JP4210647B2 - ３部から成る関節を有する椎間インプラント - Google Patents

Description

本発明は、特許請求の範囲第１項の前文による椎間インプラントに関する。

損傷した自然の関節間板または損傷した関節間板の核を除去した後、インプラントまたは補綴が２つの隣接する椎体の椎間腔へ挿入される。その際の目的は、再びできる限り自然な状態をもたらすこと、すなわち、特に本来の関節間板と同時に両方の隣接する椎体間の本来の距離を回復させることである。さらに、隣接する椎体の運動が互いに対して可能な限り障害ないしにその自然な方法で実施されなければならない。このために、椎体の前方／後方への傾き、すなわち屈曲および伸展、ならびに椎体の側方曲げに際しての運動可能性の保持が自然な限界内で重要である。互いに対する隣接する椎体のねじれも同じく自然の限界内で可能でなければならない。

一般的な関節間板補綴はＥＰ ０ １７６ ７２８ＢＵＥＴＴＮＥＲ（特許文献１）により周知である。この周知の関節間板は、実質的に、その外面がそれぞれ隣接する椎体の終板の１つに接続可能である２つの対称の閉鎖プレート、および互いに対向して配置された閉鎖プレートの凹状の側面間に位置している凹状のスペーサーから成る。この周知の関節間板補綴の不利点は、
−隣接する椎体の屈曲／伸展および側方曲げのための回転軸が、閉鎖プレート間の関節状の接続によって一定の範囲内にのみ確立され、自然な生理的関係とは一致せず、
−運動自由度が、Ｐｅ−インレーによる補綴は回転対称形態を有するため、側方と腹部／背部が同一である。運動自由度、すなわち脊柱長手方向軸に対して斜めに移動する回転軸の周りの閉鎖プレートの回転に対する自然な平均値が、屈曲で１０°、伸展で５°、側方で７°であり、
−補綴は、脊柱長手方向軸に対して同軸または平行の回転軸の周りの閉鎖プレートの相対的な回転（椎体のねじれ運動）の運動制限手段を含まず、かつ
−補綴は、衝撃作用に際してわずかな減衰しか補償しない、
ことである。
欧州特許第０１７６７２８号（ＢＵＥＴＴＮＥＲ）

この点で本発明は改善を提供することになる。本発明の課題は、脊柱の側方運動のためと、隣接した椎体の屈曲および伸展のための明確な回転軸を含み、その回転軸は交差し、中心軸に対してさまざまな角度で移動する椎間インプラントを提供することである。

本発明は、椎間インプラント、具体的には、請求項１の特徴を有する椎間インプラントで上記の課題を解決する。
本発明による椎間インプラントは、脊柱長手方向軸に対して実質的に平行または同軸の中心軸と、それぞれ中心軸に対して斜めに配置された外面および互いに対向するそれぞれ凹状の内面を有する下方および上方の末端部と、末端部間に凹状の内面に摺動可能に位置ぎめされて関節体とを含む。末端部の外面は、それぞれ２つの隣接した椎体の両方の端面の１つに接することが可能である。上方末端部の凹状の内面は、中心軸に対して斜めに移動する第１の回転軸に関して回転対称の包絡面の参照面として構成されている。下方末端部の凹状の内面は、中心軸に対して斜めに移動する第２の回転軸に関して回転対称の円錐包絡面の参照面として構成されており、第２の回転軸は円錐の長手方向軸と一致する。

以下、下方の末端部は固定式として、関節体および上方の末端部は可動式として想定される。こうして、第２の回転軸に関して回転対称の下方末端部の凹状の内面によって規定されるとともに、下方の末端部に対して固定されている第２の回転軸は、同じく固定式であるが、第１の回転軸に関して回転対称の上方末端部の凹状の内面によって規定されるとともに、上方の末端に対して固定されている第１の回転軸は、関節体が上方の末端部といっしょに第２の回転軸の周りを回転すると、関節体および上方の末端部といっしょに第２の回転軸の周りを回転する。以下、中心軸も下方の末端部に対して固定式とみなされる。

