KR20080107453A - 시간에 따라 변경되는 강성을 특징으로 하는 척추 로드 - Google Patents

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KR20080107453A
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리 에이. 나이그렌
숀 디. 노울스
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워쏘우 오르쏘페딕 인코포레이티드
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Abstract

시간에 따라 변경되는 강성을 특징으로 하는 척추로드에 있어서, 로드는 제1 부재 및 시간에 따라 변경되는 계면을 통하여 제1 부재와 기계적으로 결합되는 최소한 하나의 제2 부재로 구성된다. 계면은 시술 이후 분해되는 결합 메커니즘을 특징으로 한다. 예를 들면, 계면은 생체흡수성일 수 있으며 신체 유체에 노출되면 용해될 수 있다. 다른 예에서, 제2 부재는 생체흡수성 재료로 구성될 수 있다. 다른 예에서, 계면은 반복 하중 하에 있지 않다. 다른 예에서, 생체흡수성 재료 분해는 전류 소스의 인가를 통하여 금지될 수 있다. 제2 부재는 제1 부재 내에 배치될 수 있다. 달리, 제1 부재 및 제2 부재는 상호 인접하게 배치될 수 있다. 제1 부재 및 제2 부재는 실질적으로 유사한 형상일 수 있다. 하나 또는 그 이상의 생체흡수성 캡이 사용되어, 척추로드가 설정되면 최소한 임시적으로 제2 부재를 신체 유체로부터 밀폐할 수 있다.
척추로드, 로드 강성, 생체흡수성, 신체 유체, 금속 분말, 제1 부재, 제2 부재

Description

시간에 따라 변경되는 강성을 특징으로 하는 척추 로드{SPINAL ROD CHARACTERIZED BY A TIME-VARYING STIFFNESS}
본 발명은 시간에 따라 변경되는 강성을 특징으로 하는 척추로드에 관한 것이다.
척추골 융합술은 척추 운동에 의해 유발되는 통증을 제거하기 위하여 둘 또는 그 이상의 척추를 고정하기 위한 수술법이다. 척추골 융합술이 요청되는 조건들은 퇴행성 디스크 질병, 척추골절, 척주측만증 또는 척추 불안정을 유발하는 기타 조건들을 포함한다. 척추골 융합술의 일 종류는 척추 하나 또는 각각의 측면에 부착되는 후크 또는 척추경나사(pedicle screw) 와 같은 기구로 척추를 제자리에 고정하는 것이다. 때로, 또한 척추골 융합술은 가로돌기들 또는 기타 척추돌출부들 간의 골이식을 감안한다. 골이식은 척추뼈 몸통을 상호 완전하게 융합하기 위하여 신체의 자연 골 성장 과정과 연관된 보조 골조직 및 골 성장 자극기(stimulator)에 의존할 수 있다.
척추골 융합술 시술 이후, 융합이 성공적으로 설정되고 초기 성숙도를 달성하기 까지는 몇 달이 소요된다. 이러한 첫 몇 달 동안, 골 이식을 위험하게 할 수 있 는 하중을 피하는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 초기 기간 동안, 이식 로드는 유도된 하중 전부는 아니라도 대부분을 지탱하여야 한다. 골은 계속하여 융합되고 몇 년은 아니라도 몇 달의 기간이 경과하면서 변화된다. 일단 안정화되면, 융합 영역은 통상의 척추 하중을 지탱할 정도로 단단하여야 한다.
만일 융합 영역이 시간 경과에 따라 증가하는 하중 영향을 받는다면 골 성장 과정은 촉진되고 융합 구역은 강해질 수 있다. 종래의 척추 이식체(implant)는 시간에 따라 변경되지 않는 강성(stiffness)을 가지는 강성 또는 반-강성의 로드를 사용한다. 따라서, 이식된 로드에 의해 수용되는 하중의 정도 또한 시간에 따라 변경되지 않는다.
본 출원의 구현예들은 시간에 따라 변경되는 강성에 의해 특징되는 척추로드에 관한 것이다. 본 발명의 일 구현예에서, 로드는 1차 로드 강성을 가지는 로드를 생성하기 위하여 제2 부재와 결합되는 제1 부재를 포함한다. 예를 들면, 이러한 1차 로드 강성은 시술 전 및 직후 로드 강성을 반영할 수 있다. 이러한 로드 강성은 시술 이후 2차 로드 강성으로 변경된다. 이것은 시술 이후 분해되는, 시간에 따라 변경되는 제1 및 제2 부재 사이의 계면을 통하여 구현될 수 있다. 일 구현예에서, 로드는 단면적 또는 결합 계면 또는 결합 메커니즘이 신체 유체(bodily fluids)에 노출된 이후 변경되는 생체흡수성 또는 생체분해성 제2 부재를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 시간에 따라 변경되는 계면은 제1 부재 및 제2 부재 사이의 생체흡수성 또는 생체분해성 접착재를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 구현예에 의한, 척추부재에 부착된 고정 로드를 포함하는 제1 및 제2 조립체(assembly)의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 구현예에 의한, 척추 로드의 부분도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 의한, 척추로드 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 의한, 척추로드 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 척추로드 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 척추로드 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 척추로드 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 척추로드 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 척추로드 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 척추로드 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 척추로드 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 척추로드 길이방향 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 척추로드 길이방향 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 척추로드 길이방향 단면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 척추로드 측면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 척추로드 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 척추로드 길이방향 단면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 전류 소스와 연결된 척추로드 단면도이다.
