Ｐａ・ｓ／分未満の時間−粘度曲線の傾きを特徴とする。別のセメント実施形態では、セメントＡは、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含むことができ、混合後、混合物は、混合物が約２５００Ｐａ・ｓの粘度を達成するまで、約２００Ｐａ・ｓ／分未満の時間−粘度曲線の傾きを特徴とする。骨セメントＢは、第１のモノマー保持成分と、第２のポリマー保持成分と、を含むことができ、混合後、混合物は少なくとも約２０分、少なくとも約２５分、および少なくとも約３０分間、約２００Ｐａ・ｓ／分未満の時間−粘度曲線の傾きを特徴とする。

有益には、従来技術の組成物（Ｃ、Ｄ、Ｅ）と比較すると、組成物ＡおよびＢのそれぞれは、それらの傾きが著しく増加する前に比較的長い作業時間を示すことを認めることができる。そのうえ、組成物ＡおよびＢは、従来技術の組成物より線形の傾きを示し、それは経時的に粘度変化率がより一定であることを示す。

本開示の別の実施形態では、上述の２つの混合可能な成分、すなわち液体モノマー成分と非液体成分とを含む、凝結可能または硬化可能な骨セメントが提供される。骨セメントのこの実施形態では、非液体成分は、開始剤、たとえばＢＰＯを含有するポリマービーズまたは粒子を含むことができる。非液体成分は、骨セメントの凝結間隔とも呼ばれる、骨セメントが凝結する、選択した時間間隔の間、液体モノマーへの開始剤の制御された曝露を提供することができる。このモノマーへの、ＢＰＯなどの開始剤の制御された曝露は、セメントの作業時間にわたって骨セメントの時間−粘度曲線に対する制御を提供することができる。

セメントのいくつかの実施形態は、図１〜図１１のシステムと共に使用してもよいし、従来の形の椎体形成術で使用してもよい。セメントのさらなるいくつかの実施形態は、本明細書において説明されるセメントの物理的特性のいずれかを提供するために、図１〜図１１のシステムと共に用いることができる。

一実施形態では、凝結可能骨セメントは、混合可能な第１の成分と、混合可能な第２の成分と、を含むことができ、第１の成分は、第１の成分の全量に対して約９９重量％を上回るメチルメタクリレート（ＭＭＡ）と、約１重量％未満のＮ，Ｎ−ジメチル−ｐ−トルイジン（ＤＭＰＴ）と、約３０〜１２０ｐｐｍのヒドロキノンと、を含み、第２の成分は、第２の成分の全重量に対して約７５重量％未満のＰＭＭＡと、約３２重量％未満のＸ線造影剤と、選択した重量％の過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）と、を含むＰＭＭＡ成分を含む。より具体的には、このＰＭＭＡ成分は、それぞれ第１の量のＢＰＯと第２の量のＢＰＯを有する、第１の体積のポリマービーズと第２の体積のポリマービーズとを含むことができる。

ＢＰＯの制御された曝露を有する骨セメント組成物の一実施形態では、図１６を参照すると、セメントの作業時間にわたる所望の差動ＢＰＯ曝露は、ポリマービーズまたは粒子によって提供することができ、その中に組み込まれた異なるＢＰＯ構成を有する。図１６は、小さな直径を有し、セメントの非液体成分の第２のポリマービーズ７０５内のＢＰＯ７０４Ｂと比較して密度が大きいＢＰＯ７０４Ａを含む、非液体成分の第１のポリマービーズ７００を示す。

一実施形態では、第１のポリマービーズ７００は、約１００ミクロン未満、約８０ミクロン未満、約６０ミクロン未満、または約４０ミクロン未満の平均断面を有することができる。第１のポリマービーズ７００は、非液体成分の全重量に対して約０．５重量％より多いＢＰＯをさらに含むことができる。さらに図１６を参照すると、第２のポリマービーズまたは粒子７０５は、約４０ミクロンより大きい、約６０ミクロンより大きい、約８０ミクロンより大きい、および約１００ミクロンより大きい平均断面と、非液体成分の全重量に対して約０．５重量％未満のＢＰＯを有することができる。組み合わせると、第１のポリマービーズまたは粒子７００と第２のポリマービーズまたは粒子７０５は、非液体成分の全重量に対して、約５．０重量％未満のＢＰＯを含むことができる。

別の実施形態では、ＰＭＭＡ成分は、ＰＭＭＡ成分の全重量に対して約０．４重量％より多いＢＰＯを有する第１の体積のポリマービーズ７００を含み、この第１の体積は、約１００ミクロン未満の平均ビーズ直径を有する。この実施形態では、ＰＭＭＡ成分は、ＰＭＭＡ成分の全重量に対して約０．４重量％未満のＢＰＯを有する第２の体積のポリマービーズ７０５を含み、第２の体積は、約１００ミクロンより大きい平均ビーズ直径を有する。

別の実施形態では、骨セメントは、それぞれがＢＰＯを保持し、サイズの異なる、複数の異なるＰＭＭＡビーズを含むことができる。ＢＰＯの量は、必要に応じて、異なるＰＭＭＡビーズの間で変化させることができる。一実施形態では、複数のビーズ内に含有される平均ＢＰＯ量は、ＰＭＭＡの全重量に対して約０．３重量％〜０．６重量％とすることができる。

