KR102355931B1

KR102355931B1 - 인공 디스크 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102355931B1
Application number: KR1020190067815A
Authority: KR
Inventors: 이부락; 성지원
Original assignee: (주)서한케어
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2022-01-28
Also published as: KR20200141555A

Abstract

서로 마주하는 척추 사이에 설치되는 인공디스크 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
이 개시된 인공 디스크 및 그 제조방법은 척추 중 어느 한 척추에 접하여 설치되는 것으로, 척추 중 어느 한 척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제1고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제1수용홈이 형성되는 제1플레이트와; 척추 중 다른 한 척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제2고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제2수용홈이 형성되는 제2플레이트와; 제1수용홈과 제2수용홈 사이에 위치하며, 제1플레이트에 대해 제2플레이트가 상대적으로 평면운동 및 회전운동 할 수 있도록 운동하는 코어운동부재; 및 코어운동부재의 일 부분과 제1플레이트 사이에 설치되고 내부에는 제3수용홈이 형성되는 것으로, 코어운동부재에 대해 제1플레이트가 상대적으로 평면운동시 충격 및 소음을 완화시키는 완충부재를 포함한다.

Description

인공 디스크 및 그 제조방법{ARTIFICIAL DISC AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 인공 디스크에 관한 것으로서, 상세하게는 이식 후 척추의 움직임에서 받게 되는 힘에도 형태가 변하지 않도록 유지되고 마찰 충격 및 소음을 저감하여 장기간 사용할 수 있는 인공 디스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

척추는 신체 뒷부분에서 몸을 지지하는 기다란 뼈 구조물로서, 경추(목뼈) 7개, 흉추(등뼈) 12개, 요추(허리뼈) 5개, 엉치뼈 1개 및 꼬리뼈 1개로 총 26개의 척추뼈들로 이루어져 있다. 엉치뼈 및 꼬리뼈를 제외하고 나머지 척추뼈들 사이엔 척추뼈 간을 이어주는 강한 연결조직인 디스크(추간판)이 있다. 이때 디스크는 체중부하 시 척추뼈 사이의 쿠션 역할 즉, 충격 흡수 기능을 할 수 있다.

한편, 디스크는 퇴행성 변화와 같은 노화, 육체적인 과부하, 강한 외부충격, 잘못된 자세 등에 의해 디스크안에 있는 수핵이 외부층인 섬유륜을 뚫고 나가 주위 신경을 압박하여 통증을 유발시킬 수 있다. 이러한 디스크의 제 기능이 상실되는 경우 동일한 기능을 하는 인공 디스크로 대체할 수 있다. 이 인공 디스크는 기존 디스크의 수핵이 빠져나가 낮아진 디스크의 높이를 원래대로 복원시켜 유지함은 물론 디스크가 원래 가지고 있던 자연스럽게 움직이는 기능을 되살릴 수 있다. 따라서, 현재 다양한 종류의 척추 인공디스크가 개발되어 사용되고 있다. 그러나 종래의 척추용 인공디스크는 이식 후 척추 사이에서 이탈되거나 국소적 후만 변형 및 불융합이 발생되는 문제점이 있다. 또한, 일상생활에서 시술 환자들이 신체 척추 운동시 불편함을 호소하고 더 나아가 인공디스크 내부의 마찰로 인하여 인지할 수 있는 소음이 발생되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1457763호(2014.10.28.) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0055226호(2013.05.28.)

본 발명은 상기한 점들을 감안하여 창안된 것으로서, 인공 디스크 내부의 마찰 충격 및 소음을 저감하여 장기간 사용할 수 있는 인공 디스크 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 서로 마주하는 척추 사이에 설치되는 인공디스크에 있어서, 상기 척추 중 어느 한 척추에 접하여 설치되는 것으로, 상기 척추 중 어느 한 척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제1고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제1수용홈이 형성되는 제1플레이트와; 상기 척추 중 다른 한 척추에 접하여 설치되는 것으로, 상기 척추 중 다른 한 척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제2고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제2수용홈이 형성되는 제2플레이트와; 상기 제1수용홈과 상기 제2수용홈 사이에 위치하며, 상기 제1플레이트에 대해 상기 제2플레이트가 상대적으로 평면운동 및 회전운동 할 수 있도록 운동하는 코어운동부재; 및 상기 코어운동부재의 일 부분과 상기 제1플레이트 사이에 설치되고 내부에는 제3수용홈이 형성되는 것으로, 상기 코어운동부재에 대해 상기 제1플레이트가 상대적으로 평면운동시 충격 및 소음을 완화시키는 완충부재를 포함할 수 있다.

상기 제1수용홈은 외형이 반원형상을 이루어지며 상호 소정 간격으로 이격 되게 형성되는 한 쌍의 반원부와; 상기 한 쌍의 반원부 사이의 이격 부분에 연장 형성된 연장부를 포함할 수 있다.

상기 코어운동부는 상기 완충부재와 접하여 설치되고 상기 완충부재와 함께 상기 제1플레이트에 대하여 상대적으로 평면운동 하는 평면운동부와; 상기 평면운동부와 연결되어 상기 제2수용홈에 설치되는 것으로, 곡면으로 형성되어 상기 코어운동부에 대해 상기 제2플레이트가 상대적으로 회전운동 하는 회전운동부; 및 상기 평면운동부와 상기 회전운동부 사이에 개재되는 것으로, 상기 회전운동부의 하중을 상기 평면운동부가 지지하면서 상기 제1수용홈의 측면에 록킹되도록 하는 네크부를 더 포함할 수 있다.

상기 코어운동부재는 상기 회전운동부의 적어도 일부에 인입 형성된 인입부를 더 포함할 수 있다.

상기 인입부는 상기 회전운동부의 중심에 형성되는 홀, 상기 회전운동부의 전반에 걸쳐 인입 형성된 복수의 딤플 및 상기 회전운동부 상에 선형상으로 인입 형성된 그루브 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 인입부의 내부에 수용되어, 윤활 기능 및 척추를 강화하는 척추 강화제를 더 포함할 수 있다.

상기 코어운동부는 세라믹으로 이루어지고, 상기 완충부재는 합성고분자 소재로 이루어질 수 있다.

상기 제2플레이트는 소정의 두께를 가지고 상부는 곡면을 이루며, 하부는 평면을 이루는 것으로, 전방의 일면 높이가 후방의 일면 높이 보다 클 수 있다.

상기 제1 및 제2고정돌기는 다수가 형성되는 것으로, 상기 제1 및 제2경추와 접하는 상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트 각각의 일면에 위치하고, 상기 제1 및 제2고정돌기 사이의 간격이 전방에서 후방으로 갈수록 좁게 배열될 수 있다.

상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트 각각은 코발트-크롬-몰리브덴 합금의 금속재료로 이루어진 본체; 및 상기 제1 및 제2경추와 접하는 상기 본체의 일면에 티타늄 및 하이드록시아파타이트 중 적어도 어느 하나로 코팅되는 코팅층을 포함할 수 있다.

상기 제1플레이트에 대하여 상기 제2플레이트가 운동시 그 사이의 내부 최대각의 범위가 20 내지 25˚일 수 있다.

