专利名称：中央铰接的脊柱装置和方法
技术领域：
本发明的实施例总体上涉及关于完成脊柱外科手术的装置和方法，尤其在某些实施例中涉及能够在后侧放置入脊柱盘空间的脊柱关节整体装置。考虑了本发明的许多装置，包括在整个脊柱关节造形替换中通过后侧途径使用天生的脊柱关节的盘和小面功能。
背景技术：
为该领域已知的那样，在人的解剖学中，脊椎总体上是能够承受拉伸和压缩负荷的柔性柱，允许弯曲运动和提供关于肋、肌肉和韧带的连接处。通常，脊柱分为三段颈部的、胸部的和腰部的脊柱。
图1示意地示出了健康人的脊柱的腰部脊柱1和骶骨区3。脊柱的各段由称为椎骨的诸单独的骨组成，椎骨被位于其中的椎间盘分开。
图2示出了腰脊柱区的右侧的一部分，并带有位于两相邻椎骨7、9之间的一健康的椎间盘5。在任意某一关节中，顶椎骨可以称为上椎骨和底椎骨称为下椎骨。各椎骨包括为支承重量的主区域的一大体圆柱形体7a、9a和三个骨凸起、例如7b、7c、7d(在图2中可看到两个)。如图7a所示，在其中可看到所有凸起，凸起7b、7c、7d在周向分开的位置中从椎骨本体7朝外延伸。除了其它功能之外，该诸凸起提供了用于肌肉和韧带连接的区域。相邻椎骨通过小面组成部分7e(图2)可以相对运动，该小面部分从椎骨的圆柱本体延伸和适合于在弯曲以引导脊柱运动期间一个在另一个上滑动。那里有两个小面关节，各小面关节由上和下小面部分形成，并与相邻的椎骨关联。图3示出了一健康的椎间盘。如图3所示，椎间盘具有四个区域核髓11、过渡区13、内环形纤维化区15和外环形纤维化区17。通常，内环形纤维化区15和外环形纤维区17由牢固地连接于在它之上和之下的椎骨本体的纤维软骨材料层构成。核髓11在性能上通常具水合性。
这些椎间盘的功能像冲击吸收器和像关节。它们用于吸收脊柱可能受到的压缩和拉伸载荷，同是允许相邻的椎骨本体，相对运动有限量，尤其在脊柱弯曲期间。从而椎间盘处于恒定的肌肉的和/或重力的压力之下，以及通常是显示“磨损”信号的腰脊柱的第一部分。
由于小面关节几乎处于与脊柱一起的不停的运动之中，因此小面关节退化也是经常发生的。事实上，小面关节退化和椎间盘退化经常一起发生。通常，由一脊柱的变化的机理造成一个可能是主要，同时另一个是次要问题，但是到考虑外科手术选择时，通常小面关节退化和椎间盘退化都存在。例如，小面关节和/或椎间盘的变化的机理可以引起脊柱收缩、退化性脊柱前移和退化性脊柱侧凸。
用于处理这些状态的一个外科手术过程是脊柱关节固定术(即脊柱融合)，手术在前侧和/或在后侧进行。后侧手术过程包括原位融合、后侧横向器械融合、穿孔腰部本体间融合(“TLIF”)和后侧腰部本体间融合(“PLIF”)。牢固地融合一脊柱段以在该高度限制任何运动可以减轻最接近的症兆，但是对于某些病人保持运动可能是有利的。也知道分别用人造椎间盘或人造小面关节手术调换退化的椎间盘或小面关节。但是，没有一个已知的装置或方法提供本发明实施例的优点。因此，以上所述表明需要能避免已知植入和外科手术的缺陷和缺点的改进的脊柱关节造形。
发明内容
在一实施例中，用于在上椎骨和下椎骨之间产生至少一部分连接的人造脊柱关节包括一铰接的关节替代组件。该铰接的关节替代组件包括延伸进入上和下椎骨之间的椎盘空间内的前侧关节替代部分、一第一后侧关节替代部分、以及在前侧关节替代部分和第一后侧关节替部分之间连接的一第一桥接部分。该人造脊柱关节还包括一支持关节替代组件。该支持关节替代组件包括延伸进入上和下椎骨之间的椎间盘空间内的前侧支持部分、一第二后侧关节替代部分、以及在前侧支持部分和第二后侧关节替代部分之间连接的一第二桥接部分。前侧支持部分与铰接的关节替代部分啮合。
在另一实施例中，提供植入人造脊柱关节的方法。该方法包括通过病人的后背产生一第一切口通到椎骨间空间、通过病人的后背产生一第二切口通到椎骨间空间、沿着通过第一切口的一第一路径传送人造脊柱关节的一铰接的组件部分到达椎骨间空间、沿着通过第二切口的一第二路径传送人造脊柱关节的—支持组件部分到达椎骨问空间、以及使铰接的组件部分与支持组件部分啮合。在该实施例中，第一切口大于第二切口。
在另一实施例中，提供用于在上椎骨和下椎骨之间产生连接的系统，该系统包括用于通过一穿孔途径植入在上和下椎骨之间的椎间盘空间内的前侧铰接组件和连接于前侧铰接组件和朝椎间盘空间后侧延伸的一第一后侧铰接组件。前侧铰接组件包括与头侧铰接表面啮合的尾侧铰接表面，其中尾侧和头侧铰接表面啮合形成一转动中心。该转动中心大体沿着通过椎间盘空间的一前一后中心轴线空位。所揭示的实施例可以用于腰部脊柱、外伤后的、椎间盘的退变、小面疼痛或脊椎前移，和/或保持在腰部脊柱的多个高度处的运动。
附加的和可替换选用的特征、优点、使用和实施例都表达在以下说明、附图和权利要求书中和从这些部分它们将是很明显的。
附图简述图1是健康的人脊柱的腰部脊柱和骶骨区的侧向示意图。
图2是示出图1所示的腰部椎骨的右侧的一部分的详细立体图，并在两椎骨之间有一健康的椎间盘。
图3是图2所示的椎间盘的上方立体图，示出了该盘的主要部分。
图4示出了按照本发明原理构造的人造椎骨间关节的一第一实施例的一部分腰部脊椎的侧向分解图。
图5是示出按照本发明的第一实施例构造的组装的人造椎骨间关节的左和右半部的上部、盘和下部的一部分腰部脊柱的前视图。