本発明による椎間インプラントの好ましい実施形態においては、回転軸が交差する。好ましくは、回転軸は中心軸と交わる。
本発明によって達成される利点は、実質的に、本発明による椎間インプラントのおかげで、両方の回転軸が中心軸に対して立っている２つの異なる面に位置しうることにおいて見出される。このようにして、脊柱の側方曲げのための回転軸および脊柱の伸展または屈曲のための回転軸が互いに対して離れて、平行でない面に位置するように配置される。この構成によって自然の回転軸の位置が正確に再現され、それによって２つの隣接した椎体のバイオメカニクスは広範囲に脊柱の健康な状態に接近させられ、またはこれが再び確立可能である。したがって、生理的ターニングセンタを考慮することにより、ターニングセンタと力の開始点との距離を保持しながら、靭帯、腱、および筋への高い力のモーメントが発生しない。

本発明による椎間インプラントの別の実施形態においては、関節体の摺動面は末端部の凹状の内面に対して補完的には構成されておらず、両方の末端部の摺動面と凹状の内面との間の点接触または線接触が形成される。線接触を有する構成は、例えば、関節体に接した摺動面が、隣接した末端部の凹状の内面より小さな曲率半径を有するようにして実施可能である。上方末端部の凹状の内面と隣接した関節体に接した摺動面との点接触は、例えば、関節体に接した摺動面、およびそれぞれの実施形態に応じて上方末端部の凹状の内面の球形、回転楕円形、または樽形の構成によって確立されうる。

さらに本発明による椎間インプラントの別の実施形態においては、関節体は、隣接した末端部の凹状の内面に対して補完的に構成されている中心軸に対して斜めに配置された少なくとも１つの凹状の摺動面を含む。好ましくは、両方の摺動面は末端部の凸状の内面に対して補完的に構成されており、ここで第１の摺動面は上方の末端部の凹状の内面に対して補完的に構成され、かつ第２の摺動面が下方の末端部の凹状の内面に対して補完的に構成されている。上方末端部の凹状の内面および第１の摺動面がこの場合、中心軸に対して斜めに立っている第１の回転軸に関して回転対称の包絡面の参照面として構成され、かつ第１の回転軸の周りを回転する第１の関節の摺動面を形成する。下方末端部の凹状の内面および第２の摺動面は、円錐包絡面の参照面として構成されており、これは第２の回転軸の周りを回転する関節の摺動面を形成し、ここで第２の回転軸は円錐の長手方向軸に対応する。

本発明による椎間インプラントの別の実施形態においては、 両方の回転軸は、第２の回転軸が、第１の回転軸から貫通される中心軸を含む面において位置するように配置されている。それによって、第１の回転軸とともに脊椎の屈曲および伸展のための回転軸が、第２の回転軸の周りでは回転しない関節体の場合に椎間インプラントの中心軸に対して垂直に移動する利点が達成可能である。第２の回転軸は、脊柱の側方曲げのために使用され、自然の動きに適合した角度αを中心軸とともに含めることができる。好ましくは、この角度は６０°〜８８°である。角度の選択によって、それぞれの関節間板の高さに応じて、生理学によって腰部脊柱の各種部分が再現されうる。

さらに本発明による椎間インプラントの別の実施形態においては、第１の回転軸に関して回転対称の包絡面が円筒包絡面として構成されている。末端部の１つに接した第１の凸状の内面および関節体に接した第１の摺動面は、したがって、円筒包絡面の参照面として構成されており、それによって第１の関節は第１の回転軸に関してのみ回転可能である。それによって、特殊な屈曲／伸展運動が可能となる、さらに、側方曲げのための回転軸は異なって位置しているので、この運動のシナリオの別々の観察が可能となる。
第１の回転軸に関する回転対称の包絡面の円筒包絡面としての構成の代わりに、円錐包絡面の構成も可能である。第１の回転軸に関する回転対称の包絡面の別の構成の可能性は、例えば、回転楕円、二重円錐、または別の任意の回転体の表面である。