도 19은 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 전류 소스와 연결된 척추로드 단면도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 구현예에 의한, 전류 소스와 연결된 척추로드 단면도이다.
여기에 개시된 다양한 구현예들은 시간에 따라 변경되는 강성 및 하중 공유 능력을 특징으로 하는 척추로드에 관한 것이다. 다양한 척추로드 예가 도 1 도면부호 20으로 표기된 타입의 척추로드 조립체에 구현될 수 있다. 도 1은 척추로드(10)가 척추부재 V1 및 V2에 부착된 제1 및 제2 척추로드 조립체(20)의 사시도이다. 도시된 예시적 조립체(20)에서, 로드(10)는 척추 후방 및 가시돌기 S의 맞은 편에 배치된다. 척추로드(10)는 옆 및 전방을 포함한 다른 위치에서 척추에 부착될 수 있다. 척추로드(10)는 또한 두개골 기저 및 목, 가슴, 허리 및 엉치 영역 척추를 포함한 여러 척추 절편에 부착될 수 있다. 따라서, 도 1의 예는 단지 척추로드(10) 응용의 대표적인 예로만 제공된다.
예시적 조립체(20)에서, 척추로드(10)는 척추경나사(14) 및 보강캡(16)으로 구성된 척추경 조립체(12)에 의해 척추부재 V1, V2에 고정된다. 척추로드(10) 외면은 척추경나사(14) 및 보강캡(16) 사이에서 잡히거나(grasped), 클램프되거나 다른 방법으로 고정된다. 척추로드(10)를 척추부재 V1, V2에 고정하기 위한 기타 메커니즘은 후크, 케이블 및 기타 이러한 기구를 포함한다. 또한, 다른 종류의 보강 기구로는 나사식 캡, 나사 및 핀을 포함한다. 척추로드(10)는 또한 기타 형상에서 판에 부착된다. 따라서, 도 1에서 도시된 예시적 조립체(20)는 단지 부착 메커니즘의 대표적인 종류일 뿐이다.
도 2는 도 1의 예시된 조립체(20)에 사용된 종류의 척추로드(10)의 일부를 도시한 것이다. 하기 다른 도면에서 다양한 척추로드(10)의 예를 도시하며, 이들은 도 2에 도시된 단면 선분들에서 취한 다른 단면들에 특징이 있다.
예를 들면, 도 3은 척추로드(10)의 일 예시적 단면을 도시한 것이다. 본 예에서, 척추로드(10)는 제2 부재(24)를 둘러싸는 제1 부재(22)로 구성된다. 제1 부재(22) 및 제2 부재(24)는 생체적합성 재료로 구성될 수 있다. 적합한 예로는 티타늄 또는 스테인리스 강과 같은 금속, 니티놀 (nitinol)과 같은 형상 기억 합금, 탄소섬유와 같은 복합재료 및 당업계에서 공지된 기타 수지 재료를 포함할 수 있다. 제2 부재(24)는 의료용으로 승인된 생체적합성, 생체흡수성 또는 생체분해성 재료로 구성된다. "생체흡수성"이라는 용어는 일반적으로 대사에 의해 생물학적 제거 및 분해를 보이고 용이하게 하는 재료를 언급한다. 현재 의료용으로 승인된 이런 류의 재료는 PLA, PGA 및 PLGA로 공지된 재료들을 포함한다. 이들 재료들의 예로는 글리코리드, 락티드, 트록사논 (troxanone), 트리메틸렌 카보네이트, 락톤 등의 중 합체 또는 공중합체를 포함한다.
생체흡수성 또는 생체분해성 재료는 또한 금속일 수 있다. 부식은 실질적으로 화학적 공격에 의한 금속 분해이다. 따라서, 상기 예시된 생체흡수성 재료로서 생체흡수성 또는 생체분해성 금속을 통하여 유사한 결과가 얻어질 수 있다.
일 구현예에서, 제1 부재(22) 및 제2 부재(24)는 계면(30)에서 생체흡수성 접착재로 결합된다. 다른 예에서, 생체흡수성 제2 부재(24)는 제1 부재(22) 내부에 위치하고 고화되어, 제1 부재(22)와 생체흡수적 결합을 형성한다. 본 구현예에서, 계면(30)은 실질적으로 원통형이다. 초기에, 계면(30)은 제1 부재(22) 및 제2 부재(24)의 고정된 결합을 나타낸다. 따라서, 로드(10)에 주어지는 축방향, 굽힘 및 비틈림 응력은 제1 부재(22) 및 제2 부재(24) 간에 분배될 수 있다. 그러나, 본 예에서 제2 부재(24)는 생체흡수성이므로, 제2 부재는 시간 경과에 따라 용해될 것이다. 결과적으로, 척추로드(10)의 축방향, 굽힘 및 비틀림 강성은 시간에 따라 변할 것이다. 이것은, 부분적으로 단면적, 관성모멘트 및 단면계수의 점차적 변화에 의한 것이다.