別の実施形態では、ＰＭＭＡ成分は、ＰＭＭＡ成分の全重量に対して約０．４重量％より多いＢＰＯを有する第１の体積のポリマービーズ７００を含み、第１の体積のポリマービーズ７００は、約１００ミクロンより大きな平均ビーズ直径を有する。さらに、ＰＭＭＡ成分は、ＰＭＭＡ成分の全重量に対して約０．４重量％未満のＢＰＯを有する第２の体積のポリマービーズ７０５を含み、第２の体積のポリマービーズ７０５は、約１００ミクロン未満の平均ビーズ直径を有する。

骨セメントの別の実施形態、図１７では、非液体成分内のＢＰＯは、ＢＰＯの粒子７０６、およびポリマー粒子７０８に組み込まれたＢＰＯ粒子７０４Ｃの形で含むことができる。ＢＰＯ粒子７０６は、約１μｍ〜４０μｍの平均直径をもつことができ、非液体成分の全重量に対して約０．３〜２重量％の濃度で非液体成分内に存在することができる。ポリマー粒子７０８内のＢＰＯ粒子７０４Ｃは、約０．５μｍ〜５μｍの平均直径をもつことができ、非液体成分の全重量に対して約０．１重量％〜２重量％の濃度をもつ。

別の実施形態では、ポリマー粒子７０８は、ＢＰＯ７０４Ｃの異なる密度の領域を有することができる。密度の例には、約１０，０００粒子／ｃｍ^３〜１００，０００粒子／ｃｍ^３のポリマー粒子７０８が含まれうるが、これらに限定されない。

あるいくつかの実施形態では、ＢＰＯ粒子７０６はさらに、ポリマー粒子７０８と組み合わせて、骨セメント組成物に追加することができる。ＢＰＯ粒子７０６は、約１μｍ〜４０μｍの平均直径をもつことができ、非液体成分の全重量に対して約０．３重量％〜２重量％の濃度で非液体成分内に存在することができる。

骨セメントの別の実施形態、図１８では、非液体成分内のＢＰＯ構成は、複数層のＢＰＯを含むポリマー粒子７１０を含むことができる。ＢＰＯは、ポリマー粒子７１０の外面の少なくとも一部分の上に存在する表層７１４Ａとして構成することができる。さらなる実施形態では、１以上のＢＰＯ層７１４Ｂは、ポリマー粒子７１０の内部に存在することができる。追加の実施形態では、１以上の表面のＢＰＯ層７１４Ａは、ポリマー粒子７１０の外面の表面の少なくとも一部分の上に存在することができ、１以上の内部のＢＰＯ層７１４Ｂは、ポリマー粒子７１０の内部に存在することができる。内部のＢＰＯ層７１４Ｂは、ポリマー粒子７１０の中心から約５μｍ〜８０μｍのラジアル距離に配置することができる。ＢＰＯ表層７１４Ａおよび内部層７１４Ｂは、約０．５μｍ〜３０μｍの厚さをもつことができる。代替実施形態では、ＢＰＯ表面被覆７１４Ａおよび内部層の体積７１４Ｂは、約１×１０^−１０ｃｍ^３〜１×１０^−４ｃｍ^３とすることができる。

あるいくつかの実施形態では、ＢＰＯ粒子７０６はさらに、ポリマー粒子７０８と組み合わせて、骨セメント組成物に追加することができる。ＢＰＯ粒子７０６は、約１μｍ〜４０μｍの平均直径をもつことができ、非液体成分の全重量に対して約０．３重量％〜２重量％の濃度で非液体成分内に存在

さらなるいくつかの実施形態では、非液体成分内のＢＰＯ構成は、第１の複数のポリマー粒子の表面の少なくとも一部分の上に分布したＢＰＯを有する第１の複数のポリマー粒子と、第２の複数のポリマー粒子の少なくとも一部分に実質的に組み込まれたまたは混ぜられたＢＰＯを有する第２の複数のポリマー粒子と、を含むことができる。

骨セメントの別の実施形態では、非液体成分内のＢＰＯ構成は、ポリマー粒子７１６に実質的に組み込まれたマイクロカプセル化されたＢＰＯ７１２を有するポリマー粒子７１６（図１９参照）を含むことができる。これらのポリマー粒子７１６はさらに、ＢＰＯの粒子７０６と結合することができる。ＢＰＯ粒子７０６は、約１μｍ〜４０μｍの平均直径をもつことができ、非液体成分の全重量に対して約０．３重量％〜２重量％の濃度で非液体成分内に存在することができる。あるいくつかの実施形態では、ＢＰＯ全含量の約１０％〜９０％はポリマー粒子に組み込み、ＢＰＯの残りの部分はポリマー粒子に組み込まないことができる。他の実施形態では、ＢＰＯ全含量の約１０％〜９０％はポリマー粒子に組み込まず、ＢＰＯの残りの部分はポリマー粒子に組み込むことができる。

他の実施形態では、非液体成分内のＢＰＯ構成は、ポリマー粒子に組み込まれたＢＰＯの粒子と、ポリマー粒子に組み込まれないＢＰＯの粒子（たとえば、ＢＰＯ粒子７０６）とを含むことができる。たとえば、あるいくつかの実施形態では、ＢＰＯ全含量の約１０〜９０％はポリマー粒子に組み込み、ＢＰＯの残りの部分はポリマー粒子に組み込まないことができる。他の実施形態では、ＢＰＯ全含量の約１０％〜９０％はポリマー粒子に組み込まず、ＢＰＯの残りの部分はポリマー粒子に組み込むことができる。