또한, 서로 마주하는 척추 사이에 설치되는 인공디스크에 있어서, 상기 척추 중 어느 한 척추에 접하여 설치되는 것으로, 상기 척추 중 어느 한 척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제1고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제1수용홈이 형성되는 제1플레이트와; 상기 척추 중 다른 한 척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제2고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제2수용홈이 형성되는 제2플레이트와; 상기 제1수용홈과 상기 제2수용홈 사이에 위치하며, 상기 제1플레이트에 대해 상대적으로 평면운동하면서 충격 및 소음을 저감시키고, 상기 제2플레이트에 대해 상대적으로 회전운동하는 코어운동부재를 포함하며, 상기 코어운동부재는 상기 제2수용홈에 접하여 설치되는 것으로, 곡면으로 형성되어 상기 제2플레이트에 대해 상대적으로 회전운동 하는 회전운동부와; 상기 코어운동부재의 하부면에 위치하는 것으로, 상기 제1수용홈에 접하여 설치되고 상기 제1플레이트에 대해 상대적으로 평면운동하면서 상기 제1수용홈 내에서 이탈을 방지하고 충격 및 소음을 저감하는 플랜지부; 및 상기 회전운동부와 상기 플랜지부 사이에 개재되는 것으로, 상기 제1수용홈에 록킹하여 플랜지부가 정합 설치할 수 있도록 하고 상기 코어운동부재의 평면운동시 충격 및 소음을 저감하는 네크부를 포함할 수 있다.

또한, 서로 마주하는 척추 사이에 설치되는 제1플레이트, 제2플레이트, 코어운동부재 및 상기 제1플레이트와 상기 코어운동부재 사이에 설치되는 완충부재로 이루어진 인공 디스크의 제조방법에 있어서, 상기 척추 중 어느 한 척추와 접하는 일면에 복수개의 제1고정돌기가 형성되고, 타면에는 한 쌍의 반원이 소정 간격 이격되고 그 사이에 연장부가 연장 형성된 형상의 제1수용홈이 형성되는 제1플레이트를 제조하는 단계; 상기 척추 중 다른 한 척추와 접하는 일면에 복수개의 제2고정돌기가 형성되고, 타면에는 제2수용홈이 형성된 제2플레이트를 제조하는 단계; 상측에는 곡면으로 형성되어 상기 제2플레이트가 상대적으로 회전운동 하는 회전운동부와, 하측에는 평면으로 형성되어 상기 제1플레이트가 상대적으로 평면운동하는 평면운동부 및 상기 회전운동부와 상기 평면운동부 사이에 개재되어 측면에 형성된 네크부를 포함하는 코어운동부재를 제조하는 단계; 상기 제1플레이트 및 상기 코어운동부재 사이에 설치되는 것으로, 내부는 제3수용홈이 형성되고 상기 코어운동부재에 대해 상기 제1플레이트가 상대적으로 평면운동시 충격 및 소음을 완화시키는 탄성 소재로 이루어진 완충부재를 제조하는 단계; 및 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이에 일체화된 상기 코어운동부재 및 상기 완충부재를 삽입 설치하여 최종 조립하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 코어운동부를 제조하는 단계는 상기 회전운동부의 적어도 일부에 인입 형성된 인입부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 인공 디스크는 제1플레이트에 대하여 제2플레이트의 유동 시 그 사이의 내부 최대각의 범위를 가짐으로써 이식 후 환자들의 수술 적응증 및 목의 운동성을 향상시켜 일상생활의 활동에 제약이 없다.

또한, 본 발명에 따른 인공 디스크는 완충부재를 포함함으로써 코어중심부와 제1플레이트 간의 마찰 충격 및 소음을 저감하고 장기간 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 인공 디스크 제조방법은 제1플레이트에 코어중심부재를 삽입 체결하는 것이 용이하나 이식 후는 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인공 디스크가 인접한 경추 사이에 A에 B방향으로 삽입된 후 설치된 모습을 측면에서 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크를 나타낸 분해도.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 분해 단면도.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제1실시예를 나타낸 조립 단면도.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제2실시예를 나타낸 조립 단면도.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제3실시예를 나타낸 조립 단면도.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제2플레이트를 나타낸 정면도.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제2플레이트를 나타낸 평면도.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제1변형예에 따른 코어중심부재를 나타낸 단면도.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제2변형예에 따른 코어중심부재를 나타낸 단면도.
도 7b는 도 7a의 회전운동부를 나타낸 평면도.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제3변형예에 따른 코어중심부재를 나타낸 단면도.
도 8b는 도 8a의 회전운동부를 나타낸 평면도.
도 9는 요부를 확대하여 보인 도 4c의 결합 단면도.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 C, D 방향 작동 상태를 보인 단면도.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 A방향 작동 상태를 보인 단면도.
도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 B방향 작동 상태를 보인 단면도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크를 나타낸 분해도.
도 12은 도 11의 XⅡ- XⅡ선을 따라 절단한 분해 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인공 디스크 및 그 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다. 여기서, 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로서, 각 구성요소가 실제의 크기와 정확하게 일치하는 것은 아니다.

먼저, 본 발명 설명을 위하여 방향을 규정하기로 한다. 인공디스크가 환자의 척추에 삽입된 상태에서 시술 환자의 앞(전방)을 향하는 방향을 설명의 편의상 'A'(전방)이라고 하고, 그 반대의 방향 즉, 시술 환자의 뒤(후방)을 향하는 방향을 설명의 편의상 'B'(후방)이라고 한다. 그리고, 설명 편의상 '좌우방향'이라 함은 A와 B를 잇는 선에 2차원인 평면 상으로 수직하면서 좌측 및 우측에 위치하는 방향을 설명의 편의상 'C'(좌측) 및 'D'(우측)이라고 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인공 디스크가 척추 중 어느 한 척추 및 척추 중 다른 한 척추 사이에 A에 B방향으로 삽입된 후 설치된 모습을 측면에서 나타낸 단면도이다. 여기서, 척추는 신체 뒷부분에서 몸을 지지하는 기다란 뼈 구조물로, 상세하게 경추, 흉추 및 요추로 구성된 척추뼈들로 이루어진 것을 말한다. 따라서, 도면에서 말하는 척추는 이들 중 적어도 어느 하나를 의미할 수 있다.

척추 중 어느 한 척추(1)는 하부에 위치한 척추(하추체)를 의미하고, 척추 중 다른 한 척추(3)는 척추 중 어느 한 척추(1)와 대응하는 상부에 위치한 척추(상추체)를 의미한다. 본 발명의 실시예에 따른 인공 디스크(100)는 척추 중 어느 한 척추(1) 및 다른 한 척추(3) 사이에 설치되는 것으로, 의사 또는 시술자가 설치할 때 A방향(전방) 즉, 시술 환자의 정면(전방)을 향하는 방향에서 B방향(후방) 즉, 시술 환자의 후면(후방)을 향하는 방향으로 설치할 수 있다. 또한, 척추 중 어느 한 척추(1) 및 다른 한 척추(3)는 척추 중에서 크기가 가장 작고 전체적으로 'C'자 형태로 형성되어 다른 척추에 비해 움직임이 용이함에 따라 머리의 회전이나 흔들기, 끄덕임 등의 운동을 한다. 예를 들어, '머리의 끄덕임'일 때는 A와 B방향으로 척추 중 어느 한 척추 및 다른 한 척추(1)(3)가 움직일 수 있고, '머리의 흔들기 및 회전'일 때는 A, B, C 및 D방향 중 적어도 어느 하나로 척추 중 어느 한 척추 및 다른 한 척추(1)(3)가 움직일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크를 나타낸 분해도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 분해 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크(100)는 상기 척추 중 어느 한 척추(1)에 접하여 설치되는 제1플레이트(110), 상기 척추 중 다른 한 척추(3)에 접하여 설치되는 제2플레이트(170), 제1 및 제2플레이트(110)(170) 사이에 설치되는 코어운동부재(150) 및 완충부재(130)를 포함할 수 있다.