일 구현예에서, 소망하는 강성 변화를 달성하기 위하여 제2 부재(24)가 완전히 분해될 필요는 없다. 몇몇 생체흡수성 재료의 강도는 생체 내 유체를 흡수할 때 변할 것이다. 따라서, 제1 부재(22) 및 제2 부재(24)가 결합된 곳일지라도, 로드 (10)의 총 강도(stiffness)는 제2 부재(24) 강도가 변하면 변할 수 있다.
도 3에 도시된 구현예에서, 생체흡수성 제2 부재(24)는 A로 표기된 길이방향 축 또는 그 근처에서 개시되어 계면(30)으로 진행되는, 내부로부터 외부 방향으로, 용해될 것이다. 도 4의 척추로드(10a)에 도시된 바와 같이, 변경되는 감소율을 제공하기 위한 변형이 있을 수 있다. 본 구현예에서, 제1 부재(22)는 도 3에 도시된 예와 실질적으로 유사하다. 제2 부재(26)는, 계면(30) 근처에 제2 부재(26) 주변에 배치된 하나 또는 그 이상의 노치(32)가 추가된 것을 제외하고는, 제2 부재(24)와 유사한 생체흡수성이다. 노치(32)는 전 로드 10a를 통하여 유체 침투를 가능하도록 한다. 이것은 로드 10a 길이를 따라 제1 부재(22)와 제2 부재(26)의 분리를 촉진할 수 있다. 노치(32)는 축 A에 평행하게, 축 A 주위에 나선 형태로, 또는 기타 형상으로 다양하게 절삭될 수 있다.
유사한 접근에 의하여, 도 5에 도시된 예는 제1 부재(28)내에 절삭된 일련의 노치(32)를 제공한다. 제2 부재(24)는 도 3에 도시된 예와 실질적으로 동일하다. 제1 부재(28)은, 계면(30) 근처에 제1 부재(28) 내면 주위에 배치된 하나 또는 그 이상의 노치(32)가 추가된 것을 제외하고는, 제1 부재(22)와 유사하다. 전술한 바와 같이, 노치(32)는 전 로드 10b를 통하여 유체 침투가 가능하게 하여 로드 10b 길이를 따라 제1 부재(28)와 제2 부재(24)의 분리를 촉진시킬 수 있다. 비슷하게, 노치(32)는 축 A에 평행하게, 축 A 주위에 나선 형태로, 및 기타 형상으로 절삭될 수 있다.
도 6에 도시된 다른 예에서, 로드 10c는 제1 부재(34), 제2 부재(35) 및 제3 부재(38)로 구성된다. 본 예에서, 제1 부재(34) 및 제2 부재(35)는 제3 부재(38) 주위에 동심 링을 형성한다. 일 예에서, 제3 부재(38)는 생체흡수성 재료를 사용하여 제조되며, 제1 부재(34) 및 제2 부재(35)는 생체흡수성이 아닌 생체적합성 재료 로부터 제조된다. 그러나, 제1 부재(34) 및 제2 부재(35) 사이의 계면(36)은 생체흡수성 결합이며 제2 부재(38) 전체와 유사하게 시간 경과에 따라 용해된다. 따라서, 본 구현예에 따른 척추로드(10c)는 시간에 따라 변경되는 강성의 두 모드를 제공한다. 첫째는 용해성 부재(38)를 감안하는 것이고, 둘째는 용해성 계면(36)을 고려하는 것이다.
일 예에서, 제3 부재(38)의 생체흡수성 재료는 계면(36)에서 제1 및 제2 부재 (34, 35)를 결합하는데 사용된 것 보다 더 빠른 감소율을 가지도록 선택된다. 초기에, 로드 10c 강도는 제1, 제2 및 제3 부재(34, 35, 38)의 결합에 의해 제공된다. 제3 부재가 용해되면, 로드 10c의 실질적 대부분의 강성은 바깥 측에 있는 부재 (34, 35)에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 계면(36)에서 결합이 감소하면 제2의 시간에 따라 변경되는 강성을 보이고, 결국 제1 부재만이 로드 10c의 축방향, 굽힘 및 비틀림 강성에 기여한다.
도 7에 도시된 다른 예에서, 로드 10d는 세 부재들(34, 40, 38)로 구성된다. 로드 10d 구조는 도 6에 도시된 로드 10c 예와 유사하다. 그러나, 로드 10d는 슬롯된(slotted) 제2 부재(40)을 포함함으로써 다른 강성으로 조절된다. 제2 부재(40)에 있는 슬롯(42)은 유사한 구조의 제2 부재(35) (도 6)과 대비하여 제2 부재의 총 강성을 감소시킨다. 초기에, 슬롯(42)는 로드 10d의 전체적인 축방향, 굽힘, 및 비틀림 강성을 크게 감소시키지 않는다. 그러나, 제3 부재(38)가 충분한 정도 용해되면, 최소한 계면(36) 결합이 용해되기 전의 시간 동안 도 6에 도시된 로드 10c 예와 대비하여, 슬롯(42)으로 인한 제2 부재(40)에서의 감소된 강성은 전체의 강성 감소에 기여한다.
