CN1917832A - 可移动支承脊椎装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种插入在上椎骨和下椎骨之间的人造脊椎关节，所述人造脊椎关节包括上保持部分(110)、下保持部分(114)。所述关节还包括半圆柱形可移动支承(102)，适合于插入在上保持部分和下保持部分之间，其中所述半圆柱形可移动支承还适合于在下保持部分内移动。

Description

可移动支承脊椎装置及方法

本申请要求提交于2004年1月9日的标题为“Posterior LumbarArthroplasty”系列号为60/534960临时专利申请的优先权，下列申请也要求上面提到的临时申请的优先权并与本申请相关联。它们被援引于此以供参考。

系列号(委托案号PC1146)的美国实用专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Spinal Arthroplasty Device and Method”；

系列号(委托案号P21769)的美国实用专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Dual Articulating Spinal Device and Method”；

系列号(委托案号P21756)的美国实用专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Split Spinal Device and Method”；

系列号(委托案号P21752)的美国实用专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Interconnected Spinal Device and Method”；

系列号(委托案号P21745)的美国实用专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Mobile Bearing Spinal Device and Method”；

系列号(委托案号P21743)的美国实用专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Support Structure Device and Method”；以及

系列号(委托案号P21765)的美国实用专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Centrally Articulating Spinal Device and Method”；以及

系列号(委托案号P21751)的美国实用专利申请，提交于2005年1月7日，题为“Posterior Spinal Device and Method”。

技术领域

本发明诸实施例总地涉及用于完成脊椎手术的装置和方法，尤其在一些实施例中涉及能从背侧放置到脊椎间盘空间中的脊椎关节成形装置。已预见到本发明的各种实现方法，包括藉由背侧方法而用于整个脊椎关节成形替换，不管是脊椎间盘还是自然脊椎关节的小面功能。

背景技术

如业内公知地那样，在人的解剖体系中脊椎是总体上可伸缩的柱状体，它能承受拉伸和挤压负载，能够作弯曲运动并提供对肋骨、肌肉和韧带的连接空间。一般来说，脊椎被分成三个部分：颈脊椎、胸脊椎和腰脊椎。图1示意性地示出健康的人的脊柱的腰脊椎1和骶骨区域3。脊椎部分由被称为椎骨的单独的骨头构成并且椎骨由位于它们之间的椎间盘分开。

图2示出具有位于两相邻的椎骨7、9之间的健康的椎间盘5的腰椎区域的右侧部分。在任何给出的关节处，顶椎骨被称为上椎骨而底椎骨被称为下椎骨。每块椎骨总体上包括作为承受重量的主要区域的圆柱体7a、9a以及三个骨突，即7b、7c、7d(其中两个在图2中可见)。在图7A中可看到所有的骨突，如图7A所示，骨突7b、7c、7d从椎骨体7开始在沿圆周隔开的位置上向外延伸。作为其它功能，骨突提供对肌肉和韧带连接的区域。相邻的椎骨可藉由多个小面部分7e(图2)彼此相对移动，这些小面部分7e从椎骨的圆柱体开始延伸并在弯曲时能一个在另一个上地滑动以引导脊椎的移动。存在两个小面关节，每个小面关节由上、下小面部分界定并联接于附近的椎骨。图3示出了健康的椎间盘。如图3所示，椎间盘具有4个区域：髓核11、过渡区13、内环纤维区15和外环纤维区17。一般来说，内环纤维区15和外环纤维区17由牢固地粘结于椎骨体之上和之下的软骨纤维材料层构成。髓核11典型地从本质上说更具水合性。

这些椎间盘用作吸震结构和关节。它们被设计成吸收脊柱可能受到的挤压和拉伸负载并同时允许相邻的椎骨体彼此相对地移动一有限量，尤其是在脊椎弯曲(屈曲)时。因此，椎间盘处于恒定的肌肉和/或重力压迫下并且一般作为腰椎的首要部分以表现出“磨损和撕裂”的迹象。

由于小面关节几乎一直通过脊椎而运动，因此小面关节退化是常见的。事实上，小面关节退化和椎间盘退化经常一起发生。总地来说，尽管一个是造成脊椎机能变化的主要问题而另一个是次要问题，在考虑选择手术前，一般小面关节退化和椎间盘退化均已发生。例如，小面关节和/或椎间盘机能变化会造成脊椎收缩、退化性脊椎前移以及退化性脊柱侧凸。

治疗这些症状的一个手术过程是脊椎关节固定术(即脊椎融合术)，这可以从前侧和/或从背侧进行。背侧过程包括原位融合、背侧横向器械融合、变形腰椎中间体融合(“TLIF”)以及背侧腰椎中间体融合(“PLIF”)。将脊椎部分紧密地融合以消除该层上任何运动能够缓解即刻的症状，但对于某些患者而言保持运动才是有利的。另外通过手术将退化性椎间盘或小面关节替换以人造椎间盘或人造小面关节也是已知的。然而，没有一种已知的装置或方法提供本公开实施例的优点。

因此，前述内容表现出一种需要，即提供能避免已知植入和外科技术的缺陷和缺点的经改进的脊椎关节成形法。

发明内容

在一个实施例中，人造脊椎关节置于上椎骨和下椎骨之间，人造脊椎关节包括上保持部分和下保持部分。关节还包括插入在上保持部分和下保持部分之间的半圆柱形可移动支承，其中半圆柱形可移动支承还可在下保持部分中移动。

在第二实施例中，人造脊椎关节置于上椎骨和下椎骨之间。人造脊椎关节置于上椎骨和下椎骨之间。人造脊椎关节包括具有第一上保持部分、第一下保持部分以及插入于第一上保持部分和第一下保持部分之间的第一半圆柱形可移动支承的第一关节造型半部。第一半圆柱形可移动支承可在第一下保持部分中移动。人造脊椎关节还包括具有第二上保持部分、第二下保持部分以及插入于第二上保持部分和第二下保持部分之间的第二半圆柱形可移动支承的第二关节造型半部。第二半圆柱形可移动支承可在第二下保持部分中移动。