제1플레이트(110)는 일면이 척추 중 어느 한 척추(1)와 접하고 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제1고정돌기(115)를 구비하고, 그 타면이 제1수용홈(111)이 형성될 수 있다. 상세하게 제1고정돌기(115)는 제1플레이트(110) 상측 횡방향으로 형성되어 인공 디스크(100)가 척추 중 어느 한 척추 및 다른 한 척추(1)(3)에서 이탈되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.

여기서, 제1수용홈(111)은 한 쌍의 반원이 소정 간격으로 이격 되게 형성되고 오목한 곡면으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1수용홈(111)은 내부 중심으로 갈수록 오목한 반추형 등의 홈형태를 가질 수 있다. 제1수용홈(111)의 오목한 곡면 형상의 기능은 척추 분절 운동시 제1플레이트(110)가 제2플레이트(170) 및 코어운동부재(150)로부터 받는 충격 및 압력을 완충시킬 수 있다.

또한 제1수용홈은 반원부(113) 및 연장부(117)를 포함할 수 있다. 여기서 반원부(113)는 외형이 반원형상을 이루어지며 상호 소정 간격으로 이격 되게 형성되는 한 쌍를 가질 수 있다. 연장부(117)은 상기 한 쌍의 반원부(113) 사이의 이격 부분에 연장 형성될 수 있다.

여기서 연장부(117)는 타원형으로 2차원 평면상의 좌우측면이 코어운동부재(150) 하부면 보다 넓기 때문에 코어운동부재(150)의 하부면 어느 방향으로 체결하더라도 용이하게 체결 가능할 수 있다. 반면, 제1수용홈(111)의 연장부(117)와 코어운동부재(150) 하부면의 상하측 길이가 일치하여 코어운동부재(150) 기울려서 체결할 수 있다. 따라서 제1수용홈이 연장부(117)를 갖는 구조는 코어운동부재(150)가 제1플레이트(110)와 체결 후에도 분리 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1플레이트(110)는 척추 중 어느 한 척추 및 다른 한 척추(1)(3)에 설치하기 위한 툴(Tool)을 고정시키기 위하여 양측면에 툴과 일치하는 깊이의 제1툴홈(119)을 더 포함할 수 있다.

제2플레이트(170)는 일면이 척추 중 다른 한 척추(3)와 접하고 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제2고정돌기(175)를 구비하고, 그 타면에 제2수용홈(171)이 형성될 수 있다. 여기서 제2수용홈(171)은 내부에 오목하게 반구형상으로 형성될 수 있다. 또한, 제2플레이트(170)는 척추 중 어느 한 척추 및 다른 한 척추(1)(3)에 설치하기 위한 툴(Tool)을 고정시키기 위하여 양측면에 툴과 일치하는 깊이의 제2툴홈(179)을 더 포함할 수 있다.

코어운동부재(150)는 제1수용홈(111)과 제2수용홈(171) 사이에 위치하며, 제1플레이트(110)에 대해 제2플레이트(170)가 상대적으로 평면운동 및 회전운동 할 수 있도록 운동할 수 있다. 코어운동부재(150)는 실제 도 3을 참조하면 상세하게 코어운동부재(150)는 평면운동부(157), 회전운동부(155) 및 네크부(153)를 포함할 수 있다. 평면운동부(157)는 완충부재(130)와 접하여 설치되고 완충부재(130)와 함께 제1플레이트(110)에 대하여 상대적으로 평면운동할 수 있다. 회전운동부(155)는 평면운동부(157)와 연결되어 제2수용홈(171)에 설치되는 것으로, 곡면으로 형성되어 코어운동부재(150)에 대해 제2플레이트(170)가 상대적으로 회전운동 할 수 있다. 네크부(153)는 평면운동부(157)와 회전운동부(155) 사이에 개재되는 것으로, 회전운동부(155)의 하중을 평면운동부(157)가 지지하면서 제1수용홈(111)의 측면에 록킹되도록 할 수 있다. 즉, 네크부(153)는 회전운동부(155)의 면적이 평면운동부(157) 보다 하중이 있고 면적이 더 넓은 형상을 가짐에 따라 균형을 잡고 하중을 지지하는 역할을 할 수 있다.

완충부재(130)는 코어운동부재(150)와 제1플레이트(110) 사이에 설치되고 내부에는 코어운동부재(150)가 접하여 설치되는 제3수용홈(151)이 형성될 수 있다. 또한, 코어운동부재(150)에 대해 제1플레이트(110)가 상대적으로 평면운동시 충격 및 소음을 저감시키는 완충 역할을 할 수 있다.

코어운동부재(150)는 세라믹으로 이루어지고, 완충부재(130)는 합성고분자 소재로 이루어질 수 있다. 즉, 코어운동부재(150)는 기계적 강도가 보다 강한 세라믹 소재로 제조되고 완충부재(130)는 내구성도 있으면서 코어운동부재(150)와 제1플레이트(110) 사이의 운동에 의한 충격 및 소음을 완충하는 데 보다 적합한 합성고분자 소재를 사용할 수 있다. 따라서, 코어운동부재(150) 및 완충부재(130)는 서로 상호 보완적인 성질의 소재로 제조되어 설치 후에도 충격을 흡수하고 소음이 감소되어 장기간 사용할 수 있는 효과가 있다.

코어운동부재(150)는 세라믹(Ceramics)으로 제조될 수 있다. 특히 인공치아, 인공뼈, 인공장기 등에 응용되는 재료로써 화학적 안정성 및 생체친화성이 있는 세라믹으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 파인 세라믹(fine ceramics), 질화규소를 주체로 한 세라믹스, 알루미나(Al₂O₂), 지르코니아(Zirconia, ZrO₂), 수산화아파타이트(수산화인회석, Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂), TCP(Tricalcium Phosphate) 등을 포함할 수 있다. 이러한 세라믹은 생체적합성이 우수하고 압축강도 및 내마모성이 우수하다. 또한, 세라믹은 기계적 강도가 뛰어나고 충격저항이 향상할 수 있어 내구성이 뛰어난 장점이 있기 때문에 제1 및 제2플레이트(110) (170) 사이에 이탈되어 인체 조직 내부에 침강하더라도 생체 내부에 불활성하여 부작용을 일으키지 않는다. 그러나 코어운동부재(150)는 세라믹 소재에 한정되는 것은 아니며, 합성고분자재료 예를 들면, 폴리비닐크로라이드(PVC, Polyvinylchloride), 폴리프로필렌(PP, Polypr-opylene), 폴리아마이드(Nylons, Polyamide), 폴리메틸메타아크릴레이트 (PMMA, Polymethylmethacryulate), 실리콘(Silicon), 초합성고분자량 폴리에틸렌 (Ultra-high-molecular polyethylene; 이하 UHMWPE) 등과, 생체고분자재료 예를 들면, 콜라겐(collagen-교원질), 다당질 등 및 금속재료 예를 들면, 스테인리스강, Co-Cr 합금, 티타늄(Ti) 및 티타늄 합금, 형상기억합금 등의 생체 적합성 소재 중 적어도 하나로 선택되어 다양하게 제조될 수 있다.