图6是图5所示的人造椎骨间关节的右半部的侧视图。
图7A是示出图4所示的人造椎骨间关节的上部的一部分腰间脊柱的横向仰视图。
图7B是示出图4所示的人造椎骨间关节的下部的一部分腰间脊柱的横向俯视图。
图8是示出其中使用蒂螺钉帮助植入的人造椎骨间关节的上部的一第二实施例的一部分腰部脊柱的横向仰视图。
图9是示出其中使用蒂螺钉帮助植入的人造椎骨间关节的下部的一第二实施例的一部分腰部脊柱的横向俯视图。
图10是示出图8所示的人造椎骨间关节的上部的一部分腰间脊柱的侧视图，并可看到一个蒂螺钉。
图11是示出图9所示的人造的一体的椎骨间关节的下方的和一体的盘部分的一部分腰部脊柱的侧视图，并可看到一个蒂螺钉。
图12是示出图8所示的人造椎骨间关节的上部的一部分腰部脊柱的后视图，并可看到两个蒂螺钉。
图13是示出图9所示的人造椎骨间关节的下部的一部分腰部脊柱的后视图，并可看到两个蒂螺钉。
图14是示出在组装位置中带有蒂螺钉的第二实施例的一部分腰部脊柱的侧视图。
图15是示出其中使用张力带的人造锥骨间关节的下部、盘和上部的一第三实施例的一部分腰部脊柱的后视图。
图16是示出在组装位置中的其中使用张力带的第三实施例的一部分腰部脊柱的侧视图。
图17是示出按照本发明原理构造的人造椎骨间关节的一第四实施例的上部的一部分腰间脊柱的横向的仰视图，其中没有替换小面关节。
图18是示出人造椎骨间关节的第四实施例的下部的一部分腰部脊柱的横向俯视图。
图19是本发明的另一实施例的分解立体图。
图20是图19的实施例的已组装的立体图。
图21是本发明另一实施例的分解立体图。
图22是本发明另一实施例的分解立体图。
具体实施例方式
附图示出了用于代替椎间盘或椎间盘和至少一个相应的小面关节的组合的人造椎骨间关节的多个实施例。可以使用按照本发明原理的人造椎骨间关节的多个实施例处理以下诸问题的任何问题使它们用于关节代用品，例如尤其包括腰部脊柱、外伤后的、椎间盘性的退变、小面的疼痛或脊椎前移、和/或在腰间脊柱的多个高度处保持运动。
图4-7示出了人造椎骨间关节的一第一示例性实施例。如图4和5所示，各关节由两个关节造形半部组成，各半部具有一垫片或盘19和保持部分21。保持部分21包括一第一保持部分21a和一第二保持部分21b。在图4所示的例子中，第一保持部分21a相对于第二保持部分21b是在上方和盘19位于它们之间。虽然按照该示例性实施例人造椎骨间关节对于各第一保持部分和第二保持部分具有两个半部，但是应该理解可以实现其它可选用的实施例，以致人造椎骨间关节具有一个第一保持件、一个第二保持件和一个垫片。还应该理解还可以用具有一第一保持部分、一第二保持部分和/或一盘(其中的每一个由不同尺寸的诸半部或两个以上的组成部分组成)的关节造形执行另外可选用的实施例。
而且，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，第一保持部分可以沿着两个相邻椎骨的上椎骨的下表面之下和第二保持部分可以在两个相邻椎骨的下椎骨的上表面之上。但是，该领域的一般熟练人员应该理解第一保持部分和第二保持部分不局限于这一布置，以及可以定向在不同的位置中和/或与所示的有不同的形状。
接触椎骨的其余端板的关节造形的保持部分21a、21b的表面可以涂复有粒状材料或被等离子体喷涂，以促进之间的骨增长和牢固的连接。尤其，促进骨增长的表面可以是带有钛/钙/磷酸盐双涂层、网表面或任何其它有效表面精加工的钴铬钼合金。可选地或组合，可以使用例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的粘合剂或胶结材料将该植入物的全部或一部分固定到一块端板或两块端板。
如以下详细讨论的那样，外环形区17(例如图4、7B所示)的主要部分、在某些实施例中约300度、可以保持在端板的下部上，起到保持下保持部分在适当位置的止动作用，直至骨增长以牢固地将保持部分连接于它们各自的椎骨(图4仅仅示出了被保持的外环的一部分)。比较起来，在传统的前侧关节造形中通常去除了外环的约270度。此外，也可以使用蒂螺钉，如以下结合其它实施例较详细讨论的那样用于直接固定。
在本发明的许多不同实施例中，第一保持部分21a和第二保持部分21b被构造成在它们之间保持盘19。例如，就带有两个凸起表面19a的盘19来说，各个第一保持部分21a和第二保持部分21b可以具有凹入表面21c，该凹入表面形成其中可以保持盘19的空间。例如，在图4所示的示例性实施例中，盘19的上凸起表面19a配合在由第一保持部分21a的凹入表面21c所形成的凹陷内和盘19的下凸起表面19b配合在由第二保持部分21b的凹入表面21c所形成的凹陷内。
图5示出了在适当位置中带有关节造形诸半部的一示例性组装的人造椎骨间关节的前视图，图6示出了图5所示的组装的人造椎骨间关节的侧视图。如图5和6所示，盘19被保持在第一保持部分21a和第二保持部分21b之间。应该理解虽然盘19可以被保持在第一保持部分21a和第二保持部分21b之间，但是盘19在由第一保持部分21a和第二保持部分21b的相应表面21a形成的空间内可自由地滑动。以这方式，提供了在相邻椎骨之间的有限运动。
