KR20010024069A - 용해물 이식 장치 및 사용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 추간 보철에 관한 것이다. 상기 보철은 인접 척추골 사이로 정의되는 추간 공간내에 삽입될 정도의 크기를 가지며, 제1 그리고 제2 단면(cross-sectional dimension)에 대한 적어도 제1 그리고 제2 수직 부분(longitudinal section)을 갖는 이식체(implant member)(특히 뼈)를 포함한다. 제1 이식부의 상기 제1 단면은 제2 이식부의 상기 제2 단면보다 크게 하여 유지 표면(retaining surface)을 갖는 계단 형태의 영역을 형성한다. 즉, 인접 척추골 사이에 형성되며 일반적으로 유사한 크기를 갖는 수용체(receiving bed) 내부에 상기 이식체를 삽입하면 상기 유지 표면은 상기 수용체의 표면과 일치되어 안정성을 갖게 된다.

상기 이식체는 원형 단면을 갖되, 제2 수직 부분은 제1 수직 부분이 이루는 직경에 대해 약 50%에서 95%범위의 직경 크기를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 단일 스텝 이식(single step implant)이 보다 바람직하지만 다중 스텝 이식도 가능하다. 또한 상기 이식체는 뼈 성장 유도 물질을 수용하기 위한 내부 빈 공간을 가지고 있다. 상기 내부 빈 공간의 뼈 성장 유도 물질과의 정보교환을 위해 상기 이식체의 외부 표면에 적어도 하나의 관통된 구멍을 형성하여 용해 과정을 촉진한다.

또한 본 발명에서는 보철용 인접 척추골간 용해 방법에 대해 개시하였다

Description

용해물 이식 장치 및 사용 방법{Fusion implant device and method of use}

등뼈(spine)는 척추골(vertebrae)이라 불리우는 일련의 뼈로 이루어진 유동적인 칼럼(flexible column)이다. 상기 척추골은 내부가 비어있고 다른 것 위에 쌓여진 형태를 가짐으로서, 두개골(cranium)과 몸통을 지탱하기 위한 튼튼한 빈 칼럼을 형성한다. 등뼈의 비어있는 코아(hollow core)는 척수(spinal cord) 신경을 수용하고 보호한다. 다른 척추골들은 관절 작용(articular processes)과 추간 공간, 섬유 연골질 공간(fibro-cartilagineous spaces)을 통해 서로 연결된다.

상기 추간 섬유 연골질은 추간 판(intervertebral disks)이라고도 하며, 펄프 물질(pulpy material)로 채워진 섬유 링으로 구성된다. 상기 추간 판은 척추의 충격 흡수 역할을 하며, 움직일 수 있도록 활액 연결체(synovial joints)와 결합되며, 등뼈의 유연성을 유지한다. 사고나 병으로 하나 이상의 추간 판이 퇴화되면 그 근처를 지나는 신경이 압박되어 결국 자극을 받는다. 그 결과 만성 통증 혹은 쇠약 통증을 초래한다. 그와 같은 통증을 경감시키기 위해 수술 또는 비 수술을 통한 많은 방법 및 장치가 제안되어 왔다.

그중 하나의 방법인 체내 용해물(interbody fusion) 방법은 등뼈를 원래 위치로 잡아당겨서 신경 뿌리(nerve root)의 도관(canal) 크기를 증가 시킴으로서 신경이 쇠약해지는 것을 없애거나 줄이는 것이다. 추간 사이의 공간은 이상 지역내 추간 용해에 의해 일정 거리를 유지하게 된다. 추간 사이의 빈 공간(void)를 채우기 위해 많은 보철 이식이 제안 되어졌다. 예를 들면, 미국특허번호 4,936,848은 금속 또는 세라믹으로 만들어져 인접 추간 사이에 삽입되어지는 구형 케이지 이식(spherical cage implant)에 대해 기술했다. 상기 케이지(cage)는 뼈 조각이 내부에 삽입되어진 내부 공간(interior cavity)을 가지고 있다. 상기 뼈 조각은 자율적(autogenic)일 수 있고, 뼈 성장과 추간의 용해(fusion)를 촉진한다.

추간 접촉을 방지하기 위한 다른 방법으로 미국특허번호 5,011,484 가 있는데, 장식 못 형태를 가진 삽입물을 두 추간 사이에 수직으로 삽입하고 지지물로 고정시킨다. 미국특허번호 4,309,777 에서는 상호간에 스프링으로 연결된 상판과 하판으로 이루어진 인공 추간판에 대해 기술하고 있다. 상기 인공 추간판은 판에서부터 추간 내부로 튀어나온 큰 못에 의해 추간 사이에 유지되게 한다. 미국특허번호 4,743,256 에서는 추간 사이에 삽입되어지며, 포크류나 나사에 의해 위치를 유지시킨 다공성 강체(porous rigid)로 이루어진 플러그(plug)에 대해 기술하고 있다.