在第三实施例中，植入人造脊椎关节的方法包括：经由患者的背部形成第一暴露部以进入椎间空间；以及将人造脊椎关节的至少一部分通过第一暴露部插入。该方法还包括将人造脊椎关节的第一前侧关节部分定位在椎间空间中。第一前侧关节部分包括第一上保持部分、第一下保持部分以及位于第一上保持部分和第一下保持部分之间的第一半圆柱形可移动支承。第一半圆柱形可移动支承还能够在第一下保持部分中移动。

所公开的实施例可用于腰脊柱、外伤后的、椎间盘性的、小面疼痛或脊椎前移的退化性变化和/或保持在多个腰脊柱高度中的运动。

实施例的其它或额外的特征、优点、用途在后面的说明书、附图和权利要求中被展开并且变得明显。

附图说明

图1是健康人脊柱的腰椎和骶骨区的侧视图。

图2是示出图1的腰椎骨的右侧部分的详细立体图，其中健康椎间盘位于两椎骨之间。

图3是示出椎间盘主要部分的图2所示的椎间盘的顶部立体图。

图4是表示根据本公开原理构造的人造椎间关节的第一实施例的腰椎的一部分的分解图。

图5是表示根据本公开的第一实施例构造的经组合的人造椎间关节的左右半部的上部、椎间盘和下部的腰椎的一部分的前侧视图；

图6是图5所示的人造椎间关节的右半部的侧视图；

图7A是表示图4所示人造椎间关节的上部的腰椎的一部分的横贯的、自下至上的视图；

图7B是表示图4所示人造椎间关节的下部的腰椎的一部分的横贯的、自上至下的视图；

图8是表示人造椎间关节的上部的第二实施例的腰椎的一部分的横贯的、自下至上的视图，其中蒂螺钉被用来协助植入；

图9是表示人造椎间关节的下部的第二实施例的腰椎的一部分的横贯的、自上至下的视图，其中蒂螺钉被用来协助植入；

图10是表示图8所示的人造椎间关节的上部的腰椎的一部分的侧视图，其中的一个蒂螺钉是可见的；

图11是表示图9所示的人造一体椎间关节的下部和一体的椎间盘部分的腰椎的一部分的侧视图，其中的一个蒂螺钉是可见的；

图12是表示图8所示的人造椎间关节的上部的腰椎的一部分的背侧视图，其中的两个蒂螺钉是可见的；

图13是表示图9所示的人造椎间关节的下部的腰椎的一部分的背侧视图，其中的两个蒂螺钉是可见的；

图14是表示第二实施例的腰椎的一部分的侧视图，其中蒂螺钉处于组装位置；

图15是表示第三实施例的人造椎间关节的下部、椎间盘和上部的腰椎的一部分的背侧视图，其中使用张紧带；

图16是表示第三实施例的腰椎的一部分的侧视图，其中张紧带被用于组装位置；

图17是表示根据本公开原理构造的人造椎间关节的第四实施例的上部的腰椎的一部分的横贯的、从下至上的视图，其中未更换小面关节；

图18是表示人造椎间关节的第四实施例的下部的腰椎的一部分的横贯的、从上至下的视图；

图19是本公开的另一实施例的立体分解图；

图20是本公开的另一实施例的立体分解图；

图21是本公开的另一实施例的立体分解图；

图22是本公开的另一实施例的立体分解图；

图23是本公开的另一实施例的横截面图；

图24是本公开的另一实施例的横截面图；

图25是本公开的另一实施例的横截面分解的立体图。

具体实施方式

附图示出用于替换椎间盘或椎间盘和至少一个相应小面关节的组合的人造椎间关节的各实施例。根据本公开原理的人造椎间关节的各种实施例可用于解决将它们用于关节更换的任何问题，尤其是例如腰椎、外伤后、椎间盘、小面疼痛或脊椎前移的退化性变化和/或保持腰椎的多个高度上的运动。

图4-图7示出人造椎间关节的第一范例性实施例。如图4和图5所示，每个关节由两个关节造型半部构成，每个关节造型半部具有间隔物或椎间盘19以及保持部分21。保持部分21包括第一保持部分21a和第二保持部分21b。在图4所示例子中，第一保持部分21a高于第二保持部分21b(在它之上)并且椎间盘19位于保持部分21a、21b之间。尽管根据该范例性实施例的人造椎间关节具有用于第一保持部分和第二保持部分的两个半部，但要理解在一个代替性实施例中，其中人造椎间关节具有单个的第一保持部分，单个的第二保持部分和单个的间隔物。要理解代替性实施例可实现具有第一保持部分、第二保持部分和/或椎间盘的关节造型，第一保持部分、第二保持部分和/或椎间盘均由不等尺寸的半部或两个以上部分形成。

此外，如图4所示，第一保持部分21a和第二保持部分21b位于两相邻椎骨之间。更具体地说，第一保持部分沿两相邻椎骨的上面一个的下表面定位而第二保持部分被定位在两相邻椎骨的下面一个的上表面上。然而，本领域内技术人员应当理解第一保持部分和第二保持部分不局限于这种配置，第一保持部分和第二保持部分可位于与本文中所述的不同位置和/或不同地构形。

接触椎骨的其余终板的关节造型的保持部分21a、21b的表面可涂覆以粒状材料或被等离子喷溅以促进骨增长和它们之间的连接。特别地，增进骨增长的表面可以是具有钛/钙/磷双层覆层、啮合面或其它有效的面精加工的钴铬钼合金。作为代替或组合，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的粘合剂或胶泥可用来将植入部分全部或部分地固定于一个或两个终板。

如下面将要更详细说明的那样，在某些实施例中大约300度的外环部分17的重要部分(例如参阅图4、7B)被保持在终板的下部，它作为止动结构而在发生骨增长之前将下保持部分固定在位，从而牢固地使保持部分结合于它们各自的椎骨(图4仅示出外环17被保持的那一部分)。相反地，在传统的前侧关节造型中，大约270度的外环区17被去除。此外，蒂螺钉被用于即刻固定，正如结合下面讨论的其它实施例而更详细说明的那样。

