JP6044961B2 - 脊椎制動具 - Google Patents
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Description
本発明は、脊椎の動きを制御可能な脊椎制動具に関する。
変形性脊椎症、側弯症、脊椎損傷など、脊椎の不安定性や変形を伴う疾患では、チタン製インプラントを用いた脊椎固定術が広く行われている。脊椎固定術とは、チタン製インプラントなどを脊椎に刺入あるいは固定し、脊椎を固定して安定性を高める手術である。
脊椎を固定する道具としては、例えば、特許文献１に記載されている装置がある。特許文献１には、脊椎ロッド、該脊椎ロッドを胸椎又は腰椎などの椎骨に固定するための脊椎フックや骨ネジなどを備えた、脊椎を矯正して固定するための装置が記載されている。
脊椎固定術において特に問題となるのは、インプラントの１種である脊椎固定スクリューを脊椎に刺入するときの刺入場所の誤りによる血管や神経の損傷である。また、脊椎を固定することにより、隣接する椎間に力学的ストレスを生じ、新たな病変（隣接椎間病変と呼ばれ、例えば、脊椎すべり症、変形性脊椎症や椎間板ヘルニアなどがある。）を生じる虞があるという問題もある。また、脊椎固定スクリューを必須とする従来の技術は、個々の椎骨をモクネジのような構造で固定する技術であり、術後に該脊椎固定スクリューが引き抜ける虞があった。上記特許文献１に記載された技術においても、骨ネジを脊椎に刺入しており、上記問題と同様の問題が生じ得る。
そこで、本発明は、脊椎の動きを制御可能であり、安全性が向上された脊椎制動具を提供することを課題とする。
以下、本発明について説明する。
本発明は、複数の椎骨に装着して脊椎の動きを制御可能な脊椎制動具であって、複数の椎骨の夫々について、該椎骨が有する椎弓の少なくとも一部を覆うことで該椎骨に固定可能な被覆部と、隣り合う被覆部の相対的位置を変更可能に隣り合う被覆部を連結する関節部と、を備えており、被覆部は夫々密着面を有する２つ以上の部材を備えており、密着面は椎弓の表面形状と雄雌の関係の形状を有して椎弓に密着可能な面である、脊椎制動具である。
本発明において「関節部」とは、隣り合う被覆部の相対的位置を適度に変更可能となる可動性を有して、該隣り合う被覆部を連結する部分を意味している。ここで「適度に変更可能となる可動性」とは、本発明の脊椎制動具を用いる際に、患者の病状などに応じて適宜決定することができる程度の可動性を意味している。すなわち、病的意義のある不安定性を解消しつつ、かつ隣接椎間に過剰な力学的ストレスがかからない程度の可動性を有することを意味する。例えば、病状に応じて関節部の可動域を調節あるいは固定することもできる。このような関節部の関節は、例えば、金属、セラミック、あるいはポリエチレンに代表される人工素材で作製することが可能である。また、１個の関節部は、１個あるいは複数の関節を組み合わせて構成することができる。また、「密着面は椎弓の表面形状と雄雌の関係の形状を有して椎弓に密着可能な面である」とは、密着面が椎弓の表面の凹凸形状に精密に一致するように成形された面であることを意味する。このような密着面は、ＣＴ（コンピューター断層撮影）を用いて椎弓の立体形状データを取得し、当該データの凹凸形状に精密に一致するようにして成形することができる。ここで「精密に一致する」とは、椎弓の凹凸形状に密着面を実際に密着させた場合に、密着面の８０％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上が椎弓と接していること、又は、椎弓の形状と密着面の形状との誤差が２ｍｍ以下であることを意味する。なお、複数の椎骨がそれぞれ有する椎弓は、それぞれ異なった表面形状を有している。よって、密着面の形状は被覆部毎に異なっている。
本発明の脊椎制動具において、被覆部が２つの部材を備えており、該２つの部材で椎弓を挟むことによって椎骨に固定可能であることが好ましい。
ここに、「被覆部が２つの部材を備えており、該２つの部材で椎弓を挟むことによって椎骨に固定可能である」とは、脊椎制動具に備えられる複数の被覆部のうち少なくとも一つの被覆部が２つの部材を備えており、該２つの部材で椎弓を挟むことによって椎骨に固定可能であることを意味する。かかる形態とすることによって、被覆部によって椎弓の少なくとも一部を覆うことで被覆部を椎骨に固定することが容易になる。
また、本発明の脊椎制動具において、隣り合う被覆部のうち頭部側の被覆部が、椎弓の頭部側を覆う第１の頭部側部材と、椎弓の臀部側を覆う第１の臀部側部材とを備え、隣り合う被覆部のうち臀部側の被覆部が、椎弓の頭部側を覆う第２の頭部側部材と、椎弓の臀部側を覆う第２の臀部側部材とを備え、第１の臀部側部材と第２の頭部側部材と第１の臀部側部材及び第２の頭部側部材を連結する関節部とが一体化されていることが好ましい。
ここに、「隣り合う被覆部のうち頭部側の被覆部が、椎弓の頭部側を覆う第１の頭部側部材と、椎弓の臀部側を覆う第１の臀部側部材とを備え、隣り合う被覆部のうち臀部側の被覆部が、椎弓の頭部側を覆う第２の頭部側部材と、椎弓の臀部側を覆う第２の臀部側部材とを備え」とは、脊椎制動具に備えられる複数の被覆部のうち、少なくとも隣り合う一組の被覆部のうち、頭部側の被覆部が椎弓の頭部側を覆う第１の頭部側部材と椎弓の臀部側を覆う第１の臀部側部材とを備え、臀部側の被覆部が椎弓の頭部側を覆う第２の頭部側部材と椎弓の臀部側を覆う第２の臀部側部材とを備えていることを意味する。このような形態において、第１の臀部側部材と第２の頭部側部材と関節部とが一体化されていることによって、被覆部を椎骨に着脱することが容易になるとともに、被覆部を関節部で連結することが容易になる。