別の実施形態では、非液体成分内のＢＰＯ構成は、粉砕されて粉末粒子に形成されたＢＰＯ粒子７２２を有するポリマー粉末または粒子７２０を含むことができ、それによって、このようなＢＰＯ粒子７２２に、ポリマー粉末粒子の表面に実質的に付着させることができる（図２０を参照）。同様に、放射線不透過物は粉砕されてポリマー粉末の表面を形成することができる（図２０参照）。あるいくつかの実施形態では、ポリマー粒子７２０の表面上のＢＰＯ粒子７２２の密度および／または放射線不透過物は、約０．０１ｇ／ｃｍ^３〜０．２ｇ／ｃｍ^３とすることができる。

骨セメントの別の実施形態では、液体モノマー成分は、犠牲カプセル（図示せず）内でマイクロカプセル化された体積のモノマーを含むことができる。

さらなる実施形態では、上記で開示された骨セメント組成物は、ＢＰＯ構成が、液体モノマー成分と非液体成分を混合することによって引き起こされた化学反応の開始または速度を制御することを可能にすることができる。したがって、本開示の一実施形態では、制御されたＢＰＯ曝露は、混合物が望ましくない椎体外漏出を防止する流動性特性を有する長い凝結間隔を提供することができる。

一実施形態では、ＢＰＯは、液体成分および非液体成分が互いと実質的に混合された後（たとえば、混合後）約３０秒〜９０秒以内に骨セメント組成物が少なくとも約５００Ｐａ・ｓの粘度を示すような構成で提供することができる。この方法のあるいくつかの実施形態では、この組成物は、混合後約３０秒以内に少なくとも約５００Ｐａ・ｓ、少なくとも約１０００Ｐａ・ｓ、少なくとも約１５００Ｐａ・ｓ、および少なくとも約２０００Ｐａ・ｓの粘度を達成することができる。この方法のあるいくつかの実施形態では、この組成物は、混合後約６０秒以内に少なくとも約５００Ｐａ・ｓ、少なくとも約１０００Ｐａ・ｓ、少なくとも約１５００Ｐａ・ｓ、少なくとも約２０００Ｐａ・ｓ、および少なくとも約２５００Ｐａ・ｓの粘度を達成することができる。この方法のさらなる実施形態では、この組成物は、混合後約９０秒以内に少なくとも約５００Ｐａ・ｓ、少なくとも約１０００Ｐａ・ｓ、少なくとも約１５００Ｐａ・ｓ、少なくとも約２０００Ｐａ・ｓ、および少なくとも約３０００Ｐａ・ｓの粘度を達成することができる。

さらなるいくつかの実施形態では、本明細書において説明される骨セメント組成物内のＢＰＯ構成によって、骨セメント組成物の液体成分に曝露されるＢＰＯは、選択した時間間隔にわたってほぼ一定とすることが可能である。あるいくつかの実施形態では、この時間間隔は、約２分〜１０分とすることができる。さらなる実施形態では、この時間間隔中の骨セメント組成物の粘度は、約１０００Ｐａ・ｓより大きい、約１５００Ｐａ・ｓより大きい、約２０００Ｐａ・ｓより大きい、約２５００Ｐａ・ｓより大きい、約３０００Ｐａ・ｓより大きい、約３５００Ｐａ・ｓより大きい、および約４０００Ｐａ・ｓより大きいとすることができる。

別の実施形態では、本明細書において説明される骨セメント組成物内のＢＰＯ構成は、この組成物が、混合後約２０分、混合後約１８分、混合後約１６分、混合後約１４分、および混合後約１２分で約４０００Ｐａ・ｓ未満の粘度を示すように、骨セメント組成物の液体成分に曝露されるＢＰＯの量を制御することができる。別の実施形態では、この組成物が、混合後約２０分、混合後約１８分、混合後約１６分、混合後約１４分、および混合後約１２分で約３０００Ｐａ・ｓ未満の粘度を達成することができる。別の実施形態では、この組成物が、混合後約２０分、混合後約１８分、混合後約１６分、混合後約１４分、および混合後約１２分で約２０００Ｐａ・ｓ未満の粘度を達成することができる。

一実施形態では、このような特性を有する骨セメントは、上述の成分などの、モノマー成分と、ポリマー成分とを含むことができる。他の実施形態では、骨セメントは、モノマー成分と、ポリマー成分とを含むことができ、このポリマー成分は、第１の体積のビーズの全重量に対して第１の平均重量％の過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）を有する第１の体積のビーズと、第２の体積のビーズの全重量に対して第２の平均重量％のＢＰＯを有する第２の体積のビーズと、を含む。骨セメントのこの実施形態では、第１の体積のビーズは、約１００ミクロン未満、約８０ミクロン未満、約６０ミクロン未満、または約４０ミクロン未満の平均断面を有することができる。第２の体積のビーズは、約４０ミクロンより大きい、約６０ミクロンより大きい、約８０ミクロンより大きい、または約１００ミクロンより大きい平均断面を有することができる。骨セメントの一実施形態では、第１の体積は約０．５重量％未満のＢＰＯを有することができ、第２の体積は約０．５重量％より大きいＢＰＯを有することができる。骨セメントの別の実施形態では、第１の体積と第２の体積の組み合わせは、ポリマー成分の全重量に対して約５．０重量％未満のＢＰＯまたは約２．５重量％未満のＢＰＯも含むことができる。骨セメントの他の実施形態では、第１の体積と第２の体積との組み合わせは、約０．５重量％より多いＢＰＯまたは約１．０重量％より多いＢＰＯを有する。追加の実施形態では、第１の体積の少なくとも一部分はＢＰＯを含まず、または第２の体積の少なくとも一部分はＢＰＯを含まない。

