KR102484143B1 - 인공 디스크 - Google Patents

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Abstract

각각 하부와 상부에 위치되는 제1척추와 제2척추 사이에 설치되는 인공 디스크가 개시되어 있다.
이 개시된 인공 디스크는 제1척추의 상부에 설치되는 것으로, 제1척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제1고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제1수용홈이 형성되는 제1플레이트와; 제1플레이트와 이격하여 마주보고 위치하도록 제2척추의 하부에 설치되는 것으로, 제2척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제2고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제2수용홈이 형성되는 제2플레이트; 및 제1수용홈과 제2수용홈 사이에 위치하며, 제1플레이트에 대해 상대적으로 병진 운동하면서 충격 및 소음을 저감시키고, 제2플레이트에 대해 상대적으로 회전 운동하는 코어운동부재를 포함하며, 제1플레이트 및 제2플레이트 각각은 중심선(CL)으로부터 제1플레이트의 후방 단부까지의 길이(L1)와 제2플레이트의 후방 단부까지의 길이(L2) 간 전방(A)으로 인입된 길이 차이(Lg)를 가지고 제1 및 제2척추가 후방(B)으로 움직이더라도 신경근들에 간섭되지 않도록 될 수 있다.

Description

인공 디스크{ARTIFICIAL DISC}
본 발명은 인공 디스크에 관한 것으로서, 상세하게는 환자의 일상 활동시 척추들 사이의 간격이 좁아져도 신경압박이 최소화되고 통증을 유발시키지 않으며 장기간 이식될 수 있는 인공 디스크에 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 척추들로 이루어져 있다. 엉치뼈 및 꼬리뼈를 제외하고 나머지 척추들 사이에는 이웃하는 척추를 이어주는 강한 연결조직인 디스크(추간판)가 개재되어 있다. 이때 디스크는 체중부하 시 척추 사이의 쿠션 역할 즉, 충격 흡수 기능을 할 수 있다. 또한 상추체와 하추체 간의 운동이 가능하도록 해준다.
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 수액이 빠져나가 낮아진 디스크의 높이를 원래대로 복원시켜 유지함은 물론 디스크가 원래 가지고 있던 자연스럽게 움직이는 기능을 되살릴 수 있다. 따라서, 현재 다양한 종류의 척추 인공 디스크가 개발되어 사용되고 있다.
그러나 종래의 척추용 인공 디스크는 이식 후 환자가 몸을 후방으로 젖히는 활동 특히, 스트레칭이나 수면 등의 일상 활동시 후방 척추들 사이의 간격이 좁아지면서 인공 디스크의 상부 플레이트가 신경근들을 압박하여 통증을 유발시키는 문제점이 있다. 따라서, 일상생활에서 시술한 환자들이 불편함을 호소하거나 재이식 수술을 해야하는 한계가 있다.
등록특허공보 제10-1484073호 (2015.01.22.) 등록특허공보 제10-1964862호 (2019.03.27.) 미국 공개특허공보 제2016-0317319호 (2016.11.03.) 미국 등록특허공보 제9,655,739호 (2017.05.23.)
본 발명은 상기한 점들을 감안하여 창안된 것으로서, 신경근과 간섭되지 않아 통증을 유발시키지 않는 인공 디스크를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 각각 하부와 상부에 위치되는 제1척추와 제2척추 사이에 설치되는 인공 디스크에 있어서, 상기 제1척추의 상부에 설치되는 것으로, 상기 제1척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제1고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제1수용홈이 형성되는 제1플레이트와; 상기 제1플레이트와 이격하여 마주보고 위치하도록 상기 제2척추의 하부에 설치되는 것으로, 상기 제2척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제2고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제2수용홈이 형성되는 제2플레이트; 및 상기 제1수용홈과 상기 제2수용홈 사이에 위치하며, 상기 제1플레이트에 대해 상대적으로 병진 운동하면서 충격 및 소음을 저감시키고, 상기 제2플레이트에 대해 상대적으로 회전 운동하는 코어운동부재를 포함하며, 상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트 각각은 중심선(CL)으로부터 상기 제1플레이트의 후방 단부까지의 길이(L1)와 상기 제2플레이트의 후방 단부까지의 길이(L2) 간 전방(A)으로 인입된 길이 차이(Lg)를 가지고 제1 및 제2척추가 후방(B)으로 움직이더라도 신경근들에 간섭되지 않도록 될 수 있다.
상기 코어운동부재는 상기 제2수용홈에 접하여 설치되는 것으로, 곡면으로 형성되어 상기 제2플레이트에 대해 상대적으로 회전 운동 하는 회전 운동부와; 상기 코어운동부재의 하부면에 위치하는 것으로, 상기 제1수용홈에 접하여 설치되고 상기 제1플레이트에 대해 상대적으로 병진 운동하면서 상기 제1수용홈 내에서 이탈을 방지하고 충격 및 소음을 저감하는 플랜지부; 및 상기 회전 운동부와 상기 플랜지부 사이에 개재되는 것으로, 상기 제1수용홈에 록킹하여 플랜지부가 정합 설치할 수 있도록 하고 상기 코어운동부재의 병진 운동시 충격 및 소음을 저감하는 네크부를 포함할 수 있다.
상기 코어운동부재는 상기 코어운동부재의 일 부분과 상기 제1플레이트 사이에 설치되고 내부에는 제3수용홈이 형성되는 것으로, 상기 코어운동부재에 대해 상기 제1플레이트가 상대적으로 병진 운동시 충격 및 소음을 완화시키는 완충부재를 더 포함할 수 있다.