在本公开的各实施例中，第一保持部分21a和第二保持部分21b被构造成将椎间盘19保持在它们之间。例如，在椎间盘19具有两凸面19a的情况下，第一保持部分21a和第二保持部分21b的每一个具有凹面21c，它界定其中支承椎间盘19的空间。例如，在图4所示的范例性实施例中，椎间盘19的上凸面19a配合入由第一保持部分21a的凹面21c界定的凹陷处，而椎间盘19的下凸面19b配合入由第二保持部分21b的凹面21c界定的凹陷处。

图5示出两关节造型半部在位的范例性组合的人造椎间关节的前侧视图，而图6示出图5所示的组合的人造椎间关节的侧视图。如图5和图6所示，椎间盘19被保持在第一保持部分21a和第二保持部分21b之间。要注意尽管椎间盘19被保持在第一保持部分21a和第二保持部分21b之间，但椎间盘19可在由第一保持部分21a和第二保持部分21b的相应表面21a界定的空间内自由滑动。由此提供在相邻椎骨之间的有限移动。

在图4、图5和图6所示的范例性实施例中，椎间盘19是被插入到第一保持部分21a和第二保持部分21b之间的独立部分。然而，正如下面所讨论的那样，要理解间隔物或椎间盘19可与第一保持部分21a和第二保持部分21b中的一个或两个一体地形成或形成在它们中间。

在本公开的范例性实施例中，如图4、6、7A和7B所示，人造椎间关节的每个保持部分包括第一人造小面部分23a和第二人造小面部分23b。如图7A和图7B所示，第一人造小面部分23a具有表面25a而相应的第二人造小面部分23b具有表面25b，表面25a与表面25b匹配以固定相邻的椎骨，同时保留和引导每块椎骨相对于另一椎骨的运动。每组上/下保持部分21a、21b可以具有一对小面部分23a、23b，它们一起界定一个小面关节。对根据本实施例的用小面代替整个关节，当从背侧观察，左右关节造型界定两个相邻小面关节。

不管是否提供人造小面关节，与关节造型左右半部连接的各上下保持部分可完全彼此独立。即，如图7A所示，例如与每个半部相连的第一保持部分21a彼此不直接接触。对图7B所示的第二保持部分21b亦然如此。然而，本领域内技术人员应当理解即使在包括人造小面关节的本公开的实施例中，每个半部的第一保持部分21a的至少一部分和/或每个半部的第二保持部分21b的至少一部分彼此连接，如结合图17-18更详细说明地那样。

此外，在公开的各实施例中，椎间盘19、第一保持部分21a和第二保持部分21b可由任何合适材料制成，这些材料有利于在提供各相邻表面间大致沿横向的滑动的同时传递挤压和拉伸力的连接。例如，在第一实施例中，第一保持部分21a和第二保持部分21b典型地由用于手术植入的任何金属或金属合金制成，例如不锈钢、钛和钴铬或诸如碳纤维的的复合材料、或诸如聚醚醚酮(PEEK)的或任何其它合适材料。椎间盘可由诸如高分子重量聚乙烯或PEEK的塑料或陶瓷、金属和例如(但不局限于)碳纤维、橡胶或其它合适材料制成。一般来说，为有助于保持表面的滑动特性，这些表面被抛光和/或涂层以提供光滑表面。例如，如果表面由金属制成，金属表面可以是抛光金属。

图8-14示出人造椎间关节的第二实施例。仅有与第一实施例的不同特征将在下面进行讨论。在第二范例性实施例中，设有例如蒂螺钉27的固定部分以提供各第一保持部分21a和/或第二保持部分21b至相应椎骨之间的更安全和快速的连接。此外，该实施例示出与其中一个剩余部分(在这里是下保持部分21b)形成一体的椎间盘19。椎间盘19可用与其保持部分相同材料一体地形成，但也能用相同或不同材料独立地形成并永久地连接于此以形成整体单元。在该实施例中，椎间盘19和保持部分可均由金属形成。

图15和16示出人造椎间关节的第三实施例。在第三实施例中，例如张紧带31的额外固定部分被提供以补充或代替背侧韧带的功能以通过将第一保持部分21a固定于第二保持部分21b而限制相邻椎骨之间的移动。如图15-16所示，可通过将其缠绕在相应蒂螺钉27或其它传统接合点周围而提供背侧张紧带31。

图17和图18示出人造椎间关节的第四实施例。在图17和图18所示的范例性实施例中，人造椎间关节可具有除人造小面部分外的上述所有特征。在该实施例中自然小面关节保留。韧带张紧带在某些实施例中也可保存完好。另外，本实施例包括在各上/下保持部分之间的前侧中线连接的一个特定实施例，它有助于保持第一保持部分21a和第二保持部分21b的定位。

图17和图18示出可提供具有锁型和钥匙型图案的第一保持部分21a，这些图案由设置在第二保持部分21b上的相应匹配部分配合。更具体地，第一保持部分21a的一般具有U形部分35a的外轮廓而相应第一保持部分21a的一般具有带凸起部分35b的外轮廓，它能嵌入U形部分35a。结果，第一保持部分21a、21b的每半部可保持在预设位置。然而，上或下保持部分可便于植入和/或有助于提供和/或保持关节在大致稳定、对称的结构的方式配合在一起和/或连接于例如在它们前侧部分的中间体空间中。更重要的是由于由图18所示下终板上残留的外环17提供的向内的力在下保持部分之间提供这样的连接。在各下保持部分之间的中线连接将抵抗外环使保持部分向中线37移动的力。

如各范例性实施例所示，除了象锁和钥匙那样彼此配合以保持彼此相对定位的第一和/或第二保持部分，每半个人造椎间关节基本沿椎骨的中线37对称。

再者，这些范例性实施例仅为示例性的并且不旨在成为本发明所有可能的设计、实现、修正以及使用的穷举性列表。此外，结合本公开的一个实施例描述的特征可与其它实施例结合使用，即使在上面没有直接说明也是如此。