本開示の別の実施形態では、骨セメントは、モノマー成分と、ポリマー成分と、を含み、このポリマー成分は、ビーズの全重量に対して約０．２％〜０．６％のＢＰＯを保持するビーズを含む。あるいくつかの実施形態では、ＢＰＯの少なくとも約８０％は、約１００ミクロンより大きい平均断面を有するビーズの第１の部分上に保持され、ＢＰＯの約２０％未満は約１００ミクロン未満の平均断面を有する第２の体積のビーズ上に保持される。

本開示の別の実施形態では、骨セメントは、モノマー成分と、ポリマー成分とを含み、このポリマー成分は、ビーズの全重量に対して約０．２％〜０．６％のＢＰＯを保持するビーズを含む。あるいくつかの実施形態では、ＢＰＯの約１００％は、約１００ミクロンより大きい平均断面を有するビーズの第１の部分の上に保持され、約１００ミクロン未満の平均断面積を有するビーズ体積の第２の部分体積の上に保持されるＢＰＯはほとんどない。

本開示の別の実施形態では、骨セメントは、モノマー成分と、ポリマー成分とを含み、このポリマー成分は、少なくとも１つのポリマー材料からなるビーズを含む。このポリマー成分は、ビーズの全重量に対して約０．２％〜３．０％のＢＰＯを含むことができる。さらなる実施形態では、ビーズの第１の部分は表面被覆内にＢＰＯを保持することができ、ビーズの第２の部分は、少なくとも１つのポリマー材料に組み込まれたＢＰＯを保持することができる。

本開示の別の実施形態では、骨セメントは、モノマー成分と、ポリマー成分とを含むことができ、このポリマー成分は、少なくとも１つのポリマー材料からなるビーズと、ビーズの全重量に対して約０．２％〜３．０％のＢＰＯとを含む。あるいくつかの実施形態では、ＢＰＯは、次の形、すなわちビーズ上の表面被覆として、ＢＰＯ粒子として、マイクロカプセル内のＢＰＯ、ポリマー材料からなるビーズ内部のＢＰＯ粒子として、およびポリマー材料からなるビーズ内部のマイクロカプセル内のＢＰＯとして、のうちの少なくとも２つで提供することができる。

図２１に示されている一実施形態では、使用可能なＢＰＯの濃度または体積は、ＢＰＯの体積（またはＢＰＯの表面積）と時間のプロットを特徴とすることができる。たとえば、骨セメント組成物の一実施形態では、ＢＰＯ利用可能率曲線７５０の傾きは経時的に領域７５５Ａにおいては正とすることができ、その後、傾きは、少なくとも４分、６分、または８分にわたってほぼゼロすなわち実質的に平坦（領域７５５Ｂ）とすることができる。あるいくつかの実施形態では、正の領域７５５ＡのＢＰＯ利用可能率は、最初はゼロ、次に約０．００４ｇ／ｍｌ／分〜０．０４ｇ／ｍｌ／分に達することができる。その後、ＢＰＯ利用可能率は、上記の範囲で実質的に一定とすることができる。あるいくつかの実施形態では、ＢＰＯ利用可能率対時間プロットが混合後の間隔においてほぼゼロの傾きを示す合計時間は、少なくとも２分、４分、６分、８分、および１０分とすることができる。別の実施形態では、ＢＰＯ利用可能率曲線は、モノマーに曝露されるＢＰＯの量を制御することによって、いずれの方向にも平坦化、傾きの増加、または傾きの減少を示すように、混合後の間隔にわたる傾きに関して制御することができる。

図２１のＢＰＯ利用可能率曲線は、あるいくつかの実施形態では、図１６に示されるようにポリマー粒子にＢＰＯを組み込むことによって達成することができる。液体モノマーを粒子７００および７０５と混合するに際して、モノマーは小さい粒子７００を急速に溶解させ、それによりＢＰＯ利用可能率が急速に増加して領域７５５Ａ内の傾きが得られる。小さい粒子７００が溶解した後、これより大きい粒子７０５がゆっくりと溶解し、実質的に一定量のＢＰＯを曝露し、曲線の領域７５５Ｂのモノマーによって湿らされる。

本開示の一方法の別の実施形態では、骨セメント組成物を作製する方法が提供される。この方法は、液体モノマー成分とポリマー成分とを提供する段階を含み、このポリマー成分は、その中に含有されるポリマー粒子を有する。この方法は、少なくとも第１の時間間隔および第２の時間間隔にわたって液体モノマー成分に対して選択したＢＰＯ利用可能率（たとえば、制御された曝露）を提供するようにポリマー粒子内にＢＰＯを分布させる段階をさらに含む。あるいくつかの実施形態では、ＢＰＯは、少なくとも第１の時間間隔および第２の時間間隔にわたって液体モノマーに選択的に曝露することができる。あるいくつかの実施形態では、第１の時間間隔にわたる１秒あたりのＢＰＯ利用可能率は、第２の時間間隔にわたる１秒あたりのＢＰＯ利用可能率より実質的に大きい。一実施形態では、第１の時間間隔は、少なくとも約１分、少なくとも約２分、および少なくとも約３分とすることができる。第１の時間間隔は、約５分未満とすることができる。他のいくつかの実施形態では、第２の時間間隔は、少なくとも約５分、少なくとも約１０分、少なくとも約１５分、少なくとも約２０分、少なくとも約２５分、少なくとも約３０分、少なくとも約３５分、および少なくとも約４０分とすることができる。