상기 코어운동부재는 상기 완충부재와 접하여 설치되고 상기 완충부재와 함께 상기 제1플레이트에 대하여 상대적으로 병진 운동 하는 병진 운동부와; 상기 병진 운동부와 연결되어 상기 제2수용홈에 설치되는 것으로, 곡면으로 형성되어 상기 코어운동부재에 대해 상기 제2플레이트가 상대적으로 회전 운동 하는 회전 운동부; 및 상기 병진 운동부와 상기 회전 운동부 사이에 개재되는 것으로, 상기 회전 운동부의 하중을 상기 병진 운동부가 지지하면서 상기 제1수용홈의 측면에 록킹되도록 하는 네크부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트는 하기의 조건식 1을 만족할 수 있다.
<조건식 1>
Figure 112020060710066-pat00001
여기서, L1은 상기 제1플레이트(110)의 중심선(CL)으로부터 상기 제1플레이트(110)의 후방 단부까지의 길이이고, Lg는 중심선(CL)으로부터 상기 제2플레이트(170)의 후방 단부까지의 길이(L2)와 L1 간의 전방(A)으로 인입된 길이 차이를 의미한다.
제1플레이트와 상기 제2플레이트를 둘러싸며 서로 분리되는 것을 방지하고, 상기 코어운동부의 운동을 제한하고 초기 위치로 복원되도록 하는 밴드로 형성된 적어도 하나의 탄성부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제1플레이트 및 상기 코어운동부재 각각에 상기 제1수용홈의 가장자리 테두리 중 상기 제1플레이트의 가로길이에 위치하거나 상기 가로길이와 마주하는 상기 코어운동부재의 상기 플랜지부 및 상기 완충부재 중 적어도 어느 하나에 위치하는 것으로, 상기 제1플레이트로부터 상기 코어운동부재가 가로길이로 병진 운동 및 회전 운동을 제한하거나 저지하도록 돌출 또는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 가동제한부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 인공 디스크는 제1플레이트와 제2플레이트가 서로 가까워질 때 그 사이의 내부 최대각의 범위를 가짐으로써 이식 후 환자들의 수술 적응증 및 척추 분절의 운동성을 향상시켜 일상생활의 활동에 제약이 없다.
본 발명에 따른 인공 디스크는 제1플레이트의 중심선(CL)으로부터 상기 제1플레이트의 후방 단부까지의 길이(L1)가 환자 몸의 전방(A)으로 소정 간격의 길이(Lg)로 인입 형성된 상기 제2플레이트를 가짐에 따라 환자가 움직이는 활동을 하더라도 척추 주변의 신경근들을 압박을 최소화하여 통증을 유발시키지 않는 효과가 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 디스크가 척추들 사이에 설치되어 척추들이 B방향으로 젖혔을 때 작동된 상태를 나타낸 측단면도.
도 3a는 척추들 사이에 설치된 종래의 인공 디스크를 나타낸 평단면도이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크를 나타낸 평단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크를 나타낸 분해도.
도 5은 도 4의 Ⅴ-Ⅴ'선을 따라 절단한 분해 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크를 나타낸 분해도.
도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ'선을 따라 절단한 분해 단면도.
도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 제1실시예를 나타낸 조립 단면도.
도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 제2실시예를 나타낸 조립 단면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 제2플레이트를 나타낸 정면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 제1변형예에 따른 코어운동부재를 나타낸 단면도.
도 11a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 제2변형예에 따른 코어운동부재를 나타낸 단면도.
도 11b는 도 11a의 회전 운동부를 나타낸 평면도.
도 12a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 제3변형예에 따른 코어운동부재를 나타낸 단면도.
도 12b는 도 12a의 회전 운동부를 나타낸 평면도.
도 13은 요부를 확대하여 보인 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 결합 단면도.
도 14는 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 C, D 방향 작동 상태를 보인 단면도.
도 15a는 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인공 디스크에 탄성밴드를 더 포함한 것을 나타낸 평면도이고, 도 15b는 도 15a를 측면에서 나타낸 측단면도.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인공 디스크를 나타낸 평면도(a) 및 측단면도(b).
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인공 디스크를 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. 인공 디스크가 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 병진 상으로 수직하면서 좌측 및 우측에 위치하는 방향을 설명의 편의상 'C'(좌측) 및 'D'(우측)이라고 한다. 또한, 'A'와 'B'방향 사이에 위치한 인공 디스크의 세로인 길이를 편의상 '세로길이'라고 하고, 'C'와 'D'방향 사이에 위치한 인공 디스크의 가로인 길이를 '가로길이'라고 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인공 디스크(100)가 척추 중 제2척추(3) 및 제1척추(1) 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.
제1척추(1)는 하부에 위치한 척추(하추체)를 의미하고, 제2척추(3)는 제1척추(1)와 대응하는 상부에 위치한 척추(상추체)를 의미한다. 본 발명의 실시예에 따른 인공 디스크(100)는 제1척추(1) 및 제2척추(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, 제1척추(1) 및 제2척추(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 제1척추 및 제2척추(1)(3)가 움직일 수 있고, '머리의 흔들기 및 회전'일 때는 A, B, C 및 D방향 중 적어도 어느 하나로 제1척추 및 제2척추(1)(3)가 움직일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크(100)는 제1플레이트(110), 제2플레이트(170) 및 코어운동부재(250)를 포함할 수 있다.
제1플레이트(110)는 상기 척추 중 제1척추(1)와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제1고정돌기(115)를 구비하며, 그 타면에 제1수용홈(111)이 형성될 수 있다.