尽管上述说明对本领域内技术人员而言已经很明白，不过下面还是提供了对用来植入人造关节的合适手术过程的简单说明。如上所述，人造椎间关节一般通过使用与TLIF或PLIF过程相似的背侧穿孔方法被植入到人体内。根据该方法，可在患者的背部形成诸如中线切口的切口并且经由孔将一些或全部受影响的椎间盘以及周围组织去除。根据是否更换任何小面关节，可修剪自然小面关节以形成容纳人造小面关节的空间。然后，人造椎间关节的半部通过左/右穿孔开口被逐块地插入。即包括上下保持部分(具有或不具有小面部分和人造椎间盘，如果单独提供的话)的人造椎间关节块配合在通孔中并位于适当椎间空间中。人造关节块可以是完全独立的或者在插入通孔前，用纱布或其它业内公知的材料将两个以上的人造关节块捆绑或包裹在一起。在固定自然椎间盘的外环的至少一部分的情况下，人造椎间关节的每侧的下保持部分被插入以使它们毗邻环的相应部分。如果提供中线前侧连接，保持部分的左、右半部配合在一起并由外环保持在位。这样，环的保持部分可位于与手术过程前大致相同的位置。

此外，在必须完全去除自然椎间盘环的情况下，例如可使用本公开的实施例，其中采用蒂螺钉以确保人造椎间关节块保持在位。本领域内技术能够理解，即使背侧过程的优点是有限的，也可经由前侧方法或结合前侧方法和背侧方法将人造关节植入。例如，某些人造椎间关节块将通过前侧方法插入而其它关节块则通过背侧方法插入。前侧和背侧定位的部分可与图17和图18所示实施例相同的方式彼此配合。

现在参阅图19，在该实施例中，人造椎间关节100包括夹在两终板组件104、106之间的间隔物或可移动支承102。终板组件104包括外表面108和上保持部分110。终板组件106包括外表面112、下保持部分114以及止动表面115。在该实施例中，保持部分110可以是能够与间隔物102形成光滑接合的半槽或半圆柱形槽。保持部分110具有狭长形状，它具有近乎与经组装关节100的横向轴线118共线或平行对齐并以延伸通过经组装关节100的前后轴线120为中心的纵向轴线116。当安装关节100时，横向轴线118和前后轴线120延伸通过椎骨7、9之间的椎间盘空间。

间隔物102是具有曲面形上表面122和平坦下表面124的半圆柱形。间隔物102是狭长形状，其纵向轴线126近乎平行或共线对齐于经组装关节100的横向轴线118。间隔物102具有高度尺寸128。间隔物102的半圆柱形状被广泛地理解为包括多种狭长形状，包括珠形、椭圆形、具有圆滑边缘的半圆柱形、或具有曲面形上表面和下表面的半圆柱形。尽管也可采用半球表面，但圆柱形更加容易制造。

保持部分114可以是允许与间隔物102光滑作用的盘。在该实施例中，保持部分114是平的以配合变平的下表面124。止动表面115可形成围绕保持部分114的抬高的周缘。保持部分114稍宽于宽度尺寸130以允许间隔物102相对于保持部分114的前后平移。保持部分114稍长于长度尺寸132以允许间隔物102相对于保持部分114的横向平移。要理解在替代性实施例中，下保持部分可以是曲面以配合间隔物的曲面形下表面的形状。提交于2004年1月7日的题为“Mobile Bearing Articulating Disc”的10/75860号美国专利申请公开了另一种接合间隔物的实施例并被援引于此以供参考。提交于2004年3月23日的题为“Constrained Artificial Spinal Disc”的10/806961号美国专利申请也公开了另一种接合间隔物的实施例并被援引于此以供参考。

要理解在另一实施例中，间隔物相对于下保持部分的移动受到止动表面的位置和变平下表面的结果尺寸的控制。例如，如果下保持部分比间隔物的宽度尺寸更宽但与长度尺寸近乎匹配，间隔物的运动被限制在沿下保持部分的前后平移。如果下保持部分与间隔物的宽度尺寸匹配但提供沿长度尺寸的间隙，则间隔物的运动被限制为横向平移。如果下保持部分比变平的下表面更宽和更长，则允许间隔物在上保持部分上转动或枢转。

人造椎间关节100还包括连接部分134、136，连接部分134、136可以是分别从终板组件104、106延伸的龙骨。龙骨134、136可分别啮合椎骨体7、9以固定关节100。要理解可使用多个连接部分以将椎间关节固定在位。例如，其它适当的连接部分包括长钉、脊、骨销钉和/或表面纹理。

可采用前侧、背侧、穿孔或其它业内公知的方法将关节100安装在椎骨体7、9之间。可将曲面形上表面122与上保持部分110接触地并且将变平下表面124与下保持部分114接触地设置在止动表面115的边界内。在该实施例中，保持部分114提供对间隔物102的宽度130和长度132尺寸的间隙，从而允许间隔物在关节100中沿前侧—背侧方向和横向平移以及有限的扭转。曲面形上表面122以及上保持部分110彼此接合以允许关节100处的关节弯曲—延伸运动。在该实施例中，可限制或排除横向弯曲，除了间隔物102从终板组件104、106任何一个中脱开并产生“上抬”的运动。

间隔物102和两终板组件104、106可由任何合适的生物兼容材料，包括诸如钴铬合金、钛合金、镍钛合金和/或不锈钢合金。诸如铝氧化物或氧化铝、锆氧化物或氧化锆的陶瓷材料，金刚石微粒的压紧体和/或热解碳也是适用的。另外可适用聚合材料，包括任何聚芳醚酮(PAEK)族的成员，例如聚醚醚酮(PEEK)、碳强化PEEK或聚醚酮酮(PEKK)、聚砜、聚醚酰亚胺；聚亚酰胺、超高分子重量聚乙烯(UHMWPE)和/或交联的UHMWPE。间隔物和终板组件104、106可由不同材料形成，由此实现金属上金属、陶瓷上金属、聚合物上金属、陶瓷上陶瓷、聚合物上陶瓷或聚合物上聚合物的结构。为在所有接触表面间形成光滑接合，可对上保持部分、下保持部分和间隔物至少一些表面进行磨削或抛光。

外表面108、112可包括加强植入修复固定的特征或覆层。例如，可通过化学蚀刻、喷丸、打磨、磨削、锯齿化和/或金刚石切割而使表面粗糙化。外表面108、112的骨接触表面的全部或其一部分被涂覆以生物兼容和骨传导性材料，诸如羟磷灰石(HA)、磷酸三钙(TCP)和/或碳酸钙以增进骨的生长与固定。或者可使用诸如来自变形生长因子(TGF)β总科的蛋白质或诸如BMP2或BMP7的骨成形蛋白质的骨传导性涂层。