図２２は、時間の関数として曝露されたＢＰＯの体積または濃度の別の実施形態を示す。図２２は、経時的なＢＰＯ利用可能率を示す曲線８００を示す。これは、モノマーへの曝露に使用できるＢＰＯの量を示す。第１の間隔８０５Ａは、約０．００４ｇ／ｍｌ／分〜０．０４ｇ／ｍｌ／分の範囲に収まることができる。図２２は、第２の間隔８０５Ｂを示す。第２の間隔８０５Ｂでは、骨セメントが凝結点に到達するときにＢＰＯ利用可能率が減少するまで、ＢＰＯ利用可能率が第１の間隔より低い。図２２で示されるように、組成物は、ＢＰＯ利用可能率曲線の不連続性を示し、それによりセメントに長い作業時間がもたらされる。図２２によって特徴付けられる骨セメントおよびＢＰＯ利用可能率は、上述のセメント製剤によって、または図１７〜図１９に示すＢＰＯ粒子７０６もしくは図１８および図２０に示すＢＰＯ表面被覆を使用して実現することができる。この方法は、液体モノマー成分とポリマー成分を混合する段階と、その混合物を骨に注入する段階とをさらに含むことができる。図２２には、従来のＰＭＭＡ骨セメントのＢＰＯ利用可能率曲線８０６が示されている。

この方法は、液体モノマー成分とポリマー成分を混合する段階と、その混合物を骨に注入する段階とをさらに含むことができる。一実施形態では、ＢＰＯ利用可能率は粘度の増加を促進するために混合後約１分〜５分間、高い値とすることができ、次に、セメントがさらに重合しているので、ＢＰＯ利用可能率は次の約５分〜４０分間、これより低い値とすることができる。

別の実施形態では、図２３を参照すると、骨セメント前駆体は、骨への椎体外漏出を起こさない(non-extravasating)注入に適しているゴムで被覆したセメント条件を作り出すために図２２に示されるように第１の間隔８１５Ａで最大約５分間、高い利用可能率をもたらすＢＰＯ利用可能率曲線８１０を特徴とすることができる。その後、ＢＰＯ利用可能率は、約１分〜２０分の第２の間隔８１５Ｂの間は約ゼロに減少し、したがってセメントを実質的な椎体外漏出なしで注入するためのゴムで被覆した条件で実質的に維持することができる。その後、ＢＰＯ利用可能率は、３０秒〜５分の第３の間隔８１５Ｃの間、高いレベルまで増加し、セメントの急速な凝結を引き起こすことができる。

このようなＢＰＯ利用可能率曲線およびその結果作製されるセメントは、図２４に示される粒子４０５からなる非液体成分を使用することによって形成することができる。図２４では、ＢＰＯ粒子８２２は、図２０の粒子と同様に、ＰＭＭＡ材料８２０の粒子の表面上で粉砕される。ＢＰＯ粒子８２２の内側にあるＰＭＭＡ材料８２４の表層はＢＰＯをまったく含まない。さらに内側のＰＭＭＡ層８２０Ａ、ＢＰＯ被覆ＰＭＭＡ粒子８２０Ａの分画された粒子、８２２’で示されるＢＰＯ、および８２０Ｂで示されるＰＭＭＡ材料。

混合中の液体成分への曝露に際して、モノマーは、最初に粉砕されたＢＰＯ表面８２２に曝露され、その表面を湿らせて、したがって図２３の第１の間隔８１５Ａによって示される高いＢＰＯ利用可能率をもたらすことが理解されよう。その後、ＢＰＯ利用可能率は、図２３の第２の間隔８１５Ｂで示されるようにゼロに減少する。この間隔中に、モノマーはＰＭＭＡ材料８２４の層をゆっくりと溶解する。以降の選択した時点において、ＰＭＭＡ層８２４の選択した厚さに応じて、モノマーはＢＰＯ層８２２’に到達し、したがってＢＰＯ利用可能率は図２３の第３の間隔８１５Ｃに示されるように増加する。まとめて包装された粒子８２０は分離することができ、次にこれらの粒子の全ＢＰＯ表面積がモノマーに曝露することができる。上述のように液体成分と非液体成分とを混合した結果作製される骨セメント組成物は、次に、図２５に示される時間−粘度曲線８４０を有するセメント組成物を形成する。時間−粘度曲線８４０は、図２３のＢＰＯ利用可能率曲線の上に重ね合わされている。

この方法のあるいくつかの実施形態では、選択したＢＰＯ利用可能率は、その中に異なるＢＰＯ構成を有する少なくとも２つの異なる粒子によって実現される。一実施形態では、選択したＢＰＯ曝露は、粒子の表面積の少なくとも一部分の上でのモノマー成分へのＢＰＯ曝露を制御することによって実現することができる。別の実施形態では、選択したＢＰＯ曝露は、少なくとも一部分は、ポリマー材料とＢＰＯの混合物を含む粒子によって実現することができる。別の実施形態では、選択したＢＰＯ曝露は、少なくとも一部分は、ＢＰＯの表面被覆を有する粒子によって実現することができる。別の実施形態では、選択したＢＰＯ曝露は、少なくとも一部分は、マイクロカプセル化されたＢＰＯによって実現することができる。別の実施形態では、選択したＢＰＯ曝露は、ポリマー材料とＢＰＯからなる層を有する粒子によって実現することができる。