제2플레이트(170)는 상기 제1플레이트(110)와 이격하여 마주보고 위치하고 상기 척추 중 제2척추(3)의 하부에 설치되며 상기 제2척추(3)와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제2고정돌기(175)를 구비하며, 그 타면에 제2수용홈(171)이 형성될 수 있다.
코어운동부재(250)는 제1수용홈(111)과 제2수용홈(171) 사이에 위치하며, 상기 제1플레이트(110)에 대해 상대적으로 병직 운동하면서 충격 및 소음을 저감 시키고, 제2플레이트(170)에 대해 상대적으로 회전 운동할 수 있다.
또한, 상기 제1플레이트(110) 및 상기 제2플레이트(170) 각각은 하기의 수학식 1을 만족할 수 있다.
Figure 112020060710066-pat00002
여기서, L1은 상기 제1플레이트(110)의 중심선(CL)으로부터 상기 제1플레이트(110)의 후방 단부까지의 길이이고, Lg는 중심선(CL)으로부터 상기 제2플레이트(170)의 후방 단부까지의 길이(L2)와 L1 간의 전방(A)으로 인입된 길이 차이를 의미한다.
조건식 1의 하한치를 벗어나는 경우 B방향으로 기울어졌을 때 제1 및 제2척추들(1)(3) 사이를 통과하는 신경근들과 간섭될 수 있고 작은 움직임에도 제2플레이트(170)가 신경근(5)에 압박이 발생할 가능성이 있다. 그리고, 조건식 1의 상한치를 벗어나는 경우 제2플레이트(170)가 코어운동부재(250)를 노출시켜 코어운동부재(250)가 상부로 이탈될 우려가 있고, 척추들이 B방향으로 기울어졌을 때 신경들을 압박하여 통증을 유발시킬 수 있다. 특히, Lg의 길이가 2mm를 초과하는 경우 제2플레이트(170)가 코어운동부재(250)의 부분과 매우 근접하게 되어 이탈이 발생할 수 있다. 또한, 제2플레이트(170)으로부터의 하중을 고르게 받지 못하여 Lg의 방향으로 하중이 집중되어 코어운동부재(250)의 불균일한 변형이 발생할 수 있다.
따라서, 조건식 1을 만족하면 코어운동부재(250)의 이탈을 방지하고 척추들이 B방향으로 기울어졌을 때도 척추들 주변의 신경근(5)을 간섭하지 않기 때문에 통증을 유발시키지 않을 수 있다. 상세하게, L1의 길이가 6.5mm ~ 8.5mm일 수 있고, Lg의 길이는 0.5mm ~ 2mm일 때 흉추, 요추 및 경추를 포함하는 인공 디스크로 사용하기 가장 접합할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크가 척추들 사이에 설치되어 척추들이 B방향으로 젖혔을 때 작동된 상태를 나타낸 측단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 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(357)가 반대인 B방향으로 병직 운동할 수 있다. 이러한 완충부재(357)의 병진 운동은 제1플레이트(110)에서 코어운동부(350)의 이탈을 방지하고 충격을 완화시키고 소음을 감소시키는 효과를 가져올 수 있다.
또한, 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 서로 가까워질 때 즉, 시술 환자가 후면(후방)으로 젖히는 운동을 할 때 제1수용홈(111)에 위치한 완충부재(357)가 그 반대인 A방향으로 병진 운동할 수 있다. 이러한 완충부재(357)의 병진 운동은 제2플레이트(170)에서 코어운동부(350)의 이탈을 방지하고 충격을 완화시키고 소음을 감소하는 효과를 가져올 수 있다.
도 3a는 척추들 사이에 설치된 종래의 인공 디스크를 나타낸 평단면도이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크를 나타낸 평단면도이다.
도 3a를 참조하면, 추간판 구조는 제1척추(1), 후단에 척추궁(7)이 위치하고 척추와 척추궁(7) 사이에 척수(spinal cord)(9)를 중심으로 둘러싸여 보호하는 신경근(nerve root)(5)이 위치한다. 그 척추 평단면에는 원래 수핵을 가진 디스크가 위치하여야 하지만 이를 대체하는 종래 인공 디스크(D)가 위치할 수 있다. 그러나 제1척추(1)가 후방(B)으로 젖혀졌을 때의 종래 인공 디스크(D)는 제1척추(1)와 척추궁(7) 사이를 통과하는 신경근(5)을 상판이 압박하면서 간섭하여 환자에게 통증을 유발할 수 있는 단점이 있다.
도 3b에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 인공 디스크(100)는 제1척추(1) 및 제2척추(3) 사이에 전방(A)에서 후방(B)으로 삽입 설치되고 후방(B)측 제1플레이트(110)의 길이 보다 제2플레이트(170)의 길이가 짧아 제1척추(1)와 척추궁(7) 사이를 통과하는 신경근(5)과 간섭되지 않는다. 따라서, 환자가 일상생활 중 수면시 또는 가벼운 운동시 B방향으로 젖힐 때 불편함이 감소되는 효과가 있다. 한편, 본 발명에 따른 인공 디스크(100)의 제1플레이트(110) 및 제2플레이트(170)의 4각 모서리 부분은 곡선으로 라운드지게 형성될 수 있다. 이러한 형상으로 인하여 그 사이에 개재된 코어운동부재(250)의 병진 및 회전 운동 시 신경근(5)을 압박하는 것을 최소화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크를 나타낸 분해도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ- Ⅴ'선을 따라 절단한 분해 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 디스크(100)는 상기 제1척추(1)에 접하여 설치되는 제1플레이트(110), 상기 제2척추(3)에 접하여 설치되는 제2플레이트(170) 및 제1 및 제2플레이트(110) (170) 사이에 설치되는 코어운동부재(250)를 포함할 수 있다.