추간 사이에 삽입되어지는 이식용 뼈 플러그는 미국특허번호 4,878,915 에서도 기술되어 있으며, 그중 하나의 실시예로서 플러그의 외부를 나사 형태(external threading)로 하여 플러그가 회전될 때 플러그가 추간 사이의 준비된 위치로 나아갈 수 있도록 하였다. 플러그의 일 부분은 홈을 형성하여 플러그를 회전시킬 때 사용하는 키(key)의 끝단과 물리도록 하였다. 미국특허번호 5,105,255 에서는 두 인접 추간 사이에 구멍을 형성한후 가늘게 저며진 외피(cortical) 또는 해면(cancellous) 뼈 조각과 같은 이식 물질(graft medium)을 삽입하는 방법에 대해 기술하였다. 미국특허번호 4,961,740 에서는 케이지(cage)를 돌림으로서 추간 사이의 인접 뼈 표면 사이에 삽입되는 본질적으로 열려있는 용해물 케이지(substantially open fusion cage)를 제시했다. 상기 케이지(cage)는 뼈 조각이나 또는 다른 뼈 유도 물질(inducing substance)로 채워지며, 추간 공간내에 삽입되어질 때 케이지내에 채워진 뼈 유도물질과 자연 뼈간의 즉각적인 접합이 케이지 외부 표면을 통해 이루어진다.

이상적으로는, 용해물 이식(graft)은 추간 공간에서 안정화 되어야 하며, 인접 척추골로 용해(fused) 되어야 한다. 또한 용해(fusion)에 소요되는 시간동안 실질적인 퇴화(degrading)나 변형(deforming)없이 압력으로부터 추간 공간을 유지하기 위한 충분한 구조적 보전성(structural integrity)을 가지고 있어야 하며, 뼈가 내부 성장(ingrowth)되어 사실상 용해되기 이전에 안정적인 위치를 확보할 수 있는 충분한 안정성을 가지고 있어야 한다. 결론적으로, 용해물 이식은 일종의 고정 장치(anchor)가 필요하며, 뼈 유도 물질을 삽입 함으로서 뼈의 빠른 성장을 야기시키고 인접 척추골로 빠르게 용해되어야 한다. 또한 용해 이식되는 물질은 인체의 자연 조직과 생물학적 부작용이 없어야 하며 인체 조직과 거의 유사하게 만들어져야 한다.

상기 언급한 모든 이식물들은 특정 추간 공간을 지지하고 유지하기 위한 것이다. 그러나 불행하게도 상기 이식물들은 체내 용해 이식물로서의 이상적인 조건을 만족시키지 못하고 있다. 예를 들어 미국특허번호 4,936,848 내에 기술된 여러 이식물들은 금속과 세라믹으로 이루어져 생물학적 부작용은 없지만 뼈의 천연 조직과는 매우 다르다. 미국특허번호 5,015,255 는 척추골 사이에 용해되는 얇은 뼈 조각(bone chip) 형태의 이식물을 개시하였다. 상기 얇은 뼈 조각이 적절히 용해된다면 최종적으로 용해되는 이식물은 인체의 천연 조직과 거의 유사할 것이다. 그러나 상기 얇은 뼈 조각이 삽입 되었을 때 뼈 조각간과 인접 척추골 사이에서 원할히 용해되는 충분한 시간동안 척추골 사이에 남아있도록 제한할 수가 없다. 미국특허번호 4,878,915 에서 개시한 뼈 플러그는 인접 척추골 사이에 놓여지는 것을 돕기위해 나사 형태의 외부 표면(threaded outer surface)을 가지고 있다. 그러나 상기 외부 나사는 이식 강도를 약하게 한다. 또한 상기 나사 형태의 뼈 이식은 미리 준비된 구멍으로부터 뒤로 쳐지는(back out) 경향이 있다. 결론적으로 이상적인 등뼈 용해물 이식에 적합하도록 보다 개선된 체내 용해물 이식법이 요구되었다.

본 발명은 체내 골생성(osteogenic interbody) 용해물 이식 장치에 관한 것으로서, 특히 추간(intervertebral)내에 안정된 이식을 위해 계단 구조(stepped configuration)를 갖는, 비나사 형태의(non-threaded) 추간 연골(intervertebral bone) 이식 장치에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명에 의한 계단형 뼈 용해 이식체의 정면에서 바라본사시도이다.

도 2 는 상기 도 1 의 용해 이식체의 뒷면에서 바라본 사시도이다.

도 3 은 상기 도 1 과 도 2 의 뼈 용해 이식체를 만들기 위한 이식체 커터(cutter)의 사시도이다.

도 4 는 도 3 에 의한 이식체 커터의 단면도이다.

도 5 는 도 4 의 5-5 선을 따라 절단한 이식체 커터의 단면도이다.

도 6 은 도 3 의 이식체 커터의 다른 실시예로서 부분 절단한 사시도이다.

도 7 은 도 6 에 의한 이식체 커터의 내부 단면도이다.

도 8 은 도 7 의 8-8 선을 따라 절단한 이식체 커터의 단면도이다.

도 9 는 도 3 내지 도 5 의 이식체 커터를 갖는 커터(cutter instrument)의 말단부에 대한 사시도이다.

도 10 은 이식체 커터가 인접 뼈 덩어리(bone mass)에 위치하고 있는 단면도와 함께 커터의 드릴 가이드(drill guide)가 상기 뼈 덩어리를 관통한 상황을 나타낸 커터의 측면 입면도이다.

