脊椎棒及使用方法

专利名称：脊椎棒及使用方法
脊椎棒及使用方法
背景技术：
脊柱棒或脊椎棒(Spinal or vertebral rods)经常用于脊柱疾病的手术治疗，例 如椎间盘退行性疾病、椎间盘突出症、脊柱侧凸或其他曲度异常以及骨折。使 用不同类型的手术治疗。在某些情况下，脊柱融合术显示抑制椎体之间的相对 运动。在其他情况下，动态植入物用于保护椎体之间的运动。对于任一类型的 外科治疗，脊柱棒可连接至两个或两个以上椎体的外部，无论它是在椎骨的后 侧、前侧或旁侧。在其他实施方式中，脊柱棒被连接到椎骨而无需使用动态植 入或脊柱融合术。
脊柱棒可以提供稳定、刚性的柱，其在脊柱融合手术后促进骨融合。此外， 该棒可将应力重定向到较广的范围，远离被损坏或有缺陷的区域。并且，棒可 将脊柱恢复到其合适的排列(alignment)。在某些情况下，弹性棒可能是适当 的。弹性棒可提供优于刚性棒的一些优势，例如增加椎间构造的负荷、当骨移 植物愈合发生时降低向邻近脊椎构件的应力转移以及一般地用弹性来平衡强 度。
除了每一这些特征性特点，外科医生可能希望控制手术后的解剖学运动。 这就是说，外科医生可能希望抑制或限制一种类型的脊柱运动，同时允许在第 二个方向上较小或较大程度的运动。作为示例性的例子，外科医生可能希望抑 制或限制侧弯运动，同时允许较大程度的屈伸运动(flexion and extension)。然而， 传统的棒趋向于在性质上对称，并且可能不提供这种程度的控制。
发明概述
本发明涉及脊椎棒，其支持一个或多个脊椎构件(vertebral member)。该棒 可包括改变结构特征的一个或更多个凹口(notch)。该棒提供在第一和第二平面 中的脊椎运动，并防止或抑制第三平面中的脊椎运动。填充材料可定位在凹口 内，用以当棒在脊椎运动过程中弯曲时支撑该棒。在一个实施方式中，该棒在限制或阻止侧弯的同时，提供进行屈曲、伸展和旋转运动。 附图简述


图1是根据一个实施方式的装置的透视图。
图2是根据一个实施方式连接至侧凸脊柱的装置的示意性冠状图。
图3是沿图1的III-III线所取的截面图。
图4是根据一个实施方式的装置的截面图。
图5是根据一个实施方式的装置的侧视图。
图6是根据一个实施方式的装置的透视图。
图7是根据一个实施方式的装置的截面图。
图8是根据一个实施方式的装置的透视图。
图9是根据一个实施方式的装置的透视图。
图10是根据一个实施方式的装置的侧视图。
图ll是根据一个实施方式的装置的透视图。
发明详述
本申请涉及脊椎棒，其被构造为，在第一和第二平面中进行脊椎运动，并 防止或抑制在第三平面中进行脊椎运动。图1说明装置10的一个实施方式， 装置10包括棒20，棒20的尺寸被制成沿一个或更多个椎体构件伸展。 一个或 更多个凹口 30定位在棒20内。凹口 30改变棒20的结构特征以提供脊椎构件 的特殊运动。填充材料40定位在凹口 30内，以当棒20在脊椎运动过程中弯 曲时支撑棒20。
图2说明患者的脊柱，其包括胸部区域(thoracic region) T、腰部区域(the lumbar region) L和骶骨(the sacrum) S的脊椎构件100。该脊柱具有侧弯， 弯曲顶点偏离其冠状面中的正确排列(alignment)脊柱被侧向变形以至脊椎构 件100的轴从穿过患者的中心线的矢状面移位。使用一个或更多个紧固件 (fasteners) 101将装置10连接至脊椎构件100。装置10允许在两个平面上屈 曲、伸展以及轴向旋转，同时限制在第三平面上的侧弯。这些对运动的约束在 控制侧凸变形的同时，维持脊柱后凸、脊柱前凸和冠状平衡。回到图l，棒20包括带有第一和第二末端23、 24的伸长的形状。当不处 于任何外力的影响下时，棒20可基本上是直的或可被弯曲。棒20可包括多种 截面形状，其包括但不限于如图l和3所示的基本上圆形、椭圆形、如图6所 示的基本上矩形或例如图7所示的组合。棒20可以是沿全长实心的，或者沿 部分长度或全长是空心的。