また、本発明の脊椎制動具において、被覆部の夫々が、椎弓の頭部側を覆う頭部側部材と椎弓の臀部側を覆う臀部側部材とを備えており、被覆部が固定される椎骨のうち最も頭部側の椎骨に固定可能な被覆部を第１の被覆部とし、被覆部が固定される椎骨のうち頭部側からｎ番目（ただし、ｎは２以上の自然数）の椎骨に固定可能な被覆部を第ｎの被覆部としたとき、第ｎ’の被覆部（ただし、ｎ’は１からｎ−１までの自然数。）に備えられる臀部側部材と、第ｎ’＋１の被覆部に備えられる頭部側部材と、第ｎ’の被覆部に備えられる臀部側部材及び第ｎ’＋１の被覆部に備えられる頭部側部材を連結する関節部とが一体化されていることが好ましい。
脊椎制動具に備えられる全ての被覆部が、椎弓の頭部側を覆う頭部側部材と椎弓の臀部側を覆う臀部側部材とを備えており、隣り合う全ての被覆部において、一方の被覆部の臀部側部材と他方の被覆部の頭部側部材と該臀部側部材及び該頭部側部材を連結する関節部とが一体化されていることによって、被覆部の数が多い場合であっても、夫々の被覆部を椎骨に着脱することが容易になるとともに、それらの被覆部を関節部で連結することが容易になる。
また、本発明の脊椎制動具において、被覆部と関節部とが別々に成形されており、被覆部に対して関節部を着脱可能である形態も好ましい。
被覆部と関節部とが別々に成形されていることによって、まず椎骨に被覆部を固定した後、隣り合う被覆部を関節部で連結することができる。例えば、独立して成形された複数の被覆部を夫々の椎骨に固定し、所定の期間が経過して自家骨により該被覆部が椎骨に恒久的に固定された後、隣り合う被覆部を関節部で連結することができる。
また、本発明の脊椎制動具において、被覆部の密着面を含む部分において、メッシュ状又はスポンジ状に成形された部分を有することが好ましい。
ここに、「メッシュ状」とは、被覆部のうち該被覆部が覆う椎弓側の面（密着面）から反対側の面へと貫通した孔を複数有する構造を意味している。また、「スポンジ状」とは、被覆部の内部に微細な空洞が複数成形された構造を意味し、これらの空洞が不規則に連続した構造を有していてもよい。このようなメッシュ状又はスポンジ状に成形された部分を有する形態とすることによって、被覆部の密着面に微細な凸凹が成形されることになり、被覆部を椎弓に取り付けた際の固定性が良くなる。
また、本発明の脊椎制動具において、被覆部が、密着面及びメッシュ状又はスポンジ状に成形された部分に骨誘導基質を備えていることが好ましい。
ここに、「密着面に骨誘導基質を備えている」とは、密着面の表面に骨誘導基質を含む層が成形されていることを意味する。また、「メッシュ状又はスポンジ状に成形された部分に骨誘導基質を備えている」とは、メッシュ状の構造を構成する貫通孔の表面若しくは内部、又はスポンジ状の構造を構成する空洞の表面若しくは内部に、骨誘導基質を備えていることを意味する。また、「骨誘導基質」とは、骨再生誘導作用を有する、骨補填材あるいは骨再生促進物質を意味する。「骨補填材」としては、日本ですでに医療機器として承認されている骨欠損部に使用される材料であって、自家骨とほぼ同じ成分で徐々に自家骨と融合して一体化するもの（例えば、ハイドロキシアパタイトなど）、あるいは自家骨に置換されるもの（例えば、ベータリン酸三カルシウム（ｂＴＣＰ）など）が知られている。また、「骨再生促進物質」としては、骨形成を促進する作用のある物質で、骨形成蛋白（ｂｏｎｅ ｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃ ｐｒｏｔｅｉｎ（ＢＭＰ））などが知られている。被覆部の密着面及びメッシュ状又はスポンジ状に成形された部分に骨誘導基質を備えている形態とすれば、該骨誘導基質の作用によって被覆部の表面に骨形成が起こり、被覆部と椎骨とを一体化させて恒久的に固定することが容易になる。
また、本発明の脊椎制動具において、被覆部が粉末焼結積層造形法によって成形されていることが好ましい。
被覆部を粉末焼結積層造形法によって成形することにより、被覆部を短時間に低コストで作製することができる。
また、本発明の脊椎制動具は、被覆部を椎骨に固定する固定部材を備えていることが好ましい。
本発明の脊椎制動具の被覆部は、椎弓の表面形状と雄雌の関係の形状を有して椎弓に密着可能な密着面を備えている。該密着面が椎弓に密着することによって、被覆部が椎骨に固定されている。これに加えて被覆部を椎骨に固定する固定部材を備えた形態とすることによって、被覆部をより強固に椎骨に固定することができる。
本発明の脊椎制動具によれば、関節部で連結された複数の被覆部を夫々椎骨に固定することによって、脊椎の動きを制御可能である。また、本発明の脊椎制動具によれば、被覆部の密着面がそれぞれ椎弓の表面形状に合わせて成形されており、該密着面が椎弓に密着することによって被覆部が椎骨に固定される。すなわち、本発明の脊椎制動具によれば、従来技術では必須であった脊椎固定スクリューを用いなくとも、被覆部を椎骨に固定可能である。このように本発明の脊椎制動具によれば、椎骨にスクリューなどを打ち込む必要がないため、安全性が高く、新たな病変が生じることを防止できる。また、脊椎固定スクリューを補助的に用いる場合は、脊椎固定スクリューの数を従来よりも少なくすることができ、かつ、従来よりも刺し込む深さを浅くすることができるので、安全性が高く、新たな病変が生じることを防止できる。
本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。なお、各図面は、図示と理解のしやすさの便宜上、簡略化して示している。また、各図面において同様の構成のものには同じ符号を付し、繰り返しとなる符号は一部省略している場合がある。