도 11 은 도 10 과 유사한 도면으로, 뼈 덩어리를 관통한 이식체 커터의 원통형 커팅 날(blade)을 나타내었다.

도 12 는 이식체 커터의 일 부분이 제거된 커터의 측면 입면도로서, 원통형 커팅 날이 완전히 진행하여 계단형 용해 이식체를 형성한 상태를 나타내었다.

도 13 은 도 12 와 유사한 도면으로, 형성된 계단형 용해 이식체와 함께 이식체 커터를 뼈 덩어리로부터 제거한 상태를 나타내었다.

도 14 는 척주(spinal column)의 일 부분으로, 계단형 용해 이식체를 수용하기 위해 인접 척추골내에 형성한 이식체의 수용체를 나타내었다.

도 15 는 용해 이식체의 삽입을 용이하게 하기 위해 척추골을 벌리는 역할을 하도록 인접 척추골에 장착되는 요추 확장기(lumbar spreader)이다.

도 16 은 도 15 와 유사한 도면으로, 요추 확장기에 의해 인접 척추골이 벌어진 상태이다.

도 17 은 벌어진 척추골 사이와 이식체의 수용체 내부에 삽입하는 용해 이식체를 나타내었다.

도 18 은 이식체의 수용체 내부에 삽입된 용해 이식체이다.

도 19 는 척주(vertebral column)의 단면도로서, 한쌍의 용해 이식체를 후배부 접근(posterior approach)을 통해 척주내에 위치시킨 상태를 나타내었다.

도 19A 는 척주(vertebral column)의 단면도로서, 한쌍의 용해 이식체를 전면 접근(anterior approach)을 통해 척주내에 위치시킨 상태를 나타내었다.

도 20 내지 25 는 도 1 내지 2 의 용해 이식체의 다른 실시예이다.

도 26 은 금속 은못(dowel) 용해 이식체의 사시도이다.

도 27 은 도 26 의 27-27 선을 따라 절단한 금속 은못 용해 이식체의 단면도이다.

도 28 내지 29 는 쐐기 형태(wedge-shape comfiguration)를 갖는 또 다른 용해 이식체의 측면도와 평면도이다.

도 30 은 도 28 내지 도 29 의 용해 이식체의 사시도 이다.

본 발명에 의한 등뼈내 용해 장치는 쇠약으로 인한 등뼈 구조의 퇴화를 막기 위해 인접 척추골 사이에 장착한다. 상기 용해 장치를 인체에 적용하는 경우 특히 등뼈의 척추 부위에 사용될 수 있으나 흉부(thoracic) 와 목부위(cervical)에도 사용할 수 있다. 상기 장착된 용해 장치는 인접 척추골 사이를 일정 거리로 유지시킴으로서 뼈 조직을 생성케 하고 상기 용해 장치와 하나가 되도록 한다. 결론적으로 추간 공간은 자기 이식 뼈 조직(autologous bone tissue)으로 채워지고 인접 척추골 사이를 연결하는 하나의 일체화된 단단한 연결체를 형성한다.

도 1과 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 용해 이식체를 설명하고자 한다. 이식체(10)는 외피질(cortical) 및/또는 해면질 뼈로 이루어진 긴 몸체(12)를 포함한다. 뼈는 자기 이식(autologous) 또는 유전적으로 다른 동종(allogenic) 또는 이종(xenogeneic)이어도 무관하며, 상박골(humerus), 경골(tibia), 대퇴골(femora)등 으로부터 얻어진다. 긴 몸체(12)는 수직축 "a", 제1 수직부(14) 및 제2 수직부(16)를 갖는다. 상기 제1 및 제2 수직부(14, 16)는 실린더 형태를 갖는 것이 바람직하며 상기 수직축 "a"를 기준으로 동심 형태를 갖는다.

제1 수직부(14)는 제2 수직부(16)의 단면 크기보다 큰 단면 크기를 가짐으로서 두 수직부의 연결 부위(18)가 계단 형태를 이룬다. 상기 계단 영역(18)은 인접 척추골 사이에(예를 들어 인접 척추골내에 만들어진 수용체(bed)내에) 용해 이식체(10)를 보다 원할히 유지시키기 위한 유지 표면(20)을 가짐으로서 상기 이식체(10)가 치료 과정중에 빠지지 않게 한다. 하나의 실시예로서, 제1 수직부(14)는 8 내지 20 밀리미터(mm) 범위의 직경을 가지며, 보다 바람직 하게는 12 내지 16 밀리미터(mm)의 직경 범위를 갖는다. 제2 수직부(16)는 제1 수직부(14)의 직경보다 약 2 mm 정도 작은 것이 바람직하다. 긴 몸체(12)의 길이는 10 내지 35 mm 의 범위를 가지며, 바람직하게는 15 내지 30 mm 의 범위를 갖는다.