棒20可进一步包括如图所示4的一个或更多个支撑构件25。支撑构件 25是定位在棒20内的伸长构件，用于进一步加强和支撑。图4说明了一个实 施方式，其具有沿长度轴向间隔的支撑构件25。在图7所示另一个实施方式中， 多个支撑构件25以重叠排列定位。支撑构件25可以由各种材料构建，并且可 包括各种长度和截面形状。在具有多个支撑构件25的实施方式中，构件25可 以由相同或不同的材料构建。
一个或更多个凹口30延伸至棒20中。凹口30可包括如图5所示的对称 形状。凹口 30也可以如图8所示是不对称的，其在不同部分具有不同的深度 和表面构造。在图8的实施方式中，凹口 30包括具有第一深度的第一部分31、 具有不同的第二深度的第二部分32以及具有再一个不同深度的中间部分33。
在某些实施方式中，凹口 30定位于棒20的外部，如图1、 5和8所示。 外部凹口 30不由棒20限制在对侧。凹口30也可延伸穿过棒20的内部，如图 6、 9和10所示。内部凹口 30延伸穿过棒20的内部并由棒20限制在对侧。
在如图8所示的一个实施方式中，单个凹口 30延伸至棒20中。在其他 实施方式中，多个凹口 30延伸至棒20中。在如1图所示的一个实施方式中， 凹口 30从多个侧部延伸至棒20中。在如图1和5所示的一个具体实施方式
中， 凹口 30从相对侧向内延伸。在如图所示10的另一个实施方式中，凹口 30以 交错模式定位以使凹口 30沿长度没有重叠。在还另一个实施方式中，多个凹 口 30以在凹口 30之间具有一些重叠来定位。其它组合是可能的，包括，例如 这样的实施方式具有包括一些凹口 30重叠的长度部分，而其它长度部分不 带有凹口 30的重叠。图11说明另一个实施方式，其具有多个凹口 30，每个凹 口从棒20的基本上相同侧延伸。
棒20可以由各种外科手术级材料构建。这些包括金属，例如不锈钢、钴-铬、钛以及形状记忆合金。非金属棒——其包括由例如PEEK和UHMWPE材料制成的聚合物棒，也是可预期的。
棒20与凹口 30的结构特征在一个或多个方向上提供脊椎弯曲，并且在另 一个方向阻止或限制弯曲。使用图2的例子，在矢状面内提供运动，并且在冠 状面内阻止或限制运动。结构特征可以取决于几个因素，包括棒20的材料选 择和截面形状。抗弯刚度由如下方程给定
抗弯刚度-ExI (1)
抗弯刚度是弯曲刚度的度量值，其中E是棒材料的弹性模量或杨氏模量 (Young's Modulus)并且I是棒截面绕弯曲轴的转动惯量。弹性模量随材料变 化，并反映材料的应力和应变之间的关系。作为说明性的例子，钛合金通常具 有约100-120GPa之间范围的弹性模量。相比之下，可植入级聚醚醚酮 (polyetheretherketone， PEEK)具有约3-4 GPa之间范围的弹性模量，顺便提 及，该弹性模量接近骨密质的弹性模量。
通常，物体的转动惯量取决于其形状和在该形状内的质量分布。材料远离 物体质心(C)的密度(concentration)越大，转动惯量越大。对假定材料在截 面上均匀的形状而言，质心C可以是质量的中心。图3说明了图1棒20的缺 口区域的截面。由于截面区域在x轴方向上的宽度大于在y轴方向上的宽度， 因此得出的结论是，在x轴上的转动惯量L大于在y轴上的转动惯量Iy。这意 味着与y轴相比，在x轴上弯曲存在更大的阻力。即，装置10绕x轴弯曲(上 下，如图3所示)比它绕y轴弯曲(左右)会更容易。再次使用图2的实施方 式，棒20可定位成，x轴与冠状面基本平行，以防止侧弯并允许屈伸运动。外 科医生也可选择安装棒10a,其x和y轴以与对准患者的矢状面及冠状面不同 的角度定向。
在凹口30区域的外部，图3的棒20是基本对称的，并且因此不包含在一 个或更多个平面上促进弯曲并在另一个平面上防止或消除弯曲的结构特征。因 此，凹口 30的定位、形状和尺寸产生控制弯曲的结构特征。在其它实施方式 中，结构特征由棒的形状和凹口30的组合形成。
图6说明了具有基本上矩形截面的棒20。长轴沿x轴延伸并且短轴沿y 轴延伸。这种形状导致x轴上的转动惯量L大于y轴上的转动惯量Iy。这导致 与y轴相比，在x轴上对弯曲有更大阻力。延伸穿过棒20的内部凹口 30延伸减小了 x轴上对弯曲的阻力。这可促进弯曲棒20以在起始放置至患者的过程 中符合脊柱曲度。
