KR20060120498A - 동적 척추 안정화 기구 - Google Patents

동적 척추 안정화 기구 Download PDF

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KR20060120498A
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젠스 피터 팀
마노하 엠. 판자비
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어플라이드 스파인 테크놀러지스 인코퍼레이티드
예일 유니버시티
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Abstract

적어도 하나의 가압 부재, 즉 스프링을 포함하는 동적 척추 안정화 기구가 제공된다. 상기 가압 부재는 약 150lb/inch 내지 450lb/inch 사이의 힘을 전달하며, 상기 척추의 상기 제1 및 제2 척추경 사이의 상대적인 이동 거리를 약 1.5mm 내지 5mm의 거리로 제한한다. 상기 동적 척추 안정화 기구는 도한 치료될 척추 세그먼트를 위한 회전 중심의 위치에 최소한의 영향을 갖는다. 언급된 범위의 저항을 제공하고 언급된 범위로 이동 거리를 제한하여, 척추 안정화 기구가 정상 수준의 운동 범위와 매우 근접한 값의 운동 범위에 의해 반영되는, 바람직한 수준의 안정화를 제공한다. 또한, 상기 저항이, 치료된 척추 세그먼트의 회전 중심의 위치가 일반적인 해부학적 위치로부터 변경될 정도로 크지 않아서, 안정화 기구를 장착한 후에도 실질적으로 손상되지 않은 수준의 회전 운동이 가능하다.

Description

동적 척추 안정화 기구{Dyanamic Spine Stabilizer}
도 1은, 중립 지역에서 낮은 척추 강성을 보이는, 척추 세그먼트(완전한 세그먼트 및 손상된 세그면트)에 대한 모멘트-회전 곡선이다.
도 2는, 중립 지역에서 낮은 척추 강성을 보이는, 척추 세그먼트에 대한 모멘트-회전 곡선과 관련된 척추 세그먼트의 개략도이다.
도 3a는, 중앙 존에 증가된 저항이 제공되는 것을 보여주는, 힘-변위 곡선과 관련된 본 발명에 따른 예시적 척추 안정화 기구의 개략도이다.
도 3b는, 예시적 척추 안정화 기구와 관련된 스프링을 대치하여 얻어진 프로파일의 변경을 보여주는 힘-변위 곡선이다.
도 3c는 한 쌍의 척추 안정화 기구가 고정된 척추의 배면도이다.
도 3d는 연신 상태의 안정기를 도시하는 측면도이다.
도 3e는 압축 상태의 안정기를 도시하는 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 동적 척추 안정화 기구의 일 예에 대한 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 동적 척추 안정화 기구의 개략도이다.
도 6은 개시된 척추 안정화 기구가 척추 안정화를 돕는 방법의 한 특징을 도시하는 모멘트-회전 곡선이다.
도 7a 및 도 7b는 각각, 본 발명에 따른 척추 안정화 기구의 일 예에 대한 자유물체도(free body diagram) 및 척추 안정화 기구의 중앙 존을 나타내는 개략도이다.
도 8은, 본 발명에 따른 동적 척추 안정화 장치의 일 예를 포함하는 시체 연구에 기초한 굽힘/연장 데이터를 반영하는 막대그래프이다.
도 9는, 본 발명에 따른 동적 척추 안정화 장치의 일 예를 포함하는 시체 연구에 기초한 횡방향 벤딩 데이터를 반영하는 막대그래프이다.
도 10은, 본 발명에 따른 동적 척추 안정화 장치의 일 예를 포함하는 시체 연구에 기초한 축방향 회전 데이터를 반영하는 막대그래프이다.
도 11은 복수개의 동적 안정화 시스템에 대한 운동 범위(ROM) 및 이동을 반영하는 막대그래프이다.
도 12는 동적 안정화 시스템에 대한 스프링 강성 대 운동 범위(ROM) 비를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 척추 안정화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 생리적으로 바람직한 수준 및/또는 정도의 척추 이동을 유지 또는 보존하면서 척추에 바람직한 수준의 안정화를 제공하는 척추 안정화 기구, 시스템 및/또는 장치(및 관련 방법)에 관한 것이다.
요통은 산업화된 사회를 괴롭히는 가장 비싼 질병 중 하나이다. 일반적인 감기를 제외하고는, 요통이 다른 어떤 질병보다 의사를 더 많이 찾게 한다. 요통의 양상은 넓은데, 치유될 수 있는 일시적인 강한 불구의 고통으로부터 여러 가지 정도의 만성 고통에 이르는 범위에 있다. 요통에 이용가능한 종래의 치료법에는, 저온 팩, 물리 치료, 마취, 스테로이드 및 지압 등이 포함된다. 환자가 일단 모든 종래의 치료법을 다 이용한 뒤에는, 외과적 옵션에는, 신경 뿌리 및 척추 코드 상의 압력을 해소하기 위한 비교적 작은 치료인 마이크로 디섹토미(discectomy)로부터 고통의 수준에 따라 척추 운동 기능을 제거하는 융해에 이르는 외과적 선택사항이 존재한다.
미국에서 매해 2십만을 넘는 환자가 요추 융해 수술을 받는다. 융해가 약 70 퍼센트의 효과를 보고 있지만, 이러한 성공적인 치료에서도, 운동 범위의 감소, 및 척추의 인접 수준에서의 퇴화를 가속시키는 부하 전달의 증가와 같은 결과가 발생한다. 또한, 미국에서 700만을 초과하는 것으로 추정되는 상당한 수의 요통 환자는 증상을 제거하는 데에 적절하지 않거나 효율적이 아닐 수 있는 치료의 위험을 감수하기보다는 만성적 요통을 단순히 참는다.
이러한 한계를 극복하기 위해, 집합적으로 운동 보존 기구라고 지칭되는 신규 처리 모델이 현재 개발되고 있다. 몇 가지 장래성 있는 치료법은 핵, 디스크 또는 관절면(facet)를 대치하는 형태이다. 다른 운동 보존 기구는, 척추 조직을 제거하지 않고, 손상된 및/또는 퇴화된 척추의 동적 내부 안정화를 제공한다. 이러한 개념의 주요 목적은 정상에 가까운 척추 기능을 보존하면서 고통을 방지하도록 척추를 안정화시키는 것이다. 두 가지 형태의 운동 보존 기구의 주요 차이점 은, 대치 기구는 퇴화된 해부학적 구조를 대치하여 운동을 용이하게 하는 목적으로 이용되는 반면에, 동적 내부 안정화 기구는 조직을 제거하지 않고 비정상적 척추 운동을 안정화시키고 제어하는 목적으로 이용된다.
10년 이상 전에, 척추 컬럼(척추골, 디스크 및 인대), 척추 컬럼을 둘러싸는 근육 및 일상 생활의 여러 가지 활동 동안에 척추를 안정화시키는 데에 도움을 주는 신경 근육 제어 유닛으로 구성되는 척추 시스템이 개념화된 요통의 가설이 제시되었다. 판자비 엠 엠은 제이 스파이널 디스오드 5(4): 383-389, 1992a에 "척추의 안정화 시스템, 파트 I. 기능, 기능장애, 적응, 및 강화"를 발표하였다. 이 가설의 결론은, 척추가 손상 또는 퇴화되었을 때 강한 척추 근육이 필요하다는 것이었다. 이것은 중립 자세로 서 있을 때 특히 사실이다. 판자비 엠 엠은 제이 스파이널 디스오드 5(4): 390-397, 1992b에 "척추의 안정화 시스템, 파트 II. 중립 지역 및 불안정성 가설"을 발표하였다. 다시 말해서, 요통 환자는 충분히 양호하게-조화된 근력, 중립 자세로 서 있는 동안에 최대로 보호하도록 필요시에는 근육의 강화 및 훈련을 필요로 한다.
동적 안정화(비-융해) 기구는 요통 환자의 손상된(손상되거나 퇴화되어 기계적 완전성이 감소된) 척추를 돕기 위해 특정 기능을 필요로 한다. 구체적으로는, 상기 기구는, 특히 가장 필요로 하는 중립 지역에서, 손상된 척추를 기계적으로 보조해야 한다. "중립 지역"은 척추 세그먼트 중 낮은 척추 강성을 갖는 영역 또는 모멘트-회전 곡선의 발끝(toe)-영역을 지칭한다(도 1 참조). 판자비 엠 엠, 고엘 브이 케이, 다카다 케이 1981 생물학에서의 볼보 어워드. 척추 7(3): 192- 203, 1982에서의 "요추 인대에서의 생리적 응력, 시험과 생리적 연구". 중립 지역은, 척추의 연성 조직과 관절면 조인트가 척추 운동에 최소의 저항을 주는 중립 자세 주위의 운동 범위의 중앙부라고 일반적으로 정의된다. 이 개념은, 도 1에 도시된 완전한 척추 및 손상된 척추의 부하-변위 또는 모멘트-회전 곡선 상에 양호하게 가시화된다. 곡선이 직선이 아니라는 것, 즉, 척추의 기계적 성질은 각도 운동 및/또는 회전의 양에 따라 변한다는 것에 유의하여야 한다. 굽힘과 연장 각각에서의 척추의 동작을 제시하기 위해 양의 쪽과 음의 쪽의 곡선을 고려하면, 각각의 점에서의 곡선의 기울기는 척추의 강성을 나타낸다. 도 1에 도시되듯이, 중립 지역은 운동 범위의 낮은 강성 영역이다.