在图4、5和6所示的示例性实施例中，盘19是插入在第一保持部分21a和第二保持部分21b之间的单独另件。但是，如以下所讨论的那样，应该理解垫片或盘19可以与第一保持部分21a和第二保持部分21b的一个或两个整体形成或被结合在该一个或两个之间。
在本发明的示例性实施例中，如图4、6、7A和7B清楚地所示，人造椎骨间关节的各保持部分包括一第一人造小面部分23a和一第二人造小面部分23b。如图7A和7B所示，第一人造小面部分23a具有一小面25a和相应的第二人造小面部分23b具有一小面25b，这些小面被构造成使小面25a与小面25b配套地配合，以稳定相邻椎骨，同时保持和引导各椎骨相对于另一椎骨的可动性。各组上和下保持部分21a、21b可以具有一对小面部分23a、23b，该对小面部分一起形成一小面关节。对于按照该实施例的带有诸小面的整个关节代用品，当从后侧观察时左和右关节造形将形成两个相邻的小面关节。
无论是否提供人造小面关节，与关节造形的左和右半部相关联的各个上和下保持部分可以相互完全独立。即，如图7A所示，例如，与各半部关联的诸第一保持部分21a相互不直接接触。关于在图7B中所示的第二保持部分21b也是这情况。但是，该领域的普通熟练人员应该理解即使在包括人造小面关节的本发明的实施例中，各半部的第一保持部21a的至少一部分和/或各半部的第二保持部分21b的至少一部分可以直接接触和/或相互连接，如结合图17-18较详细叙述的那样。
而且，在本发明的许多不同实施例中，盘19、第一部分12a和第二保持部分21b可以由任何适当的材料制造，这些材料将便于传送压缩和拉伸力、同时在各相邻表面之间的大体横向提供上述滑动的连接。例如，在第一实施例中，第一保持部分21a和第二保持部分21b通常可以由适合于外科手术植入物的任何金属或金属合金制成，例如不锈钢、钛、以及钴铬、例如碳纤维的复合材料、或者例如聚乙酮醚(PEEK)的塑性材料或任何其它适合的材料。盘可以由例如大分子量的聚乙烯或PEEK的塑料、陶瓷、金属、以及天然的或合成的纤维例如但不局限于碳纤维、橡胶或其它适当材料制成。总之，为了有助于保持表面的滑动特性，表面可以磨光和/或涂复，以提供光滑的表面。例如，如果该表面由金属制成，该金属表面可以是磨光的表面。
图8-14示出了人造椎骨间关节的一第二实施例。在此将仅仅详细讨论不同于第一实施例的特征。在第二示例性实施例中，提供固定件、例如蒂螺钉27，以提供在各个第一保持部分21a和/或第二保持部分21b对于相应的椎骨之间的较牢固的和直接的连接。此外，该实施例示出了与其中一个保持部分、在此为下保持部分21b结合的盘19。盘19可以由与它的保持部分相同的材料整体地形成，但是也可以由类似的或不类似的材料形成和永久地与其连接形成一整体单元。在该实施例中，盘19和保持部分可以完全由金属形成。
图15和16示出了人造椎骨间关节的一第三实施例。在第三示例性实施例中，提供了附加的固定件、例如张力带31，以补充或代替后侧韧带的功能，通过将第一固定部分21a固定于第二固定部分21b限制了在相邻椎骨之间的可动性。如图15-16所示，可以通过围绕相应的蒂螺钉27或其它方便的附连位置提供该张力带31。
图17和18示出了人造椎骨间关节的一第四实施例。在图17和18所示的示例性实施例中，除了人造小面部分之外，该人造椎骨间关节可以具有以上所讨论的全部特征。在该实施例中，保留天生的小面关节。在某些实施例中韧性的张力带也可以完整保留。此外，该实施例包括在各上和下保持部分之间的前侧中线连接的一特殊例子，它有助于保持第一保持部分21a和第二保持部分21b的方位。
图17和18示出了可以提供带有锁或键样式图案的一第一保持部分21a，由设置在第二保持部分21b上的相应配合部分补充该图案。更具体地，第一保持部分21a的一半具有带U形部分35a的外边缘，同时相应的第一保持部分21a的另一半具有带一凸起部分的外边缘，该凸起部分配合进入U形部分。因此，第一保持部分21a、21b的各个半部可以保持在预定的位置中。但是，上或下诸保持部分以便于植入和/或有助于提供和/或保持关节在总体稳定、对称结构之中的任何方式可以配合在一起和/或在体间空间、例如靠近它们的中线前部分被连接。可能甚至更重要的是由于如图18所示在下端板上保留的环17所提供的朝内的力在诸下保持部分之间提供这连接。在相应的诸下保持部分之间的中线连接将阻挡趋于引起保持部分朝中线37迁移的外环的力。
如在多个不同示例性实施例所示，除了第一和/或第二保持部分的可以像锁和键配合在一起以保证诸部分的相对布置的部分之外，人造椎骨间关节的各半部可以总体上围绕椎骨的中线37对称。
并且，这些示例性实施例仅仅是示意性的，不意味着完全列出了本发明的全部可能的设计、装置、修改和使用。而且，与本发明的一实施例相关联叙述的特征可以与其它实施例相结合使用，即使以上没清楚叙述也是如此。