本発明の脊椎制動具について説明するに先立って、脊椎について簡単に説明する。脊椎は複数の椎骨が連なって構成されている。図１は、一つの椎骨１０を概略的に示した平面図である。図１において、紙面上が腹側、下が背側、手前が頭部側、奥が臀部側である。椎骨１０は、腹側にある楕円形に近い形の椎体１１と該椎体１１の背側に備えられる椎弓１２とを有している。椎弓１２の背側には棘突起１４があり、左右には横突起１３、１３がある。また、椎体１１と椎弓１２との間には椎孔１５が形成されており、椎孔１５には脊髄腔が貫通する。頚椎、胸椎、腰椎において椎体１１はほぼ同じような形をしているが、椎弓１２はそれぞれ異なった複雑な形状をしている。本発明の脊椎制動具は、以下に説明するように、椎弓１２に装着して用いることができる。なお、図面には頚椎を例示しているが、本発明の脊椎制動具は、頚椎、胸椎、及び腰椎のいずれの椎弓にも装着することができる。
＜脊椎制動具５０＞
図２〜図４は一つの実施形態にかかる脊椎制動具５０を概略的に示した図である。図２は、椎骨１０、１０に装着した姿勢の脊椎制動具５０を概略的に示した平面図である。図２において、紙面上が腹側、下が背側、手前が頭部側、奥が臀部側である。図３は、椎骨１０、１０に装着した姿勢の脊椎制動具５０を概略的に示した側面図である。図３において、紙面右が腹側、左が背側、上が頭部側、下が臀部側である。図４は、椎骨１０、１０に装着した姿勢の脊椎制動具５０を概略的に示した背面図である。図４において、紙面奥が腹側、手前が背側、上が頭部側、下が臀部側である。
図２〜図４は一つの実施形態にかかる脊椎制動具５０を概略的に示した図である。図２は、椎骨１０、１０に装着した姿勢の脊椎制動具５０を概略的に示した平面図である。図２において、紙面上が腹側、下が背側、手前が頭部側、奥が臀部側である。図３は、椎骨１０、１０に装着した姿勢の脊椎制動具５０を概略的に示した側面図である。図３において、紙面右が腹側、左が背側、上が頭部側、下が臀部側である。図４は、椎骨１０、１０に装着した姿勢の脊椎制動具５０を概略的に示した背面図である。図４において、紙面奥が腹側、手前が背側、上が頭部側、下が臀部側である。
脊椎制動具５０は、複数の椎骨に装着して脊椎の動きを制御するものである。脊椎制動具５０は、隣接する椎骨のうち頭部側の椎骨１０ａが有する椎弓１２ａの少なくとも一部を覆うことで該椎骨１０ａに固定可能な第１の被覆部２０と、隣接する椎骨のうち臀部側の椎骨１０ｂが有する椎弓１２ｂの少なくとも一部を覆うことで該椎骨１０ｂに固定可能な第２の被覆部３０と、第１の被覆部２０と第２の被覆部３０との相対的位置を変更可能に第１の被覆部２０と第２の被覆部３０とを連結する関節部４０とを備えている。以下、脊椎制動具５０に備えられるこれら主要部について説明する。
（第１の被覆部２０）
第１の被覆部２０（以下、「被覆部２０」と略記する。）は、椎弓１２ａの頭部側を覆う第１の頭部側部材２１（以下、「頭部側部材２１」と略記する。）と、椎弓１２ａの臀部側を覆う第１の臀部側部材２２（以下、「臀部側部材２２」と略記する。）とを備えている。被覆部２０は、頭部側部材２１と臀部側部材２２とで椎弓１２ａを挟んで結合させることによって、椎弓１２ａの少なくとも一部を覆っている。さらに、後述するように被覆部２０は椎弓１２ａの表面の凹凸形状に精密に一致する密着面を備えている。そのため、被覆部２０によって椎弓１２ａの少なくとも一部を覆うことで、椎骨１０ａにスクリューなどを打ち込まなくとも、被覆部２０を椎骨１０ａに固定することができる。
第１の被覆部２０（以下、「被覆部２０」と略記する。）は、椎弓１２ａの頭部側を覆う第１の頭部側部材２１（以下、「頭部側部材２１」と略記する。）と、椎弓１２ａの臀部側を覆う第１の臀部側部材２２（以下、「臀部側部材２２」と略記する。）とを備えている。被覆部２０は、頭部側部材２１と臀部側部材２２とで椎弓１２ａを挟んで結合させることによって、椎弓１２ａの少なくとも一部を覆っている。さらに、後述するように被覆部２０は椎弓１２ａの表面の凹凸形状に精密に一致する密着面を備えている。そのため、被覆部２０によって椎弓１２ａの少なくとも一部を覆うことで、椎骨１０ａにスクリューなどを打ち込まなくとも、被覆部２０を椎骨１０ａに固定することができる。
頭部側部材２１は椎弓１２ａに接する部分の左右両側に耳部２１ａ、２１ａを有している。また、臀部側部材２２も椎弓１２ａに接する部分の左右両側に耳部２２ａ、２２ａを有している。頭部側部材２１及び臀部側部材２２は、耳部２１ａ、２１ａ及び耳部２２ａ、２２ａにおいて固定具２３、２３によって連結され、結合される。固定具２３は、頭部側部材２１及び臀部側部材２２を連結させることができるものであれば特に限定されない。固定具２３としては、例えばボルトなどを用いることができる。
上述したように、被覆部２０は椎弓１２ａの少なくとも一部を覆うことによって椎骨１０ａに固定することができる。被覆部２０で椎弓１２ａを覆って被覆部２０を椎骨１０ａに固定するため、被覆部２０（頭部側部材２１及び臀部側部材２２の夫々）は椎弓１２ａの表面形状と雄雌の関係の形状を有して椎弓１２ａに密着可能な密着面を、椎弓１２ａに接する側の面に備えている。すなわち、被覆部２０は、椎弓１２ａに接する側の面に、椎弓１２ａの表面の凹凸形状に精密に一致するように成形された密着面を備えている。複数の椎骨がそれぞれ有する椎弓は、それぞれ異なった表面形状を有している。よって、上記密着面は該密着面が接する椎弓の表面形状に応じて成形されており、被覆部毎に密着面の形状は異なっている。被覆部２０がこのような密着面を備えている形態とすることによって、被覆部２０を椎弓１２ａに密着させて被覆部２０の装着位置がずれることを防止し、被覆部２０を椎骨１０ａに固定することが容易になる。