제1플레이트(110)는 일면이 제1척추(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 제1척추 및 제2척추(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(350)로부터 받는 충격 및 압력을 완충시킬 수 있다. 한편, 제1수용홈(111)은 도 4에서 보는 바와 같이 반원으로 이격되어 그 사이가 접합될 수도 있으나, 하나의 타원형 및 원형 등으로 형성될 수도 있다. 또한, 제1수용홈(111) 내부의 깊이는 대략 0.07 ~ 0.2mm의 깊이를 가지고 있다. 하지만 해당 부분이 0.2mm를 초과하는 경우 코어운동부재(350)가 제1수용홈(111) 내부 중심에 깊게 안착되어 움직일 수 없이 고정되거나 변형이 올 수 있으며 0.07mm 미만일 경우 코어운동부재(350)에 대한 제1플레이트(110) 의 충격 및 압력의 완충 기능이 상실될 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 병진상의 좌우측면이 코어운동부재(350) 하부면 보다 넓기 때문에 코어운동부재(350)의 하부면 어느 방향으로 체결하더라도 용이하게 체결 가능할 수 있다. 반면, 제1수용홈(111)의 연장부(117)와 코어운동부재(350) 하부면의 상하측 길이가 일치하여 코어운동부재(350) 기울여서 체결할 수 있다. 따라서 제1수용홈이 연장부(117)를 갖는 구조는 코어운동부재(350)가 제1플레이트(110)와 체결 후에도 분리 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1플레이트(110)는 제1척추 및 제2척추(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 제2척추(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 제1척추 및 제2척추(1)(3)에 설치하기 위한 툴(Tool)을 고정시키기 위하여 양측면에 툴과 일치하는 깊이의 제2툴홈(179)을 더 포함할 수 있다.
코어운동부재(250)는 제1수용홈(111)과 제2수용홈(171) 사이에 위치할 수 있다. 제1플레이트(110)에 대해 상대적으로 병진 운동하면서 충격 및 소음을 저감시키고, 제2플레이트(170)에 대해 상대적으로 회전 운동할 수 있다. 상세하게, 코어운동부재(250)는 회전 운동부(255), 플랜지부(257) 및 네크부(253)을 포함할 수 있다. 회전 운동부(255)는 제2수용홈(271)에 접하여 설치되는 것으로, 곡면으로 형성되어 제2플레이트(270)에 대해 상대적으로 회전 운동 할 수 있다.
플랜지부(257)는 코어운동부재(250)의 하부면에 위치하는 것으로, 제1수용홈(111)에 접하여 설치되고 제1플레이트(110)에 대해 상대적으로 병진 운동하면서 제1수용홈(111) 내에서 이탈을 방지하고 충격 및 소음을 저감할 수 있다. 네크부(253)는 회전 운동부(255)와 플랜지부(257) 사이에 개재되는 것으로, 제1수용홈(111)에 록킹하여 플랜지부(257)가 정합 설치할 수 있도록 하고 코어운동부재(250)의 병진 운동시 충격을 저감시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 네크부(253)는 회전 운동부(255)의 하중을 플랜지부(257)가 지지하면서 제1수용홈(211)의 측면에 록킹되도록 할 수 있다. 즉, 네크부(253)는 회전 운동부(255)의 면적이 플랜지부(257) 보다 하중이 있고 면적이 더 넓은 형상을 가짐에 따라 균형을 잡고 하중을 지지하는 역할을 할 수 있다.
또한, 코어운동부재(250)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(350)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.
코어운동부재(250)는 세라믹으로 제조될 수 있다. 특히 회전 운동부(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, 회전 운동부(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, 회전 운동부(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, 회전 운동부(255), 네크부(253) 및 플랜지부(257) 각각이 동일한 소재로 이루어질 수도 있다.
또한, 제1수용홈(111)은 코어운동부재(250)의 병진 운동 및 회전 운동시 이탈되는 것을 방지하는 이탈방지부(120)를 더 포함할 수 있다. 이 이탈방지부(120)는 제1수용홈(111)의 입구 가장자리를 둘러싸고 돌출 형성되는 것으로 제1수용홈(111)에 수용된 플랜지부(257)가 가로길이 그대로 외부로부터 분리되는 것은 불가능할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2플레이트(110)(170)와 코어운동부재(250)가 조립된 후 강한 힘을 가하여 강제적으로 코어운동부재(250)를 빼려고 하지 않는 이상 서로 분리될 우려가 없다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크를 나타낸 분해도이고, 도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ’선을 따라 절단한 분해 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크(300)는 제1플레이트(110), 제2플레이트(170), 코어운동부재(350) 및 완충부재(357)를 포함할 수 있다. 여기서, 인공 디스크(300)의 부재들 각각은 도 4 및 도 5에서 언급한 동일 부호를 가진 부재들임에 따라 실질적으로 동일한 구성, 기능 및 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 중복설명을 피하고자 동일 부호를 가진 부재에 대한 상세한 설명은 앞서 서술하였음으로 생략하기로 한다.