도 8에 도시된 다른 예에서, 로드 10e는 도 3에 도시된 것과 유사한 제1 부재(22)로 구성된다. 다수의 제2 부재들(44)은 제1 부재(22) 내부에 배치된다. 일 예에서, 제2 부재(44)는 생체흡수성이다. 일 예에서, 제2 부재(44)는 상호 결합되며 제1 부재(22)에 결합된다. 일 예에서, 제2 부재(44)는 실질적으로 원통형 단면을 가진다. 도시된 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 개방 채널(46)이 인접 제2 부재들 사이 및 제2 부재 및 제1 부재(22) 사이에 존재한다. 채널(46)은 전 로드 10e를 따라 유체 침투가 가능하도록 하며, 로드 10e 길이를 따라 제1 부재(22)와 제2 부재(44)의 분리를 촉진할 수 있다.
도 9에 도시된 다른 예에서, 로드 10f는 제1 부재(48) 및 다수의 제2 부재(50)로 구성된다. 다수의 제2 부재(50)는 제1 부재(48) 내부에서 분산되어, 표면 (49)에 의해 형성된 개별 구멍 내에 배치된다. 일 예에서, 제2 부재(50)은 생체흡수성이다. 결과적으로, 제2 부재(50)가 용해되면, 제1 부재(48)는 다공성 단면을 가지도록 남겨지고, 로드 10f가 초기 생성된 때와 대비할 때 다른 축방향, 굽힘 및 비틀림 강성을 가진다.
도 10은 로드 10g의 다른 구현예를 도시하고, 제1 부재(52) 및 제2 부재(54)로 구성된다. 이전 예와는 달리, 로드 10g는 중공의 제1 부재로 구성되지 않는다. 대신, 제1 및 제2 부재(52, 54)는 상보적 단면을 가지며, 결합되면 실질적으로 원형 외부(55)를 형성한다. 일 예에서, 제1 및 제2 부재(52, 54)는 상호 결합한다. 다른 예에서와 같이, 이 계면에서의 결합은 생체흡수성이며, 두 부재(52, 54)는 시 간 흐름에 따라 서로 분리된다. 두 부재(52, 54) 사이의 계면은 한 쌍의 슬립(slip) 평면(56) 및 이들 사이에 곡선 아크(arc)(58)로 구성된다. 슬립 평면(56)은 평면(56)에 평행 방향으로 굽힘 강성을 증가시킬 수 있다. 계면 결합이 용해되면, 슬립 평면들은 계면에서 미끄럼 운동이 되도록 기능하며, 원형 단면을 가지는 결합 구조체의 강성을 효과적으로 감소시킨다. 따라서, 로드 10g는 소정의 해부학적 운동을 수용하거나 금하는 방향에서 슬립 평면(56)이 배향되도록 삽입될 수 있다.
도 11은 실질적으로 유사한 제1 및 제2 부재(60)로 구성된 로드 10h의 다른 예를 도시한 것이다. 이들 부재(60)은 상보적 단면을 가지며 조립될 때 실질적으로 원형 외부 61을 형성한다. 일 예에서, 이들 부재(60)는 생체흡수성 접착재를 사용하여 상호 결합하여 두 부재들 60은 시간에 따라 서로 분리된다. 계면 59에서 결합 층이 분리된 이후에도, 로드 10h는 화살표 X 방향에서 보다 화살표 Y 방향에서 더 큰 휨 유연성 (즉, 더 낮은 강성)을 가질 수 있다. 따라서, 로드 10h는 원하는 방향에서 더 크거나 낮은 굽힘 강성을 제공하도록 환자에게 배향될 수 있다.
상기 기재된 구현예는 서로 다른 단면들을 고려한 것이며 축방향에서 변경되는 로드 구성을 제공할 필요는 없다. 그러나, 척추 로드(10)의 특정 구현예는 시간에 따라 변경되는 축방향, 굽힘 및 비틀림 강성을 더욱 조절하기 위하여 길이를 따라 다른 구성을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 12에 도시된 예는 예시적 척추 로드 10j의 길이방향 단면적을 도시한다. 본 예에서, 로드 10j는 도 3, 4 및 8에서 도시된 예와 유사한 제1 부재(22)를 포함한다. 제2 부재(68)는 제1 부재(22) 내부에 배 치된다. 제2 부재(68)는 생체흡수성이고 생체흡수성 접착제를 이용하여 제1 부재(22)와 결합될 수 있다.
로드 10j의 제1단(first end, 65) 및 제2단(second end, 75)에 플러그(62)가 삽입된다. 플러그(62)는 구동 형상(a driving feature, 64) (예를 들면, 슬롯, 육각, 스타, 십자가)을 가질 수 있어 로드 10j의 일단으로 회전, 비틀림, 조여짐 또는 달리 삽입될 수 있다. 일 예에서, 예시적 플러그(62)는 생체흡수성이고 용해되어 일련의 제2 플러그(66)를 노출시킨다. 이들 플러그(66) 역시 생체흡수성일 수 있다. 따라서, 플러그(62), 플러그(66) 및 제2 부재(68) 모두는 각각이 생체 유체에 노출될 때에 따라 다른 시점에서 용해를 개시할 수 있다. 따라서, 많던 적던 플러그(62, 66)들은 로드(10)의 축방향, 굽힘 및 비틀림 강성이 변경되는 속도를 조절함에 이용될 수 있다.