被覆部２０の作製方法は特に限定されない。ただし、上述したように、被覆部２０の椎弓１２ａに接する側の面には上記密着面が備えられており、該密着面は、被覆部２０を装着する椎弓１２ａ（椎骨１０ａ）の表面形状に合わせて作製する。密着面が椎弓１２ａの被覆部２０に接する部分の表面と精密に雌雄の関係になるように被覆部２０を作製するには、例えば、椎骨１０ａの断層撮影情報を三次元化した立体的表面画像データを用いて、粉末焼結積層造形法などの公知の技術によって被覆部２０を構成する各部材を作製することができる。粉末焼結積層造形法に用いる装置としては、例えば、株式会社ＮＴＴデータエンジニアリングシステムズ製の「ＥＯＳＩＮＴ Ｍ」等がある。また、断層撮影情報は、Ｘ線ＣＴ（Ｘ−ｒａｙ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｔｏｍｏｇｒａｐｙ）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）、超音波撮影などの公知の方法のいずれか１種又は２種以上を複合して用いることによって、透視計測又は外形計測することによって得ることができる。なお、被覆部２０を構成する各部材の作製方法は粉末焼結積層造形法に限定されず、例えば切削加工によって作製することも可能である。ただし、被覆部２０を短時間に低コストで作製するという観点からは、粉末焼結積層造形法が好ましい。
被覆部２０を切削加工によって作製する場合、以下に説明するように、様々な椎弓の立体的表面画像データを蓄積しておくことによって、立体的表面画像データの取得から切削加工までの工程を短縮することができる。すなわち、まず様々な椎弓の立体的表面画像データを蓄積し、それらのデータを対象の条件（人種、年齢、性別、身長、体重など）によって分類しておく。そして、それらのデータに基づいて患者の条件毎に椎弓の形状を想定し、想定された椎弓の表面形状と概ね雌雄の関係になるように成形された面を有する被覆部をあらかじめ複数作製しておく。そうすることによって、実際の患者の椎弓の立体的表面画像データをもとにして術前にその椎弓に好適な被覆部を選び出し、手術中に被覆部を少し削るだけで被覆部を椎弓に密着させることができる。このように立体的表面画像データの取得から切削加工までの工程を短縮できれば、本術式が緊急に行われるべき場合に対処することできる。
被覆部２０を構成する材料は、使用に耐える強度を有するとともに生体に悪影響を与えないように被覆部２０を構成できるものであれば特に限定されない。このような材料としては、例えば、チタン、チタン合金（例えばＴｉ６ＡｌＶ４）、ステンレス鋼、コバルトクロム合金、タルタンなどを挙げることができる。生体適合性の観点からは、チタン及びチタン合金が好ましい。
また、被覆部２０は、密着面を含む部分においてメッシュ状又はスポンジ状に成形された部分（不図示）を備えていることが好ましい。「メッシュ状」とは、被覆部２０の椎弓１２ａに接する側の面（腹側の面）から反対側の面（背側の面）へと貫通した孔を複数有する構造を意味している。「スポンジ状」とは、被覆部２０の内部に微細な空洞が複数形成された構造を意味し、これらの空洞が不規則に連続した構造を有していてもよい。このようなメッシュ状又はスポンジ状に成形された部分を備えている形態とすることによって、被覆部２０の椎弓１２ａと接する部分に微細な凸凹が形成されることになり、被覆部２０を椎弓１２ａに取り付けた際の固定性が良くなる。
また、被覆部２０がメッシュ状又はスポンジ状に成形された部分を有する場合、被覆部２０の密着面及びメッシュ状又はスポンジ状に成形された部分に骨誘導基質（不図示）を備えていることが好ましい。密着面の表面、及び、メッシュ状の構造を構成する貫通孔の表面若しくは内部、又はスポンジ状の構造を構成する空洞の表面若しくは内部に骨誘導基質を備えている形態とすれば、メッシュ状又はスポンジ状に成形された部分を介して被覆部２０の表面に骨形成が起こり（すなわち、メッシュ状又はスポンジ状に成形された部分に自家骨が入り込み）、被覆部２０と椎骨１０ａとを一体化させて被覆部２０を椎骨１０ａに恒久的に固定することが容易になる。
ここで、「骨誘導基質」とは、骨再生誘導作用を有する、骨補填材あるいは骨再生促進物質を意味する。「骨補填材」としては、日本ですでに医療機器として承認されている骨欠損部に使用される材料で自家骨とほぼ同じ成分で徐々に自家骨と融合し一体化するもの（例えば、ハイドロキシアパタイトなど）、あるいは自家骨に置換されるもの（例えば、ベータリン酸三カルシウム（ｂＴＣＰ）など）が知られている。また、「骨再生促進物質」としては、骨形成を促進する作用のある物質で骨形成蛋白（ｂｏｎｅ ｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃ ｐｒｏｔｅｉｎ（ＢＭＰ））などが知られている。
（第２の被覆部３０）
第２の被覆部３０（以下、「被覆部３０」と略記する。）は、椎弓１２ｂの頭部側を覆う第２の頭部側部材３１（以下、「頭部側部材３１」と略記する。）と、椎弓１２ｂの臀部側を覆う第２の臀部側部材３２（以下、「臀部側部材３２」と略記する。）とを備えている。被覆部３０は、頭部側部材３１と臀部側部材３２とで椎弓１２ｂを挟んで結合させることによって、椎弓１２ｂの少なくとも一部を覆っている。さらに、後述するように被覆部３０は椎弓１２ｂの表面の凹凸形状に精密に一致する密着面を備えている。そのため、被覆部３０によって椎弓１２ｂの少なくとも一部を覆うことで、椎骨１０ｂにスクリューなどを打ち込まなくとも、被覆部３０を椎骨１０ｂに固定することができる。