本開示の一方法の別の実施形態では、混合可能な骨セメントは、ＢＰＯまたは他の開始剤の放出または曝露が制御される、選択した間隔を示すことができる。このようにして、組成物内の選択した濃度または体積の遊離ＢＰＯは選択した時間間隔にわたって達成することができる。一実施形態では、遊離ＢＰＯは、混合後の液体モノマーに使用可能なまたは曝露される体積のＢＰＯ、または他の開始剤を含む。

ＰＭＭＡ骨セメントの具体的な一製剤では、骨セメントの固体成分または粉末成分は、ＰＭＭＡ、ＢＰＯ、およびＺｒＯ_２を含むことができる。一実施形態では、ポリメチルメタクリレートポリマー（ＰＭＭＡ）は、粉末成分の全重量に対して約４５重量％〜５５重量％の濃度で骨セメント内に存在する。他のいくつかの実施形態では、ＰＭＭＡの濃度は約４９．６重量％である。他のいくつかの実施形態では、過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）は、粉末成分の全重量に対して約０．３０％〜０．８０％の濃度で存在する。他のいくつかの実施形態では、ＢＰＯの濃度は約０．４０重量％である。追加のいくつかの実施形態では、二酸化ジルコニウムまたは硫酸バリウムの濃度は、粉末成分の全重量に対して約４５％〜５５％とすることができる。別の実施形態では、二酸化ジルコニウムまたは硫酸バリウムの濃度は約５０．０重量％以下である。

このセメント製剤では、骨セメントの液体成分には、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）、Ｎ，Ｎ−ジメチル−ｐ−トルイジン（ＤＭＰＴ）、およびヒドロキノン（ＨＱ）が含まれる。一実施形態では、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）の濃度は、液体成分の全重量に対して約９８．０重量％〜９９．９重量％とすることができる。他のいくつかの実施形態では、ＭＭＡの濃度は約９９．５％である。他のいくつかの実施形態では、ＤＭＰＴの濃度は、液体成分の全重量に対して約０．１５重量％〜０．９５重量％とすることができる。他のいくつかの実施形態では、ＤＭＰＴの濃度は約０．５０％である。他のいくつかの実施形態では、ＨＱの濃度は、液体成分の全量に対して約３０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍとすることができる。他のいくつかの実施形態では、ＨＱの濃度は約７５ｐｐｍとすることができる。

このセメント製剤のいくつかの実施形態では、上述の粉末ＰＭＭＡ成分には、粉末内に含有されるＰＭＭＡの分子量、粒径、および／またはＢＰＯの濃度のうちの１以上によって区別される複数のＰＭＭＡ粉末のブレンドが含まれうる。

たとえば、骨セメント組成物の一実施形態では、３つのＰＭＭＡ粉末、すなわち粉末１、粉末２、および粉末３が提供されうる。粉末１、粉末２、および粉末３のそれぞれの量の比は、粉末１では約４０％〜５０％、粉末２では３０％〜４０％の範囲とし、残りが粉末３を構成することができる。一実施形態では、粉末１、粉末２、および粉末３は、粉末１＝４４．２８％、粉末２＝３６．８６％、および粉末３＝１８．８６％の比で混合される。

粉末１は、約１００μｍ〜１２０μｍ、たとえば約１１０ミクロンを有する標的粒径を含むことができる。粉末１のＰＭＭＡの分子量は、約１５０，０００〜３５０，０００、たとえば約３５０，０００とすることができる。粉末１は、粉末成分の全重量に対して約０．９重量％〜１．１重量％のＢＰＯをさらに含むことができる。あるいくつかの実施形態では、粉末１は約１．０重量％のＢＰＯを含むことができる。

粉末２は、約７０μｍ〜９０μｍ、たとえば約８０ミクロンを有する標的粒径を含むことができる。粉末２のＰＭＭＡの分子量は、約３００，０００〜５００，０００、たとえば約４００，０００とすることができる。粉末２は、粉末成分の全重量に対して約１．１重量％〜１．３重量％のＢＰＯをさらに含むことができる。あるいくつかの実施形態では、粉末２は約１．２重量％のＢＰＯを含むことができる。

粉末３は、約２５μｍ〜４５μｍ、たとえば約３５ミクロンを有する標的粒径を含むことができる。粉末３のＰＭＭＡの分子量は、約２５０，０００〜４５０，０００、たとえば約２５０，０００とすることができる。粉末３は、粉末成分の全重量に対して約０．０重量％〜１．１重量％のＢＰＯをさらに含むことができる。あるいくつかの実施形態では、粉末３はほとんどＢＰＯを含まないことができる。

前述の説明から、本教示の新しい基本的特徴を図示、説明、および指摘してきたが、本教示の範囲から逸脱することなく、示された装置の詳細、ならびにその使用の形で種々の省略、置換、変更、および／または追加が当業者によって加えられうることが理解されよう。したがって、本教示の範囲は前述の説明によって限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲によって定義されるべきである。