本発明による椎間インプラントの別の実施形態においては、第１の回転軸は中心軸と交わり、脊柱の屈曲または伸展に際して、椎間インプラントに隣接した両方の椎体の回転センタは椎間インプラントの中心軸上に位置している。第２の関節の第２の回転軸も中心軸と交わる。この場合、両方の回転軸は互いに最小も距離Ａを有する。好ましくは、この距離Ａは０ｍｍ〜１８ｍｍである。この距離Ａは、回転センタの解剖学的データ、例えば、側方曲げのための回転軸は人体の正中面に傾斜して背側に対して斜めに移動するという事実に由来する。

さらに本発明による椎間インプラントの別の実施形態においては、末端部の外面は３次元の構造が備えられており、これは、例えば、表面の粗面処理によって達成可能であり、かつ椎間インプラントと境を接する椎体の成長に有利に作用する。
本発明による椎間インプラントの別の実施形態においては、３次元の構造の代わりに、グリッド、好ましくは、チタングリッドが末端部の外面に付着され、それによってさらに椎間インプラントにおける椎体終板の成長に有利に作用する。

さらに本発明による椎間インプラントの別の実施形態においては、末端部の少なくとも１つは第１および第２の停止手段を含み、それによって末端部の動きは互いに対して制限される。これらの停止手段は、第１の回転軸の周りの末端部の相対的な回転を制限するために使用され、それによって隣接した椎体の屈曲および伸展が可能となる。好ましくは、椎間インプラントと境を接する両方の椎体の側方曲げは第３の停止手段によって制限される。この第３の停止手段は、第２の回転軸の周りの末端部の相対的ナ回転を制限する。これらの停止手段は、隣接した椎体の最大屈曲５°〜１５°、最大伸展２°〜１５°、および最大側方曲げ±５°〜±１０°が可能であるように構成されている。

本発明による椎間インプラントの実施形態において、末端部の１つは３部構成されている。この末端部は、外カバープレート、凹状内面を含む関節外面、およびその間に中心軸に対して配置された弾性に変形可能なアダプタを含む。この弾性に変形可能なアダプタの挿入によって、一方では両方の隣接した椎体の圧縮運動が減衰され、かつ他方では椎間インプラントの両方の末端部間の剪断およびねじれ運動が可能となる利点が達成可能である。
本発明の別の有利な構造は従属クレームで特徴づけられている。

以下、本発明および本発明の展開を、多くの実施形態の部分的な概略図を用いてより詳しく述べる。
図１においては、本発明による椎間インプラントの実施形態が示されているが、これは中心軸１と交わる上方および下方の末端部２；３と、同じく中心軸１と交わる、末端部２；３の間に位置している関節体４とを含む。両方の末端部２；３は、それぞれ終板に隣接する椎体に外部から調節され、中心軸１に対して斜めに立つ表面５；６を有し、これらはそれぞれ２つの隣接した椎体の互いに対向する端面の１つに付着可能である。互いに対向して両方の末端部２；３はそれぞれ凹状の内面７；８を含むと同時に、関節体４は２つの凸状の摺動面９；１０を有し、ここで凸状の摺動面９の１つが上方の末端部２に凹状の内面７に対して補完的に、かつ凸状の摺動面１０の別の１つが下方の末端部３に凹状の内面８に対して補完的に構成されている。上方末端部の凹状の内面７およびそれに対して補完的な、第１の摺動面９は、関節体４と上方の末端部２との間で第１の回転軸１２の周りを回転する第１の関節の摺動面を形成する。関節体４がその開始位置にある場合、すなわち第２の回転軸１４の周りを回転されなかった場合は、第１の回転軸１２は中心軸１に対して垂直に立っている。上方の末端部２の第１の回転軸１２の周りの回転は、末端部２；３に隣接する椎体の屈曲または伸展運動をもたらす。上方末端部２の凹状の内面７およびそれに対して補完的な、関節体４における第１の摺動面９は、本明細書中で示された本発明による椎間インプラントの実施形態においては、第１の回転軸１２に対して回転対称の円筒包絡面の参照面として構成されている。下方末端部の凹状の内面８およびそれに対して補完的な、第２の摺動面１０は、関節体４と下方の末端部３との間で第２の回転軸１４の周りを回転する第２の関節の摺動面を形成する。この第２の回転軸１４は、角度αで中心軸１と交わるが、第１の回転軸１２とは交わらない。