실험 결과는, 척추 컬럼의 손상 뒤에 또는 퇴화로 인해, 중립 지역 및 운동 범위가 증가한다는 것을 보여주었다(도 1 참조). 그러나, 중립 지역은, 대응되는 정상값의 퍼센티지로 표시할 때, 운동 범위의 증가보다 더 크게 증가한다. 이것은, 중립 지역이 운동 범위보다 척추 손상 및 불안정성의 더욱 양호한 척도라는 것을 뜻한다. 임상 연구는 또한, 운동 범위가 요통과 양호한 상관 관계를 갖지 않는다는 것을 발견하였다. 따라서, 불안정한 척추는 특히 중립 지역에서 안정화될 필요가 있다. 동적 내부 안정화 기구는 척추와 함께 운동할 수 있을 정도로 신축성이 있어야 하며, 그로 인해 디스크, 관절면 조인트 및 인대에 영양학적 웰빙을 유지하는 데에 필요한 정상적 생리적 운동 및 부하를 제공하여야 한다. 상기 기구는 또한, 각각의 환자의 다른 물리적 특성, 및 각각의 환자에게 바람직한 자세를 얻기 위한 골격을 수용하여야 한다. 실제로, 척추의 안정성을 제공하면서, 척추에 대해 실질적으로 제한되지 않은 각도 운동을 가능하게 하는 것이 바람직하다.
상기 사항을 염두에 두고, 당업자는, 종래 기구의 단점을 극복하는 척추 안정화 기구, 시스템 및/또는 장치의 필요성이 존재한다는 것을 이해할 것이다. 본 발명은, 생리적으로 바람직한 수준 및/또는 정도의 척추 운동을 유지 및/또는 보존하면서 바람직한 수준 및/또는 정도의 안정화를 제공하는 바람직한 기구, 시스템, 장치 및 관련 방법을 제공한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 척추의 실질적으로 제한되지 않는 각도 운동을 가능하게 하면서 바람직한 수준의 척추 안정성을 제공하는 척추 안정화 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 바람직한 방법은, 척추의 척추골에 동적 안정화 장치를 고정시키고, 동적 안정화 장치기 부착된 척추의 영역에 저항의 형태의 기계적 도움을 제공함으로써 달성된다. 본 발명의 예시적 실시예에서, 저항은, 척추가 그 중립 지역 부근에 있는 동안에 더 큰 기계적 도움이 제공되고, 척추가 그 중립 지역 너머로 굽혀진 동안에는 작은 기계적 도움이 제공되도록, 인가되어야 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 척추 안정화 방법은, 인접 척추경(pedicle) 사이의 소정의 이동 거리(즉, 선형 주행)를 수용하면서, 소정의 수준의 저항을 제공하는 척추 안정화 기구를 제공하는 것을 포함한다. 여기에 개시된 바람직한 임상 결과를 얻기 위해, 개시된 방법에 이용하기 위한 척추 안정화 기구는, 약 150 lbs/in 내지 약 450 lbs/in의 범위의 소정 수준의 저항을 제공하도록 채택된다. 또한, 개시된 방법에 이용하기 위한 척추 안정화 기구는 소정의 약 1.5mm 내지 약 5mm의 이동을 가능하게 한다.
본 발명은 또한, 소정의 이동 거리(즉, 인접 페디클 사이의 선형 이동 거리(△x))를 수용하면서 소정 수준의 저항을 제공하는 바람직한 척추 안정화 기구, 시스템 및/또는 장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서, 개시된 동적 안정화 기구, 시스템 또는 장치는 차후의 교체가 가능하며, 약 150 내지 약 450 lbs/in의 범위, 바람직하게는 약 200과 약 400 lbs/in 사이의 소정 수준의 저항을 제공하며, 약 1.5mm 내지 약 5mm의 범위, 바람직하게는 약 2mm와 약 4mm 사이의 소정 이동을 가능하게 하도록 채택된다.
본 발명의 예시적 실시예에서, 동적 안정화 기구, 시스템 또는 장치는 척추 운동의 제어 하에 이동되어, 손상된 척추의 중립 지역에 실질적으로 대응하는 중앙 지역에 증가된 기계적 지지를 제공한다. 예시적 동적 안정화 기구는 지지 조립체, 및 상기 지지 조립체와 연관된 저항 조립체를 포함한다. 저항 조립체는 저항을 발생시켜, 중앙 존에서 이동하는 동안에 더 큰 저항을 인가하고 중앙 존을 넘어서는 작은 저항을 인가한다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은, 본 발명의 특정한 실시예를 설명하는 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명에 따른 척추 안정화 기구, 시스템 및 장치(및 관련 방법)의 실시예가 이하에서 설명된다. 그러나, 설명되는 실시예는 본 발명의 단순한 예이며, 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 여기에서 상세하게 설명되는 실시예는 한정되는 것으로 해석되지 않아야 하며, 당업자가 설명되는 기구, 시스템 및 장치(및 관련 방법)를 제조하고 및/또는 사용하도록 할 수 있는 바람직한 예로서 해석되어야 한다.
도 2, 도 3a-도 3c, 및 도 4를 참조하면, 척추 안정화 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 척추 안정화 방법은, 내부 동적 척추 안정화 기구(10)를 인접하는 척추골(12, 14) 사이에 고정하여, 동적 척추 안정화 기구(10)가 부착되는 척추의 부위에 탄성 저항의 형태로 기계적인 보조 장치를 제공함으로써 달성된다. 탄성 저항은 변위의 작용으로서 인가되어, 척추가 중립 영역(neutral zone)에 있으면, 보다 큰 기계적인 보조가 제공되고, 척추가 중립 영역을 지나서 만곡되면 보다 작은 기계적인 보조가 제공된다. 용어 “탄성 저항(elastic resistance)"이 본 명세서의 대부분에서 일관되게 사용되지만, 다른 형태의 저항이 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고서 사용될 수 있다.
당업자가 확실하게 인식하고, 상기에서 설명된 바와 같이, “중립 영역”은 낮은 척추 강도의 영역 또는 척추 세그먼트의 모멘트-회전 곡선의 토우-영역(toe-region)에 관련되는 것으로 이해된다(도 2). 즉, 중립 영역은 내측-척추 운동에 대하여 최소 저항이 있는 척추 세그먼트의 중립 정지 위치 가까이 이완의 영역을 언급하는 것으로 고려될 수 있다. 중립 영역의 범위는 척추 안정성을 결정하는데 매우 중요한 것으로 고려된다. Panjabi, M M. "The Stabilizing system of the spine. Part Ⅱ. Neutral zone and instability hypothesis." J Spinal Disorders 1992; 5(4); 390-397.
실제로, 판자비(Panjabi) 박사는, “보울의 볼(ball in a bowl)" 유추법의 사용으로 척추 안정성과 관련되는 하중 변위 곡선을 이미 설명하였다. 이러한 유추법에 따르면, 보울(bowl)의 형상은 척추 안정성을 나타낸다. 깊이가 보다 깊은 보울은 매우 안정된 척추를 나타내며, 깊이가 보다 얕은 보울은 그다지 안정되지 않은 척추를 나타낸다. 판자비 박사는, 척추 손상이 없는 사람에 대하여, 정상적인 운동 범위를 갖는 정상적인 중립 영역(상호-척추 운동에 대하여 최소 저항인 운동의 범위 부분)이 있고, 또한, 어떠한 척추 고통도 없다는 것을 이미 가정했다. 이 경우, 보울은 너무 깊지도 너무 얕지도 않다. 그러나, 해부학적인 구조에 손상이 발생되면, 척추 컬럼의 중립 영역이 증가되고 볼은 더 먼 거리를 지나서 자유로이 이동된다. 이러한 유추법에 의하여, 보울은 더 얕게 되고 볼은 그다지 안정되지 않게 되며, 따라서 이렇게 확대된 중립 영역에 고통이 발생된다.
일반적으로, 척추경 나사(pedicle screws)(16, 18)가 당업자에게 널리 허용되고 친숙한 수술 방법을 사용하여, 동적 척추 안정화 기구(10)를 척추의 척추골(12, 14)에 부착하는데 사용된다. 바람직한 실시예에 따르면, 당업자가 명백하게 인식되는 바와 같이, 일반적으로 한 쌍의 대향하는 안정화 장치가 척추에 인가되는 하중의 균형을 잡는데 사용된다(도 3c 참조). 상기 동적 척추 안정화 기구(10)는 요통 환자의 손상된(다쳤거나 및/또는 퇴화된) 척추를 보조하고, 자신의 일상적인 활동을 돕는다. 상기 동적 척추 안정화 기구(10)는 중립 영역의 영역에서, 특히 중립 자세를 중심으로 척추 운동에 대하여 제어된 저항을 제공함으로써, 척추를 보조하고 자신의 일상적인 활동을 돕는다. 척추가 전방으로 휘면(만곡되면), 상기 안정화 기구(10)는 인장되고(도 3d 참조), 척추가 후방으로 휘면(신장되면) 상기 안정화 기구는 압축된다(도 3e 참조).