반면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크(300)의 코어운동부재(350)는 후술한 도 4 및 도 5의 일 실시예에 따른 인공 디스크의 코어운동부재(250)와 대비될 수 있다. 코어운동부재(350)는 제1수용홈(111)과 제2수용홈(171) 사이에 위치하며, 제1플레이트(110)에 대해 제2플레이트(170)가 상대적으로 병진 운동 및 회전 운동 할 수 있도록 운동할 수 있다. 코어운동부재(350)는 실제 도 3을 참조하면 상세하게 코어운동부재(350)는 병진 운동부(353), 회전 운동부(355) 및 네크부(353)를 포함할 수 있다. 병진 운동부(353)는 완충부재(357)와 접하여 설치되고 완충부재(357)와 함께 제1플레이트(110)에 대하여 상대적으로 병진 운동할 수 있다. 회전 운동부(355)는 병진 운동부(353)와 연결되어 제2수용홈(171)에 설치되는 것으로, 곡면으로 형성되어 코어운동부재(350)에 대해 제2플레이트(170)가 상대적으로 회전 운동 할 수 있다. 네크부(353)는 병진 운동부(353)와 회전 운동부(355) 사이에 개재되는 것으로, 회전 운동부(355)의 하중을 병진 운동부(353)가 지지하면서 제1수용홈(111)의 측면에 록킹(Locking)되도록 할 수 있다. 즉, 네크부(353)는 회전 운동부(355)의 면적이 병진 운동부(353) 보다 하중이 있고 면적이 더 넓은 형상을 가짐에 따라 균형을 잡고 하중을 지지하는 역할을 할 수 있다.
완충부재(357)는 코어운동부재(350)와 제1플레이트(110) 사이에 설치되고 내부에는 코어운동부재(350)가 접하여 설치되는 제3수용홈(351)이 형성될 수 있다. 또한, 코어운동부재(350)에 대해 제1플레이트(110)가 상대적으로 병진 운동시 충격 및 소음을 저감시키는 완충 역할을 할 수 있다.
코어운동부재(350)는 세라믹으로 이루어지고, 완충부재(357)는 합성고분자 소재로 이루어질 수 있다. 즉, 코어운동부재(350)는 기계적 강도가 보다 강한 세라믹 소재로 제조되고 완충부재(357)는 내구성도 있으면서 코어운동부재(350)와 제1플레이트(110) 사이의 운동에 의한 충격 및 소음을 완충하는 데 보다 적합한 합성고분자 소재를 사용할 수 있다. 따라서, 코어운동부재(350) 및 완충부재(357)는 서로 상호 보완적인 성질의 소재로 제조되어 설치 후에도 충격을 흡수하고 소음이 감소되어 장기간 사용할 수 있는 효과가 있다.
완충부재(357)는 코어운동부재(15)가 제1플레이트(110)와 상대적으로 병진 운동할 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, Polymethyl-methacryulate), 실리콘(Silicon) 및 초합성고분자량 폴리에틸렌 (Ultra-high-molecular polyethylene; 이하 UHMWPE) 등 중 적어도 하나를 선택하여 제조될 수 있다.
완충부재(357)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(σy)이 18 MPa 이상이고, 판단시 인장 응력(σR)이 25 MPa 이상, 신장시 연신율(εR)이 250% 이상 및 홀 충격 강도(αCN)가 25 내지 126kJ/㎡ 인 물리적 특성을 가질 수 있다.
도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 제1실시예를 나타낸 조립 단면도이고, 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 제2실시예를 나타낸 조립 단면도이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제1수용홈(111)은 세로축과 가로축의 직경이 서로 다른 타원형을 형성할 수 있다. 즉, 제1수용홈(111)의 입구부분 가로축을 기준의 직경(D2)은 완충부재(357)의 저면 어느 방향으로 설치하여도 용이하게 설치될 수 있다. 반면, 제1수용홈(111)의 입구부분 세로축을 기준의 직경(D1)은 제1플레이트(110)와 평행하게 위치한 상기 완충부재(357)의 저면 직경(C1a) 보다 작기 때문에 도 8b와 같이 비스듬하게 설치할 수 있다. 따라서, 설치 후 제1플레이트(110)와 완충부재(357) 간의 분리 이탈되지 않는 이점이 있다. 아울러, 인공 디스크(300)는 이식 후 척추의 움직임에서 받게 되는 힘에도 형태가 변하지 않도록 유지되고 마찰 충격 및 소음을 저감하여 장기간 사용할 수 있다.
완충부재(357)와 제1수용홈(111)은 하기의 수학식 2를 만족할 수 있다.
Figure 112020060710066-pat00003
여기서, C1a는 상기 제1플레이트(110)와 평행하게 위치한 상기 완충부재(357)의 저면 직경을 의미하고, C1b는 상기 제1플레이트(110)에 대해 비스듬하게 위치한 상기 완충부재(357)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.
제1수용홈(111)은 세로축과 가로축의 직경이 서로 다른 타원형을 형성할 수 있다. 즉, 제1수용홈(111)의 입구부분 가로축을 기준의 직경(D3)은 완충부재(357)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(357)의 저면 직경(C1a) 보다 작기 때문에 비스듬하게 설치할 수 있다. 따라서, 설치 후 제1플레이트(110)와 완충부재(357) 간의 분리 이탈되지 않는 이점이 있다.
한편, 수학식 2에서의 C1a 및 C1b 각각은 다른 실시예에 따른 인공 디스크(300)에만 한정되는 것은 아니며, 이미 서술한 일 실시예에 따른 인공 디스크(100)의 플랜지부(257)의 저면 및 밑면 직경을 의미할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 제2플레이트를 나타낸 정면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 디스크(300)의 제2플레이트(170)는 소정의 두께를 가지고 상부는 곡면을 이루며, 하부는 병진을 이루는 것으로, 전방의 일면 높이가 후방의 일면 높이 보다 클 수 있다. 이와 같은 구조는 코어운동부재(350)의 곡면을 따라 제2플레이트(170)가 유연하게 움직일 수 있고 코어운동부재(350)에 미치는 하중을 효율적으로 분산시킬 수 있다.