现在参阅图20，人造椎间关节150基本类似于关节100除了下述区别外。在该实施例中，关节150包括设置在两终板组件154、156之间的间隔物152。终板组件154包括外表面158和上保持部分160。终板组件156还包括外表面162、下保持部分164和止动表面165。在该实施例中，保持部分160可以是与间隔物152光滑接合的半槽或半圆柱形槽。保持部分160具有狭长形状，它具有近乎与经组装关节150延伸的前后轴线120共线或平行对齐的纵向轴线166。间隔物152具有狭长形状，它具有近乎与前后轴线120平行或共线对齐的纵向轴线168。间隔物152具有高度尺寸170、宽度尺寸172、长度尺寸174。保持部分164比宽度尺寸172更宽以允许间隔物152相对于变平的下表面164横向平移。保持部分164稍长于长度尺寸174以允许间隔物152相对于变平的下表面164的前后平移。在该实施例中，下保持部分164为间隔物152的宽度172、长度174提供间隙，从而允许间隔物在关节100中沿前侧—背侧方向和横向平移以及有限的扭转。在该实施例中，保持部分110和间隔物152接合以允许关节100处的横向弯曲运动。通过间隔物152的取向，可限制或排除关节弯曲—延伸，除了间隔物152从终板组件154、156任何一个中脱开并产生“上抬”的运动。

现在参阅图21，在该实施例中，人造椎间关节200包括插入于椎骨7、9之间的两个关节造型半部202、204。关节造型半部202包括头部前侧关节部分206、头部背侧关节部分208以及在前侧部分206和背侧部分208之间延伸的头部桥210。关节造型半部202还包括尾部前侧关节部分212、尾部背侧关节部分214以及在前侧部分212和背侧部分214之间延伸的尾部桥216。关节造型半部204具有与关节造型半部202基本相似的结构和功能并因此不在这里进行更详细的说明。

术语“头部”和“尾部”用于某些实施例以说明这些实施例的部分的位置。头部在业内一般用来表示朝向头部的部分而尾部用来表示朝向尾部或脚部的部分，正如本文中所使用的那样，头部和尾部单纯用作所示实施例的部分的相对位置的修饰语。例如，头部部分可在所述关节的一侧上，而尾部可在关节的另一侧上。被标记为头部或尾部以描述所示实施例的诸部分不旨在对装置或方法应用相对于患者解剖系统的取向构成限制，或对任何装置或方法的权利要求的范围构成限制。

在本实施例中，头部桥210包括形成出口门的粗糙面(jog)117以及用于退出神经根的人造孔。另外在本实施例中，尾部背侧关节部分214包括背侧凸起220。桥210、216，尤其是尾部桥216可以是作为自然蒂部的补充或代替的“极好”的或人造蒂部。

在本实施例中，关节造型半部202包括置于头部和尾部前侧关节部分206、212之间的间隔物232。头部前侧关节部分206还包括上保持部分234。尾部前侧关节部分212包括下保持部分236以及止动表面238。在本实施例中，保持部分234可以是与间隔物232光滑接合的半槽或半圆柱形槽。除所述的区别外，上保持部分234类似于上保持部分110。

间隔物232可以是具有曲面形上表面240和变平的下表面242的半圆柱形。除了所述区别外，间隔物232与间隔物102相似。间隔物232包括近乎与经组装关节200的横向轴线246平行或共面对齐的纵向轴线244。

保持部分236可以是允许与间隔物232光滑作用的盘。除所述区别外，保持部分236与保持部分114相似。在该实施例中，由于保持部分236在二维上均大于下表面242，保持部分236允许间隔物232相对于保持部分236前侧—背侧和横向平移。此外，允许间隔物232和保持部分236之间的转动或枢转。如上所述，保持部分236的尺寸和止动表面238的位置可根据需要限制或允许平移或转动。

除所示区别外，关节造型半部204被配置成与关节造型半部202相似。具体地说，关节半部204包括与间隔物232类似地定位和对齐的间隔物247。间隔物232的纵向轴线248近乎与横向轴线246平行或共线并且与间隔物232的纵向轴线244共线。

头部背侧关节部分208包括配置成啮合背侧凸起220的背侧槽口224。背侧凸起220的曲率小于背侧槽口224的曲率，由此允许背侧关节部分208、214之间的运动和有限的结合。背侧槽口224和背侧凸起220的曲率半径从关节造型半部202的共同旋转中心发散出。在该实施例中，背侧槽口224的曲率半径相对较大，而产生的关节受到松约束。在另一实施例中，与具有紧曲率半径的头部背侧部分匹配的尾部背侧部分的背侧凸起的紧曲率半径可形成受到紧密约束的背侧关节。

前侧部分206、212以及桥部分210、216的尺寸和形状会受到背侧手术方法约束条件的限制。例如，前侧部分206、212被配置成覆盖最大椎骨终板面积以分散负载并减少下沉，同时仍然配合于背侧手术暴露部、坎宾(Kambin)三角及其它神经元。桥部分210、216的宽度也被最小化以通过坎宾三角并与神经元共存。

关节造型半部202还包括固定于椎骨7、9的特征。然而要理解在另一实施例中可省去固定特征。关节造型半部202可包括从头部前侧关节部分206向头部延伸的连接部分250。该实施例中的连接部分250是适于容纳诸如螺钉252的骨紧固件的孔。连接部分250的取向允许螺钉252固定于圆柱椎骨体7a。

关节造型半部202还包括固定于或一体形成于尾部背侧关节部分214的连接部分254。在该实施例中的连接部分254是用于容纳诸如螺钉256的骨紧固件的孔。连接部分254的取向允许螺钉256离蒂地插入以使螺钉沿与通过蒂界定的中心轴线倾斜或成角度的路径延伸。离蒂固定可以是任何蒂内的固定，它不沿大致由蒂的背侧—前侧界定的中心轴线的路径延伸。在该实施例中，螺钉穿过蒂的纵向壁并能获得很强的皮层固定。在所有实施例中可将螺钉形成凹槽，从而不与关节、软组织和神经结构形成干涉。