도 13에 도시된 로드 10k의 구현예는 어떠한 생체흡수성 재료를 고려하지 않는다. 대신, 도 3, 4 8 및 12에 도시된 예와 유사한 제1 부재(22)는 제1 단(165) 및 제2 단(175)에서 영구 플러그(162)에 의해 막혀있다. 플러그(162)는 구동 형상(164) (예를 들면, 슬롯, 육각, 스타, 십자가)을 가질 수 있어 로드 10k 일단으로 회전, 비틀림, 조여짐 또는 달리 삽입될 수 있다. 금속분말(70)이 로드 10k 내부에 배치된다. 일 예에서, 금속분말(70)은 약 10 내지 100 마이크론 범위의 사이즈를 가지는 입자들로 구성된다. 로드 10k 내부 공동이 실질적으로 금속분말(70)으로 채워지므로, 로드 10k는 중공의 제1 부재(22)을 비틀리게 하지 않고(without kinking) 소망하는 설정 형상으로 맞물리고 굽혀질 수 있다.
제조하는 동안, 금속분말(70)은 압축되고 가볍게 소결된다. 소결 (sintering) 은 분말야금에서 사용되는 과정이고 압축된 금속입자들을 가열하고 융합시킨다. 본 예에서, 소결 과정은 입자들이 녹는 점까지 입자들을 가열할 필요는 없다. 대신, 분말은 입자들 간 마이크로-결합 (micro-bonds) 이 형성되는 점까지 압축되고 가열된다. 이는 금속분말(70) 및 제1 부재(22) 사이에 결합을 포함한다. 로드 10k가 설치되면, 마이크로-결합은 입자들을 시간 경과에 따라 분리하도록 하는 피로 하중을 받을 수 있다. 따라서, 전체 로드 10k의 강성은 시간에 따라 변경될 수 있다.
도 14는 제1 부재(22)가 생체흡수성 플러그(62)에 의해 막혀있는 로드 10m의 다른 예를 도시한 것이다. 상기 예에서와 같이, 플러그(62)는 구동 형상(64) (예를 들면, 슬롯, 육각, 스타, 십자가)을 가질 수 있어 로드 10m의 일단으로 회전, 비틀림, 조여짐 또는 달리 삽입될 수 있다. 예시적 플러그(62)는 생체흡수성이고 용해되어 브레이드(braided) 케이블(72)를 노출시킨다. 브레이드 케이블(72)는 나이론과 같은 생체적합성 재료의 줄(strand)로 구성되며 제1 부재(22) 내부에 삽입된다. 브레이드 케이블(72)는 생체흡수성 접착재를 사용하여 제1 부재(22)에 결합될 수 있다. 일 예에서, 브레이드 케이블(72) 자체는 생체흡수성 재료로 제조될 수 있다. 따라서, 시간이 흐르면, 플러그(62)는 분해되고 브레이드 케이블(72) 및/또는 브레이드 케이블(72) 및 제1 부재 간 결합이 분해된다. 또한, 브레이드 케이블(72)는 실질적으로 제1 부재(22)를 채우고 있으므로, 로드 10m의 맞물림 및 굽힘이 가능하여 중공의 제1 부재(22)를 비틀리게 하지 않고도 원하는 설정 형상이 가능하다.
도 15에는 다른 예의 로드 10n이 도시된다. 본 특정 구현예에서, 제1 부재(74)는 상기의 것들과 유사한 생체적합성 재료로 제조되고 생체흡수성 재료의 부재들(76)로 산발적으로 채워진다. 전술한 구현예와는 달리, 생체흡수성 부재들(76)은 길이방향 축 A와 실질적으로 평행하지 않은 방향으로 배향된다. 신체에 삽입 후, 이들 부재 (76)은 용해되어 실질적으로 다공성 제1 부재(74)를 잔존시키며 원래 이식된 로드 10n과는 다른 강성을 가지게 된다.
다양한 로드(10)의 구현예들은 서로 다른 단면 형상 및 크기를 가질 수 있다. 다중-요소 (multi-component) 로드에 있어서는, 요소 각각이 동일하거나 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 3의 예는 각각 원형 단면 형상을 가지는 내부 및 외부 요소를 도시한다. 다른 예에서, 요소 각각은 다른 형상을 가진다.
상기에서 제안된 바와 같이, 소정의 예는 생체흡수성 또는 생체분해성 재료로 금속을 사용할 수 있다. 생체 내 부식 또는 금속분해는 전기화학적 과정이다. 이러한 부식은 금속 이식체의 전기화학적 전위를 변경시킴으로써 제어될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 예에서, 두 이종 금속들은 결합되어, 금속부재의 하나가 예상할 수 있는 방식으로 부식되는 갈바닉 부식 결합체를 생성할 수 있다. 제1 금속은 티타늄 및/또는 이의 합금, 니오브 및/또는 이의 합금, 또는 탄탈 및/또는 이의 합금과 같은 생물학적 분위기에서 안정한 금속에서 선택될 수 있다. 제1 금속은 척추로드의 실질적 부분을 구성할 수 있다. 제2 금속은 생물학적 분위기에서 부식이 일어날 수 있는, 예를 들면 철 및 이의 합금 또는 마그네슘 및 이의 합금과 같은 것이다. 일 예에서, 제2 금속은 제1 금속과 결합하여 제2 금속 및 주변 생물학적 분 위기 간 접촉을 작은 영역으로 한정하는 형상으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 16은 로드 10p 일 예의 축 단면을 도시한 것이고, 제2 금속의 박판(82)은 제1 금속으로 구성된 실질적으로 더 큰 2 부재들(84, 86) 사이의 얇은 금속 결합 층으로 사용된다. 이와 동일한 로드 10p의 길이방향 단면도는 도 17에 도시된다. 도시된 예에서, 박판(82)는 외부 부재들(84, 86)의 외주 내부에 실질적으로 배치된다. 즉, 박판(82)는 최소한으로 주변 생물학적 분위기에 노출된다. 제1 금속의 전기화학적 특성 및 제1 및 제2 금속들의 상대적인 표면적으로 인하여, 제2 금속은 서서히 및 상대적으로 예측할 수 있는 속도로 부식될 것이다. 제2 금속의 갈바닉 부식 속도는 제1 금속을 더욱 부식되지 않는 (고 전위) 및 더욱 전기화학적으로 촉매되는 금속으로 코팅하여 높일 수 있다. 플라티늄 또는 로듐 및 이들의 합금과 같은 귀금속들은 코팅 금속으로 사용될 수 있다.