虽然从以上讨论对于技术人员应该是很明显了，但以下将提供可以用于植入人造关节的一适当的外科手术过程的简要叙述。总之，如以上所讨论的，可以用类似于已知的TLIF或PLIF过程的后侧穿孔路径将该人造椎骨间关节植入身体内。按照该方法，在病人的背部可以产生一开口、例如一中线开口，可以通过该开口取出受影响的盘和周围组织的某些或全部。根据是否替换任何小面关节，可以修整天生小面关节，以产生用于人造小面关节的空间。然后，分别地可以通过左和右穿孔的开口分段地插入人造椎骨间关节的诸半部。也就是说，如果单独提供，包括上和下保持部分、带或不带小面部分、以及人造盘的人造椎骨间关节的诸另零件通过该孔配合和放在相应的椎骨间的空间内。人造关节的诸另件可以完全分开或它们的两件或多件在通过孔插入之前用布或该领域中已知的其它材料包扎或包裹在一起。在天生盘的外环的至少一部分能够保留的情况下，将人造椎骨间关节的各侧的下保持部分插入，使它们抵靠着该环的相应部分。如果提供中线前侧连接，保持部分的左和右半部配合在一起和由外环保持在适当位置中。因此，环的其余部分可以实际上处于如在手术之前它所处的相同位置。
而且，在必须完全去除天生的椎间盘的环的情况下或只是保留不完整的环，例如可以使用其中用蒂螺钉保证人造椎骨间关节的另件保持在适当位置的实施例。该领域的一般熟练人员应该理解人造关节能够通过前侧路径或前侧和后侧路径的组合植入，不过后侧手术过程的优点是有限的。例如，人造椎骨间的某些另件可以从前侧路径插入，其它零件从后侧插入。类似于图17和18所示的实施例，从前侧和后侧放置的部分可以配合在一起。
现在参阅图19和20，在该实施例中，人造椎骨间关节100可以包括两个关节造形半部102、104，这两个半部可以插入在椎骨7、9之间。关节造形半102可以是铰接的关节替代组件和可以包括头侧前部分106、头侧后关节部分108和在前侧部分106和后侧部分108之间延伸的头侧桥接部分110。头侧前部分106还可以包括凸起壁107。关节造形半部102还可以包括尾侧前关节部分112、尾侧后关节部分114、在前侧部分112和后侧部分114之间延伸的尾侧桥接部分116。尾侧前部分112还可以包括凸起壁115。头侧前关节部分106可以包括骨接触表面106a，以及尾侧前关节部分112可以包括骨接触表面112a。
在某些实施例中使用术语“头侧”和“尾侧”叙述实施例的诸部分的位置。在该领域中通常使用头侧叙述朝向头部的位置和使用尾侧叙述朝向尾部或脚部的位置，如本文所使用的，使用头侧和尾侧简单地作为所示实施例的诸部分的相对位置的修饰词。例如，头侧部分可以在所示关节的一侧上，以及尾侧部分可以在该关节的另一侧上。为叙述一示例性实施例而标注为头侧或尾侧的部分不意味着限制关于病人骨胳的装置或方法应用的方位、或限制关于任何装置或方法的权利要求范围。
在该实施例中，头侧桥接部分110可以包括凹入部分117，用于产生出口和用于使神经根部出去的人造孔。桥接部分110、116的任一个、尤其是尾侧桥接部分116、可以是“极好的”或人造蒂，该蒂可以补充或代替天生蒂。也在该实施例中，尾侧前关节部分112可以包括尾侧铰接表面、例如曲面凸起118，以及尾侧后关节部分114可以包括后铰接部分120。头侧前关节部分106可以包括头侧铰接表面、例如被构造成接纳曲面凸起118的前插座122。关于曲面凸起118的曲率半径可以不松动配合关于前插座122的曲率半径，以产生高度受约束的球窝型啮合。前侧插座122与曲面凸起118的啮合可以形成一转动中心125。在一可选用的实施例中，通过相对于曲面凸起的半径增加关于插座的曲率半径，可以允许曲面凸起在插座内移动。
头侧后关节部分108可以包括被构造成啮合后铰接部分120的后插座124。关于后铰接部分120的曲率半径可以小于关于后插座124的曲率半径，从而允许后关节部分108、114之间的运动和有限的结合。关于后插座124和后铰接部分120的曲率半径可以从关节造形半部102的公共转动中心出发。在该实施例中，关于后插座124的曲率半径较大，所产生的关节被松弛地约束。在一可选用的实施例中，与具有不松动的曲率半径的头侧后部分配合的尾侧后部分的后凸起的不松动的曲率半径可以产生不松动的受约束的后关节。
关节造形半部104可以是支持关节替代组件，可以包括头侧前关节部分146、头侧后关节部分148和在前侧部分146和后侧部分148之间延伸的头侧桥接部分150。头侧前部分146还可以包括凸起壁147。关节造形半部104还可以包括尾侧前关节部分152、尾侧后关节部分154、以及在前侧部分152和后侧部分154之间延伸的尾侧桥部分156。尾部前部分152还可以包括凸起壁155。头侧前支持部分146可以包括骨接触表面146a和尾侧前支持部分152可以包括骨接触表面152a。
在该实施例中，头侧桥接部分150可以包括凹入部分157，以产生出口和用于神经根部走出的人造孔。也在该实施例中，尾侧后关节部分154可以包括尾侧铰接部分160。头侧后关节部分148可以包括被构造成啮合后侧铰接部分160的后侧插座162。后侧铰接部分160的曲率半径可以小于后侧插座162的曲率半径，从而允许在后侧关节部分148、154之间的运动和有限的弯曲。关于后侧插座162和后侧铰接部分160的曲率半径可以从关于关节造形半部104的一公用转动中心出发。在该实施例中，关于后插座162的曲率半径是较大的，以及所产生的关节受松弛地约束。在另一可选用的实施例中，关于与具有较不松动的曲率半径的头侧后部分配合的尾侧后部分的后侧凸起的较不松动的曲率半径可以产生较不松动受约束的后侧关节。