상기 동적 척추 안정화 기구(10)에 의하여 제공되는 변위에 대한 저항은, 비선형(non-linear)이며, 상기 저항은 개별적인 중립 영역에 대응하기 위하여 중심 영역에서 가장 크며, 즉, 상기 안정화 기구(10)의 중심 영역은 척추를 지지하는데 매우 높은 수준의 기계적인 보조를 제공한다. 각각이 중립 영역을 지나서 이동되면, 저항의 증가가 더욱 적절한 수준으로 감소된다. 따라서, 각각은 중립 영역 내에서 이동되는 동안 이동에 대하여 보다 큰 증가(또는 보다 큰 증가 저항)를 만나게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 동적 척추 안정화 기구(10)의 중심 영역, 즉, 척추 안정화 기구(10)가 이동에 대하여 가장 큰 저항을 제공하는 운동의 범위는, 각 환자 개인의 중립 영역에 맞도록 수술시에 조절될 수 있다. 실제로, 동적 척추 안정화 기구(10)에 의하여 제공되는 이동에 대한 저항은, 수술 전에 및 수술 중간에 조절될 수 있다. 이러한 기능은 환자 개인의 손상된 척추에 맞도록 하기 위하여 동적 척추 안정화 기구(10)의 기계적인 특성에 맞도록 하는 것을 도울 수 있다. 또한 동적 척추 안정화 기구(10)의 길이는, 환자 개인의 해부학적인 구조에 맞도록 하고 원하는 척추 자세를 얻기 위하여, 수술 중간에도 조절될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 동적 척추 안정화 기구(10)는 환자의 변경 필요에 대응할 수 있도록 그 중심 영역을 조절하기 위하여 수술 진행과 함께 수술 후에 재조절될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 볼 조인트(36, 38)는 동적 척추 안정화 기구(10)를 척추경 나사(16, 18)와 연결한다. 본 실시예의 상기 동적 척추 안정화 기구(10)와 척추경 나사(16, 18)의 결합은 임의(free)이고 구속받지 않아서 회전이 가능하다. 따라서, 우선 첫째로, 척추는 굽힘 및 비틀림의 모든 생리적인 운동을 허용하며, 둘째로, 상기 동적 척추 안정화 기구(10) 및 척추경 나사(16, 18)는 유해한 굽힘력 및 비틀림력으로부터 보호된다. 볼 조인트가 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 공개되지만, 기타 다른 연결 구조, 특히 안정화 기구와 척추경 나사 사이의 자유로운 상대 운동을 용이하게 하는 연결 구조가, 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 이용될 수 있다.
안정화 기구(10)의 각 단부에 볼 조인트(36, 38)가 위치되면, 일반적으로 벤딩 모멘트는 척추로부터 안정화 기구(10)로 전달되지 않는다. 또한, 일반적으로 척추경(따라서 척추)에 대하여 안정화 기구(10)에 의하여 인가되는 힘은, 안정화 기구(10)와 결합되는 안정화 구성요소 및/또는 안정화 어셈블리/서브-어셈블리와 관련되는 힘이다. 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 이러한 힘은 스프링(30, 32)의 상대 위치 결정, 마운팅 및 강성(stiffness)을 통하여 전달되는데, 상기 스프링은 안정화 기구(10)와 결합되는 하우징 내에 위치된다. 상기 안정화 기구에 의하여 인가되는 힘은, 척추 운동에 의하여 결정되는 바와 같이 상기 안정화 기구(10)에 인가되는 인장 및 압축에 종속적이고 반응한다. 사람이 무거운 하중을 운반하거나 또는 들어올릴 때에 척추에 가해지는 큰 하중에 관계없이, 안정화 기구(10)의 작동에 강한 영향을 주는 하중 은, 척추 운동의 결과에 종속적이고, 척추 하중의 결과에 종속되지 않는다. 따라서, 상기 안정화 기구(10)는 유일하게, 척추의 높은 하중을 지탱하지 않으면서, 본 발명의 개시에 따른 설계 선택의 넓은 범위를 허용하면서, 척추를 보조/안정화할 수 있다.
또한 본 발명에 바람직한 실시예의 안정화 기구(10)에서 척추경 나사(16, 18)의 부하는, 종래 기술의 척추경 나사 고정 시스템과 아주 상이하다. 일반적으로, 척추경 나사(16, 18)가 인가받는 유일한 부하는, 안정화 기구(10)로부터의 힘이다. 상기 안정화 기구(10)에 의하여 발생되는 힘은, 볼 조인트-척추경 나사 경계면에서 단순한 축방향 힘으로 전달된다. 이러한 장치/연결 구조는 종래 기술의 척추경 나사 연결 시스템에 비하여 척추경 나사(16, 18)에 위치되는 벤딩 모멘트를 크게 감소시킨다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 볼 조인트(36, 38) 때문에, 척추경 나사(16, 18) 내에서 벤딩 모멘트는, 볼 조인트(36, 38)에서 본래 제로이고, 척추경 나사(16, 18)의 상단부를 향하여 증가된다. 척추경 나사-뼈 경계면(일반적인 종래 기술의 척추경 나사 고정 장치에서 파손 영역일 수 있는)의 면적은 종래 기술의 장치에 비하여 더 낮은 응력을 받는 영역이고, 따라서 파손될 가능성이 낮다. 요컨대, 척추경 나사(16, 18)는, 본 발명에 따른 척추 안정화 기구와 결합하여 사용되면, 상당히 낮은 하중을 지지하고 일반적인 척추경 나사보다 상당히 낮은 응력하에 있게 된다.
도 2에는, 본 발명의 안정화 기구(10)를 갖는 구성에서의 건강한 척추의 모멘트-회전 곡선이 도시된다. 이 곡선은 건강한 척추의 중립 영역에서 운동에 대한 낮은 저항을 나타낸다. 그러나, 척추가 손상되면, 이 곡선이 변경되고, 척추는 중립 영역의 확장에 의하여 증명되는 바와 같이, 불안정하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 척추 손상으로부터 고통을 받고 있는 사람이 중립 영역의 증가된 기계적인 보조를 통하여 최상으로 치료된다. 척추가 중립 영역을 지나서 이동되면, 필요한 기계적인 보조가 감소되고 보다 완화된다. 특히, 도 3a를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서포트 프로파일(support profile)이 공개된다.
도 3a에 3개의 상이한 프로파일이 도시된다. 도시된 프로파일은 단순히 예시적이며 중립 영역 내에 가능한 서포트 필요조건을 나타낸다. 프로파일(1)은 중립 영역에서 개별적으로 큰 저항이 요구되는 예이고, 따라서 안정화 기구의 중심 영역은 증가되어, 큰 변위에 대하여 높은 수준의 저항을 제공하며; 프로파일(2)은 중립 영역에서 개별적으로 더 작은 보조가 요구되는 예이고, 따라서 안정화 기구의 중심 영역은 보다 완화(중간 정도로)되어, 변위의 보다 제한된 범위에 대하여 증가된 저항을 제공하며; 프로파일(3)은 중립 영역에서 단지 약간 큰 저항만이 요구되는 상태의 예이고, 따라서 안정화 기구의 중심 영역이 감소될 수 있어 변위의 보다 작은 범위에 대하여 증가된 저항을 제공한다.
당업자가 명백하게 인식하는 바와 같이, 요구되는 기계적인 보조 및 중립 영역의 범위가 개인마다 변화된다. 그러나, 본 발명의 척추 안정화 기구의 기본 사상, 즉, 척추 불안정을 겪고 있는 개인들을 위하여 보다 큰 기계적인 보조가 개객의 중립 영역 내에 요구된다. 이러한 보조는 개개의 중립 영역 및 본 발명의 동적 척추 안정화 기구(10)의 중심 영역 내에 제공되는 운동에 대하여 보다 큰 저항의 형태로 제공된다.
일반적으로 본 발명에 따라 개발된 동적 척추 안정화 기구(10)는 공개된 서포트 프로파일에 따라 기계적인 보조를 제공한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 안정화 기구(10)는 동일 중심의 스프링 설계에 의하여 조절성을 제공한다.
특히, 동적 척추 안정화 기구(10)는, 척추가 중립 자세로부터, 임의의 생리학적인 방향으로 이동되면, 운동(바람직한 실시예에 따른 스프링에 의하여 제공되는)에 대하여 증가된 저항의 형태로 손상된 척추에 대하여 보조를 제공한다. 상기에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 동적 척추 안정화 기구(10)에 의하여 제공되는 힘-변위 관계는 비-선형이며, 척추의 중립 영역 및 안정화 기구(10)의 중심 영역 근처에서 저항 증가분이 크게 되고, 개개의 중립 영역을 지나서 이동되면 동적 척추 안정화 기구(10)의 중심 영역을 지나서 저항 증가분이 감소된다.
또한 인장 및 압축 동안 인가되는 힘에 대한 본 발명의 안정화 기구(10)의 관계가 도 3a에 도시된다. 상기에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 안정화 기구(10)의 거동은 비-선형적이다. 하중-변위 곡선은 3개의 영역, 즉 인장, 중심 및 압축 영역을 가지고 있다. K1 및 K2가 각각, 인장 및 압축 영역에서 강성 값을 형성하면, 본 발명의 안정화 기구는, 중심 영역에서 높은 강성이 “K1+K2"가 되도록 설계된다. 안정화 기구(10)의 예비 하중에 따라, 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 중심 영역의 폭, 따라서 높은 강성 영역이 조절되거나 또는 개량될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 바람직한 동적 척추 안정화 기구(10)가 개시된다. 상기 동적 척추 안정화 기구(10)는 제1 하우징 부재(22) 및 제2 하우징 부재(24)로 구성되는 하우징(20)의 형태의 서포트 어셈블리를 포함한다. 상기 제1 하우징 부재(22) 및 제2 하우징 부재(24)는, 상기 제1 하우징 부재(22)의 개구 단부(26)에 형성되는 수나사, 및 상기 제2 하우징 부재(24)의 개구 단부(28)에 형성되는 암나사에 의하여 신축가능하게 연결된다. 이와 같이, 상기 하우징(20)은 제1 하우징 부재(22)를 제2 하우징 부재(24) 내에 나사 체결함으로써 완성된다. 이와 같이, 그리고 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 상기 제1 하우징 부재(22)와 상기 제2 하우징 부재(24) 사이의 상대 거리는 상기 하우징 내에 포함되는 제1 스프링(30) 및 제2 스프링(32)의 압축을 조절하기 위하여 간단하게 조절될 수 있다. 스프링이 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 사용되지만, 기타 다른 탄성 부재가 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 피스톤 어셈블리(34)는 제1 스프링(30) 및 제2 스프링(32)을 제1 및 제2 볼 조인트(36, 38)에 연결한다. 또한 상기 제1 및 제2 볼 조인트(36, 38)는 척추골(12, 14) 각각으로부터 연장되는 척추경 나사(16, 18)에 선택적인 장착을 위하여 형성되고 설계된다.