또한, 부식은 두-금속 복합 로드 10p의 전기화학적 전위를 제어하여 촉진하거나 억제할 수 있다. 신경자극기와 같은 전류 및/또는 전압 소스는 이러한 전위를 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 하나 또는 그 이상의 예에서, 금속 요소 부식 속도(및 강성 변화)는 이식된 로드(10)를 전류 또는 전압 소스에 연결하여 제어될 수 있다.
도 18은 이러한 접근을 구현하는 일 예를 도시한 것이다. 본 다이어그램에서, 도 10에서 예시된 로드 10g는 측 단면도가 도시되어 예시적 전기 전도 경로를 보인다. 다른 구현예의 로드들은 (예를 들면, 10, 10a, 10h, 10p 등) 이러한 기술을 구현함에 사용될 수 있다. 도 18에서, 제1 부재(52)는 제2 부재(54)와 생체적합 성, 생체흡수성 또는 생체분해성 금속 결합 층(80)으로 결합된다. 결합 층(80)은 제1 부재(52) 및 제2 부재(54)와 대비하여 얇다. 또한, 결합 층(80)은 인접 부재(52, 54) 보다 부식에 더욱 민감할 수 있다. 전류 소스(85)는 척추로드10g의 일 지점 및 물리적으로 떨어진 전극(88)에 결합된다. 전류 소스(85) 및 전극(88)은 구조적 복합체의 매우 가까운 곳 또는 먼 위치에 배치될 수 있다. 제2 전극(88)의 적합한 재료는, 제한적이지는 않지만, 플라티늄 및/또는 이의 합금, 이리듐 및/또는 이의 합금, 또는 로듐 및/또는 이의 합금을 포함한다. 일 예에서, 전류 소스(85)는 로드 10g 및 결합층(80)으로 전자를 공급하도록 조정되어 로드 10g 의 전기화학적 전위를 낮추고 결합층(80)의 부식을 방지한다. 일 예에서, 전류 소스(85)는 로드 10g 및 결합층(80)으로부터 전자를 제거하도록 조정되어 로드 10g의 전기화학적 전위를 높이고 결합층(80)의 부식 속도를 촉진한다. 전류 소스(85)는 어떠한 형상으로 조정될 수 있어, 결합층(80)의 개시 시간 및 부식 속도를 제어하도록 제공될 수 있다. 전류 소스는 이식 가능한 (예를 들면, 피하) 또는 외부 기구를 사용하여 구현될 수 있다. 임상의사가 원하는 시간에, 전류 소스(85)는 꺼질 수 있어 상기된 바와 같이 결합층(80)의 자발적 갈바닉 부식을 개시한다. 결과적으로, 제1 부재(52) 및 제2 부재(54)가 분해되어 척추로드(10)g의 구조적 강성은 변경될 것이다.
도 19는 복합 로드 10r을 구현한 다른 예를 도시한다. 로드 10r의 일단은 두 외부 부재(92, 94)를 연결하는 얇은 결합층(90)으로 구성된다. 반대편 일단은 도 18에 도시된 분리된 전극(88)와는 달리 로드 10r에 연결된 전극(98)을 포함한다. 본 구현예에서, 전극(98)은 로드 10r에 연결되나, 결합층(90) 및 외부 부재(92, 94)로부터는 비-전도성 스페이서(spacer, 96)에 의하여 전기적으로 절연된다. 비-전도성 스페이서는 중합체, 수지, 세라믹스 또는 기타 절연성 재료로 제조될 수 있다. 일 예에서, 전류 소스(85)는 외부 부재(92, 94) 및 결합층(90)으로부터 전자를 제거하도록 조정되어 구조적 복합체의 전기화학적 전위를 높이고 결합층(90)의 부식 속도를 촉진시킨다. 일 예에서, 전류 소스(85)는 외부 부재(92, 94) 및 결합층(90)으로 전자를 공급하도록 조정되어, 구조적 복합체의 전기화학적 전위를 낮추고 결합층(90)의 부식을 방지한다. 이러한 두 접근법은 척추로드/전극 결합 10r의 구현을 단순하게 하여 제2 금속의 분해 속도를 예측할 수 있도록 한다.