可以由一后侧的或穿孔的外科手术途径的制约限制前侧部分106、112、146、152和桥接部分110、116、150、156的尺寸和形状。例如，前侧部分106、112、146、152可以被构造成复盖最大的椎骨端板面积，以分散载荷和减小下沉，同时仍旧通过后外科手术暴露、坎宾三角体和其它神经部分进行配合。桥接部分110、116、150、156的宽度也被最小化，以便通过坎宾三角体和与神经部分共存。
关节造形半部102、104还可以包括用于固定于椎骨7、9的结构特征。但是，应该理解在可选用的实施例中可以不用固定结构特性。关节造形半部104可以包括基本上类似于关节造形半部102的固定结构特征，因此对其将不详细讨论。关节造形半部102可以包括从头侧前关节部分106朝头侧延伸的连接部分170。在该实施例中的连接部分170包括适合于接纳例如螺钉172的骨紧固件的孔。连接部分170的方位允许螺钉172对圆柱形椎骨本体7a的体内固定。
关节造形半部102还可以包括连接于或与尾侧后关节部分114整体形成的连接部分174。该实施例中的连接部分174包括适合于接纳例如螺钉176的骨固定件的孔。连接部分174的方位允许螺钉176成为蒂外(extrapedicularly)插入，以致螺钉通过一倾斜路径或倾斜离开通过一蒂限定的一中心线。在该实施例中，螺钉通过蒂的一壁和可以实现牢固的皮质固定。蒂外固定可以是不跟随沿着大体后—前通过蒂所形成的一轴线的一路径的进入该蒂的任何固定。骨紧固件172、176可以被置于凹入处，以致不干扰关节、软组织和神经结构。
在一可选的实施例中，从后侧部分延伸的连接部分可以被定向成允许螺钉沿着大体后—前通过一蒂所形成的一轴线的蒂内(intrapedicularly)插入。应该理解在另一可选用的实施例中，连接部分可以在种种角度延伸，在离开关节造形半部的多个部分的种种方向延伸。例如，一连接部分可以从头侧桥接部分而不是头侧前关节部分延伸。
如图19和20所示，铰接的关节替代组件102的头侧部分106、108、110一体形成。应该理解在一制成标准组件的可选用的实施例中，这些部分可拆卸地相互连接在一起。例如，头侧前关节部分可以与桥接部分分开安装。当前部分处于适当位置之后，可以通过该领域已知的任何紧固机构、例如螺纹连接、螺栓连接或搭扣连接、将桥接部分连接于该前部分。然后可以通过类似紧固机构将制成标准组件的头侧后部分连接于桥接部分。以完成关节造形半部的头侧部分。同样地，诸尾侧部分或支持关节替代组件的诸部分可以是制成标准组件的。
可以由任何适当的生物相容的材料形成关节造形半部102、104，这些材料包括例如钴—铬合金、钛合金、镍钛合金和/或不锈钢合金的金属。例如二氧化铝或氧化铝、二氧化锆或锆、微粒状的金刚石的压制品、和/或热解碳的陶瓷材料也可以是适合的。也可以使用聚合材料，包括聚芳基酮醚(PAEK)族的任何一个、例如聚乙醚酮醚(PEEK)、碳增强的PEEK、或聚酮醚酮(polyetherketoneketone)(PEKK)；聚砜；聚醚亚胺；聚亚胺；特大分子量的聚乙烯(UHMWPE)；以及/或交联的UHMWPE。包括关节造形半部的许多组成部分可以由不同材料形成，从而允许金属上的金属、陶瓷上的金属、聚合物上的金属、陶瓷上的陶瓷、聚合物上的陶瓷或聚合物上的聚合物结构。关节造形的骨接触表面102、104可以包括增强植入的替代品固定的结构特征或复层。例如，可以通过化学蚀刻、喷珠、喷砂、磨削、形成锯齿形和/或金刚石切削使该表面粗糙。关节造形半部的骨接触表面102、104的全部或一部分还可以包复有生物相容的和骨传导的材料，例如，羟基磷灰石(HA)、磷酸三钙(TCP)和/或碳酸钙，以促进骨增长和固定。或者，可以使用骨诱导复层，例如来自转移增长因子(TGF)β超族的蛋白质、或骨形态形成蛋白质、例如BMP2或BMP7。其它合适的结构特征可以包括尖端、凸缘和/或其它表面纹理。
人造椎骨间关节100可以安装在椎骨7、9之间，如以下将所述的那样。通常，可以使用类似于TLIF或PLIF过程的后穿孔方法植入人造椎骨间关节100。PLIP途径一般是较居中的和依靠横向根和硬脊膜的较多回缩以通到椎骨内部空间。在这些结构之间的空间称为坎宾三角体。TLIF途径一般是较倾斜的，要求退出根的较少回缩和较少的硬膜外的出血，并带有横向结构的较少回缩。也可以使用远侧向途径、在退回的神经根的位置之上和坎宾三角体之外通向内部空间。在某些情况中可以通过远侧而不切除诸小面通向内部空间。并且，已知通过腰肌的直接侧向途径。这路径完全回避了后侧神经部分。本发明的实施例是预先考虑能够使用任何这些普通途径。
按照这些途径的至少一个，可以在病人的背部产生一切口、例如中线切口。某些或全部受影响的盘和周围组织可以通过该孔去除。对椎骨9的上端板表面可以铣削、锉削或其它方法切削，以配合尾侧前骨接触表面112a，以使在椎骨9的上端板表面上的应力分布标准化，和/或在骨增长之前提供最初的固定。椎骨9的端板准备可以产生弄平的表面或在表面轮廓中产生可以配合骨接触表面112a上的相应结构特征的凹陷、凹槽或其它轮廓。可以类似地准备椎骨7的下端板，以对于退出的神经根部和背侧根部神节所允许的范围接纳头侧前关节部分106。按照是否替换任何小面关节，可以对椎骨7、9的天生的小面关节进行修整，以产生用于后侧部分108、114的空间。