１０ システム、骨治療システム、骨セメントシステム、制御システム
１００ 第１の構成要素、骨セメント注入器、注入器システム
１０５ 第２の構成要素、セメント活性化構成要素、ハンドル部分
１１０ エミッタ
１１２ 流れ流通路、チャネル、流れチャネル、流通路
１１３ ねじ部分
１１４ 回転可能なねじ式取付具
１１５ シリンジ型の本体、シリンジ、骨セメント供給源
１１６ ねじ取付具
１１８ 近位端
１２０ 遠位端
１２２ 流れの出口、注入器出口
１２４ 延長部分
１２５ 軸
１３０ 骨セメント、骨セメントシステム、骨治療システム
１３２ チャンバ
１４０ 電源、エネルギー源
１４５ コントローラ、コントローラアセンブリ
１４６ 電気コネクタ
１４８ ケーブル
１４９ａ 導線
１４９ｂ 導線
１５０ 壁部分
１５５Ａ 表面電極
１５５Ｂ 表面電極
１６２ 油圧システム
１６３ 取付具
１６４ 取付具
１６５ セメント保持孔、セメント保持チャンバ、チャンバ
１７５ 剛性プランジャ、アクチュエータ部材
１７６ Ｏリング、ゴムヘッド
１８０ 加力および増幅構成要素
１８５ 孔、チャンバ、加圧可能なチャンバ
１８６ 近位端
１８７ Ｏリング、ガスケット
１８８ 流動媒体
１９０ 圧力機構、圧力
２００ 境界面
２００’ 境界面
２０５ 空気圧系または油圧系
２１０ シリンジポンプ、加圧機構、圧力源
２１１ 電気モータ、モータ駆動システム
２１２ リモートスイッチ、作動スイッチ
２１４ ケーブル
２４０ 時間−粘度曲線
２５０ 時間−粘度曲線
２６０ 修正された時間−粘度曲線、時間−粘度応答
２７０ センサ
２７２ 温度センサ
２７５ 混合デバイス、混合アセンブリ、セメント混合アセンブリ
２７６ 温度センサ
２８０ 包装
２８５ センサ、スイッチ、表示機構
２８８ センサ、スイッチ、表示機構
２９０ センサ
４００ 骨セメントシステム
４０５ 粒子
４１０ 第２のエミッタ
４１４ａ 電気コネクタ構成要素
４１４ｂ 電気コネクタ構成要素
４１６ 電線
７００ 第１のポリマービーズ、粒子、第１の体積のポリマービーズ、
７０４Ａ ＢＰＯ
７０４Ｂ ＢＰＯ
７０４Ｃ ＢＰＯ粒子
７０５ 第２のポリマービーズ、粒子、第２の体積のポリマービーズ
７０６ ＢＰＯの粒子
７０８ ポリマー粒子
７１０ ポリマー粒子
７１２ マイクロカプセル化されたＢＰＯ
７１４Ａ 表層、表面のＢＰＯ層、ＢＰＯ表面被覆
７１４Ｂ ＢＰＯ層、内部のＢＰＯ層、内部層
７１６ ポリマー粒子
７２０ ポリマー粉末、粒子
７２２ ＢＰＯ粒子
７５０ ＢＰＯ利用可能率曲線
７５５Ａ 領域
７５５Ｂ 領域
８００ 曲線
８０５Ａ 第１の間隔
８０５Ｂ 第２の間隔
８０６ ＢＰＯ利用可能率曲線
８１０ ＢＰＯ利用可能率曲線
８１５Ａ 第１の間隔
８１５Ｂ 第２の間隔
８１５Ｃ 第３の間隔
８２０ ＰＭＭＡ材料
８２０Ａ ＰＭＭＡ層
８２０Ｂ ＰＭＭＡ材料
８２２ ＢＰＯ粒子
８２４ ＰＭＭＡ材料
８４０ 時間−粘度曲線

Claims (19)