도 20에 도시된 다른 예는 도 18에 도시된 예와 유사하다. 본 경우에서, 도 8에 도시된 것과 같은 척추로드(10)e가 도시된다. 상기와 같이, 다른 로드 예 (예를 들면, 10c, 10d, 10f 등)는 본 기술을 구현하기 위하여 사용될 수 있다. 도 20에 도시된 예에서, 제2 부재(44)는 외부 제1 부재(22) 내부에 배치된다. 제2 부재(44)는 제1 부재(22) 보다 부식에 더욱 민감한 금속으로 제조될 수 있다. 전류 소스(85)는 제2 부재(44) 부식을 배제하도록 연결될 수 있다. 임상의사가 원할 때, 도 18, 19 또는 20에서 전류 소스(85)는 꺼지고 제2 부재(44)의 자발적 갈바니 부식이 개시될 수 있다. 달리, 또는 추가적으로, 도 18, 19 또는 20에서 전류 소스(85)의 극성을 역으로 하여, 부재(44)의 부식 속도를 더욱 높일 수 있다. 결과적으로, 제2 부재(44)의 분해로 인하여 척추로드(10)e의 구조적 강성은 변경될 것이다.
본 발명의 범위 및 실질적 특성으로부터 벗어나지 않고 여기에 기술된 것과는 다른 형태로 본 발명이 수행될 수 있다. 예를 들면, 여기에 기재된 많은 예들은 생체흡수성 재료로부터 제조된 하나 또는 그 이상의 부재를 사용한다. 그러나, 일반적으로, 도 3에 도시된 로드 10 예와 같이 소정의 예는 엄격하지 않은 생체흡수성의 생체적합성 재료를 포함할 수 있다. 대신, 도 6에 도시된 것과 유사한 생체흡수성 결합은 비-흡수성 제1 및 제2 부재(22, 24) 사이의 계면(30)에서 사용될 수 있다. 즉, 궁극적으로 분해되어 제1 및 제2 부재(22, 24)를 분리하는 생체흡수성 결합 계면 또는 기타 연결 메커니즘은 원하는 시간에 따라 변경되는 강성을 달성하기에 충분하면 된다. 따라서 본 예들은 모든 측면에서 예시적으로 제한되지 않도록 고려되며, 첨부된 청구항의 의미 및 균등 범위 내에서 가능한 모든 변경은 이에 포함된다.

Claims (44)

  1. 제1 부재; 및
    시술 이후 분해되어 시간에 따라 변경되는 계면을 통하여 제1 부재와 기계적으로 결합되는 제2 부재를 포함하는 척추로드.
  2. 제1항에 있어서, 계면은 생체흡수성이며 신체 유체에 노출될 때 용해되는 척추로드.
  3. 제1항에 있어서, 제2 부재는 생체흡수성 재료를 포함하는 척추로드.
  4. 제1항에 있어서, 제2 부재는 제1 부재 내부에 배치되는 척추로드.
  5. 제1항에 있어서, 제1 부재 및 제2 부재는 상호 인접하여 배치되는 척추로드.
  6. 제1항에 있어서, 제1 부재 및 제2 부재는 하나 또는 그 이상의 실질적으로 평면인 슬립 평면을 포함하는 척추로드.
  7. 제1항에 있어서, 제1 부재 및 제2 부재는 단면 형상이 실질적으로 유사한 척추로드.
  8. 제1항에 있어서, 제2 부재를 신체 유체로부터 최소한 임시적으로 밀폐하기 위한 하나 또는 그 이상의 생체흡수성 캡을 더욱 포함하는 척추로드.
  9. 제1항에 있어서, 제2 부재는 소결된 금속분말을 포함하는 척추로드.
  10. 제1항에 있어서, 제2 부재는 브레이드 (braided) 케이블을 포함하는 척추로드.
  11. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 부재로부터 전기적으로 절연된 전극을 더욱 포함하는 척추로드.
  12. 제1 부재; 및
    제2 부재를 포함하며;
    제1 부재 및 제2 부재는 결합되어 시술 전에 1차 로드 강성을 형성하고, 로드 강성은 시술 이후 2차 로드 강성으로 변경되는 척추로드.
  13. 제12항에 있어서, 척추로드의 단면적은 시술 이후 변경되는 척추로드.
  14. 제12항에 있어서, 제1 부재 및 제2 부재 사이에 생체흡수성 계면을 더욱 포함 하는 척추로드.
  15. 제12항에 있어서, 제2 부재는 생체흡수성 재료를 포함하는 척추로드.
  16. 제12항에 있어서, 제2 부재는 제1 부재 내부에 배치되는 척추로드.
  17. 제12항에 있어서, 제1 부재 및 제2 부재는 상호 인접하여 배치되는 척추로드.
  18. 제12항에 있어서, 제1 부재 및 제2 부재는 하나 또는 그 이상의 실질적으로 평면인 슬립 평면을 포함하는 척추로드.
  19. 제12항에 있어서, 제1 부재 및 제2 부재는 단면 형상이 실질적으로 유사한 척추로드.
  20. 제12항에 있어서, 척추로드가 설치된 후에 신체 유체로부터 제2 부재를 최소한 임시적으로 밀폐하기 위한 하나 또는 그 이상의 생체흡수성 캡을 더욱 포함하는 척추로드.
  21. 제12항에 있어서, 제2 부재는 소결된 금속분말을 포함하는 척추로드.