제 1 실시예

하나의 실시예로서 제2 수직부(16)는 제1 수직부(14)보다 밀도가 높게 한다. 이와 같이 함으로서 제2 수직부(16)의 작은 직경이 이식체(10)의 전체적인 강도에 나쁜 영향을 주지 않게 한다. 제2 수직부(16)의 밀도를 높게 하는 것은 이식체를 만들 때 이루어 진다. 후에 자세히 기술하겠지만 경골 (즉, 해면조직의 플러그인 경우)로부터 이식체를 만들 때, 제2 수직부(16)는 보다 단단하고 치밀한 중심 연골(proximal subchondral bone)로부터 만들고, 제1 수직부는 해면 조직 부위의 뼈로 만든다.

도 3 내지 도 5 에 본 발명에 의한 계단형 용해 이식체(10)를 만들기 위한 이식체 커터를 나타 내었다. 이식체 커터(100)는 일반적인 회전 드릴에 장착된다. 이식체 커터(100)는 커팅 날(104)이 있는 외부 드릴 부분(102)과 커팅 날(108)이 있는 내부 드릴 부분(106)을 포함한다. 일반적으로 외부 드릴 부분(102)은 이식체(10)의 제1 수직부(14)를 형성하는 역할을 하며, 내부 드릴 부분(106)은 제2 수직부(16)를 형성하는 역할을 한다. 내부 드릴 부분(106)은 외부 드릴 부분(102)에 대해 중심에 위치함으로서 도 4 내지 도 5 에 나타낸 것과 같이 내부 드릴 부분의 커팅 날(108)이 외부 드릴 부분(102)의 내부 벽으로 연장 되어진다.

도 5 에 의하면 이식체 커터(100)는 중심에 놓여지며 내부 나사부(internal threaded portion, 110)를 포함하는데, 상기 내부 나사부는 이식체 커터(100)를 드릴 장치에 장착할 때 사용된다. 이식체 커터(100)는 중심 플랜지(proximal plange, 112)를 포함하는데, 상기 플랜지는 다루기 쉽게 하거나 드릴 장치에 용이하게 장착하게 하기 위함이다.

도 6 내지 도 8 은 도 3 내지 도 5 의 이식체 커터의 다른 실시예를 나타 내었다. 이식체 커터(120)는 이식테 커터(100)와 유사하지만 두 개의 직경방향으로 대칭되는 축 날(axial teeth,124)이 있는 내부 드릴 부분(122)을 포함한다. 상기 날(124)은 이식체의 제2 수직부분(16)을 형성하기 위해 뼈를 절단하는 가로축 커팅면(transverse cutting edges, 126)을 가지고 있다. 이식체 커터(200)의 다른 모든 부분은 도 3 내지 도 5 의 커터와 동일하다.

도 9 에서는 도 3 내지 도 5 의 이식체 커터(100)이 통상적인 캐뉼러 형태의 수술용 드릴 장치(1000)의 말단에 장착된 상태를 나타 내었다. 이식체 커터(100)는 장착 어셈블리(200)를 통해 드릴 장치(1000)에 장착된다. 이와 같은 장착 어셈블리는 1995년 3월 15일에 출원번호 08/404,255 로 미국에 출원되어 등록된 특허에 개시되어 있으며, 그 내용은 참증특허로서 인용하였다. 상기 출원번호 '255 특허의 장착 또는 커팅 어셈블리(200)는 장착 수단(202), 지지대(support shaft, 도 10 의 204), 나사 조임수단(threaded fitting, 206)을 포함한다. 장착 수단(202)은 드릴 장치(1000)의 척(chuck)에 장착하기 위한 중심 끝단(proximal end)과, 커터(100)를 장착하기 위해 도 10 의 이식체 커터(100)의 내부 나사산(110)과 결합되는 나사 형태의 말단 자루(distal threaded stem, 208)를 가지고 있다. 상기 지지대(204)는 장착 수단(202)내에 배치된 축 구멍(axial bore)을 관통하며, 드릴 장치의 결합된 구멍을 통해(도 10 에서는 가상으로 나타냄) 중심적으로(proximally) 연장되며, 이식체 커터(100)를 통해 말단적으로(distally) 연장된다. 지지대(204)는 말단에 장착된 드릴 가이드(210)를 가지는데, 상기 드릴 가이드는 이식체 커터(100)를 뼈 덩어리로 가이드 하는 것을 도와주기 위한 안내용 구멍(pilot hile)이 있다. 나사 조임수단(206)은 장착 수단(202)를 통해 연장되어 있으며, 장착 수단(202)을 기준으로 원하는 수직 위치에서 지지대(204)를 선택적으로 안정화 시키는 역할을 한다. 장착 수단(200)의 보다 자세한 내용은 상기 출원번호 '255 특허를 통해 알 수 있다.

뼈 이식체의 제작

이식체 커터(100)와 장착 어셈블리(200)와 캐뉼라 형태의 드릴 장치(1000)을 사용한 뼈 이식체의 제작에 대해 기술한다.