상기 제1 볼 조인트(36)는 연결을 위하여 형성되고 크기를 갖는 나사 결합 부재(40)를 개재하여 상기 제1 하우징 부재(22)의 밀폐 단부(39)에 고정되고, 상기 제1 하우징 부재(22)의 밀폐 단부(39) 내에 형성된 구멍(42) 내에 나사가 형성된 다. 이와 같이, 제1 볼 조인트(36)는 제1 하우징 부재(22)의 밀폐 단부(39)를 실질적으로 밀폐한다. 동적 척추 안정화 기구(10)의 길이는 제1 볼 조인트(36)를 회전시킴으로써 간단하게 조절될 수 있어, 제1 하우징 부재(22)와 상기 제1 볼 조인트(36)의 결합 부재(40) 사이의 오버랩(overlap)의 범위를 조절할 수 있다. 당업자가 명백하게 인식할 수 있는 바와 같이, 제1 하우징 부재(22)와 상기 제1 볼 조인트(36)의 결합 부재(40) 사이의 나사 결합이 본 발명에 따라 공개되지만, 기타 다른 연결 구조가 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
상기 제2 하우징 부재(24)의 밀폐 단부(44)는, 형성되는 구멍(48)을 가지는 캡(cap)(46)을 가지고 있다. 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 구멍(48)은 피스톤 어셈블리(34)로부터 이를 관통하는 피스톤 로드(50)의 통로를 위하여 형성되고 크기를 갖는다.
피스톤 어셈블리(34)는 제1 및 제2 스프링(30, 32)과 협동하는 피스톤 로드(50) 및 유지 로드(retaining rods)(52)를 포함한다. 상기 피스톤 로드(50)는 그 제1 단부(58)에 멈춤 너트(54) 및 확대 헤드(56)를 포함한다. 상기 확대 헤드(56)는, 피스톤 로드(50)에 견고하게 연결되고, 상기 유지 로드(52)가 바람직한 동적 척추 안정화 기구(10)의 작동 동안 신장되는 가이드 구멍(60)을 포함한다. 이와 같이, 확대 헤드(56)는 유지 로드(52)를 따라서 안내되며 상기 제2 볼 조인트(38)는 제1 볼 조인트(36)를 향하여 멀리 이동된다. 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 상기 확대 헤드(56)는, 동적 척추 안정화 기구(10)가 신장되고 척추가 휨 상태로 이동되면, 저항을 생성하도록 제1 스프링(30)과 상호 작용한다.
상기 멈춤 너트(54)는 피스톤 로드(50)에 대해서 자유롭게 움직일 수 있도록 피스톤 로드(50)의 상부에 끼워진다. 그러나, 상기 멈춤 너트(54)의 제1 볼 조인트(36)를 향한 이동은 유지 로드(52)에 의해서 저지되며, 상기 유지 로드(52)는 상기 멈춤 너트(54)를 지지하고 멈춤 너트(54)가 제1 볼 조인트(36)를 향해 이동하는 것을 방지한다. 후술하겠지만, 동적 척추 안정화 기구(10)가 압축되고 척추가 연장되도록 이동할 때, 상기 멈춤 너트(54)는 저항을 발생시키기 위해서 상기 제2 스프링(32)과 상호작용한다.
피스톤 로드(50)의 제2 단부(62)는 제2 하우징 부재(24)의 밀폐 단부(44)에 위치하는 구멍(48)으로부터 연장되고, 제2 볼 조인트(38)의 결합 부재(64)에 부착된다. 피스톤 로드(50)의 제2 단부(62)는 나사 결합을 통해서 제2 볼 조인트(38)의 결합 부재(64)에 결합된다. 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않는 다른 결합 구조들이 사용될 수도 있지만, 이는 당업자라면 충분히 이해할 수 있으므로, 피스톤 로드(50)의 제2 단부(62)와 제2 볼 조인트(38)의 결합 부재(64) 사이의 나사 결합만을 실시예로서 설명하였다.
간략하게 설명된 바 있으나, 제1 및 제2 스프링(30, 32)은 하우징(20)의 내부에 끼워진다. 특히, 제1 스프링(30)은 피스톤 로드(50)의 확장 헤드(56)와 제2 하우징 부재(24)의 캡(46) 사이에서 연장된다. 제2 스프링(32)은 제2 볼 조인트(38)의 결합 부재(64)의 말단부와 피스톤 로드(50)의 멈춤 너트(54) 사이에서 연장된다. 제1 및 제2 스프링(30, 32)에 의해 미리 적용된 힘은 피스톤 로드가 하우징(20) 내에서 안정 위치에서 유지되도록 하므로, 피스톤 로드는 척추가 신장 또는 휘는 동안에 움직일 수 있도록 한다.
사용시에, 척추뼈(12, 14)가 휘어지면서 움직이고 제1 볼 조인트(36)가 제2 볼 조인트(38)로부터 후퇴할 때, 상기 피스톤 로드(50)는 하우징(24) 내에서 상기 제1 스프링(30)에 의해 적용되는 힘에 저항하면서 당겨진다. 특히, 상기 피스톤 로드(50)의 확장 헤드(56)는 제2 하우징 부재(24)의 밀폐 단부(44)를 향해 움직인다. 이러한 이동으로 인해서 제1 스프링(30)이 압축되고, 척추뼈의 움직임에 대한 저항이 발생된다. 제2 스프링(32)과 관련하여, 상기 멈춤 너트(54)와 제2 볼 조인트(38) 사이에 고정된 제2 스프링(32)은 제2 볼 조인트(38)가 제1 볼 조인트(36)로부터 이탈하는 것에 의해 연장 또는 신장된다. 척추뼈가 중립 지역 내에서 휘어지면서 움직이면, 상기 제2 스프링(32)의 높이(또는 길이)가 증가하여 연신력(distractive force)을 감소시키며, 실질적으로 움직임에 대한 기구의 저항을 증가시킨다. 이러한 메커니즘을 통해서, 척추가 초기 위치로부터 휘어지면서 움직일 때, 두 개의 스프링(30, 32)은 움직임에 반대되는 부하를 증가시키거나(즉, 제1 스프링(30)) 움직임을 보조하는 부하를 감소시켜서(즉, 제2 스프링(32)) 장치의 연신에 대해서 직접적으로 저항한다.
그러나, 척추가 확장되고 제2 볼 조인트(38)가 제1 볼 조인트(36) 쪽으로 이동된 경우에는, 제2 볼 조인트(38)의 결합 부재(64)가 멈춤 너트(54) 쪽으로 이동하여, 피스톤 로드(50)가 제1 볼 조인트(36) 쪽으로 이동함에 따라 유지 로드(52)에 의해 제자리에 유지된다. 이러한 이동은, 제2 볼 조인트(38)의 결합 부재(64)와 멈춤 너트(54) 사이에 유지된 제2 스프링(32)의 가압을 유발하여, 동적 척추 안 정화 기구(10)의 이동에 대한 저항을 형성하도록 한다. 제1 스프링(30)에 있어서, 제1 스프링(30)은 캡(46)과 확장 헤드(56) 사이에 지지되며, 척추골이 중립 구역 내에서 확장 이동함에 따라, 제2 스프링(30)의 높이가 증가하여 압축력이 감소되며, 사실상, 이동에 대한 기구의 저항을 증가시킨다. 이러한 기구를 통해, 척추가 초기 위치로부터 확장 이동함에 따라, 스프링(32) 및 스프링(30) 모두는, 동작에 저항하는 하중(즉, 제2 스프링(32))의 증가 또는 동작에 보조하는 하중(즉, 제1 스프링(30))의 감소에 의해 기구의 압축에 직접적으로 저항한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따라 2개의 동심으로 배치된 탄성 스프링(30, 32)의 사용에 의해, 도 2에 도시된 보조(력) 프로파일이 동적 척추 안정화 기구(10)에 의해 제공된다. 즉, 제1 및 제2 스프링(30, 32)은, 동적 척추 안정화 기구(10)가 중앙 구역 내에서 변위되는 경우에, 커다란 탄성력을 제공하도록 함께 작용한다. 그러나, 제1 볼 조인트(36)와 제2 볼 조인트(38) 사이의 변위가 안정화 기구(10)의 중앙 구역 및 개개의 척추 운동의 중립 구역을 넘어 확장되면, 각각은 더 이상 중립 구역 내에서 실질적인 보조를 필요로 하지 않기 때문에, 동작에 대한 저항 증가가 실질적으로 감소된다. 이것은 전술한 것과 같이 안정화 기구의 중앙 구역을 설정 또는 형성함으로써 이루어진다. 강제 변위 곡선의 중앙 구역은, 양쪽 스프링이 전술한 바와 같이 상기 기구에서 작용하는 경우에 나타내는 곡선의 영역이다. 척추의 동작이 중립 구역의 외측이고 대응되는 기구의 신장 또는 압축이 상기 중앙 구역의 외측인 경우, 신장된 스프링은 그 자유 길이에 도달한다. 당업자에게 자명한 바와 같이, 자유 길이는 스프링에 힘이 가해지지 않았을 때의 길이이 다. 따라서, 본 발명의 척추 안정화 기구/메커니즘의 예시적 실시예에서는, 중앙 구역이 양쪽 스프링이 저항 동작으로 작용하는 영역에 해당한다. 중앙 구역의 외측에서, 상기 기구의 이동에 대한 저항은 하나의 스프링의 저항에만 의존된다. 즉, 스프링(30)은 압축되거나, 스프링(32)은 신장된다.