또한, 인공 디스크(300)는 제1고정돌기(115) 및 제2고정돌기(175)가 다수가 형성되는 것으로, 제1척추 및 제2척추(1)(3)와 접하는 제1플레이트(110) 및 제2플레이트(170) 각각의 일면에 위치할 수 있다. 제1고정돌기(115) 및 제2고정돌기(175)는 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 10은 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 제1변형예에 따른 코어운동부재를 나타낸 단면도이다. 그리고 도 11a는 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 제2변형예에 따른 코어운동부재를 나타낸 단면도이고, 도 11b는 도 11a의 회전 운동부를 나타낸 평면도이다. 이어서 도 12a는 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 제3변형예에 따른 코어운동부재를 나타낸 단면도이고, 도 12b는 도 12a의 회전 운동부를 나타낸 평면도이다.
도 10 내지 도 12b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인공 디스크(100)(300)의 제1변형예 내지 제3변형예에 따른 코어중심부재(250)(350)의 회전 운동부(255)(355)는 적어도 일부에 인입 형성된 인입부(351)를 더 포함할 수 있다. 이 인입부(351)는 회전 운동부(355)의 중심에 형성되는 홀(355a)를 포함할 수 있다. 여기서, 홀(355a)는 노치, 홈, 관통공 등을 의미할 수 있다. 또한, 회전 운동부(355)의 전반에 걸쳐 인입 형성된 복수의 딤플(355b)을 포함할 수 있으며, 회전 운동부(255)(355) 상에 선형상으로 인입 형성된 그루브(355c)를 포함할 수 있다. 즉, 인입부(351)는 홀(355a), 복수의 딤플(355b) 및 적어도 하나의 그루브(355c) 중 선택된 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 따라서, 제2수용홈(171)과 회전 운동부(255)(355) 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.
도 10을 참조하면, 인공 디스크(100)(300)의 제1변형예에 따른 코어중심부재(250)(350)는 인입부(351)를 더 포함할 수 있다. 이 인입부(351)는 제2수용홈(171)과 코어중심부재(250)(350) 간 서로 조립되거나 각각 가공되었을 때 발생하는 공차로 인한 점 접촉이 생기고 이 부분이 균열이 생기게 될 경우 마찰이 증가하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 코어중심부재(250)(350)에 인입부(351)인 홀(355a)이 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 11a 및 11b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인공 디스크(100)(300)의 제2변형예에 코어운동부재(250)(350)의 회전 운동부(255)(355)는 중심에 위치한 홀(355a)와 상기 홀(355a) 주변에 복수의 딤플(355b)를 더 포함할 수 있다. 딤플(355b)은 골프공의 표면에 형성된 작은 홈인 딤플(Dimple)과 같은 형상으로 홀(355a)와 동일하게 원형, 삼각형 및 다각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 도 11b에서 보는 바와 같이 회전 운동부(255)(355)의 중심에 홀(355a)가 형성되고 그 주변에 일정한 방사형 배열로 반구형의 작은 홈과 같은 복수개 딤플(355b)이 형성될 수 있다. 따라서, 수용홈(171)과 회전 운동부(255)(355) 간의 가공 공차로 인하여 발생된 마찰을 감소시키고 접촉의 유연성을 향상시킬 수 있다. 한편, 회전 운동부(255)(355)에 복수개의 딤플(115b) 간의 공간이 일정한 균형을 갖도록 배열될 경우 제2수용홈(171)에 접할 때의 마찰이 보다 감소될 수 있다.
도 12a 및 12b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인공 디스크(100)(300)의 제3변형예에 따른 코어운동부재(250)(350)의 회전 운동부(255)(355)는 중심에 관통 형성된 홀(355a)과 적어도 하나의 그루브(355c)를 포함할 수 있다. 홀(355a)은 척추 분절 운동에 의해 인공 디스크(100)(300)가 마찰하여 발생되는 마모된 미세 가루와 같은 이물질 등을 수용할 수 있다. 따라서, 홀(355a)의 내부는 이물질을 수용하여 인공 디스크(100)(300) 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있기 때문에 시술 후 염증과 같은 부작용을 감소시킬 수 있다.
한편, 인공 디스크(100)(300)를 서로 마주하는 척추(1)(3) 사이에 설치 전 척추 강화제에 침지시킬 수 있다. 이때 코어운동부재(250)(350)의 인입부(351)는 척추 강화제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 이 척추 강화제는 인입부(351) 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(355c)는 홀(355a) 내부에 저장된 척추 강화제가 흐르는 통로의 역할을 하여 서로 마주하는 제1척추 및 제2척추(1)(3)에 흡수되도록 할 수 있다. 그루브(355c)는 적어도 하나로 코어운동부재(250)(350)의 일 측면에 걸쳐서 곡면으로 형성된 부분 상에 선형상으로 인입 형성될 수 있다. 예를 들어, 그루브(355c)는 중심에서부터 4방향의 선형상일 수 있다. 이 그루브(355c)는 제2수용홈(171)에 대하여 코어운동부재(350)의 회전 운동부(355)가 회전 운동 및 병진 운동할 때 가공 공차로 인하여 발생되는 마찰을 감소시키고 접촉의 유연성을 향상시킬 수 있다.
도 13은 요부를 확대하여 보인 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 결합 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인공 디스크(100)(300)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, 제1척추(1)와 접하는 저면에도 코팅층(20)이 형성될 수 있다.