또한, 완충부재(130)는 코어운동부재(15)가 제1플레이트(110)와 상대적으로 평면운동할 때 충격에 의한 마찰이 발생할 수 있고 소음이 발생되는 것을 저감시켜 완충하도록 합성고분자 소재로 제조될 수 있다. 합성고분자는 예를 들어, 폴리비닐크로라이드(PVC, Polyvinylchloride), 폴리프로필렌(PP, Polypr-opylene), 폴리아마이드(Nylons, Polyamide), 폴리메틸메타아크릴레이트 (PMMA, Polymethylmethacryulate), 실리콘(Silicon) 및 초합성고분자량 폴리에틸렌 (Ultra-high-molecular polyethylene; 이하 UHMWPE) 등 중 적어도 하나를 선택하여 제조될 수 있다.

완충부재(130)는 합성고분자 소재에 한정되는 것은 아니며, 초합성고분자량 폴리에틸렌(Ultra-high-molecular polyethylene; 이하 UHMWPE) 등의 폴리머, 폴리우레탄 등의 저마찰 에라스토머 등의 생체 적합성 소재로 다양하게 제조될 수 있다. 여기서 UHMWPE은 분자량이 매우 높은 PE수지로써 이것의 평균 분자량은 고밀도 폴리에틸렌 분자량의 10배정도이다. 극저온에서도 그대로 유지되는 고충격 강도를 가지고 있고 아주 강한 충격(응력)을 가해도 금이 가지 않는 장점이 있다. 또한, 용융점도가 커서 내마모성 자기 윤활성, 고응력에서의 에너지 흡수량, 연편향온도 등 각종 기계적 성질이 우수한 소재이다. 보다 상세하게 초합성고분자량 폴리에틸렌(Ultra-high-molecular polyethylene; 이하 UHMWPE) 분말은 밀도가 침지법에 따라 측정된 결과의 평균값으로 945 이내일 수 있다. 즉, 구체적으로 925 내지 945 kg/㎥일 때 적절한 수 있다. 또한, 항복시 인장 응력(σ_y)이 18 MPa 이상이고, 판단시 인장 응력(σ_R)이 25 MPa 이상, 신장시 연신율(εR)이 250% 이상 및 홀 충격 강도(α_CN)가 25 내지 126kJ/㎡ 인 물리적 특성을 가질 수 있다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제1실시예를 나타낸 조립 단면도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제2실시예를 나타낸 조립 단면도이며, 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제3실시예를 나타낸 조립 단면도이다.

특히, 제1수용홈(111) 및 완충부재(130)는 하기의 수학식 1을 만족할 수 있다.

여기서, D_1a는 상기 제1플레이트(110)와 평행하게 위치한 상기 완충부재(130)의 저면 직경을 의미하고, D_1b는 상기 제1플레이트에 대해 비스듬하게 위치한 상기 완충부재(130)의 저면과 사이각을 이루는 밑면 직경을 의미하며, D₂는 상기 제1수용홈(111)의 입구부분 세로축을 기준의 직경을 의미하며, D₃은 상기 제1수용홈(111)의 입구부분 가로축을 기준의 직경을 의미한다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 제1수용홈(111)은 세로축과 가로축의 직경이 서로 다른 타원형을 형성할 수 있다. 즉, 제1수용홈(111)의 입구부분 가로축을 기준의 직경(D₃)은 완충부재(130)의 저면 어느 방향으로 설치하여도 용이하게 설치될 수 있다. 반면, 제1수용홈(111)의 입구부분 세로축을 기준의 직경(D₂)은 제1플레이트(110)와 평행하게 위치한 상기 완충부재(130)의 저면 직경(D_1a) 보다 작기 때문에 도 4b와 같이 비스듬하게 설치할 수 있다. 따라서, 설치 후 제1플레이트(110)와 완충부재(130) 간의 분리 이탈되지 않는 이점이 있다. 아울러, 본 발명에 따른 인공 디스크(100)는 이식 후 척추의 움직임에서 받게 되는 힘에도 형태가 변하지 않도록 유지되고 마찰 충격 및 소음을 저감하여 장기간 사용할 수 있다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제2플레이트를 나타낸 정면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크(100)의 제2플레이트(170)는 소정의 두께를 가지고 상부는 곡면을 이루며, 하부는 평면을 이루는 것으로, 전방의 일면 높이가 후방의 일면 높이 보다 클 수 있다. 이와 같은 구조는 코어운동부재(150)의 곡면을 따라 제2플레이트(170)가 유연하게 움직일 수 있고 코어운동부재(150)에 미치는 하중을 효율적으로 분산시킬 수 있다.

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제2플레이트를 나타낸 평면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크(100)의 제1고정돌기(115) 및 제2고정돌기(175)는 다수가 형성되는 것으로, 척추 중 어느 한 척추 및 다른 한 척추(1)(3)와 접하는 제1플레이트(110) 및 제2플레이트(170) 각각의 일면에 위치할 수 있다. 제1고정돌기(115) 및 제2고정돌기(175)은 직삼각형상으로 B방향으로 체결시에는 용이하게 체결되나 A로 강제로 힘을 가하지 않는 이상 이탈되지 않도록 할 수 있다. 이때 제1고정돌기(115) 및 제2고정돌기(175) 사이의 간격이 A(전방)에서 B(후방)으로 갈수록 좁게 배열될 수 있다. 이와 같은 제1고정돌기(115) 및 제2고정돌기(175)의 방사형 배열 형태는 좁은 배열이 넓은 배열 보다 고정력이 보다 클 수 있다. 따라서, A(전방)에서 B(후방)로 체결시에는 용이하게 체결되나 B(후방)에서 A(전방)로 이탈 분리시에는 별도의 기구 도움 없이 빼기에는 어려울 수 있다.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제1변형예에 따른 코어운동부재를 나타낸 단면도이고, 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제2변형예에 따른 코어운동부재를 나타낸 단면도이며, 도 7b는 도 7a의 회전운동부를 나타낸 평면도이다. 또한, 도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제3변형예에 따른 코어운동부재를 나타낸 단면도이고, 도 8b는 도 8a의 회전운동부를 나타낸 평면도이다.

도 6 내지 도 8b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제1변형예 내지 제3변형예에 따른 코어중심부재(150)의 회전운동부(155)는 적어도 일부에 인입 형성된 인입부(151)를 더 포함할 수 있다. 이 인입부(151)는 회전운동부(155)의 중심에 형성되는 홀(155a)를 포함할 수 있다. 여기서, 홀(155a)는 노치, 홈, 관통공 등을 의미할 수 있다. 또한, 회전운동부(155)의 전반에 걸쳐 인입 형성된 복수의 딤플(155b)을 포함할 수 있으며, 회전운동부(155) 상에 선형상으로 인입 형성된 그루브(155c)를 포함할 수 있다. 즉, 인입부(151)는 홀(155a), 딤플(155b), 그루브(155c)중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제1변형예에 따른 코어중심부재(150)는 홀(155a)을 포함할 수 있다. 한편, 제2수용홈(171)과 코어중심부재(150) 간 서로 조립되거나 각각 가공되었을 때 발생하는 공차로 인한 점 접촉이 생기고 이 부분이 균열이 생기게 될 경우 마찰이 증가할 수 있다. 그러나, 코어중심부재(150)에 인입부(151)가 형성됨으로써 면 접촉이 될 수 있고, 점 접촉되었을 때 보다 마찰이 감소될 수 있다. 따라서, 시술 후에도 환자들의 일상적 척추 분절 활동에 있어 제약 및 불편함 없이 생활할 수 있다.