図２に示されているように、第２の回転軸１４は、第１の回転軸１２によって貫通される中心軸１を含む面１７に位置している。したがって、第２の回転軸１４の周りの上方の末端部２とともに関節体４の回転は、椎間インプラントに隣接する両方の椎体の側方曲げを可能にする。さらに、図２からわかるように、第１の回転軸１２に関して回転対称の包絡面１１は円筒包絡面であり、そこから第１の摺動面９は断面を形成する。第２の摺動面１０は、第２の回転軸１４に対して回転対称の円錐包絡面１６からの断面である。さらに、両方の回転軸は互いに距離Ａを有する。図２に示されているように、関節体４の第２の回転軸の周りの回転に際しては、第１の回転軸１２が、中心軸１と第２の回転軸１４との間の交点１５に対して半径Ａを有する同心の弧１３上を移動する。

図３においては、本発明による椎間インプラントの実施形態が示されているが、これが図１に示されている実施形態と異なるのは、上方の末端部２が３部構成されている点においてである。上方の末端部２は、軸方向に外側に立ち、上方の外面５を含むカバープレート２４、関節体４に向けられた関節外面、および関節外面２６とカバープレート２４との間に弾性に変形可能なアダプタ２５を含む。さらに、椎間インプラントは円錐先端１８に向けられた前面１９および対向する後面２０を有する。椎間インプラントは、前面１９が椎間腔における移植後に後方に配置されているように構成されている。それによって、第２の回転軸１４は前方から後方へ移動する。上方の末端部の焦面に対して垂直に立つ第１の回転軸１２（図１）の周りの回転は、両方の停止手段２１；２２によって制限される。それによって、第１の停止手段は、両方の末端部２；３の中心軸１に対して平行の前面１９を短縮する回転を互いに対して制限するために使用されるが、上方の末端部２に接する前面１９に付着されると同時に、第２の停止手段２２は、両方の末端部２；３の中心軸１に対して平行の後面２０を短縮する回転を互いに対して制限するために使用され、両方の隣接する椎体の屈曲運動を制限する。第１および第２の停止手段２１；２２は、上方の末端部２の前面１９上のそれぞれの後面２０上に位置する下方の端３２；３３によって形成され、これらは下方の末端部３のベースプレート３０の関節体４に向けられた内面３１上に最大許容回転角の達成後に接続される。

図４に示されているように、後面２０（図３）上の下方の端３３は丸みをつけられており、この丸みの中心は第２の回転軸１４（図３）の交点において椎間インプラントの後面２０と一致し、第１の停止手段２２は、第２の回転軸１４（図３）の周りを回転される上方の末端部２において、下方の末端部３のベースプレート３０の内面３１における第１の回転軸１２の周りの同じ回転角で接続される。さらに、関節体４において、椎間インプラントの後面２０に接する第２の摺動面１０（図１）は、その外周の部分上および全長の部分上に配置されている。それに類似して下方末端部の凹状の内面８が配置されている。この配置によって構成された第３の停止手段２３は、第２の回転軸１４の周りの上方の末端部２の回転角を制限し、それによって椎間インプラントに隣接する両方の椎体の側方曲げが制限される。停止手段２１；２２；２３は、隣接する椎体の屈曲が１０°の角度β、伸展が５°の角度γ、および側方曲げが±７°の角度δで許容されるように構成されている。