第２の被覆部３０（以下、「被覆部３０」と略記する。）は、椎弓１２ｂの頭部側を覆う第２の頭部側部材３１（以下、「頭部側部材３１」と略記する。）と、椎弓１２ｂの臀部側を覆う第２の臀部側部材３２（以下、「臀部側部材３２」と略記する。）とを備えている。被覆部３０は、頭部側部材３１と臀部側部材３２とで椎弓１２ｂを挟んで結合させることによって、椎弓１２ｂの少なくとも一部を覆っている。さらに、後述するように被覆部３０は椎弓１２ｂの表面の凹凸形状に精密に一致する密着面を備えている。そのため、被覆部３０によって椎弓１２ｂの少なくとも一部を覆うことで、椎骨１０ｂにスクリューなどを打ち込まなくとも、被覆部３０を椎骨１０ｂに固定することができる。
頭部側部材３１は椎弓１２ｂに接する部分の左右両側に耳部３１ａ、３１ａを有している。また、臀部側部材３２も椎弓１２ｂに接する部分の左右両側に耳部３２ａ、３２ａを有している。頭部側部材３１及び臀部側部材３２は、耳部３１ａ、３１ａ及び耳部３２ａ、３２ａにおいて固定具３３、３３によって連結され、結合される。固定具３３は、頭部側部材３１及び臀部側部材３２を連結させることができるものであれば特に限定されない。固定具３３としては、例えばボルトなどを用いることができる。
上述したように、被覆部３０は椎弓１２ｂの少なくとも一部を覆うことによって椎骨１０ｂに固定することができる。被覆部３０で椎弓１２ｂを覆って被覆部３０を椎骨１０ｂに固定するため、被覆部３０（頭部側部材３１及び臀部側部材３２の夫々）は椎弓１２ｂの表面形状と雄雌の関係の形状を有して椎弓１２ｂに密着可能な密着面を、椎弓１２ｂに接する側の面に備えている。すなわち、被覆部３０は、椎弓１２ｂに接する側の面に、椎弓１２ｂの表面の凹凸形状に精密に一致するように成形された密着面を備えている。複数の椎骨がそれぞれ有する椎弓は、それぞれ異なった表面形状を有している。よって、上記密着面は該密着面が接する椎弓の表面形状に応じて成形されており、被覆部毎に密着面の形状は異なっている。被覆部３０がこのような密着面を備えている形態とすることによって、被覆部３０を椎弓１２ｂに密着させて被覆部３０の装着位置がずれることを防止し、被覆部３０を椎骨１０ｂに固定することが容易になる。
被覆部３０の作製方法は特に限定されない。ただし、上述したように、被覆部３０の椎弓１２ｂに接する側の面には上記密着面が備えられており、該密着面は、被覆部３０を装着する椎弓１２ｂ（椎骨１０ｂ）の表面形状に合わせて作製する。密着面が椎弓１２ｂの被覆部３０に接する部分の表面と精密に雌雄の関係になるように被覆部３０を作製するには、例えば、椎骨１０ｂの断層撮影情報を三次元化した立体的表面画像データを用いて、粉末焼結積層造形法などの公知の技術によって被覆部３０を構成する各部材を作製することができる。粉末焼結積層造形法に用いる装置としては、例えば、株式会社ＮＴＴデータエンジニアリングシステムズ製の「ＥＯＳＩＮＴ Ｍ」等がある。また、断層撮影情報は、Ｘ線ＣＴ（Ｘ−ｒａｙ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｔｏｍｏｇｒａｐｙ）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）、超音波撮影などの公知の方法のいずれか１種又は２種以上を複合して用いることによって、透視計測又は外形計測することによって得ることができる。なお、被覆部３０を構成する各部材の作製方法は粉末焼結積層造形法に限定されず、例えば切削加工によって作製することも可能である。ただし、被覆部３０を短時間に低コストで作製するという観点からは、粉末焼結積層造形法が好ましい。
被覆部３０を切削加工によって作製する場合、様々な椎弓の立体的表面画像データを蓄積しておくことによって、上述した被覆部２０と同様に、立体的表面画像データの取得から切削加工までの工程を短縮でき、手術が緊急に行われるべき場合に対処することできる。
被覆部３０を構成する材料は、使用に耐える強度を有するとともに生体に悪影響を与えないように被覆部３０を構成できるものであれば特に限定されない。このような材料としては、例えば、チタン、チタン合金（例えばＴｉ６ＡｌＶ４）、ステンレス鋼、コバルトクロム合金、タルタンなどを挙げることができる。生体適合性の観点からは、チタン及びチタン合金が好ましい。
また、被覆部３０は上述した被覆部２０と同様に、密着面を含む部分においてメッシュ状又はスポンジ状に成形された部分（不図示）を備えていることが好ましい。さらに、被覆部３０がメッシュ状又はスポンジ状に成形された部分を有する場合、上述した被覆部２０と同様に、被覆部３０の密着面及びメッシュ状又はスポンジ状に成形された部分に骨誘導基質（不図示）を備えていることが好ましい。
（関節部４０）
関節部４０は、被覆部２０と被覆部３０とを連結している。より具体的には、関節部４０は、臀部側部材２２と頭部側部材３１とを連結している。すなわち、本実施形態では、臀部側部材２２と頭部側部材３１とが関節部４０によって繋がれて一体となった一つの部材４５（図３及び図４参照）を構成している。このように、頭部側部材２１と、臀部側部材２２、頭部側部材３１、及び関節部４０が一体になった部材４５と、臀部側部材３２とを備える形態とすることによって、被覆部２０及び被覆部３０を椎骨１０ａ及び椎骨１０ｂに着脱することが容易になるとともに、被覆部２０及び被覆部３０を関節部４０で連結することが容易になる。