전술한 바와 같이, 동적 척추 안정화 기구(10)는 제1 하우징 부재(22)를 제2 하우징 부재(24)에 대하여 회전시킴으로써 조절될 수 있다. 이러한 운동은, 제1 하우징 부재(22)와 제2 하우징 부재(24) 사이의 거리를 변화시키며, 결국 제1 및 제2 스프링(30, 32)에 걸쳐 가해진 사전 부하를 변화시킨다. 사전 부하에 대한 이러한 변화는 본 발명의 동적 척추 안정화 기구(10)의 저항 프로파일을 변경시키고, 거리가 감소된 경우에는 저항 프로파일이 도 3a의 프로파일2로부터 사전 부하가 증가되어 제1 및 제2 스프링(30, 32)이 함께 작용하는 유효 범위가 확대된 것(도 3a의 프로파일1)으로 변화된다. 안정화 기구(10)의 중앙 구역의 증가된 폭은 척추 동작의 넓은 범위에 걸쳐 높은 강성과 연관된다. 이러한 효과는 도 3a의 프로파일3에서 볼 수 있는 것처럼, 거리 증가에 의해 역전될 수 있다.
본 발명의 동적 척추 안정화 기구(10)의 예시적 실시예는 지지를 필요로 하는 척추골 섹션으로부터 연장되는 척추경 나사(16, 18)에 부착된다. 동적 척추 안정화 기구(10)를 수술에 의해 부착하는 동안, 상기 안정화 기구의 중앙 구역의 크기는, 외과의사에 의해 판정된 대로 개별 환자에 대하여 조절되거나 장착 측정 기구에 의해 정량될 수 있다. 개시된 동적 척추 안정화 기구(10)의 조절 가능한 특징은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 발생된 예시적인 프로파일로 실시된다(도 2 참조; 각각의 기구의 중앙 구역의 폭).
수술 전에, 동적 척추 안정화 기구(10)의 제1 및 제2 탄성 스프링(30, 32)은 안정성을 가지고 넓은 범위로 척추를 수용하기 위해 상이한 설정에 의해 대체될 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 프로파일2b는 도 3b의 프로파일2a에 도시된 곡선과 비교하여 스프링을 보다 강하게 설정했을 때 발생되는 힘 변위 곡선을 나타낸다.
수술 중에, 동적 척추 안정화 기구(10)의 길이는, 환자의 상이한 해부학적 구조 및 원하는 척추 자세를 수용하기 위해 제1 볼 조인트(36)의 결합 부재(40)를 회전시켜서 안정화 기구(10)를 연장시킴으로써 조절 가능하다. 수술 전에, 피스톤 로드(50)는 보다 넓은 범위의 해부학적 변형도 수용하도록 형상을 변화시킨 피스톤 로드로 대체될 수 있다.
개시된 동적 척추 안정화 기구(10)의 예시적인 실시예가 부하 변위 관계를 판단하기 위해 시험되었다. 인장력을 가한 경우, 동적 척추 안정화 기구(10)는 소정의 변위까지 저항이 증가된 후에 완전히 신장된 포지션에 도달할 때까지 저항 증가율이 감소되는 것을 나타내었다. 압축되는 경우, 동적 척추 안정화 기구(10)는 소정의 변위까지 저항이 증가된 후에 완전히 압축된 포지션에 도달할 때까지 저항증가율이 감소되는 것을 나타내었다. 따라서, 동적 척추 안정화 기구(10)는, 비선형이며 중립 자세 근처로 제시되는 변위에 대하여 최대의 저항을 가지는 부하 변위 곡선을 나타낸다. 이러한 특성은 손상된 척추의 부하 변위 곡선을 정상화시키는데 도움을 준다.
도 5에 도시된 실시예의 바람직한 척추 안정화 설계에 있어서, 안정화 기구(110)는 인라인 스프링 배열로 구성된다. 본 실시예에 따르면, 하우징(120)은 나사에 의해 조절 가능하게 결합되는 제1 및 제2 하우징 부재(122, 124)로 구성된다. 제1 볼 조인트(136)는 제1 하우징 부재(122)로부터 연장된다. 제2 하우징 부재(124)에는 피스톤 로드(150)의 제2 단부(162)가 통과하여 연장되는 구멍(148)이 제공된다. 피스톤 로드(150)의 제2 단부(162)는 제2 볼 조인트(138)에 부착된다. 제2 볼 조인트(138)는 피스톤 로드(150)에 나사결합된다.
피스톤 로드(150)는 제1 단부(158)에 확장 헤드(156)를 포함한다. 제1 및 제2 스프링(130, 132)은 각각 확장 헤드(156)와 제1 및 제2 하우징 부재(122, 124)의 밀폐 단부(139, 144) 사이에 고정된다. 이로 인해, 안정화 기구(110)는 전술한 실시예에서 설명한 것과 동일한 기계적 원리를 이용하여 신장 및 압축 모두에 대하여 저항을 제공한다.
상기 실시예에 따른 저항 프로파일의 조절은 제1 하우징 부재(122)를 제2 하우징 부재(124)에 대하여 회전시킴으로써 이루어질 수 있다. 이러한 회전에 의해, 안정화 기구(110)에 의해 제공되는 높은 저항의 중앙 구역이 변경된다. 전술한 바와 같이, 하나 이상의 스프링은, 2개 또는 3개의 구역에서 힘 변위 곡선의 기울기를 변화시키기 위해 교환될 수 있다.
안정화 기구(10)가 손상된 척추를 어떻게 보조하는가를 설명하기 위해 도 6의 모멘트 회전 곡선을 참조하여 설명한다. 도면에는, 1. 정상, 2. 손상, 3. 안정화 기구, 4. 손상+안정화 기구의 4개의 곡선이 도시되어 있다. 이들 곡선은 각각 정상 척추, 손상된 척추, 안정화 기구 단독, 및 안정화 기구 더하기 손상된 척추의 모멘트 회전 곡선이다. 네 번째 곡선은 정상 곡선에 가깝다. 따라서, 중립 자세 근처에 운동에 대하여 보다 커다란 저항을 제공하는 안정화 기구는 척추의 불안정성을 보상하기에 이상적이다.
전술한 동적 척추 안정화 기구 외에, 다른 보정 기구가 고려된다. 예를 들면, 축방향 회전 및 횡방향 벤딩에 추가의 안정성을 제공하기 위해 좌우 안정화 유닛을 결합시키기 위해 링크 기구가 제공될 수 있다. 이러한 링크 기구는 상기 동적 척추 안정화 기구를 보조하게 된다. 상기 링크 기구는 개별적인 환자의 필요에 따라 적용될 수 있다. 또한, 척추의 안정성 측정 기구가 사용될 수 있다. 상기 측정 기구는 수술 시에 각각의 척추 수준의 안정성을 정량하기 위해 사용될 수 있다. 상기 측정 기구는, 수술 중에, 각각의 수준의 안정성을 측정하기 위해 손상 및 손상되지 않은 척추의 수준에서 한 쌍의 인접하는 척추 구성요소에 부착될 수 있다. 손상된 수준에 대한 인접하는 손상되지 않은 수준의 안정성 측정은 상기 척추 안정화 기구의 적절한 조절을 결정하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 손상된 척추 수준의 안정성 측정은, 정상적인 척추 안정성의 일람표 데이터를 참조하여 상기 기구를 조절하도록 이용된다. 상기 측정 기구는 간단하고 강건하여, 수술 환경에서 외과의사에게 가장 간단한 방식으로 정보가 제공되도록 한다.
원하는 힘 프로파일 곡선을 얻기 위해 본 발명의 척추 안정화 기구에 따라 사용되는 스프링의 선택은, 스프링에 의해 형성되는 힘에 관한 기본적인 물리 법칙에 의해 적어도 부분적으로, 일반적으로 결정된다. 특히, 도 3a에 도시된 힘 프로 파일은, 개별적인 스프링 요소 또는 다른 탄성 부재의 독특한 특성이 아니라 본 발명의 안정화 기구의 독특한 설계를 통해 얻어진다.
본 발명의 안정화 기구는, 안정화 기구 내부의 두 개의 스프링이 모두 압축 형태이지만, 유익하게 압축 및 인장의 기능을 제공하고 있다. 둘째로, 안정화 기구의 중앙부에 제공되는 보다 큰 강성(K1+K2)은 예하중(preload)에 의한 것이다. 두 개의 스프링은 예하중이 부가된 경우 동시에 작동한다. 안정화 기구는 중앙부 내에서 인장되거나 압축되므로, 하나의 스프링에서 하중이 증가하면 다른 스프링에서는 하중이 감소한다. 하중의 감소가 영(zero)에 도달하는 경우, 상기 하중에 대응하는 스프링은 더 이상 작동하지 않으므로, 안정화 기능이 감소된다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 도면을 포함하여, 공학적 해석이 이하 수행된다. 당업자라면 본 공학적 해석이 본 발명에 따른 모든 실시예에 적용되는 방법에 대해 인식할 것이지만, 본 해석은 특히 도 5에 도시된 실시예에 관한 것이다.
F0는 안정화 기구 내의 예비 하중을 나타내고, 전술한 바와 같이 하우징의 본체 길이를 축소시키기 위해 도입된 것이다.
K1 및 K2는 압축 스프링의 강성 계수를 나타내고, 안정화 기구가 인장되고 압축될 때 각각 활성화된다.
F 및 D는 안정화 기구의 본체에 대한 안정화 기구의 디스크의 하중 및 변위를 각각 나타낸다.
상기 디스크 상의 하중의 합은 영이 되어야 한다. 그러므로,
Figure 112006035186081-PAT00001
중앙부(CZ)의 폭(도 3a 참조)에 대해서 :
인장측(CZT) 상에서는 :
Figure 112006035186081-PAT00002
압축측(CZT) 상에서는 :
Figure 112006035186081-PAT00003
이 된다.