在其它实施例中，例如图14所示，可将从背侧部分254延伸的连接部分定位成允许螺钉贴蒂地(intrapedicularly)插入以使螺钉大致沿蒂的中心轴线穿过路径。在另一替代实施例中，背侧连接部分可联接于基本圆柱体部分9a。要理解在其它替代实施例中，连接部分可以不同角度沿从关节造型半部的各部分开始的不同方向延伸。例如，连接部分可从头部桥而不是头部前侧关节部分开始延伸。

如图21所示，关节造型半部202的头部部分206、208、210被一体地形成。要理解在组合式替代实施例中，这些部件彼此可移动地连接。例如，头部前侧关节部分与桥分离地安装。在前侧部件到位后，通过业内公知的紧固机构(例如螺纹连接、螺栓连接或闩连接)将桥固定于前侧部分。然后通过类似的紧固机构将组合式头部背侧部分固定于桥以形成关节造型半部的头部部分。

人造椎间关节200可如后述那样被安装在椎骨7、9之间。尽管就关节造型半部202对安装进行说明，但要理解关节造型半部204也以同样的方式被安装。总地如上所述，人造椎间关节200采用与已知TLIF或PLIF过程相似的背侧穿孔方法被植入到体内。PLIF方法总地来说更接近内科并依赖更多横贯根和硬脑脊的收回以进入椎骨内部空间。这些结构之间的空间被成为坎宾三角。TLIF方法典型地更倾斜、需要较少的退出根的收回以及由于更少横贯结构抽回导致的更少硬膜出血。也可采用远侧方法在退出神经根的位置上方以及坎宾三角的外侧进入内部空间。在某些情况下，也可用远侧方法进入内部空间而无需切除小面。此外，通过腰肌的直侧方法是已知的。该方法完全避开背侧神经元。本发明的实施例可望使用这些普通方法的任何一种。

根据这些方法中的至少一种，可在患者背部形成诸如中线切口的切口并经由孔将受影响椎间盘和周围组织除去。可将椎骨9的上终板表面碾磨、锉磨或切除以匹配尾部前侧骨接触表面的外形，从而使椎骨9的上终板表面上的应力分布均一化和/或在骨生长前提供初始固定。椎骨9终板的制备可导致平坦表面或诸如囊、沟的表面轮廓或其它与骨接触表面上的相应特征匹配的轮廓。可类似地制备椎骨7的下终板以容纳头部前侧关节部分206到退出神经根和脊椎末梢神经中枢所允许的程度。根据是否已替换小面关节的任何一个，可将椎骨7、9的自然小面关节修剪以留出空间给背侧部分208、214。

然后分别通过左/右通孔开口将人造椎间关节200的半部202、204逐块地插入。也就是说，人造椎间关节200的块包括头部和尾部前侧关节部分206、212，它们分别配合在孔中并位于基本圆柱体7a、9a之间的适当椎间盘空间内。人造关节100的那些块可以是完全分离的或者是在插入通孔前用布或业内公知的其它材料捆在一起或包裹在一起的两个或多个关节块。在能够保持自然椎间盘外环的至少一部分的情况下，人造椎间关节每侧的尾部前侧接头部分被插入，由此它们毗邻于环的相应部分。桥210、216背侧地从前侧关节部分206、212延伸并且背侧地从椎间盘空间延伸。背侧部分208、214被背侧地设置于椎间盘空间以作为自然小面关节功能的代替或补充。可将螺钉252通过连接部分250插入基本圆柱体7a，并且将螺钉256通过连接部分254插入诸如蒂部的相邻骨头中。要理解可在整个关节造型半部202已被植入或者在每个头部和尾部部分被植入后将螺钉植入。

在安装后，间隔物232以与间隔物102相同方式地移动，一般允许关节弯曲—延伸运动、前后平移、横向平移以及有限的扭转。如上所述，可通过限制或增加间隔物232和止动表面238之间的间隙而限制这些运动。由头部背侧关节部分208和尾部背侧关节部分214产生的背侧关节允许关节造型半部202抵抗剪切力，尤其是前侧—背侧力。头部前侧关节部分206相对尾部前侧关节部分212的移动受到背侧槽口224中的背侧凸起220位移的限制。例如，与尾部前侧关节部分212相对的头部前侧关节部分206的侧向平移将受到背侧关节的限制。围绕由圆柱体7a、9a定义的纵向轴线的转动既由背侧关节中的约束限制又由两关节造型半部202、204提供的组合约束限制。此外，背侧关节可限制任何真实的横向弯曲自由度。

在某些情况下，关节200可越过这些设计约束以允许有限的横向移动、转动和组合运动。例如，前侧关节部分206可从间隔物232脱开并经历有限的“上抬”，由此允许额外的自由度以及严格关节弯曲—延伸运动外的组合运动。前侧关节的自定中心特性可在上抬发生后刺激重新连接和对齐。前侧关节部分的有限的断开可由背侧关节中的约束度所调整。例如，在背侧关节处的相对松的约束允许更大的上抬量。然而，背侧关节处的某些程度的约束是有用的以刺激前侧关节的重新连接和对齐。

总地来说，紧约束于具有相同或相似曲率半径的各部分的简单的前侧位置的球和槽口关节允许关节弯曲—延伸、侧向弯曲和扭转运动，同时抵抗剪切力和限制平移。通过将额外的较高约束的球/槽口关节添加到背侧部分，可限制例如扭转的额外自由度。额外的关节还限制运动的自由度。如果允许前侧或背侧关节脱开或脱离，可如上所述地允许额外的自由度。改变球和槽口部分的形状以及它们之间的间隙同样实现额外的自由度。

前侧和背侧关节的强健和高适应性(forgiving)结构还允许关节造型半部202、204的定位不对齐和稍微不准确。例如，前侧关节部分206、212、232的自对齐结构容许在各部分之间具有一定量的不对齐。因此，部分206、212的插入轨道可略为不对齐。背侧凸起220和背侧槽口224的相互作用还能调整关节造型半部202、204之间的平行不对齐和/或前侧—背侧不对齐。