図５に示されている本発明による椎間インプラントの実施形態は、カバープレート２４およびベースプレート３０の外側にグリッド２７が備えられており、第１の凸状の摺動面９が、第１の回転軸１２に対して同心の隆起２８を含み、かつ上方末端部の凹状の内面７が凹み２９を含み、ここで隆起２８は関節体４に対して上方の末端部２の回転に際して凹み２９において接線移動される点においてのみ図１、３、または４に示されている実施形態と異なる。隆起２８は、第１の回転軸１２に対して平行に第１の摺動面９の一部分上にのみ延びると同時に、隆起２８の外周の広がりは第１の摺動面９の全体にわたって延びる。上方末端部の凹状の内面７における凹み２９は、隆起に対して補完的に構成されている。本発明による椎間インプラントの別の実施形態においては、第１の摺動面９の一部分上の外周の広がりを有する隆起２８も可能である。凹み２９の間に入るこの隆起２８の利点は、一方では第１の末端部２と関節体４との間の側方の安定化が達成可能であり、第１の回転軸１２に対して平行の隣接する椎体の剪断運動が阻止され、他方では椎間インプラント内の関節体４のセンタリングが達成可能であり、関節体４が第１の末端部２に対して第１の回転軸１２に対して平行に移動しえないことである。グリッド２７は、好ましくはチタン網で製造されており、これを曲げて構成することもでき、それによって椎間インプラントへ隣接する椎体の最適な成長が可能となる。

本発明による椎間インプラントの実施形態を示す分解立体図である。 本発明による椎間インプラントの図１に示されている実施形態の摺動面を含む回転軸に対して回転対称の包絡面とともに関節体を示す透視図である。 本発明による椎間インプラントの実施形態を示す側面図である。 本発明による椎間インプラントの図３に示されている実施形態を示す前面図である。 本発明による椎間インプラントの実施形態を示す分解立体図である。

符号の説明

１ 中心軸 ２、３ 末端部
４ 関節端 ５、６ 外面
７、８ 内面 ９、１０ 凸状摺動面
１１ 回転対称包絡面 １２ 第１の回転軸
１４ 第２の回転軸 １６ 円錐包絡面
１８ 円錐先端 １９ 前面
２０ 後面 ２１ 第１の停止手段
２２ 第２の停止手段 ２３ 第３の停止手段
２５ アダプタ ２６ 関節外面

Claims (17)