도 7a 및 7b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 제2변형예에 코어운동부재(150)의 회전운동부(155)는 중심에 위치한 홀(155a)와 상기 홀(155a) 주변에 복수의 딤플(155b)를 더 포함할 수 있다. 딤플(155b)은 골프공의 표면에 형성된 작은 홈인 딤플(Dimple)과 같은 형상으로 홀(155a)와 동일하게 원형, 삼각형 및 다각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 도 7b에서 보는 바와 같이 회전운동부(155)의 중심에 홀(155a)가 형성되고 그 주변에 일정한 방사형 배열로 반구형의 작은 홈과 같은 복수개 딤플(155b)이 형성될 수 있다. 따라서, 수용홈(171)과 회전운동부(155) 간의 가공 공차로 인하여 발생된 마찰을 감소시키고 접촉의 유연성을 향상시킬 수 있다. 한편, 회전운동부(155)에 복수개의 딤플(115b) 간의 공간이 일정한 균형을 갖도록 배열될 경우 제2수용홈(171)에 접할 때의 마찰이 보다 감소될 수 있다.

도 8a 내지 도 8b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크(100)의 제3변형예에 따른 코어운동부재(150)의 회전운동부(155)는 중심에 관통 형성된 홀(155a)과 적어도 하나의 그루브(155c)를 포함할 수 있다. 홀(155a)은 척추 분절 운동에 의해 인공 디스크(100)가 마찰하여 발생되는 마모된 미세 가루와 같은 이물질 등을 수용할 수 있다. 따라서, 홀(155a)의 내부는 이물질을 수용하여 인공 디스크(100) 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있기 때문에 시술 후 염증과 같은 부작용을 감소시킬 수 있다.

한편, 인공 디스크(100)를 서로 마주하는 척추(1)(3) 사이에 설치 전 척추 강화제에 침지시킬 수 있다. 이때 코어운동부재(150)의 인입부(151)는 척추 강화제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 이 척추 강화제는 인입부(151) 내부에 수용되어 윤활 기능 및 척추를 강화시킬 수 있는 다양한 줄기세포(stem cell), 약품 및 수핵 등을 포함할 수 있다.

특히 줄기세포는 예를 들어, 배아 줄기세포(embryonic stem cells), 성체 줄기세포(Adult stem cell/tissue-specific stem cell) 및 유도 만능 줄기세포(lnduced pluripotent cells; iPSCs) 등을 포함할 수 있다.

또한, 적어도 하나의 그루브(155c)는 홀(155a) 내부에 저장된 척추 강화제가 흐르는 통로의 역할을 하여 서로 마주하는 척추 중 어느 한 척추 및 다른 한 척추(1)(3)에 흡수되도록 할 수 있다. 그루브(155c)는 적어도 하나로 코어운동부재(150)의 일 측면에 걸쳐서 곡면으로 형성된 부분 상에 선형상으로 인입 형성될 수 있다. 예를 들어, 그루브(155c)는 중심에서부터 4방향의 선형상일 수 있다. 이 그루브(155c)는 제2수용홈(171)에 대하여 코어운동부재(150)의 회전운동부(155)가 회전운동 및 병진운동할 때 가공 공차로 인하여 발생되는 마찰을 감소시키고 접촉의 유연성을 향상시킬 수 있다.

도 9는 요부를 확대하여 보인 도 3의 결합 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크(100)는 제1플레이트(110) 및 제2플레이트(170) 각각에 본체(10) 및 그 상부에 코팅층(20)을 포함할 수 있다. 도 6에는 제2플레이트(170)의 본체(10) 상부 즉, 척추 중 다른 한 척추 (3)와 접하는 상면에 코팅층(20)이 형성된 것으로 나타나 있지만, 제1플레이트(110)의 본체(10) 하부 즉, 척추 중 어느 한 척추(1)와 접하는 저면에도 코팅층(20)이 형성될 수 있다.

제1플레이트 및 제2플레이트(110)(170) 각각의 본체(10)는 코발트-크롬-몰리브덴 합금(Wrought cobalt-chromium-molybdenum alloy)의 금속재료, 티타늄 혹은 티타늄 합금, 코발트-크롬 합금, 스테인레스강 등과 같은 생체적합성 소재로 다양하게 제조될 수 있다. 상세하게, 본체(10)는 코발트-크롬-몰리브덴 합금 즉, 화학식으로 19Co28Cr6Mo로 이루어질 수 있다. 코발트-크롬-몰리브덴 합금소재의 함량은 크롬(Chromium)이 26 내지 30 중량%, 몰리브덴(Molybedenum) 이 5 내지 7 중량%, 철(Iron)은 0.75 중량% 이내, 망간(Manganese)이 1 중량% 이내, 실리콘(Silicon)이 1 중량% 이내, 탄소(Carbon)가 0.14 중량% 이내 또는 0.15 내지 0.35 중량%, 니켈(Nickel)이 1 중량% 이내, 질소(Nitrogen)가 0.25 중량% 이내 및 코발트(Cobalt)가 55 내지 70 중량%를 포함될 수 있다.

또한, 척추 중 어느 한 척추 및 다른 한 척추(1)(3)와 접하는 본체(10)의 일면에는 티타늄 (titanium) 및 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite; 이하 HA) 중 적어도 어느 하나로 코팅되는 코팅층(20)을 포함할 수 있다.

티타늄 코팅은 비합금 티타늄 및 티탄-알루미늄-바나듐 합금(화학식: Ti-6Al-4V) 분말로 코팅하는 것을 의미할 수 있다. 상세하게 티탄-알루미늄-바나듐 합금 분말은 알루미늄이 3 내지 10 중량%, 바나듐이 1 내지 4.5 중량%, 티탄이 85 내지 95 중량% 및 기타 첨가물이 0.11 내지 1.76 중량%를 포함할 수 있다. 한편, HA코팅은 하이드록시아파타이트 (hydroxyapatite)가 50 내지79 중량%, β-TCP가 0.5 내지 5 중량%, α-TCP가 0.5 내지 5 중량%, TTCP가 0.5 내지 5 중량%, CaO가 0.5 내지 5 중량% 및 기타 첨가물을 포함할 수 있다. 또한 코팅층의 두께는 0.01 내지 0.2mm로 이루어질 수 있다. 최소값인 0.01mm 미만일 경우, 코팅 경도가 낮아 스크래치에 약하여 코팅 본연의 목적이 상실될 수 있다. 또한, 최대값인 0.2mm 초과할 경우 소착될 확률이 높고 코어운동부 운동시 마찰이 높아질 수 있다. 따라서, 인공 디스크(100)의 본체(10) 상에 상기된 코팅층(20)을 포함함으로써 척추 중 어느 한 척추 및 다른 한 척추(1)(3)에 이식되는 인공 디스크(100)의 생체안정성(Biostability), 생체적합성(Biocompatibility) 및 계면친화성(Interfacial compatibility)을 향상시킬 수 있다.

도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 C, D 방향 작동 상태를 보인 단면도이고, 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 A방향 작동 상태를 보인 단면도이며, 도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 B방향 작동 상태를 보인 단면도이다.