然后可以通过、例如左穿孔口分段地插入人造椎骨间关节100的铰接的关节代用组件102。也就是说，包括头侧和尾侧前关节部分106、112的铰接的关节代用组件102的诸另件分别通过该孔配合和放置在大体圆柱形本体7a、9a之间的相应的椎间盘空间内。可以沿着类似于在“菜豆”TLIF移值物中所使用的曲线路径传送前关节部分106、112。在椎间盘空间内，前关节部分106、112可以被定位成使前插座122与曲面凸起118啮合，以及转动中心125可以大体沿着通过椎间盘空间的一侧向居中的前—后轴线127定位。在插入期间，可以完全分开铰接的关节代用组件102的诸另件，或者在通过孔插入之前用布或该领域中已知的其它材料将它们的两件或多件捆扎或包扎在一起。在能够保持天生椎间盘的外环的至少一部分的情况下，可以插入尾侧前关节部分，以致使它们抵靠着该环的相应部分。
如以上所述，与曲面凸起118啮合的由前侧插座提供的前侧关节可以用单侧传送实现。如果不能插入支持关节替代组件104或它成为可需要仅仅使用一单侧半部，那么铰接的关节替代组件102可以自身发挥作用。当仅仅使用铰接的关节替代组件102时，转动中心125可以沿着轴线127定位，但是，在可选用的实施例中，转动中心可以被定位到轴线127的一侧。前侧关节的有意的单侧化可以产生一楔形作用，可以需要该作用以校正要求平衡校正的脊柱侧凸或其它病理状态。在其中插入铰接的和支持关节替代组件的情况中，可以通过使用不同高度和形状的前侧部分治疗脊柱侧凸和类似的病理状态。在该方法中，铰接的关节替代组件可以起到一楔形物的作用，产生与支持关节替代组件不同的椎骨间高度。
桥接部分110、116可以分别从前侧关节部分106、112向后侧延伸和从椎间盘空间向后侧延伸。后侧部分108、114可以被定位成在椎间盘的后方，同时后侧插座124与后侧铰接部分120啮合。这些后侧部分108、114可以代替或补充天生小面关节的功能。
然后可以通过对侧开口、例如右穿孔开口分段插入人造椎间关节100的上关节替代组件。也就是说，包括头侧和尾侧前支持部分146、152的铰接的关节替代组件的诸另件分别地通过对侧孔装配和放置在大体圆柱形本体7a、9a之间的适当的椎间盘空间内。因为支持关节替代组件104可以省去任何铰接的表面，所以它比铰接的关节替代组件102可以要求较小的间隙。从而，插入铰接的关节替代组件102所需的最小间隙可以比插入支持关节替代组件104所需的最小间隙较小，因此，右穿孔开口可以小于左穿孔开口。还可以沿着类似于在“菜豆”TLIF移值物中所使用的一曲线路径或适合于诸该部分的形状的任何其它路径传送支持部分146、152。支持关节替代组件104的诸另件可以完全分开或者它们的两件或多件可以在通过孔插入之前用布或该领域中已知的其它材料捆扎或包扎在一起。在椎间盘空间内，诸前侧支持部分146、152可以分别连接于诸前侧关节部分106、112。在该实施例中，可以将尾侧前关节部分112的凸起壁115放置成与尾侧前支持部分152啮合。类似地可以将头侧前关节部分106相对于头侧前支持部分定位。前侧支持部分146、152可以用于在椎间盘空间内的大体中心位置内放置和保持前侧铰接部分106、112的转动中心，以及还可以用于在前侧柱中提供附加的限制下沉表面积。在该实施例中，在凸起壁115和凹入壁155之间的界面处或在凸起壁107和凹入壁147之间的界面处可以允许枢转、滑动或转动。
在一可选用的实施例中，仅仅可以连接头侧关节和支持部分。在另一可选用的实施例中，仅仅可以连接尾侧关节和支持部分。在另一可选用的实施例中，如果在外科手术期间发生问题，可以放弃对侧孔。这样，可以仅仅用铰接的关节替代组件的单侧传送完成关节造形。
桥接部分150、156可以从前侧关节部分146、152向后侧延伸和从椎间盘空间向后侧延伸。后侧部分148、154可以被定位在椎间盘空间的后侧，同是后侧插座162与后侧铰接部分160啮合。这些后侧部分148、154可以代替或补充天生小面关节的功能。
安装之后，可以将铰接关节替代组件102和支持的关节替代组件104固定于椎骨7、9。可以通过连接部分170插入螺钉和进入大体圆柱形本体7a。可以通过连接部分174插入螺钉176和可以蒂外地固定地椎骨9，例如，螺钉176可以通过蒂的一侧壁，以实现牢固的皮层固定。可以使用相应的紧固件，以固定支持关节替代组件104。应该理解在植入全部关节造形半部之后或者植入各头侧和尾侧部分之后可以植入螺钉。
随着安装，由头侧前关节部分106和尾侧前关节部分112产生的前侧球窝型关节可以是较稳定的和自定中心。前侧和后侧关节允许关节造形半部102抵抗剪切力，尤其前侧—后侧力。头侧前关节部分106相对于尾侧前关节部分112的运动可以被后侧插座124中的后侧铰接部分120的移动限制。例如，头侧前关节部分106相对于尾侧关节部分112的侧向移动被后侧关节限制。围绕由圆柱形本体7a、9a形成的一纵向轴线的转动被后侧关节中的约束和被两个关节造形半部102提供的组合约束限制。而且，后侧关节可以限制任何真正的侧向弯曲自由度。