도 10 내지 도 13 는 도 1 내지 도 3 에서 개시한 뼈 용해 이식체(10)의 형성 방법을 연속적으로 나타낸 것이다. 도 9 에 나타낸 것과 같이 이식체 커터(100)는 장착 어셈블리(200)를 통해 드릴 장치(1000)에 장착된다. 도 10 에 의하면 장착 어셈블리의 나사 조임수단(206)으로 지지대(204)를 조이고 드릴 가이드(210)를 묘사된 것과 같이 뼈 덩어리 "b"에 안내용 구멍(pilot hole)을 형성하기 위해 구동된다. 뼈 덩어리 "b"는 경골 또는 장골(iliac)의 크래스트(crest)가 가능하다. 다음으로 드릴 장치(1000)를 가동하여 이식체 커터(100)를 회전시킨다. 이식체 커터(100)는 뼈 덩어리 "b" 내부로 진행하여 외부 드릴부분(102)의 커팅 날(104)이 뼈 덩어리 "b"를 뚫는다. 도 11 에 나타낸 것과 같이 커팅 날이 뼈 덩어리 "b"를 뚫게되면 드릴 장치(1000)가 정지 한다. 나사 조임수단(206)을 풀러 지지대(204)를 자유롭게 한후 지지대를 밀어서 이식체 커터(100)가 뼈 덩어리 "b" 속으로 삽입되도록 한다.

도 12 에서는 드릴 장치(1000)를 재가동하여 이식체 커터(100)을 뼈 덩어리 "b" 속으로 진행시켜 삽입한다. 삽입과정동안 외부 드릴 부분(102)의 커팅 날(104)은 뼈 덩어리 "b"를 도려내고 잘라내어 이식체의 제1 수직부를 만든다. 이식체 커터(100)를 계속 진행시키게 되면 내부 드릴 부분(108)의 커팅 날(108)은 이식체 커터(100) 내부로 들어오는 뼈 물질을 도려내고 잘라내어 이식체의 제2 수직부를 만든다. 이식체 커터(100)는 이식체 커터의 플랜지가 뼈 덩어리 "b"의 가장자리에 다다를 때까지 뼈 덩어리 "b" 속으로 진행시킨다. 가장 낮은 이식체(lowest implant, 10)에 다다를 때까지 경골내부에 구멍을 뚫을 때 외부 드릴 부분(102)은 아래에 놓여 있는 해면조직의 뼈를 도려내어 이식체중 보다 덜 치밀한 제1 수직부(14)를 만든다. 반면에 내부 드릴 부분(108)은 보다 치밀한 연골(subchondral bone)을도려내어 이식체중 보다 치밀한 제2 수직부(16)를 만든다.

뼈 이식체(10)가 완전히 만들어지면 드릴 장치(1000)를 정지시킨다. 나사 조임 수단(206)으로 지지대(204)를 다시 한번 조인후, 도 13 과 같이 형성된 이식체가 내부에 저장된 이식체 커터(100)를 뼈 덩어리 "b"로부터 제거한다. 조임 나사(206)를 풀르고 지지대(204)를 바깥으로 밀어내어 뼈 이식체(10)를 이식체 커터(100)로부터 제거한다. 때로 뼈 이식체가 이식체 커터로부터 제거되지 않는 경우가 있는데, 이때는 통상의 진동형 톱날 혹은 다른 커팅 장치를 사용하여 측면으로(laterally) 자른다.

척추 용해 과정(spinal fusion procedure)

요추 디스 섹터미(lumbar discectomy)와 척추 용해를 위해 후배부 근접(posterior approach) 방법을 이용한 용해 이식체의 삽입에 대해 기술 하였다. 다른 수술 근접(surgical approach) 방법, 예를 들어 내부(interior), 후 측면(postero-lateral) 등이 디스섹터미(discectomy)를 수행하거나 이식체(100)를 삽입하는데 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.

먼저 척추에 후배부 근접 방법을 통해 접근하는데 별도의 제거기(retractor)를 이용하여 붙어있는 근육, 혈관, 신경조직을 제거한다. 다음으로 특정 롱거(rongeur) 또는 커팅 장치를 사용하여 문제가 있는 추간연골(degenerative disc)의 적어도 일부분을 제거한다. 도 14를 참조하면, 일반적으로 용해 이식체(10)와 형태가 동일한 수용체(receiving bed) "r"을 인접 척추골 V1 과 V2 의 마주보는 면내에 형성한다. 수용체 "r"은 일반적 기술인 드릴링(drilling) 혹은 끌로 깎아(chiseling) 만든다. 상기 수용체는 인접 척추골 V1 과 V2 의 중앙 부위인 부드러운 해면조직 뼈와 외피 부위인 단단한 뼈를 모두 덮을 수 있도록 충분히 큰 크기를 갖는 것이 바람직하다.

도 15 에는 인접 척추골 V1 과 V2 의 후배면(posterior face)에 장착된 제거기(retarctor) "c"를 나타 내었다. 이와 같은 목적에 적합한 제거기"c"중 하나로서 코드만(Codman)사의 클로워드 요추막 확장기(Cloward Lumbar Lamina Spreader)가 있다. 도시된 바와 같이 제거기 "c"는 나사에 의해 배면의 척추골 면에 장착 가능한 한쌍의 제거기 팔(retarctor arm)을 가지고 있다. 제거기를 적절히 장착한후 도 16 에 도시한 바와 같이 상기 제거기 팔을 벌려 인접 척추골을 분리시킴으로서 용해 이식체(100)를 수용체 "r" 내에 용이하게 삽입할 수 있는 공간을 제공한다. 그 후 특정 집게 장치(미도시)를 이용하여 용해 이식체(100)를 도 17 과 같이 상기 수용체 "r" 내의 놓여질 위치에 놓는다. 일단 용해 이식체가 수용체 "r"내에 적절히 놓여지면 제거기 "c"는 인접 척추골 V1 과 V2를 원래 위치로 복원시키기 위해 원래의 위치로 이동시킨다.