더 광범위한 관점에서, 척추 동작의, 생리학적으로 바람직한 수준 및/또는 정도를 유지하거나 보존하는 경우에, 본 발명은 척추에 바람직한 안정화 수준을 전달하는 척추 안정화 기구, 시스템 및/또는 장치(및 관련 방법들)를 제공한다. 따라서, 척추의 안정화를 제공하는 동안, 실질적으로 구속이 없는 척추의 각운동을 허용하는 것이 더욱 바람직하다. 실제로, 척추의 안정화 기구, 시스템 및/또는 장치가 있음에도 불구하고, 척추에 최소한의 부하를 가하면서 환자가 방해 없이 척추를 "굽힐" 수 있는지 여부가 임상에서 가장 중요한 점이 된다.
척추의 후부의 척추 안정화 기구의 배치는 "회전 중심"을 재배치시키는 효과를 가진다. 즉, 척추 세그먼트는 정상적인 해부학상 위치로부터 안정화 기구를 향하는 쪽으로 후방에 위치한다. 본 명세서에 사용된 "회전 중심"이라는 용어는, 이동하는 포인트 또는 축을 나타내고, 척추가 휘어지거나 늘어날 때 척추는 상기 포인트 또는 축에 대해 회전한다. 실제로, 척추에 대해 후방에 위치한, 예컨대 견고한 막대가 인접한 척추경 나사 사이에 연장된, 비동적(non-dynamic) 척추 안정화 기구는 반드시 회전 중심을 이동시킬 것이고, 후방에 위치한 척추 세그먼트는 실질적으로 안정화 기구와 일치하게 된다.
시소와 같이, 회전축은 척추의 해부학상 위치의 전방과 후방 사이의, 저항이 있는 균형 중심에 의해 제어된다. 척추의 안정화는, 시소 위의 조그만 어린이의 뒤에 큰 성인을 위치시키는 것과 비슷하게 증가된 저항을 가하는 것을 필요로 한다. 따라서, 시소의 피봇 포인트를 이동시키는 것처럼, 척추의 안정화 기구는 척추를 다시 균형잡히게 하도록 이상적으로 설계된다. 상기의 예에서, 시소의 회전축은 시소가 정상 기능을 회복하도록 어린이와 큰 성인에 가깝게 이동될 필요가 있을 것이다. 상기 시소의 예에서 명확히 설명된 바와 같이, 척추와 같은 동적 시스템의 운동 및 역학은 증가된 저항을 부가함에 따라 상당한 변화를 일으키게 된다. 다르게 설명하면, 척추의 확장/이동의 주어진 크기에 대해서, 만약 회전 중심이 정상적인 해부학상의 위치에 대해 후방으로 이동된다면, 보다 큰 하중이 척추의 전방에 부가될 것이다. 이러한 근본적인 생체 역학적 관계는, 회전 중심이 정상적인 해부학상의 위치에 있거나 실질적으로 해부학상의 위치 근처에 있을 때, 각 운동에 사용되는 보다 큰 모멘트 암에 의해 설명된다. 회전 중심을 후방 위치로 이동시킴으로써, 예를 들면 상기 후방 위치로 견고한 척추 안정화 기구를 설치함으로써, 모 멘트 암이 실질적으로 줄어들게 되고, 이로 인해 환자의 "정상적인" 각 운동의 사용을 제한하게 된다.
물론, 척추의 안정화 기구가 없는 경우에는, 주어진 척추 세그먼트의 회전 중심은 정상적인 해부학상의 위치에 있게 될 것이다. 하지만, 각 운동의 바람직한 수준을 유지하는 이러한 접근법은 일반적으로 부상, 질병 또는 이와 비슷한 것에 의해 척추 안정화가 필요한 환자에게 적용될 수 없다. 따라서, 이상적인 경우에, 척추 안정화 기구는 척추를 안정화시키는 필요한 하중을 제공할 것이고, 동시에 치료중인 척추 세그먼트의 회전 중심이 정상적인 해부학상의 위치로부터 재배치되는 정도를 최소화할 것이다. 실제로, 치료중인 척추 세그먼트의 회전 중심에 제한된 또는 무시해도 좋은 영향을 주면서, 척추 안정화에 필요한 크기 또는 수준을 달성하는 것은 상당히 바람직한 것이다.
본 발명의 실시예에 의하면, 소정의 저항 수준을 제공하고, 동시에 소정의 이동 거리(즉, 인접한 척추경 간의 선형 거리 Δx)를 수용하는 척추의 안정화 기구, 시스템 또는 장치를 제공함으로써 바람직한 임상 결과를 얻을 수 있었다. 본 발명의 실시예에서, 전술한 유익한 임상 결과는 후방에 배치된 동적 안정화 기구, 시스템 또는 장치를 제공함으로써 얻을 수 있었고, 상기 안정화 기구는 약 150 내지 약 450 lbs/inch의 범위에 있는, 바람직하게는 약 200 내지 약 400 lbs/inch 사이의 소정의 저항 수준을 제공하며, 또한 약 1.5 mm 내지 약 5 mm의 범위에 있는, 바람직하게는 약 2 mm 내지 약 4 mm 사이의 소정의 이동 거리를 허용한다.
전술한 범위의 저항을 제공하고, 전술한 범위의 이동 거리를 제한함으로써, 개시된 안정화 기구는 바람직한 안정화 수준을 제공하고, 이는 부상 전의 동작 수준의 범위에 매우 접근된 동작 값의 범위를 나타낸다. 또한, 전술한 저항 수준은 높지 않으므로, 정상적인 해부학상의 위치로부터 이전에 얻어진 수준으로 치료중인 척추 세그먼트의 회전 중심의 위치를 변경시키지 않는다. 따라서, 개시된 동적 척추 안정화 기구, 시스템 및 장치는 척추 안정화 치료에 있어서 상반되는 모든 측면을 성공적으로 해결하고, 동작 및 각운동 속성의 바람직한 범위 내에서 유익한 임상 결과를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 본 명세서 상에 개시된 유익한 저항/이동 파라미터는 여러 가지 방법으로 달성될 수 있다. 따라서, 예를 들면 하나 이상의 스프링이 한 쌍의 척추경 나사에 대해 배치될 수 있어서, 바람직한 저항 수준, 즉 약 150 lbs/inch 내지 약 450 lbs/inch 사이의 저항 수준을 제공한다. 하나 이상의 스프링은 바람직한 범위, 즉 약 1.5 mm 내지 약 5 mm 사이의, 가능한 이동을 제한 하는 방법으로 장착되거나 척추경 나사에 대해 설치된다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 하나 이상의 비스프링 탄성 부재가 한 쌍의 척추경 나사에 대해 배치될 수 있으므로 바람직한 저항 수준을 제공하고, 적당한 기계 수단(예를 들면, 하나 이상의 멈추개)이 척추 안정화 기구, 시스템 또는 장치와 연관되어 바람직한 범위로 이동 거리를 제한한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 복수의 척추 안정화 시스템, 기구 및/또는 장치가 결합되어(예컨대, 직렬 또는 병렬로) 바람직한 저항/이동 성능 파라미터를 제공한다. 따라서, 예를 들면, 하나 이상의 스프링을 포함하는 제 1 안정화 요소가 제공될 수 있고, 하나 이상의 비스프링 탄성 부재를 포 함하는 제 2 안정화 요소가 한 쌍의 척추경 나사에 대해 병렬로 또는 직렬로 배치될 수 있으므로 약 150 lbs/inch 내지 약 450 lbs/inch 범위의 총 저항을 제공하고, 약 1.5 mm 내지 약 5 mm 범위의 이동을 허용한다.
본 발명에 의하면 본 명세서에 기술된 저항 범위 및 이동 범위 밖의 작동은 척추 안정화 목적에는 불리함을 알 수 있었다. 더욱 구체적으로는, 약 150 lbs/inch 이하의 저항을 제공하는 안정화 기구는 부적당한 척추 안정화를 제공함을 알 수 있었다. 반대로, 약 450 lbs/inch를 초과하는 저항을 제공하는 안정화 기구는 안정화 효과를 증가시키는 데에 제한이 있고, 안정화 기구의 강성이 증대되어 바람직하지 않게 되고, 회전 중심을 정상적인 해부학상의 위치로부터 후방으로 이동시켜서, 상기 동작을 얻는 데 필요한 전방 동작의 크기를 증가시키고, 정상적인 척추 생체 역학을 불필요하게 손상시키게 된다. 마찬가지로, 인접한 척추경 간의 상대적 이동(즉, Δx)을 약 1.5 mm 이하로 제한하는 안정화 기구는 생리학적인 척추 동작의 바람직한 수준을 방해하고, 인접한 척추경 간의 상대적 이동이 약 5 mm가 초과되어도 이동을 허용하는 척추 안정화 기구는 충분한 안정화를 제공하는데 필요 이상의 척추 동작을 허용하는 것이다.
즉, 생리학적으로 바람직한 수준의 척추 움직임(약 1.5mm 내지 약 5mm의 움직임)을 유지하면서도 바람직한 수준의 안정화를 척추에 제공하는(약 150 lbs/inch 및 450lbs/inch의 저항) 척추 안정화 시스템, 기구 및 장치(및 그와 관련된 방법)는 매우 효과적인 척추 안정화를 제공한다. 또한, 본 명세서에서 설명된 바와 같이 유익한 수준의 척추 안정화를 제공하는 것에 의해서, 본 발명의 척추 안정화 시 스템, 기구 및 장치와 관련된 척추경 나사(pedicle screw)에 전달되는 부하가 줄어들고, 이로 인해 척추경 나사가 파손될 우려를 줄일 수 있는 것으로 생각된다.