在替代性实施例中，上述任何人造椎间关节还包括从头部前侧部分延伸的头部龙骨以及从尾部前侧关节部分延伸并沿尾部桥延伸的尾部龙骨。头部龙骨啮合椎骨体7a的下终板，而尾部龙骨啮合椎骨体9a的上终板以及椎骨9蒂部的上表面。要理解可通过碾磨或以其它方式制备椎骨体7a的下终板以容纳头部龙骨。同样，可碾磨、锉磨或以其它方式制备椎骨体9a的上终板和椎骨9的蒂部以形成用于容纳尾部龙骨的沟道。龙骨帮助连接于骨头并将关节造型半部的运动限制在所要求的自由度下。龙骨可具有成角度的或半圆柱形的截面。要理解可在任何给出的部分上使用一个以上的龙骨。

现在参阅图22，在该实施例中，人造椎间关节300包括可插入到椎骨7、9之间的两个关节造型半部302、304。除所述区别外，关节造型半部302、304与关节造型半部202、204相似。关节造型半部302包括头部前侧关节部分306、头部背侧关节部分308以及在前侧部分306和背侧部分308之间延伸的头部桥310。关节造型半部302还包括尾部前侧关节部分312、尾部背侧部分314以及在前侧部分312和背侧部分314之间延伸的尾部桥316。

在本实施例中，关节造型半部302包括置于头部和尾部前侧关节部分306、312之间的间隔物332。头部前侧关节部分306还包括上保持部分334。尾部前侧关节部分312包括下保持部分336。在本实施例中，保持部分334可以是与间隔物332光滑接合的半槽或半圆柱形槽。间隔物332可以是具有曲面形上表面340和变平的下表面342的半圆柱形。间隔物332包括近乎与经组装关节300的横向轴线346平行或共线对齐的纵向轴线344。

保持部分336可以是允许与间隔物332光滑作用的平坦面。在该实施例中，保持部分336还包括安装时基本沿前侧—背侧方向延伸的轨道或沟槽348。销钉350延伸通过间隔物332并可移动地固定于沟槽348以允许间隔物332沿前侧—背侧方向中的轨道移动。间隔物332还能绕销钉350枢转。通过轨道348可限制或完全约束横向平移。

可如上所述地将人造椎间关节300安装在椎骨7、9之间。在安装后，间隔物332总地允许关节弯曲—延伸运动、前后平移以及有限的扭转。尽管允许抬升，但横向弯曲总地来说受到限制。关节弯曲—延伸运动和横向弯曲运动的组合一般也受到限制。可通过改变轨道的长度或方向而限制或改变这些运动中的任何一种。在替代性实施例中，可将轨道省去以约束间隔物的平移，并且销钉仅允许枢转运动。在另一替代性实施例中，轨道可以是弯曲的并且在纵断面上是弧形的。在另一替代性实施例中，可将间隔物定位成沿前侧—背侧方向伸长并且轨道沿横向延伸。在该实施例中允许横向平移和横向弯曲并限制前后平移和关节弯曲—延伸运动。

现在参阅图23，在该实施例中，除所述区别外，人造椎间关节400基本类似于人造椎间关节200。关节400包括一对关节造型半部402、404。关节造型半部402包括头部前侧关节部分406和尾部前侧关节部分408，间隔物410在它们之间延伸。间隔物410具有头部—尾部高度411。关节造型半部404包括头部前侧关节部分412和尾部前侧关节部分414，间隔物416在它们之间延伸。间隔物416可具有头部—尾部高度418。高度411大于高度418以在椎骨7、9之间产生楔效应，从而校正椎骨7、9之间的对齐或产生牵引。间隔物的高度在整个间隔物上是相等的，或者间隔物本身可以是削锥的。

现在参阅图24，在该实施例中，除所述区别外，人造椎间关节450基本类似于人造椎间关节200。关节450包括一对关节造型半部452、454。关节造型半部452包括头部前侧关节部分456和尾部前侧关节部分458，间隔物460在它们之间延伸。间隔物460具有弯曲的侧边缘461。关节造型半部454包括头部前侧关节部分462和尾部前侧关节部分464，间隔物466在它们之间延伸。间隔物466可具有弯曲的侧边缘468。弯曲的侧边缘461、468围绕共同的中心轴线旋转而成。在该实施例中，弯曲的侧边缘461、468允许椎间关节200除了上述其它类型的运动外，还具有有限的横向弯曲。另外仍能实现上抬。

现在参阅图25，在该实施例中，除所述区别外，人造椎间关节500基本类似于人造椎间关节450。关节500包括一对关节造型半部502、504。关节造型半部502包括头部前侧关节部分506和尾部前侧关节部分508，在两关节部分506、508之间延伸有间隔物510。间隔物510具有弯曲的侧边缘511。关节造型半部504包括头部前侧关节部分512和尾部前侧关节部分514，在两关节部分512、514之间延伸有间隔物516。间隔物516具有弯曲的侧边缘。弯曲的侧边缘511、518使椎间关节200除所述其它类型的运动外，还允许有限的横向弯曲。在该实施例中，间隔物510、516通过圆形侧边缘啮合以形成整体的圆柱形可移动支承。啮合方法和相似的整体支承在提交于2005年1月7日、题为“Split Spinal Device andMethod”的美国实用专利申请(委托案号P21756)中有记载。该申请被援引于此以供参考。

尽管上面仅示出一些范例性实施例，本领域内技术人员很容易理解在实质上不脱离本公开的新颖性理念和优点的前提下可作出多种修正。因此，所有这些修正和替换均由下列权利要求所定义的本发明范围所包括。本领域内技术人员还能不脱离本公开精神和范围地实现这样的修正和等效结构或方法，并且不脱离本公开精神和范围地作出各种改变、代替和选择。要理解所有空间参考，例如“水平”、“垂直”、“顶”、“上”、“下”、“底”、“左”、“右”仅为示例性的并且能在本公开范围内变化。在这些权利要求中，装置加功能的条款旨在将文本中所述结构覆盖为实现所述功能并且不仅是结构等效物，还包括等效结构。

Claims (34)