도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 인공 디스크(100)는 코어운동부(150)을 중심점으로 제1플레이트(110)에 대하여 제2플레이트(170)가 앞, 뒤 및 좌우방향으로 움직일 수 있다. 특히, 인체의 해부학적 움직임을 고려할 때 특정 범위 내에서 움직임을 제한시킬 필요가 있다. 따라서, 제1플레이트(110)에 대하여 제2플레이트(170)의 유동 시 그 사이의 내부 최대각(θ)의 범위가 20 내지 25˚일 수 있다. 예를 들어, 도 8a에서 보는 바와 같이, 시술 환자의 정면 부분(A)에서 볼 때 C방향으로 제1플레이트(110)에 대하여 제2플레이트(170)가 접할 때 D방향에서의 내부 최대각(θ)의 범위가 20 내지 25˚일 수 있다. 이와 같이 반대의 D방향으로 접할 때 C방향에서의 내부 최대각(θ)의 범위는 동일할 수 있다.

한편, 하부 플레이트에 대하여 상부 플레이트 유동 각도의 내부 최대각(θ)이 5.77 내지 9.02˚를 갖는 종래 인공 디스크의 경우 이식 후 환자의 척추의 분절운동을 제한하고 분절 운동시 불편함을 느끼게 하는 한계가 있었다. 반면, 제1플레이트(110)에 대하여 제2플레이트(170)의 유동 시 그 사이의 내부 최대각(θ)의 범위가 20 내지 25˚임에 따라서 이식 후 환자들의 수술 적응증 및 척추 분절의 운동성을 향상시켜 일상생활의 활동에 제약이 없다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크(100)는 제1플레이트(110)에 대하여 제2플레이트(170)가 C 또는 D방향으로 접할 때 제1수용홈(111)에 위치한 완충부재(130)가 그와 반대되는 D 또는 C방향으로 평면운동할 수 있다. 이러한 완충부재(130)의 평면운동은 제2플레이트(170)에서 코어운동부(150)의 이탈을 방지하고 충격을 완화시키고 소음을 감소하는 효과를 가져올 수 있다.

그리고 도 10b를 참조하면, 인공 디스크(100)는 제1플레이트(110)에 대하여 제2플레이트(170)가 A방향으로 움직여 그 사이의 내부각을 나타낼 수 있다. 이때, B방향에서의 내부 최대각(θ)의 범위가 20 내지 25˚일 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크(100)는 제1플레이트(110)에 대하여 제2플레이트(170)가 A방향으로 접할 때 즉, 시술 환자가 정면으로 수그리는 운동을 할 때 제1수용홈(111)에 위치한 완충부재(130)가 반대인 B방향으로 평면운동할 수 있다. 이러한 완충부재(130)의 평면운동은 제1플레이트(110)에서 코어운동부(150)의 이탈을 방지하고 충격을 완화시키고 소음을 감소하는 효과를 가져올 수 있다.

또한, 도 10c를 참조하면, 인공 디스크(100)는 제1플레이트(110)에 대하여 제2플레이트(170)가 B방향으로 움직여 그 사이의 내부각을 나타낼 수 있다. 이때, A방향에서의 내부 최대각(θ)의 범위가 20 내지 25˚일 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크(100)는 제1플레이트(110)에 대하여 제2플레이트(170)가 B방향으로 접할 때 즉, 시술 환자가 후면(후방)으로 젖히는 운동을 할 때 제1수용홈(111)에 위치한 완충부재(130)가 그 반대인 A방향으로 평면운동할 수 있다. 이러한 완충부재(130)의 평면운동은 제2플레이트(170)에서 코어운동부(150)의 이탈을 방지하고 충격을 완화시키고 소음을 감소하는 효과를 가져올 수 있다.

따라서, 더 바람직하게는 C와 D방향으로의 내부 최대각(θ)은 20.1˚, A와 B방향으로의 내부 최대각()은 24.3˚이다. 따라서, 코어운동부(150)에 미치는 하중이 골고루 분산되도록 하면서 그 하중을 최소화할 수 있다. 또한, 인체의 해부학적 움직임을 고려하여 내부 최대각(θ)의 범위가 20 내지 25˚ 에서는 움직임이 제한되도록 하며, 인체의 운동 중심과 인공 디스크(100)의 움직임에 따른 중심이 상호 신속하게 일치되도록 할 수 있다. 즉, 상하측 척추의 불일치에 따른 불연속적인 움직임으로 척추에 작용하는 응력을 분산시켜 인공 디스크(100)에 미치는 하중을 최소화할 수 있다.

< 인공 디스크 제조 방법 >

이하 본 발명에 따른 인공 디스크(100)의 제조방법에 대해 설명하고자 한다.

본 발명에 따른 인공 디스크(100)의 제조방법은 서로 마주하는 척추 중 어느 한 척추 및 다른 한 척추(1)(3) 사이에 설치되는 제1플레이트(110), 제2플레이트(170), 코어운동부(150) 및 제1플레이트(110)와 코어운동부(150) 사이에 설치되는 완충부재(130)로 이루어질 수 있다.

먼저, 제1플레이트(110)를 제조하기 위해서, 척추 중 어느 한 척추(1)와 접하는 일면에 복수개의 제1고정돌기(115)가 형성되고, 타면에는 한 쌍의 반원이 소정 간격 이격되고 그 사이에 연장부(117)가 연장 형성된 형상의 제1수용홈(111)이 형성되는 제1플레이트(110)를 제조할 수 있다. 이때 제1플레이트(110)는 연장부(117)가 있음으로써 제1수용홈(111)의 가로길이가 세로길이 보다 긴 타원형의 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 구조는 제1플레이트(110)에 완충부재(130) 또는 코어운동부(150)가 삽입될 때 어느 방향으로 넣어도 제1수용홈(111)의 가로축에는 용이하게 들어갈 수 있다. 반면, 그 세로축에는 완충부재(130) 또는 코어운동부(150)가 비스듬하게 설치할 수 있고 설치 후 분리 이탈이 잘 되지 않는 장점이 있다. 따라서, 제1플레이트(110)에 코어운동부재(150)를 삽입 체결하는 것이 용이하나 이식 후는 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이식 후 환자들의 수술 적응증 및 척추 분절의 운동성을 향상시켜 일상생활의 활동에 제약이 없다.

제2플레이트(170)는 척추 중 다른 한 척추(3)와 접하는 일면에 복수개의 제2고정돌기(175)가 형성되고, 타면에는 제2수용홈(171)이 형성된 제2플레이트(170)를 제조할 수 있다.

코어운동부(150)는 상측에는 곡면으로 형성되어 제2플레이트(170)가 상대적으로 회전운동 하는 회전운동부(155)와, 하측에는 평면으로 형성되어 제1플레이트(110)가 상대적으로 평면운동하는 평면운동부(157) 및 회전운동부(155)와 평면운동부(157) 사이에 개재되어 측면에 형성된 네크부(153)를 포함하여 제조할 수 있다.

또한, 상기 코어운동부(150)를 제조하는 단계에서 회전운동부(155)는 곡면으로 형성된 부분의 중심에 인입 형성된 홀(hole)(155a), 곡면으로 형성된 부분 전반에 걸쳐 인입 형성된 복수의 딤플(dimple)(155b) 및 곡면으로 형성된 부분 상에 선형상으로 인입 형성된 적어도 하나의 그루브(groove)(155c) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하여 제조될 수 있다. 여기서 그루브(155c)는 코어운동부재(150)의 일 측면 전반에 걸쳐서 형성될 수도 있다.