추가적인 시험 결과
본 명세서에 개시된 안정화 기구를 평가하기 위해서, 사전에 결정된 형태의 적용 모멘트(applied moments)에 대한 사체 반응을 시험하였다. 특히, 운동 범위(range of motion, ROM), 중립 지역(neutral zone, NZ) 및 고 유연성 지역(highly flexibilty zone, HFZ)에 대해서 측정이 이루어졌다. 상기 시험에 대한 연구는 본 발명에 개시된 안정화 기구가 척추의 불안정성(NZ 및 HFZ에서의 감소로서 측정되는)을 줄이는 데 효과적인 지를 결정하기 위해 수행되었다.
연구 설계 및 세팅 : 5개의 사체 이동 세그먼트(cadaberic motion segments)의 특성이 5개의 상태에서 평가되었다. (i)정상상태, (ii)수핵제거술(nucleotomy, N) 시술, (iii)수핵제거술 시술 및 안정화 기구 장착, (iv)부분적인 관절면절제술 및 추궁절제술(laminectomy with partial facetectomy, LPF) 시술, 및 (v)LPF 시술 및 안정화 기구 장착. 각각의 상태는 용도 및 의학적 중요성의 관점에서 과거를 기초로 하여 선택되었다. 다섯 개의 인체 허리 시료, 즉네 개의 L3-4 세그먼트 및 하나의 L1-2 세그먼트가 사용되었다.
방법 : 시료들은 사후 24시간 이내에 채취되었으며, 시험시까지 -20℃에서 염분에 적신 거즈에서 보관되었다. 상기 시료들은 해동된 후 불필요한 조직은 제거되었다. 해부학적 구조, 디스크 퇴화 및 사전에 존재하는 뼈 이상을 확인하기 위해서 뢴트겐 촬영을 하였다. 병리학적 이상(예를 들면, 가교 골증식체(bridging osteophyte), Schmol's nodes 또는 명백한 표면 손상)이 있는 시료들은 제외하였다. 심각한 사전 디스크 이상(수핵탈출증(herniation))이 있는 시료들 역시 제외하였다.
척추경 나사를 척추체의 상부 및 하부 양쪽에 설치되었다. 척추경 나사를 제거하고 작은 양의 에폭시(약 1cc)를 투입한 후, 재차 척추경 나사를 삽입하여 척추경 나사를 보강하였다. 척추경 나사를 염분에 적신 종이로 둘러싸고, 각 이동 세그먼트는 저용융점 합금에 침지하였다. 다중의 자유도를 제공할 수 있는 구조체(construct)를 시험장비에 위치시켰다. 침지된 고정체(potting fixture)는 시료가 시험장비에 대해 견고하게 부착될 수 있도록 시험장비에 볼트로 고정되었다. 시험 중에서 시료가 구속되지 않고 자유롭게 이동할 수 있도록 하는 x-y 테이블에 하부 고정체가 놓여진다.
시험 중에서 시료에 가해지는 힘과 토크를 측정하기 위해서 6축 로드 셀(AMTI, Inc., Watertown, MA)이 사용되었다. 굽힘/연장, 좌/우 횡방향 벤딩 및 좌/우 비틀림에서의 순수 벤딩 모멘트가 시료의 척추체의 상부에 가해지는 동안에, 축방향 압축 부하가 시료(200N의 사전부하)에 지속적으로 적용되었다. 위치 및 각형성(angulation)에서의 상대적인 변화를 고 해상도 광학 인코더(Gurley Precision Instruments, Troy, NY)로 측정하였다. 척추경 나사들 사이에서의 안정화 기구의 변위를 2 위치 트랜스듀서(2 position transducer)(SpaceAge Control, Palmdale, CA)를 이용하여 측정하였다. 데이터들은 10Hz의 최소 샘플링 레이트로 수집되었다.
정상 시료(부상 및 안정화 장치가 없는)들은 200N의 축방향 압축력을 지속적으로 받는 상태에서 1mm/minute의 속도로 10Nm의 굽힘/연장, 좌/우 횡방향 벤딩 및 좌/우 비틀림 모멘트를 받는 3개의 사이클을 통해서 부하를 받았다. 정상 시료에 대한 시험이 완료된 후, 시험장비에서 시료들이 제거되었다. 본 발명에 따른 안정화 기구/시스템을 위치시킨 후, 시료들은 시험장비에 재장착되었고 테스트 프로토콜이 반복되었다. 상술한 시험들에서, 도 5에 도시된 형태의 안정화 기구가 사용되었다. 각각의 이동 세그먼트는 200N의 축방향 압축력을 지속적으로 받는 상태에서 전진 방향의 굽힘/연장, 좌우 횡방향 벤딩 및 좌우 비틀림으로 이루어지는 3 사이클을 통해 재차 부하를 받았다. 시험들은 이하의 조건에서 반복되었다. (i)안정화 없는 수핵제거술, (ii)안정화한 수핵제거술, (iii)안정화 없는 부분적인 관절면절제술을 거친 추궁절제술(LPF) 및 (iv)안정화한 LPF.
결과 측정 : 시험 완료 후, 마이크로 소프트 엑셀 프로그램으로 가공되지 않은 데이터 텍스트 파일이 전송되었다. 사이클 넘버, 이동, 현재 각도, 현재 모멘트, 축방향 부하, 우측에서의 변위 트랜스듀서 및 좌측에서의 변위 트랜스듀서가 데이터에 포함되어 있다. 10Nm에서의 운동 범위, 2.5Nm에서의 중립 지역(고 유연성 지역), 0.2Nm(수동 커브)에서의 중립 지역 및 기구가 설치되지 않은 구조물(즉, 본 발명에 따른 동적 안정화 기구가 없는 경우)의 척추경 나사의 변위를 기구가 설치된 구조물(즉, 본 발명에 다른 동적 안정화 기구를 갖는 경우)과 비교하였다. ROM, NZ 및 HFZ는 굽힘/연장, 횡방향 벤딩 및 축방향 회전에 대해 보고되었다. ROM = 회전 ± 10N-m; NZ = 회전 ± 제로 모멘트 축을 교차하기 전의 수동 반응의 0.2Nm; HFZ = 회전 ± 능동 커브에서의 2.5Nm.
결과 : 시료 손상으로 인해서, 2개의 시료들은 LPF 및 안정화 기구를 갖는 LPF에 대해서 평가되지 못했다. 굽힘/연장, 횡방향 벤딩 및 축방향 회전에서의 각 구조물에 대한 평균 운동 범위, 중립 지역 및 변위 데이터가 도 8 내지 도 10에 막대 그래프로 도시되어 있다. 그래프에 도시된 바와 같이, 척추 불안정성은 외과적 손상과 함께 증가한다. 이는 ROM에서의 증가 및 NZ와 HFZ에서의 매우 높은 상대적인 증가로서 측정될 수 있다. 본 명세서에서 개시된 바와 같은 안정화 기구를 사용함으로써, ROM이 손상되지 않도록 유지하면서도 NZ와 HFZ를 정상 수준과 비교될 수 있는 수준으로 감소시킬 수 있다.
추가적인 시험 결과들:
도 11 및 12를 참조하면, 본 명세서에서 저항/이동 파라메터에 관해서 설명된 임계성(criticality)을 지지하는 데이터가 상술한 개별적인 시험을 통해 얻어지고, 그러한 데이터가 두 개의 구별되는 시료들에 대해서 막대 차트 및 도해적 형태로 제공되고 있다. 도 11을 먼저 참고하면, 일련의 스프링 경도(spring stiffness)가 L4-L5 척추 영역에 대해서 본 발명에 따른 척추 안정화 기구를 사용하여 시험되었다. 특히, 도 4 및 5를 참조하여 설명된 형태의 척추 안정화 기구가 도 11 및 12에 반영된 데이터를 얻기 위한 사체 연구에 사용되었다. 따라서, 200N의 사전 부하를 받은 제1 및 제2 스프링이 상기 척추 안정화 기구에 포함되었다. 동일한 결과에 대해서 400N의 사전 부하를 가지고 추가적인 연구도 수행되었다. 시험된 척추 세크먼트는 12.44°의 손상되지 않은 ROM 및 13.58°의 손상된 ROM(즉, 수핵제거술 후의 ROM)을 나타냈다. 도 11의 막대 그래프의 X축을 따라 기재된 스프링 경도는 외부 스프링위치에서 시험된 스프링 력을 반영한다. 외부 스프링은 도 4 및 5에 개시된 척추 안정화 기구에서의 '굽힘' 스프링에 해당되며, 본 발명에서 개시된 척추 안정화 기구의 성능을 특징짓기 위한 목적으로 사용되는 주된 스프링이다. 시험 데이터는 내부 및 외부 스프링 사이에서 20:10 및 10:20의 상대 스프링 경도를 가지고 동등한 결과를 가지고 생성되었다. 보고된 데이터는 외부 스프링(굽힘 스프링) 경도와 내부 스프링(텐션 스프링) 경도 사이의 관계가 20:10인 상태에서 행해진 시험과 일치한다. 따라서, 도 11에 도시된 데이터에서 세 개의 구별되는 스프링 경도는 본 발명에 따른 척추 안정화 기구의 실시예에서의 굽힘 스프링에 대해서 시험되었으며, 각 스프링 경도는 중복되어 시험되었다. 데이터는 ROM(°단위, 좌측 막대) 및 이동 거리(mm 단위, 우측 막대)에 대해서 수집되었다. 이동 거리는 제1 및 제2 척추경 나사가 서로에 대해서 이동한 거리를 의미하며, 척추의 회전축이 척추 시술에 따른 영향을 어느 정도로 받는 지에 대한 척도이다. 이동 거리가 줄어들수록, 척추의 일반적인 움직임에 대한 손상이 커진다.