1. 脊柱長手方向軸に対して実質的に平行または同軸の中心軸（１）を有する椎間インプラントであって、
   Ａ）それぞれ前記中心軸（１）に対して斜めに配置された外面（５；６）および互いに対向するそれぞれ凹状の内面（７；８）を有する上方および下方の末端部（２；３）と、
   Ｂ）両方の前記末端部（２；３）の前記凹状の内面（７；８）に摺動可能に接している前記末端部（２；３）間に位置した凸状の関節体（４）と
   を含む前記椎間インプラントにおいて、
   Ｃ）上方末端部（２）の凹状の内面（７）が、前記中心軸（１）に対して斜めに立っている第１の回転軸（１２）に関して回転対称の包絡面（１１）の参照面であり、かつ
   Ｄ）下方末端部（３）の凹状の内面（８）が、前記中心軸（１）に対して斜めに立っている第２の回転軸（１４）に関して回転対称の円錐包絡面（１６）の参照面であることを特徴とする椎間インプラント。
2. 前記第１の回転軸（１２）および前記第２の回転軸（１４）が交差することを特徴とする、請求項１に記載の椎間インプラント。
3. 前記関節体（４）が少なくとも１つの前記中心軸（１）と交わる凸状摺動面（９、１０）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の椎間インプラント。
4. 上方末端部（２）の凹状の内面（７）および前記関節体（４）に接する前記摺動面（９）の曲率半径が異なり、かつ前記摺動面が球形、楕円、または樽形に構成されており、前記凸状の関節体（４）と上方末端部（２）の凹状の内面（７）との間に点接触が可能であることを特徴とする請求項３に記載の椎間インプラント。
5. 前記凸状の関節体（４）における前記摺動面（９；１０）の少なくとも１つおよび前記両方の末端部（２；３）の前記凹状の内面（７；８）の少なくとも１の曲率半径が異なり、前記凸状の関節体（４）と前記凹状の内面（７；８）の１つまたは両方との間に線接触が可能であることを特徴とする請求項３に記載の椎間インプラント。
6. 前記関節体（４）の前記摺動面（９）が、前記上方の末端部（２）の前記凹状の内面（７）に対して補完的に構成されており、かつ前記凹状の内面（７）が前記第１の摺動面（９）といっしょに前記第１の回転軸（１２）の周りを回転可能な第１の関節の摺動面を形成することを特徴とする請求項３に記載の椎間インプラント。
7. 前記関節体（４）の前記第２の摺動面（１０）が、前記下方の末端部（３）の前記凹状の内面（８）に対して補完的に構成されており、かつ前記凹状の内面（８）が前記第２の摺動面（１０）といっしょに前記第２の回転軸（１４）の周りを回転可能な第２の関節の摺動面を形成することを特徴とする請求項３または６に記載の椎間インプラント。
8. 前記第２の回転軸（１４）が前記中心軸（１）と角度αで交わり、前記角度が６０°〜８０°であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の椎間インプラント。
9. 前記回転対称包絡面（１１）が、円筒包絡面であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の椎間インプラント。
10. 前記回転対称包絡面（１１）が、第２の円錐包絡面であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の椎間インプラント。
11. 前記第１の回転軸（１２）および前記第２の回転軸（１４）が、互いに最小距離Ａを有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の椎間インプラント。
12. 前記距離Ａが０ｍｍから１８ｍｍであることを特徴とする請求項１１に記載の椎間インプラント。
13. 前記外面（５：６）が３次元構造を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の椎間インプラント。
14. 前記外面（５；６）が、前記末端部（２；３）と接続可能であるチタングリッドであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の椎間インプラント。
15. 請求項１〜１４のいずれか１つに記載の椎間インプラントにおいて、
    ａ）前記円錐包絡面（１６）が、前記第２の回転軸（１４）上に位置する円錐先端（１８）を含み、
    ｂ）前記椎間インプラントが、前記円錐先端（１８）へ向けられた前面（１９）および対向して後面（２０）を有し、
    ｃ）前記末端部（２；３）の少なくとも１つが、前記インプラントの前記前面（１９）を前記中心軸（１）に対して平行に短縮する前記第１の回転軸（１２）の周りの回転を５°〜１５°の回転角βで制限する第１の停止手段（２１）を含み、かつ
    ｄ）前記末端部（２；３）の少なくとも１つが、前記インプラントの前記後面（２０）を前記中心軸（１）に対して平行に短縮する前記第１の回転軸（１２）の周りの回転を２°〜１５°の回転角γで制限する第２の停止手段（２２）を含むことを特徴とする椎間インプラント。
16. 前記第２の回転軸（１４）の周りの回転を±５°〜±１０°の最大回転角δで制限する第３の停止手段（２３）を含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の椎間インプラント。
17. 前記末端部（２；３）の少なくとも１つが３部で構成され、かつ外カバープレート（２４）と、前記凹状の内面（７；８）を含む関節外面（２６）と、その間に弾性に変形可能なアダプタ（２５）とを含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１つに記載の椎間インプラント。

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