도 18 에 도시된 바와 같이 용해 이식체(10)는 인접 척추골 V1 과 V2 사이를 특정 간격만큼 유지하고 지지하기 위한 버팀목 역할을 한다. 실질적으로는 용해 이식체(100)의 최적 크기는 인접 척추골 사이의 수용체 "r"의 크기에 따라 결정된다. 제 1 및 제 2 수직 부위(14, 16)의 연결부인 계단 영역은 수용체에 의해 정의되는 척추면 "s"인 유지면(20)을 가짐으로서 삽입된 이식체가 뒤로 빠지거나(backing out, retropulsing) 아예 빠지는 것을 방지해준다. 이와 같은 방법으로 용해 이식체(10)은 추간 공간에 영원히 고정된다. 도시된 바와 같이 이식체(10)중 작은 직경을 갖는 제 2 부위(16)는 척추골 종판(vertebral endplates) 사이에 놓여진다. 상기 언급한 바와 같이 이식체의 상기 제 2 부위(16)는 상대적으로 치밀하여 척추골을 지지할 정도의 강도를 가지고 있다. 시간이 경과하면 인접 척추골은 내부 성장을 하여 이식체(10)와 용해(fuse)되고 결국 고체 용해물(solid fusion)을 형성하게 된다. 도 19 는 추간 공간에 놓여 있는 두 개의 용해 이식체(10)를 나타 내었다.

도 19A 는 통상적인 내부 근접방법을 통해 두 개의 용해 이식체(10)를 추간 공간에 놓인 상태를 나타 내었다. 내부 근접 방법으로 이식체(10)를 추간 공간에 쉽게 위치시키는 것이 가능하다.

제 2 내지 제 4 실시예

도 20 내지 도 25 에는 본 발명에 의한 계단형 용해 이식체의 다른 여러 실시예를 나타 내었다. 도 20 의 용해 이식체는 서로 다른 단면적(42, 44)을 갖는 복수의 반복 부분으로 이루어진 다단계 구조를 가진다. 특히 제 1 이식체 부분(42)의 직경은 제 2 이식체 부분(44)의 직경보다 작다. 상기 제 1 및 제 2 이식체 부분의 접합부인 계단 영역은 인접 척추골내의 수용체에 의해 정해지는 구조의 유지면(46)을 갖는다. 도 21 은 다른 다단계 이식체(50)를 도시하고 있는데, 이식체 부분(52, 54, 56, 58)의 단면적이 이식체의 한쪽 끝단부터 다른 끝단까지 연속적으로 증가하여 다수의 유지면(53, 55, 57)을 갖는다. 도 22 는 도 1 내지 도 3 의 이식체와 유사한 단일 스텝 용해 이식체(60)를 나타 내었다. 하지만 이 실시예에서는 상대적으로 작은 이식체 부분(62)이 먼저 삽입되는 것이 바람직하다. 즉, 인접 척추골 V1, V2 내에 삽입될 때 상대적으로 작은 이식체 부분이 추간 공간에 먼저 삽입되고, 상대적으로 큰 이식체 부분(64)이 나중에 삽입된다. 이식체 부분(62, 64)은 유지면(66)을 형성한다. 도 23 은 이식체의 또 다른 실시예로서 이식체의 축 "a"에 대해 서로 중심을 벗어난(eccentrically) 형태인 이식체 부분(72, 74, 76)을 가지고 있다.

제 5 내지 제 6 실시예

도 24 내지 도 25 는 또 다른 본 발명에 의한 실시예이다. 본 실시예에 의한 이식체(80)는 도 1 내지 도 3 의 이식체와 유사하지만 뼈 유도 물질(bone inducing substance) "s"가 놓여지는 내부 동공(hole or cavity, 82)을 가지고 있다. 상기 이식체(80)의 외부면은 내부 동공(82)과 연결되는 다수개의 구멍(84)이 있다. 상기 이식체가 추간 공간에 삽입될 때 뼈가 케이지(cage)의 외부 표면을 교차하여 내부 동공(82) 안으로 들어와 뼈 유도 물질 "s"와 접촉하게 된다. 상기 뼈 유도 물질은 통상적으로 장골 크래스트(iliac crest)로부터 얻어질 수 있다. 본 발명에 적용될 수 있는 뼈 유도 물질의 하나로서 1994년 2월 4일 출원한 미국특허출원번호 08/191,624 에 개시된 것을 인용참증 하였다. 상기 '624 특허에서 개시한 뼈 유도 물질은 유동성(flowable)을 가진 생물학적 적합 캐리어(biocompatible carrier)내에 어느 정도의 크기를 가진 뼈 유전적(osteogenic) 뼈 분말로 이루어진 유동성 화합물(composition)이다.