제1플레이트 및 제2플레이트 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, 제1척추 및 제2척추(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 제1척추 및 제2척추(1)(3)에 이식되는 인공 디스크(100)의 생체안정성(Biostability), 생체적합성(Biocompatibility) 및 계면친화성(Interfacialcompatibility)을 향상시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인공 디스크의 C, D 방향 작동 상태를 보인 단면도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 인공 디스크(100)(300)는 코어운동부(250)(350)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, 제1플레이트(110)에 대하여 제2플레이트(170) 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, 인공 디스크(100)(300)는 제1플레이트(110)에 대하여 제2플레이트(170)가 C 또는 D방향으로 접할 때 제1수용홈(111)에 위치한 완충부재(357)가 그와 반대되는 D 또는 C방향으로 병진 운동할 수 있다. 이러한 완충부재(357)의 병진 운동은 제2플레이트(170)에서 코어운동부(350)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(θ)은 24.3°이다. 따라서, 코어운동부(350)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.
도 15a는 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인공 디스크에 탄성밴드를 더 포함한 것을 나타낸 평면도이고, 도 15b는 도 15a를 측면에서 나타낸 측단면도이다.
도 15를 참조하면, 제1플레이트(110)와 제2플레이트(170)를 둘러싸며 서로 분리되는 것을 방지하고, 코어운동부재(250)(350)의 운동을 제한하고 초기 위치로 복원되도록 하는 밴드로 형성된 적어도 하나의 탄성부재(400)를 더 포함할 수 있다. 상기 탄성부재(400)는 생체이식적합성 있는 실리콘 및 폴리카본우레탄 중 적어도 어느 하나의 그룹으로 이루어질 수 있고, 방사형 배열을 가지는 제1고정돌기(115) 및 제2고정돌기(175)의 위치를 피하여 확보 가능한 면적에 'X' 형상으로 밴딩할 수 있다. 즉, 탄성부재(400)는 제1플레이트(110), 제2플레이트(170) 및 코어운동부재(250)(350) 각각의 운동을 자유롭게 하면서 동시에 서로 분리 이탈되지 않도록 이탈범위를 제한할 수 있기 때문에 장기간 사용이 가능할 수 있다. 그러나 상기와 같은 형상으로 밴딩하는 것에 한정되는 것은 아니며, '+', 'Y' 등 다양한 형상으로 제1 및 제2플레이트(110)(170) 외부를 둘러싸고 밴딩할 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인공 디스크를 나타낸 평면도(a) 및 측단면도(b)이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인공 디스크는 제1플레이트(710) 및 코어운동부재(550) 각각에 가동제한부(552)(722)를 더 포함할 수 있다. 가동제한부(552)(722)는 제1수용홈(711)의 가장자리 테두리 중 제1플레이트(710)의 가로길이에 위치할 수 있다. 또한, 상기 가로길이와 마주하는 코어운동부재(550)의 플랜지부(557) 및 완충부재(357) 중 적어도 어느 하나에 위치하는 것으로, 제1플레이트(710)로부터 코어운동부재(550)가 가로길이로 병진 운동 및 회전 운동을 제한하거나 저지하도록 돌출 또는 홈이 형성될 수 있다. 도 16을 참조하면, 코어운동부재(550)는 점선으로 표시된 부분으로써 세로길이 양끝 단부에 플랜지부(557)가 형성되고 가로길이 양끝 단부에 평평하게 형성된 가동제한부(552)가 포함될 수 있다. 상기 점선을 기준으로 안쪽에 그려진 실선은 제1플레이트(710)의 외부를 나타낸 것으로, 제1플레이트(710)는 세로길이 양끝 단부에 상기 코어운동부재(550)의 이탈을 방지하는 이탈방지부(720)가 포함되고 가로길이 양끝 단부에 코어운동부재(550)의 좌우 가동을 제한하는 가동제한부(722)가 포함될 수 있다. 도 16의 측단면도(b)에서 보는 바와 같이, 제1플레이트(710)의 이탈방지부(720) 및 가동제한부(722) 각각은 코어운동부재(550)의 플랜지부(557) 및 가동제한부(552) 각각을 수용하여 이탈을 방지하거나 가동을 제한하기 위한 것으로 더 돌출되어 형성될 수 있다. 반면, 코어운동부재(550)의 점선을 기준으로 바깥쪽에 그려진 점선은 제1플레이트(710)의 내부인 제1수용홈(711)을 나타낸 것으로, 제1플레이트(710)는 세로길이 양끝 단부에 코어운동부재(550)의 플랜지부(557)가 수용되어 A와 B 방향으로 병진 운동 및 회전 운동이 가능한 가동범위가 있는 여유 공간이 확보될 수 있고, 그 공간에는 코어운동부재(550)를 비스듬하게 설치 및 조립할 수도 있다. 그리고, 제1플레이트(710)는 가로길이 양끝 단부에 코어운동부재(550)의 가동제한부(552)가 수용되어 조립시의 공차 정도의 여유 공간은 있으나 그 공간은 자유롭게 움직일 수 있는 가동범위를 제한할 수 있다. 상기한 가동제한부(552)(722)에만 한정되는 것은 아니며, 제1플레이트(710) 및 코어운동부재(550) 각각에는 적어도 하나의 스터드 또는 리세스를 더 포함할 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: 제1척추 3: 제2척추
5: 신경근(nerve root) 7: 척추궁
9: 척수(spinal cord) 10: 본체
20: 코팅층 100, 300: 인공 디스크
110, 710: 제1플레이트 111, 711: 제1수용홈