  22. 제12항에 있어서, 제2 부재는 브레이드 케이블을 포함하는 척추로드.
  23. 제12항에 있어서, 제1 및 제2 부재로부터 전기적으로 절연된 전극을 더욱 포함하는 척추로드.
  24. 제1 및 제2 개방 단 및 중공의 내부를 가지는 튜브 형상의 제1 부재;
    제1 및 제2 단 사이에 내부 공간 내부에 배치되는 제2 부재; 및
    제1 및 제2 단에 배치되며 중공 내부 안에 제2 부재를 둘러싸기 위한 크기의 단 부품(end pieces)으로 구성된 척추로드.
  25. 제24항에 있어서, 제1 부재, 제2 부재 및 단 부품은 서로 다른 재료로 제조되는, 척추로드.
  26. 제24항에 있어서, 제1 및 제2 부재를 연결하는 계면을 더욱 포함하는, 척추로드.
  27. 제24항에 있어서, 제1 및 제2 부재는 다른 단면 형상을 가지는, 척추로드.
  28. 제24항에 있어서, 중공의 내부 안에, 제2 부재 및 단 부품 사이에 배치되는 제2 단 부품을 더욱 포함하는, 척추로드.
  29. 제24항에 있어서, 제1 부재 내부에 배치되는 제3 부재가 더욱 포함되는, 척추로드.
  30. 제24항에 있어서, 제1 부재 내부에 배치되며 중공 내부를 따라 연장되는 노치를 더욱 포함하는, 척추로드.
  31. 제30항에 있어서, 노치는 나선 형상을 가지는, 척추로드.
  32. 제24항에 있어서, 제2 부재 길이방향 길이를 따라 연장된 노치를 더욱 포함하는, 척추로드.
  33. 척추로드를 하나 또는 그 이상의 척추부재에 연결하는 단계;
    로드가 하나 또는 그 이상의 척추부재에 제1 기계적 힘을 인가하도록 하는 단계;
    척추로드의 기계적 특성이 변경되도록 신체 유체를 척추로드 일부(section)와 접촉하게 하는 단계; 및
    기계적 특성 변경 이후, 로드가 하나 또는 그 이상의 척추부재에 제1 기계적 힘과는 다른 제2 기계적 힘을 인가하도록 하는 단계로 구성된, 척추부재를 지지하기 위한 척추로드 사용방법.
  34. 제33항에 있어서, 척추로드의 기계적 특성은, 척추로드를 하나 또는 그 이상의 척추부재와 연결하는 단계 이후 소정의 시간 경과에 따라 기계적으로 변경되는, 척추부재를 지지하기 위한 척추로드 사용방법.
  35. 제33항에 있어서, 척추로드의 기계적 특성 변경 단계는 척추로드 일부를 용해하는 것으로 구성되는, 척추부재를 지지하기 위한 척추로드 사용방법.
  36. 제33항에 있어서, 기계적 특성 변경 시간을 제어하기 위하여 척추로드 내부에 캡을 배치하는 단계를 더욱 포함하는, 척추부재를 지지하기 위한 척추로드 사용방법.
  37. 제33항에 있어서, 기계적 특성 변경 시간을 제어하기 위하여 척추로드에 전류를 인가하는 것을 더욱 포함하는, 척추부재를 지지하기 위한 척추로드 사용방법.
  38. 제37항에 있어서, 척추로드에 전류를 인가하는 것은 척추로드 및 전극 사이에 전류를 유도하는 것을 포함하는, 척추부재를 지지하기 위한 척추로드 사용방법.
  39. 척추로드를 하나 또는 그 이상의 척추부재에 연결하는 단계;
    로드가 하나 또는 그 이상의 척추부재에 제1 기계적 힘을 인가하도록 하는 단 계;
    척추로드에서 생체흡수성 요소 분해를 제어 가능하게 금지하는 단계;
    기계적 특성 변경 이후, 로드가 하나 또는 그 이상의 척추부재에 제1 기계적 힘과는 다른 제2 기계적 힘을 인가하도록 하는 단계로 구성된, 척추부재를 지지하기 위한 척추로드 사용방법.
  40. 제39항에 있어서, 제2 기계적 힘은 제1 기계적 힘 보다 덜한, 척추부재를 지지하기 위한 척추로드 사용방법.
  41. 제39항에 있어서, 신체 유체를 생체흡수성 요소와 접촉하게 하는 단계를 더욱 포함하는, 척추부재를 지지하기 위한 척추로드 사용방법.
  42. 제41항에 있어서, 척추로드에서 생체흡수성 요소 분해를 제어 가능하게 금지하는 단계는, 신체 유체 및 생체흡수성 부재 간 접촉을 방지하게 하는 유체 배리어(barrier)를 척추로드에 부착하는 것을 더욱 포함하는, 척추부재를 지지하기 위한 척추로드 사용방법.
  43. 제39항에 있어서, 척추로드에서 생체흡수성 요소 분해를 제어 가능하게 금지하는 단계는, 전류를 생체흡수성 요소에 인가하는 것을 포함하는, 척추부재를 지지하기 위한 척추로드 사용방법.
  44. 제43항에 있어서, 척추로드에 전류를 인가하는 것은 척추로드 및 전극 사이에 전류를 유도하는 것을 포함하는, 척추부재를 지지하기 위한 척추로드 사용방법.
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