関節部４０は、被覆部２０と被覆部３０とを連結している。より具体的には、関節部４０は、臀部側部材２２と頭部側部材３１とを連結している。すなわち、本実施形態では、臀部側部材２２と頭部側部材３１とが関節部４０によって繋がれて一体となった一つの部材４５（図３及び図４参照）を構成している。このように、頭部側部材２１と、臀部側部材２２、頭部側部材３１、及び関節部４０が一体になった部材４５と、臀部側部材３２とを備える形態とすることによって、被覆部２０及び被覆部３０を椎骨１０ａ及び椎骨１０ｂに着脱することが容易になるとともに、被覆部２０及び被覆部３０を関節部４０で連結することが容易になる。
関節部４０は、被覆部２０と被覆部３０との相対的位置を適度に変更可能となる可動性を有して、被覆部２０と被覆部３０とを連結できるものであれば、特に限定されない。ここで「適度に変更可能となる可動性」とは、脊椎制動具５０を用いる際に、患者の病状などに応じて適宜決定することができる程度の可動性を意味している。すなわち、病的意義のある不安定性を解消しつつ、かつ隣接椎間に過剰な力学的ストレスがかからない程度の可動性を有することを意味する。例えば、病状に応じて関節部４０の可動域を調節あるいは固定することもできる。このような関節部４０の可動性は、例えば、関節部４０に含まれる関節の形状によって調節することができる。また、１個の関節部４０は、１個あるいは複数の関節を組み合わせて構成することができ、１個の関節部４０に含まれる関節の数によっても、関節部４０の可動性を調節することができる。
関節部４０を構成する材料としては、被覆部２０及び被覆部３０と同様の観点から、同様の材料を用いることができる。また、関節部４０の関節は金属、セラミックあるいはポリエチレンに代表される人工素材で作製することもできる。
＜脊椎制動具５０の使用方法＞
脊椎制動具５０は、被覆部２０を椎弓１２ａ（椎骨１０ａ）に装着するとともに、被覆部３０を椎弓１２ｂ（椎骨１０ｂ）に装着することによって、脊椎の動きを制御することができる。なお、使用に際して、脊椎制動具５０には、ガス滅菌やコーティングなどによって滅菌処理を施すことが好ましい。
脊椎制動具５０は、被覆部２０を椎弓１２ａ（椎骨１０ａ）に装着するとともに、被覆部３０を椎弓１２ｂ（椎骨１０ｂ）に装着することによって、脊椎の動きを制御することができる。なお、使用に際して、脊椎制動具５０には、ガス滅菌やコーティングなどによって滅菌処理を施すことが好ましい。
上述したように、被覆部２０は、頭部側部材２１と臀部側部材２２とに分けられている。椎弓１２ａを背面側から包み込むようにして頭部側部材２１及び臀部側部材２２を椎弓１２ａに被せ、頭部側部材２１と臀部側部材２２とを固定具２３、２３で連結することにより、頭部側部材２１及び臀部側部材２２が椎骨１０ａから外れなくなる。このようにして、被覆部２０で椎弓１２ａの少なくとも一部を覆うことによって、被覆部２０を椎骨１０ａに固定することができる。
被覆部３０も被覆部２０と同様に、頭部側部材３１と臀部側部材３２とに分けられている。椎弓１２ｂを背面側から包み込むようにして頭部側部材３１及び臀部側部材３２を椎弓１２ｂに被せ、頭部側部材３１と臀部側部材３２とを固定具３３、３３で連結することにより、頭部側部材３１及び臀部側部材３２が椎骨１０ｂから外れなくなる。このようにして、被覆部３０で椎弓１２ｂの少なくとも一部を覆うことによって、被覆部３０を椎骨１０ｂに固定することができる。
臀部側部材２２（被覆部２０）と頭部側部材３１（被覆部３０）とは、関節部４０によって繋がれているため、被覆部２０が固定された椎骨１０ａ、及び、被覆部３０が固定された椎骨１０ｂの相対的位置の変動は関節部４０によって制御される。このようにして脊椎制動具５０によって脊椎の動きを制御することができる。脊椎制動具５０によれば、各椎骨同士の相対的位置の変動は関節部４０によって制御されるので、脊椎を固定するのではなく、脊椎の過剰な不安定性を防いで制動することができる。
また、脊椎制動具５０によれば、上記のようにして脊椎の動きを制御しつつ、椎間板に人工のクッション（例えば、ＰＶＡハイドロゲル。）、培養椎間板（自己・同種・異種椎間板を培養したもの、幹細胞由来の椎間板など。）、及び椎間板再生を促進する物質（例えば、骨形成因子ＯＰ−１。）などを移植・充填・注射することができる。
上述したように、従来技術ではスクリューなどを椎骨に刺入することによって種々の問題を生じる虞がある。一方、脊椎制動具５０では、被覆部２０及び被覆部３０は椎弓１２ａ及び椎弓１２ｂを三次元的に密接に包み込む構造となっており、被覆部２０及び被覆部３０によって椎弓１２ａ及び椎弓１２ｂの少なくとも一部を覆うことで、被覆部２０及び被覆部３０が椎骨１０ａ及び椎骨１０ｂから外れなくすることができる。したがって、脊椎制動具５０によれば、スクリューなどを椎骨に刺入することで生じ得る種々の問題の発生を防止できる。すなわち、脊椎制動具５０は安全性が高く、新たな病変を生じさせる可能性も低い。ただし、本発明の脊椎制動具においても、被覆部を椎骨に固定するための脊椎固定スクリューなどの固定部材を補助的に使用することは可能である。固定部材を用いて被覆部を椎骨に固定することにより、より強固に被覆部を椎骨に固定することができる。このように脊椎固定スクリューを補助的に用いる場合、脊椎固定スクリューの数を従来よりも少なくすることができ、かつ、従来よりも刺し込む深さを浅くすることができるので、安全性が高く、新たな病変が生じることを防止できる。
また、被覆部２０及び被覆部３０は椎骨１０ａ及び椎骨１０ｂに着脱可能であるため、粉末焼結積層造形法などの公知の技術によって脊椎（椎骨１０ａ及び椎骨１０ｂ）の精密な模型を作製し、術前に該模型を用いて被覆部２０及び被覆部３０の装着などの手術シミュレーションを行ったり、術後の脊椎運動を予測する生物学的評価を行ったりすることも可能である。
＜その他の形態＞