可以将单纯的自由运动限制到围绕通过铰接的关节替代组件102、104的前关节所限定的一轴线的弯曲—延伸运动。但是，在某些条件下，关节100可以克服这些设计限制，以允许有限的侧向运动，转动和耦合运动。例如，前侧关节部分106、112可以成为相互不连接和经历有限的“离开”，从而允许附加的自由度和超过严重的弯曲—延伸运动的耦合运动。前侧关节的自定中心的性质可以促使离开发生之后的再连接和对齐。可以由后侧关节中的约束度适合前侧关节部分106、112的有限脱开。例如，在后侧关节中的较松弛的约束允许较大量的离开。但是，在后侧关节中的某些约束度对于促使前侧侧关节的脱离和对齐是有用的。
通常，被具有相同或相似曲率半径的各部分不松动约束的单个前侧球窝关节可以允许弯曲—延伸、侧向弯曲和扭转运动，同时阻挡剪切力和有限平移。通过对后侧部分增加一附加的高度约束的球窝关节，可以限制另一自由度，例如扭转。附加的关节还可以进一步限制运动的自由度。如果允许前侧或后侧关节脱开或不铰接，如以上所述可以允许附加自由度。改变球窝部分的形状和之间的间隙也将允许附加的自由度。
前侧和后侧关节的坚牢和适应性能好的结构还允许在安放关节造形半部102、104中的不对齐和稍许不精确。例如，前侧关节部分106、112的自对齐的球窝结构允许在诸部分之间有某数量的不对齐。从而，关于诸部分106、112的插入轨迹可以稍许不对齐。后侧凸起120和后侧插座124的相互作用还可以适应在关节造形半部102、104之间的不平行对齐和/或不前后对齐。
现在参阅图21，在该实施例中，人造椎骨间关节除了以下所述的不同之外基本上类似于人造椎骨间关节100。在该实施例中，尾侧前关节部分202可以包括凹槽204，以及尾侧前支持部分206可以包括小凸片208。凹槽204可以被构造成接纳和保持小凸片208。该凹槽可以是曲面的、倾斜的、或可以具有允许在尾侧前关节部分202和尾侧前支持部分206之间固定和选择地可动连接的其它类型的互锁结构特征。但是，该凹槽/小凸片啮合可以是用于连接诸尾侧前部分或诸头侧前部分的一种连接结构。在该领域内已知的任何其它类型的结构或粘合连接结构、例如有螺纹的凹陷对螺纹杆的连接、可以用作为该连接结构。
现在参阅图22，在该实施例中，通过建立进入后侧铰接部分的较大控制可以实现前侧铰接部分的较大控制。在这可选用的结构中，除了以下所述的之外，人造椎骨间关节可以基本上类似于人造椎骨间关节100。在该实施例中，尾侧后连接部分250可以包括例如孔的连接部分252。头侧后关节部分254可以包括例如长孔或凹槽的一连接部分256。例如带有衬套的骨螺钉的骨紧固件258可以插入通过长孔256和孔252以及进入椎骨9。可以允许紧固件258在长孔256内移动。因此，可以允许头侧铰接的关节替代部分随着紧固件258在孔256内移动而在有限的弯曲—延伸运动中铰接。在该实施例中，连接部分被构造成用于蒂外连接，但是也可以接受蒂内的和体内的固定。
在另一实施例中，以上所述的任何人造椎骨间关节还可以包括从头侧前部分延伸的头侧龙骨和/或从尾侧前关节部分延伸的和沿着尾侧桥接部分的尾侧龙骨。头侧龙骨可以啮合椎骨本体7a的下端板，以及尾侧龙骨可以啮合椎骨本体9a的上端板和椎骨9的一蒂的上表面。应该理解本体7a的下端板可以被铣削或其它准备工作，以接纳嘴骨龙骨。同样，椎骨9的本体9a的上端板和蒂可以被铣削、凿削或其它准备加工，以产生用于接纳尾侧龙骨的通道。龙骨可以有助于连接骨和限制关节造形半部对于所需自由度的运动。龙骨可以具有倾斜的或半圆柱形横剖面。应该理解在任何某部分上可以使用一根以上的龙骨。
虽然以上仅仅详细叙述了少数几个示例性实施例，但是该领域的那些熟练人员会易于理解在示例性实施例中可进行许多修改而不实质上脱离本发明的新颖揭示内容和优越性。因此，所有这些修改和变化都意味着被包含在由以下权利要求书所限定的本发明的范围内。该领域的那些熟练人员还应该认识到这些修改和等值结构或方法都不偏离本发明的原理和范围，以及它们可以在其中产生许多变化、替代和更改而不脱离本发明的原理和范围。应该理解所有空间标记、例如“水平的”、“垂直的”、“顶”、“上”、“下”、“底”、“左”和“右”都仅仅是由于示出目的和能够在本发明的范围内变化。在权利要求书中，意义加功能条款用于复盖在此所述的结构，例如执行所引用的功能和不仅结构等价物、而且等价的结构。
权利要求
1.用于在一上椎骨和一下椎骨之间产生至少一部分连接的一人造脊柱关节，该关节包括一铰接的关节替代组件，该组件包括用于放置进入在上和下椎骨之间的一椎间盘空间内的一前侧关节替代部分、一第一后侧关节替代部分，以及连接在前侧关节替代部分和第一后侧关节替代部分之间的一第一桥接部分；以及一支持关节替代组件，该组件包括用于放置进入在上和下椎骨之间的一椎间盘空间内的一前侧支持部分、一第二后侧关节替代部分、以及连接在前侧支持部分和第二后侧关节替代部分之间的一第二桥接部分，其中前侧支持部分适合用于与前侧关节替代部分啮合。
2.如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，前侧关节替代部分包括一凸起壁和前侧支持部分包括一凸起壁，并且其中凸起壁与凹入壁可滑动地啮合。
3.如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，前侧关节替代部分包括一第一连接结构和前侧支持部分包括一第二连接结构，而且其中第一连接结构附连于第二连接结构。