1. 骨セメント組成物であって、
   メチルメタクリレート（ＭＭＡ）を含むモノマー成分と、
   ポリメチルメタクリレートポリマー（ＰＭＭＡ）を含むポリマー成分と、を含み、
   前記ポリマー成分が、
   平均直径が１００μｍ以下である第１の体積のポリマー粒子であって、当該第１の体積のポリマー粒子が、第１のポリマー粒子の全重量に対して、０．９から１．１重量％の過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）を含む、第１の体積のポリマー粒子と、
   平均直径が１００μｍ未満である第２の体積のポリマー粒子であって、当該第２の体積のポリマー粒子が、第２のポリマー粒子の全重量に対して、１．１から１．３重量％のＢＰＯを含む、第２の体積のポリマー粒子と、
   平均直径が１００μｍ未満である第３の体積のポリマー粒子であって、当該第３の体積のポリマー粒子が、第３のポリマー粒子の全重量に対して、０．０重量％から０．１重量％のＢＰＯを含む、第３の体積のポリマー粒子と、
   を含み、
   前記ＢＰＯが、前記ポリマー粒子に組み込まれたＢＰＯ粒子として提供され、前記ポリマー成分が、当該骨セメント組成物の重合中に時間の関数として前記モノマー成分に曝露されるＢＰＯの量を制御することを特徴とする骨セメント組成物。
2. 前記第１の体積のポリマー粒子が、１５０，０００〜３５０，０００の分子量をもつことを特徴とする請求項１に記載の骨セメント組成物。
3. 前記第２の体積のポリマー粒子が、３００，０００〜５００，０００の分子量をもつことを特徴とする請求項１または２に記載の骨セメント組成物。
4. 前記第３の体積のポリマー粒子が、２５０，０００〜４５０，０００の分子量をもつことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の骨セメント組成物。
5. 前記第１の体積のポリマー粒子が、１００μｍ〜１２０μｍの平均直径を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の骨セメント組成物。
6. 前記第２の体積のポリマー粒子が、７０μｍ〜９０μｍの平均直径を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の骨セメント組成物。
7. 前記第３の体積のポリマー粒子が、前記ポリマー成分の全重量に対して、１０％〜３０％であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の骨セメント組成物。
8. 前記第３の体積の粒子が、ＢＰＯを含まないことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の骨セメント組成物。
9. 骨セメント組成物を調製する方法であって、
   液体成分と非液体成分とを混合して、重合可能な骨セメント組成物を知供する段階を含み、
   前記液体成分が、少なくとも１つのモノマーを含み、
   前記非液体成分が、過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）を含む複数のポリマー粒子を含み、
   前記複数のポリマー粒子が、
   平均直径が１００μｍ以下である第１の体積のポリマー粒子であって、当該第１の体積のポリマー粒子が、第１のポリマー粒子の全重量に対して、０．９から１．１重量％のＢＰＯを含む、第１の体積のポリマー粒子と、
   平均直径が１００未満である第２の体積のポリマー粒子であって、当該第２の体積のポリマー粒子が、第２のポリマー粒子の全重量に対して、１．１から１．３重量％のＢＰＯを含む、第２の体積のポリマー粒子と、
   平均直径が１００未満である第３の体積のポリマー粒子であって、当該第３の体積のポリマー粒子が、第３のポリマー粒子の全重量に対して、０．０重量％から０．１重量％のＢＰＯを含む、第３の体積のポリマー粒子と、
   を含み、
   前記非液体成分が、前記骨セメント組成物の重合中に時間の関数として前記液体成分に曝露されるＢＰＯの量を制御するように構成されており、
   前記骨セメント組成物が、
   ポリメチルメタクリレートポリマー（ＰＭＭＡ）を含む粉末成分と、
   メチルメタクリレート（ＭＭＡ）を含む液体成分と、
   を含むことを特徴とする方法。
10. 粉末成分であって、
    ４５重量％〜５５重量％のＰＭＭＡと、
    ５５重量％〜４５重量％の二酸化ジルコニウムまたは硫酸バリウムと、
    過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）と、
    を含み、
    当該粉末成分の量が、当該粉末成分の全重量に対してのものである、粉末成分と、
    前記液体成分であって、
    ９８．０重量％〜９９．９重量％のＭＭＡと、
    ０．１５重量％〜０．９５重量％のＮ，Ｎ−ジメチル−ｐ−トルイジン（ＤＭＰＴ）と、
    ３０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍのヒドロキノン（ＨＱ）と、
    を含み、
    当該液体成分の量が、当該液体成分の全重量に対してのものである、液体成分と、
    を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記第１の体積の粒子が、１００μｍ〜１２０μｍの平均直径を有することを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記第２の体積の粒子が、７０μｍ〜９０μｍの平均直径を有することを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記第１の体積のポリマーが、前記ポリマー粒子の全重量に対して前記ポリマー粒子の４０％〜５０％であることを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記第２の体積の粒子が、前記ポリマー粒子の全重量に対して前記ポリマー粒子の３０％〜４０％であることを特徴とする請求項９から１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記第３の体積の粒子が、前記ポリマー粒子の全重量に対して前記ポリマー粒子の１０％〜３０％であることを特徴とする請求項９から１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記ＢＰＯは、前記ポリマー粒子がＢＰＯからなる少なくとも１つの層を含むよう構成され、このものにおいて、前記ＢＰＯは、前記ポリマー粒子の外面の少なくとも一部の上に存在する表層として構成されるか、または、前記ＢＰＯは、前記ポリマー粒子の内部に存在する層として構成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の骨セメント組成物。
17. 前記ＢＰＯは、前記ポリマー粒子がマイクロカプセル化されたＢＰＯを含むよう構成され、このものにおいて、前記マイクロカプセル化されたＢＰＯの少なくとも一部は、前記ポリマー粒子に組み込まれ、かつ、前記マイクロカプセル化されたＢＰＯの少なくとも一部は、前記ポリマー粒子に組み込まれないことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の骨セメント組成物。
18. 前記ＢＰＯは、前記ポリマー粒子がＢＰＯからなる少なくとも１つの層を含むよう構成され、このものにおいて、前記ＢＰＯは、前記ポリマー粒子の外面の少なくとも一部の上に存在する表層として構成されるか、または、前記ＢＰＯは、前記ポリマー粒子の内部に存在する層として構成されることを特徴とする請求項９から１４のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記ＢＰＯは、前記ポリマー粒子がマイクロカプセル化されたＢＰＯを含むよう構成され、このものにおいて、前記マイクロカプセル化されたＢＰＯの少なくとも一部は、前記ポリマー粒子に組み込まれ、かつ、前記マイクロカプセル化されたＢＰＯの少なくとも一部は、前記ポリマー粒子に組み込まれないことを特徴とする請求項９から１４のいずれか１項に記載の方法。

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