제 7 내지 제 8 실시예

도 26 내지 도 27 은 본 발명의 또 다른 실시예이다. 이식체(90)는 티타늄 혹은 그 합금 혹은 교정 금속(surgical steel)과 같은 금속물질로 이루어 진다. 또한 이식체(90)는 세라믹 혹은 적절한 고형 폴리머 물질로 구성하는 것도 가능하며, 더 나아가 위에서 언급한 뼈도 가능하다. 이식체(90)는 도 1 내지 도 2 의 이식체(10)와 유사하지만 계단 영역(95)을 가진 다수개의 고리모양의 그루브(groove)와 리지(ridge) (92,94)로 이루어 진다. 상기 그루브와 리지는 척추골(vertebral bodies)과 접촉하는 외부표면을 증가 시킴으로서 추간 공간내 유지(retention)를 보다 더 확실하게 할 수 있다.

제 9 내지 제 10 실시예

도 28 내지 도 29 는 또 다른 용해 이식체의 각각 측면도 및 평면도이다. 도 30 은 또 다른 이식체의 사시도이다. 보여진 것과 같이 이식체(96)는 일반적인 쐐기 모양을 하고 있으며, 제 1 과 제 2 부분(97, 98) 그리고 수직 부분들의 접합 부분인 계단 영역(99)으로 구성된다. 계단 영역(99)은 제 2 부분(98)의 대향하는 주위 부분(peripheral protions, 99a. 미도시.)을 제거함으로서 형성된다. 또한 도면에 나타낸 두 개의 계단 영역대신 단지 하나의 계단 영역만을 구성할 수 있다. 이식체(96)는 인접 척추골에 의해 만들어지는 동일한 크기의 구멍안으로 삽입되면 계단 영역(99)이 도 1 내지 도 2 의 실시예에서 언급한 것과 유사한 방법에 의해 수행된 수용체에 의해 만들어지는 척추골 표면(vertebral surface)과 접하게 된다.

본 발명의 기본 취지 범위내에서 여러 변형을 통해 다양한 실시예가 가능하다. 지금까지 기술한 실시예 만으로 본 발명을 한정하는 것이 아니며 단지 예시를 하였을 뿐이다. 당업자는 하기 특허청구범위에 청구된 본 발명의 기본 취지 내에서 여러 가지 변형이 가능하다.

본 발명의 용해물 이식 장치 및 주입 방법은, 추간(intervertebral)내에 안정된 이식을 위해 계단 구조(stepped configuration)를 갖는, 비나사 형태의(non-threaded) 추간 연골(intervertebral bone)을 이식하는데 적용될 수 있다.

Claims (26)

1. 인접 척추골에 의해 만들어지는 추간 공간내에 삽입될 정도의 크기를 갖는 하나의 이식체(implant member)를 포함하는 추간 보철기(intervertebral prosthesis)에 있어서,

   상기 이식체는 하나의 수직 축(longitudinal axis)과, 제 1 및 제 2 의 단면 크기를 가진 적어도 제 1 및 제 2 수직 부분(longitudinal sections)을 가지며, 상기 제 1 단면 크기는 상기 제 2 단면 크기보다 크게 하여 상기 이식체의 유지 표면(retaining surface)을 형성하고, 상기 이식체가 척추골 사이에 삽입될 때 상기 유지 표면이 인접 척추골의 표면과 맞물리게 하여 척추골 사이에서의 유지 안정성을 증가시킨, 추간 보철기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이식체는 원형 단면적을 갖는, 추간 보철기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 수직 부분은 상기 제 1 수직 부분이 갖는 직경의 약 50% 내지 약 95% 의 직경 크기를 갖는, 추간 보철기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 이식체는 쐐기 형태를 갖는, 추간 보철기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 이식체는 단일 계단 영역(single stepped region)을 갖는, 추간 보철기.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 이식체는 다중 계단 영역(single stepped region)을 갖는, 추간 보철기.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 이식체는 뼈 이식 이식체(bone graft implant)인, 추간 보철기.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 이식체는 해면조직 뼈(cancellous bone)와 외피 뼈(cortical bone)로 구성되는, 추간 보철기.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 이식체는 티타늄, 티타늄 합금, 교정 금속(surgical steel), 폴리머 물질, 세라믹 물질로 구성되는 군 으로부터 선택되어지는 하나의 물질로 이루어지는, 추간 보철기.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 이식체는 뼈 성장 유도 물질을 집어 넣기 위한 내부의 빈 공동(cavity)을 갖는, 추간 보철기.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 빈 공동에 채워지는 상기 뼈 성장 유도 물질은 뼈 성장 인자, 글리세롤, 탈이온 뼈 모체(demineralized bone matrix : dbm), 골수(bone marrow), 뼈 형태 발생 단백질(bone morphogenic protein : BMP-4)을 포함하는 추간 보철기.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 이식체는 상기 빈 공동안에 채워지는 뼈 성장 유도 물질과 접하도록 외부 표면까지 뚫려진 적어도 하나의 개구부(opening)를 갖는, 추간 보철기.
13. 인접 척추골에 의해 만들어지는 추간 공간내에 삽입될 정도의 크기를 가지며 생물학적으로 적합한 하나의 이식체(implant member)를 포함하는 추간 보철기(intervertebral prosthesis)에 있어서,