또한, 완충부재(130)는 제1플레이트(110) 및 코어운동부재(150) 사이에 설치되는 것으로, 내부는 제3수용홈(151)이 형성되고 코어운동부재(150)에 대해 제1플레이트(110)가 상대적으로 평면운동시 충격 및 소음을 완화시키는 탄성 소재로 제조할 수 있다. 따라서, 완충부재(130)는 평면운동시 제1플레이트(110)에서 코어운동부재(150)의 이탈을 방지하고 충격을 완화시키고 소음을 감소하는 효과를 가져올 수 있다.

제1플레이트(110), 제2플레이트(170) 및 코어운동부재(150) 보다 탄성의 특성이 우수한 다른 소재를 사용함으로써 충격에 의한 마찰과 소음을 저감시켜 완충할 수 있고, 코어운동부재(150)의 이탈을 방지하고 충격을 완화시키고 소음을 감소하는 효과하도록 할 수 있다.

상기된 제1플레이트(110), 제2플레이트(170), 코어운동부재(150) 및 완충부재(130) 각각의 가공 방법은 금형 제작, 3D프린팅에 의해 성형 등의 다양한 제조방법으로 제조될 수 있다.

또한, 제1플레이트(110), 제2플레이트(170), 코어운동부재(150) 및 완충부재(130) 각각은 세라믹(Ceramics), 합성고분자, 금속, 생체고분자재료 등의 생체적합성이 우수하고 압축강도 및 내마모성이 우수한 재료로 다양하게 선택하여 제조될 수 있다. 특히, 완충부재(130)는 내구성도 있으면서 코어운동부재(150)와 제1플레이트(110) 사이의 운동에 의한 충격 및 소음을 완충하는 데 보다 적합한 합성고분자 소재를 사용할 수 있다.

마지막으로 제1플레이트(110)와 제2플레이트(170) 사이에 일체화된 코어운동부재(150) 및 완충부재(130)를 삽입 설치하여 최종 조립하는 단계를 포함하여 인공 디스크(100)를 완성할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크를 나타낸 분해도이고, 도 12은 도 11의 XⅡ- XⅡ선을 따라 절단한 분해 단면도이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크(200)는 상기 척추 중 어느 한 척추(1)에 접하여 설치되는 제1플레이트(110), 상기 척추 중 다른 한 척추(3)에 접하여 설치되는 제2플레이트(170) 및 제1 및 제2플레이트(110) (170) 사이에 설치되는 코어운동부재(250)를 포함할 수 있다. 여기서, 인공디스크(200)의 부재들 각각은 도 1 내지 도 10c에서 언급한 동일 부호를 가진 부재들의 경우 실질적으로 동일한 구성, 기능 및 역할을 수행한다. 따라서, 중복설명을 피하고자 동일 부호를 가진 부재에 대한 상세한 설명은 앞서 서술하였음으로 생략하기로 한다.

반면, 도 1 내지 도 10c 에서의 일 실시예와 비교하면 코어운동부재(250)가 대비될 수 있다. 코어운동부재(250)는 제1수용홈(111)과 제2수용홈(171) 사이에 위치할 수 있다. 제1플레이트(110)에 대해 상대적으로 평면운동하면서 충격 및 소음을 저감시키고, 제2플레이트(170)에 대해 상대적으로 회전운동할 수 있다. 상세하게, 코어운동부재(250)는 회전운동부(255), 플랜지부(257) 및 네크부(253)을 포함할 수 있다. 회전운동부(255)는 제2수용홈(271)에 접하여 설치되는 것으로, 곡면으로 형성되어 제2플레이트(270)에 대해 상대적으로 회전운동 할 수 있다. 플랜지부(257)는 코어운동부재(250)의 하부면에 위치하는 것으로, 제1수용홈(111)에 접하여 설치되고 제1플레이트(110)에 대해 상대적으로 평면운동하면서 제1수용홈(111) 내에서 이탈을 방지하고 충격 및 소음을 저감할 수 있다. 네크부(253)는 회전운동부(255)와 플랜지부(257) 사이에 개재되는 것으로, 제1수용홈(111)에 록킹하여 플랜지부(257)가 정합 설치할 수 있도록 하고 코어운동부재(250)의 평면운동시 충격을 저감시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 네크부(253)는 회전운동부(255)의 하중을 플랜지부(257)가 지지하면서 제1수용홈(211)의 측면에 록킹되도록 할 수 있다. 즉, 네크부(253)는 회전운동부(255)의 면적이 플랜지부(257) 보다 하중이 있고 면적이 더 넓은 형상을 가짐에 따라 균형을 잡고 하중을 지지하는 역할을 할 수 있다.

특히, 제1수용홈(111) 및 플랜지부(257)는 하기의 수학식 2를 만족할 수 있다.

여기서, C_1a(미도시)는 상기 제1플레이트(110)와 평행하게 위치한 상기 플랜지부(257)의 저면 직경을 의미하고, C_1b(미도시)는 상기 제1플레이트(110)에 대해 비스듬하게 위치한 상기 플랜지부(257)의 저면과 사이각을 이루는 밑면 직경을 의미하며, D₂는 상기 제1수용홈(111)의 입구부분 세로축을 기준의 직경을 의미하며, D₃은 상기 제1수용홈(111)의 입구부분 가로축을 기준의 직경을 의미한다.

미도시 되어 있지만, 제1수용홈(111)은 세로축과 가로축의 직경이 서로 다른 타원형을 형성할 수 있다. 즉, 제1수용홈(111)의 입구부분 가로축을 기준의 직경(D₃)은 플랜지부(257)의 저면 어느 방향으로 설치하여도 용이하게 설치될 수 있다. 반면, 제1수용홈(111)의 입구부분 세로축을 기준의 직경(D₂)은 제1플레이트(110)와 평행하게 위치한 상기 플랜지부(257)의 저면 직경(C_1a) 보다 작기 때문에 비스듬하게 설치할 수 있다. 따라서, 설치 후 제1플레이트(110)와 플랜지부(257) 간의 분리 이탈되지 않는 이점이 있다.

코어운동부재(250)는 세라믹으로 제조될 수 있다. 특히 회전운동부(255) 및 네크부(253)는 세라믹으로 이루어지고, 플랜지부(257)는 생체 적합한 합성고분자 소재로 이루어질 수 있다. 이때 플랜지부(257)는 열경화, 사출성형, 코킹 등과 같은 방법으로 코어운동부재(250)의 하부에 위치하도록 제조될 수 있다. 즉, 회전운동부(255) 및 네크부(253)는 기계적 강도에 보다 강한 세라믹 소재로 제조되고 플랜지부(257)는 내구성도 있으면서 제1플레이트(110) 사이의 운동에 의한 충격 및 소음을 완충하는 데 보다 적합한 합성고분자 소재를 사용할 수 있다. 따라서, 회전운동부(255) 및 네크부(253)와 플랜지부(257)는 서로 상호 보완적인 성질의 소재로 제조되어 설치 후에도 충격을 흡수하고 소음이 감소되어 장기간 사용할 수 있는 효과가 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 회전운동부(255), 네크부(253) 및 플랜지부(257) 각각이 동일한 소재로 이루어질 수도 있다.