1.一种插入在上椎骨和下椎骨之间的人造脊椎关节，所述人造脊椎关节包括：

一上保持部分；

一下保持部分；以及

一半圆柱形可移动支承，适合于插入在上保持部分和下保持部分之间，其中，所述半圆柱形可移动支承还适合于在下保持部分内移动。

2.如权利要求1所述的人造脊椎关节，其特征在于，半圆柱形可移动支承适合于在下保持部分内前后平移。

3.如权利要求1所述的人造脊椎关节，其特征在于，半圆柱形可移动支承适合于在下保持部分内横向平移。

4.如权利要求1所述的人造脊椎关节，其特征在于，半圆柱形可移动支承还适合于在下保持部分内转动。

5.如权利要求1所述的人造脊椎关节，其特征在于，上保持部分包括一半圆柱形槽，适合与所述半圆柱形可移动支承配合。

6.如权利要求5所述的人造脊椎关节，其特征在于，半圆柱形槽的纵向轴线大致平行于延伸通过在上椎骨和下椎骨之间的椎间盘空间的横向轴线。

7.如权利要求5所述的人造脊椎关节，其特征在于，半圆柱形槽的纵向轴线大致平行于延伸通过在上椎骨和下椎骨之间的椎间盘空间的前后轴线。

8.如权利要求1所述的人造脊椎关节，其特征在于，半圆柱形可移动支承包括一抛光表面。

9.如权利要求1所述的人造脊椎关节，其特征在于，下保持部分包括由运动止动表面毗连的变平的表面。

10.如权利要求1所述的人造脊椎关节，其特征在于，还包括将半圆柱形可移动支承连接至下保持部分的销钉，其中，半圆柱形可移动支承围绕销钉转动。

11.如权利要求10所述的人造脊椎关节，其特征在于，下保持部分包括可移动地接合销钉的轨道。

12.如权利要求11所述的人造脊椎关节，其特征在于，所述轨道平行于通过在上椎骨和下椎骨之间的椎间盘空间的前后轴线。

13.一种插入在上椎骨和下椎骨之间的人造脊椎关节，所述人造脊椎关节包括：

第一关节造型半部，包括第一上保持部分、第一下保持部分、以及适合于插入在第一上保持部分和第一下保持部分之间的第一半圆柱形可移动支承，其中第一半圆柱形可移动支承可在第一下保持部分内移动；以及

第二关节造型半部，包括第二上保持部分、第二下保持部分、以及适合于插入在第二上保持部分和第二下保持部分之间的第二半圆柱形可移动支承，其中第二半圆柱形可移动支承可在第二下保持部分内移动。

14.如权利要求13所述的人造脊椎关节，其特征在于，第一和第二关节造型半部适合于背侧插入在上椎骨和下椎骨之间的椎间盘空间。

15.如权利要求13所述的人造脊椎关节，其特征在于，第一半圆柱形可移动支承的第一纵向轴线与第二半圆柱形可移动支承的第二纵向轴线在同一直线上。

16.如权利要求15所述的人造脊椎关节，其特征在于，所述第一和第二纵向轴线平行于通过椎间盘空间的横向轴线。

17.如权利要求13所述的人造脊椎关节，其特征在于，所述第一和第二纵向轴线大致平行于延伸通过在上椎骨和下椎骨之间的椎间盘空间的横向轴线。

18.如权利要求13所述的人造脊椎关节，其特征在于，所述第一和第二上保持部分分别包括第一和第二半圆柱形槽，其中第一和第二半圆柱形槽分别适合与第一和第二半圆柱形可移动支承配合。

19.如权利要求18所述的人造脊椎关节，其特征在于，第一半圆柱形槽的第一纵向轴线与第二半圆柱形槽的第二纵向轴线在同一直线上。

20.如权利要求13所述的人造脊椎关节，其特征在于，第一半圆柱形可移动支承适合于在第一下保持部分内前后平移。

21.如权利要求13所述的人造脊椎关节，其特征在于，第一半圆柱形可移动支承适合于在第一下保持部分内横向平移。

22.如权利要求13所述的人造脊椎关节，其特征在于，第一半圆柱形可移动支承还适合于在第一下保持部分内转动。

23.如权利要求13所述的人造脊椎关节，其特征在于，第一半圆柱形可移动支承包括抛光表面。

24.如权利要求13所述的人造脊椎关节，其特征在于，还包括将第一半圆柱形可移动支承连接至第一下保持部分上的第一销钉，其中第一半圆柱形可移动支承围绕所述第一销钉转动。

25.如权利要求24所述的人造脊椎关节，其特征在于，第一下保持部分包括可移动地接合所述销钉的轨道。

26.如权利要求25所述的人造脊椎关节，其特征在于，所述第一轨道平行于通过在上椎骨和下椎骨之间的椎间盘空间的前后轴线。

27.如权利要求25所述的人造脊椎关节，其特征在于，所述第一轨道平行于通过在上椎骨和下椎骨之间的椎间盘空间的横向轴线。

28.如权利要求13所述的人造脊椎关节，其特征在于，第一关节造型半部还包括连接第一上保持部分的上桥和连接第一下保持部分的下桥，其中所述上桥和下桥从在上椎骨和下椎骨之间的椎间盘空间延伸。

29.如权利要求28所述的人造脊椎关节，其特征在于，第一关节造型半部还包括连接上桥的上背侧关节部分和连接下桥的下背侧关节部分，其中，上和下背侧关节部分可移动地啮合。

30.如权利要求28所述的人造脊椎关节，其特征在于，下桥是人造蒂的至少一部分。

31.如权利要求13所述的人造脊椎关节，其特征在于，第一半圆柱形可移动支承的第一高度大于第二半圆柱形可移动支承的第二高度。

32.如权利要求13所述的人造脊椎关节，其特征在于，第一半圆柱形可移动支承的第一侧边缘是弯曲的，并且其中第二半圆柱形可移动支承的第二侧边缘是弯曲的。

33.如权利要求13所述的人造脊椎关节，其特征在于，第一半圆柱形可移动支承与第二半圆柱形可移动支承接合以形成一组合的轴承。

34.一种在上椎骨和下椎骨之间产生至少一部分连接的系统，包括：

用来连接于上椎骨的第一装置，所述第一装置包括第一保持装置；

用来连接于下椎骨的第二装置，所述第二装置包括第二保持装置；以及

适合于插入在第一和第二保持装置之间的第三装置，其中第三装置包括一半圆柱形部分，并且其中第三装置适合于相对第二保持装置平移。

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