上記脊椎制動具５０の説明では、被覆部２０、３０を椎骨１０ａ、１０ｂに恒久的に固定することについて好ましい例として説明した。しかしながら、本発明の脊椎制動具の用途はそのような方法に限定されない。例えば、本発明の脊椎制動具は、一時的に脊椎を制動又は固定する目的で使用することもできる。図５は、一時的に脊椎を制動する目的で脊椎制動具５０を使用する場合の使用例を概略的に示す図であり、図３に対応する図である。
上記脊椎制動具５０の説明では、被覆部２０、３０を椎骨１０ａ、１０ｂに恒久的に固定することについて好ましい例として説明した。しかしながら、本発明の脊椎制動具の用途はそのような方法に限定されない。例えば、本発明の脊椎制動具は、一時的に脊椎を制動又は固定する目的で使用することもできる。図５は、一時的に脊椎を制動する目的で脊椎制動具５０を使用する場合の使用例を概略的に示す図であり、図３に対応する図である。
一時的に脊椎を制動又は固定する目的で脊椎制動具５０を使用する場合には、図５に示したように、腸骨などから採取した自家骨、自家椎間板、同種骨、同種椎間板、合成・培養椎間板組織など弾性のある組織６０を移植して、脊椎制動具５０が取り付けられる椎弓同士の相対的位置を固定する。そして、当該組織６０が椎弓に癒合した後、脊椎制動具５０を除去する。このように一時的に脊椎を制動する目的で脊椎制動具５０を使用する場合には、後に脊椎制動具５０を椎弓から外すことを前提としているので、脊椎制動具５０の取り外しを容易にするため、被覆部２０、３０には上述したようなメッシュ状又はスポンジ状に成形された部分や、骨誘導基質は備えられていないことが好ましい。
また、これまでの脊椎制動具５０の説明では、隣接した椎骨に脊椎制動具５０が装着される形態を例示して説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。図６は、その他の実施形態にかかる脊椎制動具７０を概略的に示した図であり、図３に対応する図である。
図６に示した脊椎制動具７０は、被覆部２０と被覆部３０と被覆部２０及び被覆部３０を連結する関節部８０とを備えている。本実施形態では、被覆部２０が装着された椎骨１０ａと被覆部３０が装着された椎骨１０ｂとの間に他の椎骨１０ｃが介在している。このように脊椎制動具７０では、被覆部２０と被覆部３０とが離れた椎骨に取り付けられているため、関節部８０は上述した関節部４０に比べて長くなっているが、長さ以外の条件は関節部４０と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。すなわち、関節部８０も関節部４０と同様に、関節部８０に含まれる関節の形状や数によって、可動性を調節することができる。なお、脊椎制動具７０のように離れた椎骨に装着する場合、脊椎制動具７０の取り付けや関節部８０の動きを妨げないようにするため、被覆部が取り付けられない椎骨１０ｃについては椎弓などを切除しておくことが好ましい。
なお、図６では一つの椎骨を飛ばして装着する形態の脊椎制動具７０を例示したが、本発明の脊椎制動具は二つ以上の椎骨を飛ばして離れた椎骨に装着する形態とすることも可能である。
また、これまでの本発明の説明では、被覆部が２つ備えられる形態を例示して説明したが、本発明の椎骨制動具はかかる形態に限定されない。本発明の椎骨制動具は、被覆部を３つ以上備えた形態とすることも可能である。すなわち、３つ以上の椎骨に装着することによって脊椎を制動することも可能である。図７は、他の実施形態にかかる脊椎制動具１００を概略的に示した側面図である。図７は、椎骨１０、１０、…に装着した姿勢の脊椎制動具１００の一部を概略的に示している。図７において、紙面右が腹側、左が背側、上が頭部側、下が臀部側である。
脊椎制動具１００は、複数の椎骨１０、１０、…に装着して脊椎の動きを制御可能である。脊椎制動具１００は、複数の椎骨１０、１０、…の夫々について、該椎骨１０、１０、…が有する椎弓の少なくとも一部を覆うことで該椎骨１０、１０、…に固定可能な被覆部１２１〜１２５を備えている。また、被覆部１２１〜１２５のうち、隣り合う被覆部は相対的位置を変更可能なように関節部１４１〜１４３によって連結されている。被覆部１２１〜１２５は、夫々が椎骨１０の頭部側を覆う頭部側部材１３１〜１３５と椎骨１０の臀部側を覆う臀部側部材１５１〜１５５とを備えている。脊椎制動具１００が取り付けられる椎骨１０、１０、…のうち最も頭部側の椎骨に固定可能な被覆部１２１を第１の被覆部とし、脊椎制動具１００が取り付けられる椎骨１０、１０、…のうち頭部側からｎ番目（ただし、ｎは２以上の自然数）の椎骨に固定可能な被覆部を第ｎの被覆部としたとき、第ｎ’の被覆部（ただし、ｎ’は１からｎ−１までの自然数）に備えられる臀部側部材１５１〜１５５と、第ｎ’＋１の被覆部に備えられる頭部側部材１３２〜１３５と、第ｎ’の被覆部に備えられる臀部側部材１５１〜１５５及び第ｎ’＋１の被覆部に備えられる頭部側部材１３２〜１３５を連結する関節部１４１〜１４３とが一体化されている。
脊椎制動具１００において、関節部１４１〜１４３は関節部４０又は関節部８０と同様の形態とすることができるため、詳細な説明は省略する。また、被覆部１２１〜１２５は夫々配設される位置に応じて適切な形態に成形されるため、関節部１４１〜１４３が備えられる位置や椎弓に接する側の面の形状等は夫々異なるが、概ね被覆部２０と同様の形態とすることができるため、詳細な説明は省略する。