또한, 회전운동부(255)는 도 6 내지 도 8b와 같이 제1변형예 내지 제3변형예를 가질 수 있다. 즉, 회전운동부(255)는 홀(155a), 복수의 딤플(155b) 및 적어도 하나의 그루브(155c) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 따라서, 제2수용홈(171)과 회전운동부(255) 간의 마찰을 감소시킬 수 있고 접촉의 유연성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이식 후 환자들의 수술 적응증 및 척추 분절의 운동성을 향상시켜 일상생활의 활동에 제약이 없는 효과를 가져올 수 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

1: 척추 중 어느 한 척추 3: 척추 중 다른 한 척추
10: 본체 20: 코팅층
100, 200: 인공 디스크 110: 제1플레이트
111: 제1수용홈 113: 반원부
115: 제1고정돌기 117: 연장부
119: 제1툴홈 130: 완충부재
131: 제3수용홈 150: 코어운동부재
151: 인입부 153: 네크부
155: 회전운동부 155a: 홀(hole)
155b: 딤플(dimple) 155c: 그루브(groove)
157: 평면운동부 170: 제2플레이트
171: 제2수용홈 175: 제2고정돌기
179: 제2툴홈 250: 코어운동부재
253: 네크부 255: 회전운동부
257: 플랜지부

Claims

서로 마주하는 척추 사이에 설치되는 인공디스크에 있어서,
상기 척추 중 어느 한 척추에 접하여 설치되는 것으로, 상기 척추 중 어느 한 척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제1고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제1수용홈이 형성되는 제1플레이트와;
상기 척추 중 다른 한 척추에 접하여 설치되는 것으로, 상기 척추 중 다른 한 척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제2고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제2수용홈이 형성되는 제2플레이트와;
상기 제1수용홈과 상기 제2수용홈 사이에 위치하며, 상기 제1플레이트에 대해 상기 제2플레이트가 상대적으로 평면운동 및 회전운동 할 수 있도록 운동하는 코어운동부재; 및
상기 코어운동부재의 일 부분과 상기 제1플레이트 사이에 설치되고 내부에는 제3수용홈이 형성되는 것으로, 상기 코어운동부재에 대해 상기 제1플레이트가 상대적으로 평면운동시 충격 및 소음을 완화시키는 완충부재를 포함하고,
상기 제1수용홈은,
외형이 반원형상을 이루어지며 상호 소정 간격으로 이격 되게 형성되는 한 쌍의 반원부와;
상기 한 쌍의 반원부 사이의 이격 부분에 연장 형성된 연장부를 포함하며,
상기 코어운동부재는,
상기 완충부재와 접하여 설치되고 상기 완충부재와 함께 상기 제1플레이트에 대하여 상대적으로 평면운동 하는 평면운동부와;
상기 평면운동부와 연결되어 상기 제2수용홈에 설치되는 것으로, 곡면으로 형성되어 상기 코어운동부재에 대해 상기 제2플레이트가 상대적으로 회전운동 하는 회전운동부; 및
상기 평면운동부와 상기 회전운동부 사이에 개재되는 것으로, 상기 회전운동부의 하중을 상기 평면운동부가 지지하면서 상기 제1수용홈의 측면에 록킹되도록 하는 네크부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
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제1항에 있어서,
상기 코어운동부재는
상기 회전운동부의 적어도 일부에 인입 형성된 인입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
제4항에 있어서,
상기 인입부는,
상기 회전운동부의 중심에 형성되는 홀, 상기 회전운동부의 전반에 걸쳐 인입 형성된 복수의 딤플 및 상기 회전운동부 상에 선형상으로 인입 형성된 그루브 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
제5항에 있어서,
상기 인입부의 내부에 수용되어, 윤활 기능 및 척추를 강화하는 척추 강화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
제1항에 있어서,
상기 코어운동부재는 세라믹으로 이루어지고, 상기 완충부재는 합성고분자 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
제1항에 있어서,
상기 제2플레이트는,
소정의 두께를 가지고 상부는 곡면을 이루며, 하부는 평면을 이루는 것으로, 전방의 일면 높이가 후방의 일면 높이 보다 큰 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2고정돌기는 다수가 형성되는 것으로, 상기 척추 중 어느 한 척추 및 다른 한 척추와 접하는 상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트 각각의 일면에 위치하고,
상기 제1 및 제2고정돌기 사이의 간격이 전방에서 후방으로 갈수록 좁게 배열되는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
제1항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트 각각은 코발트-크롬-몰리브덴 합금의 금속재료로 이루어진 본체; 및
상기 척추 중 어느 한 척추 및 다른 한 척추와 접하는 상기 본체의 일면에 티타늄 및 하이드록시아파타이트 중 적어도 어느 하나로 코팅되는 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
제1항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1플레이트에 대하여 상기 제2플레이트가 운동시 그 사이의 내부 최대각의 범위가 20 내지 25˚인 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
제1항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어운동부재는,
상기 제2수용홈에 접하여 설치되는 것으로, 곡면으로 형성되어 상기 제2플레이트에 대해 상대적으로 회전운동 하는 회전운동부와;
상기 코어운동부재의 하부면에 위치하는 것으로, 상기 제1수용홈에 접하여 설치되고 상기 제1플레이트에 대해 상대적으로 평면운동하면서 상기 제1수용홈 내에서 이탈을 방지하고 충격 및 소음을 저감하는 플랜지부; 및
상기 회전운동부와 상기 플랜지부 사이에 개재되는 것으로, 상기 제1수용홈에 록킹하여 플랜지부가 정합 설치할 수 있도록 하고 상기 코어운동부재의 평면운동시 충격 및 소음을 저감하는 네크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
제12항에 있어서,
상기 코어운동부재는
상기 회전운동부의 적어도 일부에 인입 형성된 인입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
제12항에 있어서,
상기 제1수용홈은,
외형이 반원형상을 이루어지며 상호 소정 간격으로 이격 되게 형성되는 한 쌍의 반원부와;
상기 한 쌍의 반원부 사이의 이격 부분에 연장 형성된 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
제1항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 인공 디스크의 제조방법에 있어서,
상기 척추 중 어느 한 척추와 접하는 일면에 복수개의 제1고정돌기가 형성되고, 타면에는 한 쌍의 반원이 소정 간격 이격되고 그 사이에 연장부가 연장 형성된 형상의 제1수용홈이 형성되는 제1플레이트를 제조하는 단계;
상기 척추 중 다른 한 척추와 접하는 일면에 복수개의 제2고정돌기가 형성되고, 타면에는 제2수용홈이 형성된 제2플레이트를 제조하는 단계;
상측에는 곡면으로 형성되어 상기 제2플레이트가 상대적으로 회전운동 하는 회전운동부와, 하측에는 평면으로 형성되어 상기 제1플레이트가 상대적으로 평면운동하는 평면운동부 및 상기 회전운동부와 상기 평면운동부 사이에 개재되어 측면에 형성된 네크부를 포함하는 코어운동부재를 제조하는 단계;
상기 제1플레이트 및 상기 코어운동부재 사이에 설치되는 것으로, 내부는 제3수용홈이 형성되고 상기 코어운동부재에 대해 상기 제1플레이트가 상대적으로 평면운동시 충격 및 소음을 완화시키는 탄성 소재로 이루어진 완충부재를 제조하는 단계; 및
상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이에 일체화된 상기 코어운동부재 및 상기 완충부재를 삽입 설치하여 최종 조립하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공 디스크의 제조방법.
제15항에 있어서,
상기 코어운동부재를 제조하는 단계는,
상기 회전운동부의 적어도 일부에 인입 형성된 인입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크의 제조방법.