    상기 이식체는 제 1 및 제 2 실린더형 부분을 가지며, 상기 제 1 실린더형 부분의 직경을 상기 제 2 실린더형 부분의 직경보다 크게 하고 상기 이식체가 인접 척추골 사이에 삽입될 때 척추골에 대해 움직이지 않고 보다 안정되게 고정시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 실린더형 부분의 접합부에 유지 돌출턱(retaining ledge)을 갖는, 추간 보철기.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 실린더형 부분은 상기 이식체의 하나의 수직축(logitudinal axis)에 대해 동심원 형태로 배열된, 추간 보철기.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 이식체는 비나사(non-threaded) 외부 표면을 가진, 추간 보철기.
16. 제 13 항에 있어서, 상기 이식체는 하나의 외부 표면 부분상에 형성된 고리 모양의 다수개의 그루브(grooves)를 포함하는, 추간 보철기.
17. 제 14 항에 있어서, 상기 이식체는 내부(interior) 및 후반부(posterior) 끝단(end)을 가지고 있으며, 상기 제 1 실린더형 부분은 상기 내브 끝단과 인접하게 배치된, 추간 보철기.
18. 제 13 항에 있어서, 상기 이식체는 외피질 뼈(cortical bone)를 포함하는, 추간 보철기.
19. 제 13 항에 있어서, 상기 이식체는 해면질 뼈(cancellous bone)를 포함하는, 추간 보철기.
20. 인접 척추골 사이의 추간 공간을 포함할 정도의 크기를 갖는 뼈 이식 이식체(bone graft implant member)를 포함하는 척추골 체내 용해 장치(vertebral interbody fusion device)에 있어서,

    상기 이식체는 비 나사 외부 표면과, 각기 제 1 및 제 2 단면 크기를 갖는 제 1 및 제 2 수직 부분과, 상기 제 1 및 제 2 수직 부분의 접합 부위에 유지면을 형성하며, 상기 유지면은 인접 척추골의 대응하는 표면과 맞물리게 함으로서 상기 이식체가 상기 추간 공간내에 안정되게 고정되도록 하는, 척추골 체내 용해 장치.
21. 인접 척추골의 용해(fusion) 방법에 있어서,

    인접 척추골 사이의 추간 공간에 접근하는 단계;

    상기 추간 공간내에 수용체를 마련하는 단계;

    뼈 이식 이식체를 상기 수용체내에 제공하되, 상기 이식체는 각기 제 1 및 제 2 단면 크기를 갖는 제 1 및 제 2 수직 부분을 갖는 연장체(elongated body)를 포함하며, 상기 제 1 단면 크기는 제 2 단면 크기보다 크게하여 상기 이식체의 계단 영역을 만드는 단계; 및

    상기 이식체를 상기 수용체내에 위치시켜, 상기 계단 영역을 상기 수용체에 의해 만들어지는 척추골 유지면과 맞물리게 하여 이식체가 수용체로부터 뒤로 밀려나는 것(retropulse)을 방지하는 단계를 포함하여 이루어 지는, 인접 척추골의 용해 방법.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 추간 공간에 접근하는 단계는, 후반면 위치(posterior location)로부터 상기 추간 공간을 접근하는, 인접 척추골의 용해 방법.
23. 제 21 항에 있어서, 뼈 이식 이식체를 상기 수용체내에 제공하는 단계는, 비 나사 외부 표면을 가진 이식체를 제공하는, 인접 척추골의 용해 방법.
24. 제 21 항에 있어서, 뼈 이식 이식체를 상기 수용체내에 제공하는 단계는, 다중 계단형 영역을 가진 이식체를 제공하는, 인접 척추골의 용해 방법.
25. 뼈 물질의 배드(bed)로부터 뼈 이식 이식체를 형성하는 장치에 있어서,

    내부 공동으로 만들어진 외부 드릴 부분 및 상기 외부 드릴 부분내에 놓여지는 연장된 드릴을 갖는, 뼈 이식 이식체를 형성하는 장치
26. 뼈 물질의 배드(bed)로부터 뼈 이식 이식체(bone graft implant device)를 형성하는 방법에 있어서,

    내부가 비어있는 외부 드릴 부분과 상기 외부 드릴 부분내에 동심원 형태로 장착되는 내부 드릴을 갖는 연장된 드릴을 제공하는 단계;

    상기 연장된 드릴을 뼈 물질의 배드 안으로 제 1 길이 만큼 밀어 넣어 상기 외부 드릴 부분이 뼈 물질의 제 1 실린더형 부분을 도려내는 단계; 및

    상기 연장된 드릴을 제 2 길이 만큼 밀어 넣어 상기 내부 드릴이 상기 외부 드릴내에 있는 뼈 물질을 도려내어 뼈 물질의 제 2 실린더형 부분을 형성하는 단계를 포함하는, 뼈 이식 이식체 형성 방법.