また、これまでの本発明の脊椎制動具の説明では、隣り合う一方の被覆部の一部と他方の被覆部の一部とが関節部を介して一体化されている形態を例示して説明したが、本発明の脊椎制動具はかかる形態に限定されない。本発明の椎制動具は、被覆部と関節部とが別々に成形されており、被覆部に対して関節部を着脱可能である形態であってもよい。かかる形態とすることによって、まず椎骨に被覆部を固定した後、隣り合う被覆部を関節部で連結することができる。例えば、独立して成形された複数の被覆部を夫々の椎骨に固定し、所定の期間が経過して自家骨により該被覆部が椎骨に恒久的に固定された後、隣り合う被覆部を関節部で連結することができる。
また、これまでの本発明の脊椎制動具の説明では、被覆部が頭部側部材と臀部側部材とを備えている形態を例示して説明したが、本発明の脊椎制動具はかかる形態に限定されない。本発明の脊椎制動具において、被覆部は、椎骨に着脱可能であり、椎骨が有する椎弓の少なくとも一部を覆うようにして椎骨に取り付けたときに該椎骨との相対的位置を固定可能となる形態であれば、特に限定されない。例えば、これまでの本発明の説明では、被覆部を構成する２つの部材によって椎弓を上下方向に挟み込む形態について説明したが、本発明において、被覆部を構成する部材の数及びそれらの部材によって椎弓を挟み込む（包む）方向は特に限定されない。ただし、被覆部の椎骨への着脱のし易さ等の観点からは、被覆部が頭部側部材と臀部側部材とに分けて成形されている形態が好ましい。
また、これまでの本発明の脊椎制動具の説明では、頭部側部材と臀部側部材とが耳部において固定具によって連結される形態を例示して説明したが、本発明の脊椎制動具はかかる形態に限定されない。本発明の脊椎制動具において、被覆部を複数の部材で構成し、該複数の部材を結合させることによって被覆部で椎弓を覆う形態とする場合、該複数の部材を結合させる方法は特に限定されない。例えば、各部材を嵌合することによって結合できる形態であってもよい。
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 椎骨
１１ 椎体
１２、１２ａ、１２ｂ 椎弓
１３ 横突起
１４ 棘突起
１５ 椎孔
２０ 第１の被覆部
２１ 第１の頭部側部材
２１ａ 耳部
２２ 第１の臀部側部材
２２ａ 耳部
２３ 固定具
３０ 第２の被覆部
３１ 第２の頭部側部材
３１ａ 耳部
３２ 第２の臀部側部材
３２ａ 耳部
３３ 固定具
４０、８０ 関節部
５０、７０、１００ 脊椎制動具
６０ 弾性のある組織
１１ 椎体
１２、１２ａ、１２ｂ 椎弓
１３ 横突起
１４ 棘突起
１５ 椎孔
２０ 第１の被覆部
２１ 第１の頭部側部材
２１ａ 耳部
２２ 第１の臀部側部材
２２ａ 耳部
２３ 固定具
３０ 第２の被覆部
３１ 第２の頭部側部材
３１ａ 耳部
３２ 第２の臀部側部材
３２ａ 耳部
３３ 固定具
４０、８０ 関節部
５０、７０、１００ 脊椎制動具
６０ 弾性のある組織
Claims (9)
- 複数の椎骨に装着して脊椎の動きを制御可能な脊椎制動具であって、
前記複数の椎骨の夫々について、該椎骨が有する椎弓の少なくとも一部を覆うことで該椎骨に固定可能な被覆部と、
隣り合う前記被覆部の相対的位置を変更可能に隣り合う前記被覆部を連結する関節部と、を備えており、
前記被覆部は夫々密着面を有する２つ以上の部材を備えており、
前記密着面は前記椎弓の表面形状と雄雌の関係の形状を有して前記椎弓に密着可能な面であり、
前記関節部が隣り合う前記被覆部の間に配置されている、脊椎制動具。 - 前記被覆部が２つの部材を備えており、該２つの部材で前記椎弓を挟むことによって前記椎骨に固定可能である、請求項１に記載の脊椎制動具。
- 前記隣り合う被覆部のうち頭部側の前記被覆部が、前記椎弓の頭部側を覆う第１の頭部側部材と、前記椎弓の臀部側を覆う第１の臀部側部材とを備え、
前記隣り合う被覆部のうち臀部側の前記被覆部が、前記椎弓の頭部側を覆う第２の頭部側部材と、前記椎弓の臀部側を覆う第２の臀部側部材とを備え、
前記第１の臀部側部材と前記第２の頭部側部材と前記第１の臀部側部材及び前記第２の頭部側部材を連結する前記関節部とが一体化されている、請求項１又は２に記載の脊椎制動具 - 前記被覆部の夫々が、前記椎弓の頭部側を覆う頭部側部材と前記椎弓の臀部側を覆う臀部側部材とを備えており、
前記被覆部が固定される椎骨のうち最も頭部側の椎骨に固定可能な被覆部を第１の被覆部とし、前記被覆部が固定される椎骨のうち頭部側からｎ番目（ただし、ｎは２以上の自然数）の椎骨に固定可能な被覆部を第ｎの被覆部としたとき、第ｎ’の被覆部（ただし、ｎ’は１からｎ−１までの自然数。）に備えられる前記臀部側部材と、第ｎ’＋１の被覆部に備えられる前記頭部側部材と、前記第ｎ’の被覆部に備えられる前記臀部側部材及び第ｎ’＋１の被覆部に備えられる前記頭部側部材を連結する前記関節部とが一体化されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の脊椎制動具。 - 前記被覆部と前記関節部とが別々に成形されており、前記被覆部に対して前記関節部を着脱可能である、請求項１又は２に記載の脊椎制動具。
- 前記被覆部の前記密着面を含む部分において、メッシュ状又はスポンジ状に成形された部分を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の脊椎制動具。
- 前記被覆部が、前記密着面及び前記メッシュ状又はスポンジ状に成形された部分に骨誘導基質を備えている、請求項６に記載の脊椎制動具。
- 前記被覆部を前記椎骨に固定する固定部材を備える、請求項１〜７のいずれかに記載の脊椎制動具。
- 請求項１〜８のいずれかに記載の脊椎制動具の前記被覆部を粉末焼結積層造形法によって成形する、脊椎制動具の製造方法。
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