113: 반원부 115: 제1고정돌기
117: 연장부 119: 제1툴홈
120, 720: 이탈방지부 130: 완충부재
131: 제3수용홈 170: 제2플레이트
171: 제2수용홈 175: 제2고정돌기
179: 제2툴홈 250, 350, 550: 코어운동부재
253, 353, 553: 네크부 255, 355: 회전 운동부
257, 557: 플랜지부 351: 인입부
355: 회전 운동부 355a: 홀(hole)
355b: 딤플(dimple) 355c: 그루브(groove)
357: 병진 운동부 400: 탄성부재
552, 722 : 가동제한부 AD: 종래 인공 디스크
CL: 중심선 D: 디스크

Claims (7)

  1. 각각 하부와 상부에 위치되는 제1척추와 제2척추 사이에 설치되는 인공 디스크에 있어서,
    상기 제1척추의 상부에 설치되는 것으로, 상기 제1척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제1고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제1수용홈이 형성되는 제1플레이트(110)와;
    상기 제1플레이트(110)와 이격하여 마주보고 위치하도록 상기 제2척추의 하부에 설치되는 것으로, 상기 제2척추와 접하는 일면에 형성되어 이탈을 방지하는 적어도 하나의 제2고정돌기를 구비하며, 그 타면에 제2수용홈이 형성되는 제2플레이트(170); 및
    상기 제1수용홈과 상기 제2수용홈 사이에 위치하며, 상기 제1플레이트(110)에 대해 상대적으로 병진 운동하면서 충격 및 소음을 저감시키고, 상기 제2플레이트(170)에 대해 상대적으로 회전 운동하는 코어운동부재(350)를 포함하며,
    상기 제1플레이트(110) 및 상기 제2플레이트(170) 각각은,
    중심선(CL)으로부터 상기 제1플레이트(110)의 후방 단부까지의 길이(L1)와 상기 제2플레이트(170)의 후방 단부까지의 길이(L2) 간 전방(A)으로 인입된 길이 차이(Lg)를 가지고 제1 및 제2척추가 후방(B)으로 움직이더라도 신경근들에 간섭되지 않도록 되고,
    상기 제1플레이트(110)의 제1수용홈은,
    외형이 반원형상을 이루어지며 상호 소정 간격으로 이격 되게 형성되는 한 쌍의 반원부(113)와; 상기 한 쌍의 반원부(113) 사이의 이격 부분에 연장 형성되는 연장부(117)를 포함하여, 상기 코어운동부재(350)가 기울여진 상태로 상기 제1수용홈에 결합될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어운동부재는,
    상기 제2수용홈에 접하여 설치되는 것으로, 곡면으로 형성되어 상기 제2플레이트에 대해 상대적으로 회전 운동 하는 회전 운동부와;
    상기 코어운동부재의 하부면에 위치하는 것으로, 상기 제1수용홈에 접하여 설치되고 상기 제1플레이트에 대해 상대적으로 병진 운동하면서 상기 제1수용홈 내에서 이탈을 방지하고 충격 및 소음을 저감하는 플랜지부; 및
    상기 회전 운동부와 상기 플랜지부 사이에 개재되는 것으로, 상기 제1수용홈에 록킹하여 플랜지부가 정합 설치할 수 있도록 하고 상기 코어운동부재의 병진 운동시 충격 및 소음을 저감하는 네크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코어운동부재는,
    상기 코어운동부재의 일 부분과 상기 제1플레이트 사이에 설치되고 내부에는 제3수용홈이 형성되는 것으로, 상기 코어운동부재에 대해 상기 제1플레이트가 상대적으로 병진 운동시 충격 및 소음을 완화시키는 완충부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코어운동부재는,
    상기 완충부재와 접하여 설치되고 상기 완충부재와 함께 상기 제1플레이트에 대하여 상대적으로 병진 운동 하는 병진 운동부와;
    상기 병진 운동부와 연결되어 상기 제2수용홈에 설치되는 것으로, 곡면으로 형성되어 상기 코어운동부재에 대해 상기 제2플레이트가 상대적으로 회전 운동 하는 회전 운동부; 및
    상기 병진 운동부와 상기 회전 운동부 사이에 개재되는 것으로, 상기 회전 운동부의 하중을 상기 병진 운동부가 지지하면서 상기 제1수용홈의 측면에 록킹되도록 하는 네크부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1플레이트 및 상기 제2플레이트는,
    하기의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
    <조건식 1>
    Figure 112020060710066-pat00004

    여기서, L1은 상기 제1플레이트(110)의 중심선(CL)으로부터 상기 제1플레이트(110)의 후방 단부까지의 길이이고, Lg는 중심선(CL)으로부터 상기 제2플레이트(170)의 후방 단부까지의 길이(L2)와 L1 간의 전방(A)으로 인입된 길이 차이를 의미한다.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1플레이트와 상기 제2플레이트를 둘러싸며 서로 분리되는 것을 방지하고, 상기 코어운동부의 운동을 제한하고 초기 위치로 복원되도록 하는 밴드로 형성된 적어도 하나의 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1플레이트 및 상기 코어운동부재 각각에,
    상기 제1수용홈의 가장자리 테두리 중 상기 제1플레이트의 가로길이에 위치하거나 상기 가로길이와 마주하는 상기 코어운동부재의 상기 플랜지부 및 상기 완충부재 중 적어도 어느 하나에 위치하는 것으로, 상기 제1플레이트로부터 상기 코어운동부재가 가로길이로 병진 운동 및 회전 운동을 제한하거나 저지하도록 돌출 또는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 가동제한부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 디스크.
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