42.86lbf/in의 스프링 경도와 관련된 첫 번째 막대 그래프를 참조하면, ROM이 손상되지 않은 경우의 ROM을 초과하는 것을 알 수 있다. 따라서, 외부 스프링이 42.86lbf/in의 스프링 경도를 갖는 경우, 본 발명의 척추 안정화 기구는 손상된 수준(13.58°)의 ROM을 손상되지 않은 수준(12.44°)으로 감소시키기에는 불충분한 안정화력을 제공한다. 또한, ROM은 12.8°보다 큰 상태(12.81 및 13.04°)로 머물러 있으며, 이는 바람직하지 못한 수준의 척추 불안정성에 해당된다. 외부 스프링 이 42.86lbf/in의 스프링 경도를 갖는 경우의 시험과 관련된 이동 거리는 5.69 및 5.92mm이다.
중앙에 위치하는 두 개의 막대 그래프를 참조하면, 145.71lbf/in의 스프링 경도를 갖는 외부 스프링을 사용한 시험에 대한 데이터가 나타나있다. 상기 시험에서 ROM은 손상되지 않은 경우의 ROM 보다 낮은 수준으로, 즉 10.73/10.67 대 12.44°로 감소했다. 이에 수반된 이동 거리도 보다 약한 스프링(42.8642.86lbf/in)에 비하여 감소된 것을 알 수 있다.
도 11의 시험 데이터가 반영된 세 번째 막대 그래프에서는, 본 발명에 따른 척추 안정화 기구에 197.14lbf/in의 경도를 갖는 외부 스프링이 사용되었다. 중요한 것은, 상기 ROM은 보다 약한 스프링(145.71lbf/in)에 비해서 실질적으로 동일하였으며, 이동 거리는 더욱 감소(3.08/3.13mm 대 4.34/3.39mm)하였다는 점이다. 우측의 막대 그래프의 시험 데이터는 척추 안정화 기구에서 놀라운 결과를 보여주는 바, 즉 스프링 경도(안정화 력)를 추가적으로 증가하여도 ROM에서의 감소에는 영향을 미치지 못하나 이동 거리에서의 감소가 목격되는 분기점에 도달하였다는 것이다.
상기와 같은 놀라운 결과를 검토하여 보면, 임상적으로 유리한 본 발명에 따른 척추 안정화 기구/시스템은 상술한 분기점 수준과 실질적으로 동일한 안정화력을 제공하고, 그로 인해 인접한 척추경 나사들 간의 이동 거리가 제한/감소되는 정도를 제한하는 점을 특징으로 한다. 이동 거리에 대한 영향을 최소화하여, 본 발명에 따른 척추 안정화 기구/시스템은 척추가 실질적으로 제한되지 않은 회전 이동 을 할 수 있게 하고, 동시에 바람직하고 요구되는 수준의 척추 안정화를 제공한다.
도 12의 그래프를 참조하면, 본 발명에 의한 척추 안정화 기구/시스템을 통해 얻어지는 놀랍도록 유리한 결과를 나타내는 추가적인 데이터가 제공된다. 도 12의 Y축은 정상 척추에 대한 손상된 척추의 ROM의 비율에 해당된다. 따라서, 손상된 척추가 최초의 정상 ROM 성능까지 안정화되면, 그 비율은 1.0이 될 것이다. 임상적으로 바람직한 척추 안정화를 위해서, 상기 시험 프로토콜에서 목표로 하는 ROM의 비율은 0.8이다. 다르게 설명하면, 바람직한 척추 안정화 기구/시스템은 손상된 척추의 ROM을 최초의 정상 ROM 수준의 약 80%에 해당되는 수준까지 감소시킨다.
도 12를 다시 참조하면, 초기 데이터 지점(스프링 경도 0)은 손상된 ROM이 정상 ROM보다 약 10% 큰 시험 데이터에 해당된다. 스프링 경도 42.86lbf/in, 145.71lbf/in 및 197.14lbf/in에 해당되는 부가적인 ROM 비율 데이터 지점들이 제공된다. ROM 비율이 약 0.82인 지점에서 평탄 영역이 생성되며, 이는 목표 ROM 비율인 0.8에 매우 근접해 있다. 따라서, 도 12의 그래프는 약 0.82의 ROM 비율을 달성하는 데 필요한 정도를 벗어나도록 스프링 경도를 증가시켜도 ROM 비율을 임의의 바람직한 정도로 줄이는 데에는 소용이 없다는 것을 의미한다. 도 12에 도시된 시험 결과, 특히 평탄 영역은 도 12에서 점선으로 표시된 바와 같이 초기 데이터 지점에 대해 최소 제곱법(least square fit)을 적용하여도 예측될 수 없는 것이다.
상술한 시험 결과에 근거하여, 본 발명에 의하면 상술한 ROM 비율의 평탄 영 역에서 작동하는 척추 안정화 기구/시스템을 제공함으로써 효과적인 척추 안정화 결과가 얻어질 수 있다는 것이 명백하다. 본 발명에 의하면, 이러한 효과는 약 150lbs/inch의 저항을 450lbs/inch로 증가시키고, 약 1.5mm의 이동을 약 4.5mm까지 허용함으로써 달성될 수 있다. 상술한 척추 안정화 기구/시스템은 일반적으로 0.8에 매우 근접한 ROM을 얻는데 효과적이며, 그로 인해 척추의 회전 운동을 실질적으로 제한하지 않으면서도 유리한 수준의 안정화를 얻을 수 있다.
당업자들은 본 발명의 명시되지 않은 개념들이 다른 의료 과정에도 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개념들은 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 척추 치료 이외의 분야에 적용될 수 있을 것이다. 본 명세서에서 바람직한 실시예들이 도시되고 설명되었으나, 이는 그러한 개시에 의해 본 발명을 제한하려는 것이 아니라, 오히려 본 명세의 개시사항이 첨부된 청구범위들에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 모든 종류의 수정 및 변형을 포함하려 하는 의도임을 알 수 있을 것이다. 실제로, 본 명세서에 따른 용도로 사용하기 위한 다른 형태의 동적 척추 안정화 기구가 2004년 12월 31일자 미국 특허출원 제11/027,269호(발명의 명칭 : 동적 연결을 포함하는 척추 안정화 시스템 및 그 방법)로 출원된 바 있으며, 상기 출원에 기재된 내용은 본 명세서에 참고로 통합되어 있다.

Claims (18)

  1. 적어도 하나의 가압 요소를 포함하며, 척추의 제1 및 제2 척추경에 대해서 고정될 수 있는 안정화 부재를 포함하는 동적 안정화 시스템으로서,
    상기 가압 요소는 약 150lb/inch 내지 450lb/inch 사이의 힘을 전달하며, 상기 척추의 상기 제1 및 제2 척추경 사이의 상대적인 이동 거리를 약 1.5mm 내지 5mm의 거리로 제한하는 동적 안정화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가압 요소는 스프링인 것을 특징으로 하는 동적 안정화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가압 요소는 제1 스프링 및 제2 스프링을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 스프링은 함께 약 150lb/inch 내지 450lb/inch 사이의 힘을 전달하고, 상기 척추의 상기 제1 및 제2 척추경 사이의 상대적인 이동 거리를 약 1.5mm 내지 5mm의 거리로 제한하는 것을 특징으로 하는 동적 안정화 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스프링은 서로 포개져있는(nested orientation) 것을 특징 으로 하는 동적 안정화 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스프링은 축방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 동적 안정화 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안정화 부재는 내부에 상기 적어도 하나의 가압 요소가 위치하는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 안정화 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하우징은 제1 및 제2 하우징 부재를 포함하며, 상기 제1 및 제2 하우징은 서로에 대해서 위치가 변경될 수 있는(repositionable) 것을 특징으로 하는 동적 안정화 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 안정화 부재는 손상된 척추의 운동 범위를 초기의 정상 척추의 약 80%에 해당되는 범위로 제한하는 데 효과적인 것을 특징으로 하는 동적 안정화 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 안정화 부재는 그 양단에 배치되는 제1 및 제2 고정 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 안정화 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 고정 요소는 볼 조인트인 것을 특징으로 하는 동적 안정화 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 볼 조인트는 제1 및 제2 척추경 나사에 대해서 고정되는 것을 특징으로 하는 동적 안정화 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 안정화 부재는 상기 척추의 제1 및 제2 척추경을 위한 회전 중심의 위치에 제한된 영향을 주는 안정화 력을 상기 척추의 상기 척추경에 전달하는 것을 특징으로 하는 동적 안정화 시스템.
  13. 척추 세그먼트(segment)의 제1 및 제2 척추경에 대해 고정되는 제1 및 제2 척추경 나사의 사이에 척추 안정화 기구를 배치하되,
    상기 척추 안정화 기구는 약 150lb/inch 내지 450lb/inch 사이의 힘을 전달 하며, 상기 척추의 상기 제1 및 제2 척추경 사이의 상대적인 이동 거리를 약 1.5mm 내지 5mm의 거리로 제한하는 적어도 하나의 가압 요소를 포함하는 척추 세그먼트를 안정화하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가압 요소는 스프링인 것을 특징으로 하는 척추 세그먼트를 안정화하는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가압 요소는 제1 및 제2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 세그먼트를 안정화하는 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 척추 안정화 기구는 척추경 고정 구조와 함께 작동하는 제1 및 제2 단부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 세그먼트를 안정화하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 척추경 고정 구조는 볼 조인트인 것을 특징으로 하는 척추 세그먼트를 안정화하는 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가압 요소는 사전 부하(preload)를 받는 것을 특징으로 하는 척추 세그먼트를 안정화하는 방법.
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