4.如权利要求3所述的人造脊柱关节，其特征在于，第一连接结构包括一狭槽和第二连接结构包括一凸片，而且其中凸片适合用于插入狭槽。
5.如权利要求3所述的人造脊柱关节，其特征在于，第一连接结构包括一有螺纹的凹入部分和第二连接结构包括一螺纹柱。
6.如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，前侧支持部分与前侧关节替代部可运动地啮合。
7.如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，第一桥接部分从前侧关节替代部分朝后和朝椎间盘空间外部延伸。
8.如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，前侧关节替代部分包括与一尾侧前部分啮合的一头侧前部分。
9.如权利要求8所述的人造脊柱关节，其特征在于，第一桥接部分包括从头侧前部分延伸的一头侧桥接部分。
10.如权利要求9所述的人造脊柱关节，其特征在于，头侧桥接部分包括适合于允许一神经元通过的一凹入部分。
11.如权利要求8所述的人造脊柱关节，其特征在于，第一桥接部分包括从尾侧前部分延伸的一尾侧桥接部分。
12.如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，第一后侧关节替代部分包括一头侧后部分，其中该头侧后部分包括一后侧插座，以及一尾侧后部分，其中该尾侧后部分包括一后侧铰接部分，其中该后侧铰接部分适合于与后侧插座铰接。
13.如权利要求12所述的人造脊柱关节，其特征在于，还包括一紧固件，其中后侧铰接部分包括一孔和该紧固件适合用于插入通过该孔进入上或下椎骨，并且其中该紧固件的至少一部分适合于与后侧插座铰接。
14.如权利要求13所述的人造脊柱关节，其特征在于，后侧插座包括一狭槽，其中该紧固件适合于与该狭槽铰接。
15.如权利要求13所述的人造脊柱关节，其特征在于，紧固件是一骨螺钉。
16.如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，还包括用于将人造脊柱关节连接于上椎骨或下椎骨的一骨紧固件。
17.如权利要求16所述的人造脊柱关节，其特征在于，后侧关节替代部分包括适合于接纳骨紧固件的一连接部分。
18.如权利要求17所述的人造脊柱关节，其特征在于，骨紧固件是一骨螺钉和该连接部分还适合于引导所接纳的骨螺钉蒂外连接下椎骨。
19.如权利要求17所述的人造脊柱关节，其特征在于，骨紧固件是一骨螺钉和连接部分还适合于引导所接纳的骨螺钉进入上椎骨的一大体圆柱形本体部分内。
20.如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，前侧关节替代部分包括与一前侧插座啮合的一曲面凸起。
21.如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，前侧关节替代部分的尺寸被确定为用于插入通过坎宾三角体。
22.如权利要求1所述的人造脊柱关节，其特征在于，第一桥接部分是一人造蒂的至少一部分。
23.用于在上椎骨和一下椎骨之间产生至少一部分连接的一人造脊柱关节，该关节包括延伸进入在上和下椎骨之间的一椎间盘空间内的一前侧关节替代部分；连接于前侧关节替代部分和从前侧关节替代部分朝后延伸超过椎间盘空间的一桥接部分；以及连接于该桥接部分的一后侧关节替代部分，其中后侧关节替代部分包括与后侧插座啮合的一后侧凸起，其中该桥接部分和后侧关节替代部分适合于被定位在上和下椎骨之间形成的一侧向居中的、前一后轴线的一侧上。
24.如权利要求23所述的人造脊柱关节，其特征在于，前侧关节替代部分形成一转动中心，以及其中沿着前-后轴线对该转动中心定位。
25.如权利要求23所述的人造脊柱关节，其特征在于，前侧关节替代部分形成一转动中心，以及其中该转动中心被定位到一侧。
26.用于在一上椎骨和一下椎骨之间产生至少一部分连接的一系统，该系统包括适合于在上和下椎骨之间的一椎间盘空间内铰接的一第一结构；适合用于在椎间盘的后侧铰接的一第二结构；用于在第一结构和第二结构之间连接的一第三结构；以及用于在椎间盘空间内支持第一结构的一第四结构。
全文摘要
用于在上椎骨和下椎骨之间产生至少一部分连接的人造脊柱关节包括铰接的关节替代组件。该铰接的关节替代组件包括延伸进入在上和下椎骨之间的椎间盘空间内的前侧关节替代部分、第一后侧关节替代部分、以及在前侧关节替代部分和第一后侧关节替代部分之间连接的一第一桥接部分。人造脊柱关节还包括支持关节替代组件。支持关节替代组件包括延伸进入在上和下椎骨之间的椎间盘空间内的前侧支持部分、第二后侧关节替代部分、以及在前侧支持部分和第二后侧关节替代部分之间连接的一第二桥接部分。前侧支持部分与铰接的关节替代部分啮合。
文档编号A61F2/44GK1917834SQ200580004829
公开日2007年2月21日 申请日期2005年1月10日 优先权日2004年1月9日
发明者M·M·彼特曼, S·D·豪杰斯, S·C·翰普瑞斯 申请人:Sdgi控股股份有限公司