另一种影响弯曲能力的方式是在棒20内放置一个或更多个支撑构件25。 构件25的抗弯刚度——由构件截面的弹性模量和转动惯量决定——可用于进 一步调整装置10的整体结构特征。
具有各种弯曲刚度的脊椎棒的一个例子在2006年1月27日提交的美国专 利申请系列号11/342,195中公开，其名称为"具有绕不同轴的不同抗弯刚度的 脊柱棒及使用方法(Spinal Rods Having Different Flexural Rigidities about Different Axes and Methods of Use)"，其通过引用并入本文。
填充材料40定位在凹口 30内，以加强棒20和/或提供耐久性。填充材料 40包含小于棒20的弹性模量或杨氏模量。因此，具有填充材料40的棒20的 强度和耐久性小于非凹口棒20。填充材料40可包括各种不同物质，包括但不
限于碳纤维、聚碳酸酯、硅氧烷、聚醚醚酮以及它们的组合。
不同量的填充材料40可定位在凹口 30内。在如图1和5所示的实施方式 中，填充材料40基本上填充了凹口 30。在如图4和IO所示的另一个实施方式 中，填充材料40填充少于全部凹口 30。在还有其他的实施方式中，填充材料 40填充凹口 30和从其向外延伸，如图所示ll。多个凹口实施方式还可包含填 充材料40的数量在各种凹口 30内的变化。在某些多个凹口实施方式中，凹口 中的一个或多个可以不包含填充材料40。
在一个实施方式中，脊椎在第一方向的运动过程中，椎体(the body) 20 弯曲并且一个或多个凹口 30变形和尺寸减小。这种变形还导致这些凹口 30 内的填充材料变形。
该装置和方法可用于治疗冠状面的脊柱畸形，例如图2所示的侧弯脊柱。 该装置和方法也可用于治疗矢状面的畸形，例如后凸脊柱或休门氏后凸 (Scheurmann's kyphosis)。该装置也可用于为受损的脊椎构件IOO和由于各种 原因已损坏的椎间盘提供支撑，所述原因包括特定事件，例如创伤、退行性疾 病、肿瘤或感染。
在一个实施方式中，装置10以经皮方式插入至患者。装置10可以变形至 反映脊柱曲度的形状。 一个实施方式包括从前路途径到达颈椎来进入脊柱。其它应用考虑其他途径，包括后路、后外侧、前外侧和侧路途径到脊柱，并进入 脊柱的其它区域，包括脊柱的颈椎、胸椎、腰椎和/或骶椎部部分。
空间相对术语例如"下"、"以下"、"低于"、"之上"、"上部"等 等，是用来便于说明，以解释一个构件(要素)相对于第二构件的定位。除了与 附图中描述不同的方向之外，这些术语还意图包含装置的不同方向。此外，术 语如"第一"、"第二"等也用来描述各种构件、区域、部分等等，并且也不 意图是限制性的。类似术语是指整个说明书中的类似构件。
如本文使用，术语"具有"、"含有"、"包含"、"包括"和类似术语是开放 式术语，其表示存在所述构件或特征，但不排除另外的构件或特征。冠词"一"、
"一"和"其"("a", "an" and "the")意图包括复数以及单数，除非上下文 另有明确指出。
本发明可用除本文提及的其它具体方式来实现，这不偏离本发明的范围和 基本特征。因此，本实施方式在所有方面被考虑为是示例性的而不是限制性的， 并且，落入所附权利要求含义和等价范围的所有变化意图包含于本文中。
权利要求
1.脊椎棒，其包括由第一材料构建的伸长的主体；沿所述主体间隔的多个凹口，所述多个凹口引起所述主体在第一和第二平面内弯曲并且基本上防止在第三平面内弯曲；和定位于每一所述多个凹口内的填充材料，所述填充材料不同于所述第一材料。
2. 权利要求1所述的棒，其中所述主体进一步包括非凹口部分，所述非凹口部分包括对称截面形状。
3. 权利要求1所述的棒，其中所述主体进一步包括非凹口部分，所述非凹 口部分包括非对称截面形状。
4. 权利要求1所述的棒，其进一步包括至少一个在所述主体内延伸的支撑 构件，所述至少一个支撑构件由不同于所述主体和所述填充材料的第三材料构 建。
5. 权利要求l所述的棒，其中所述多个凹口以重叠排列定位。
6. 权利要求l所述的棒，其中所述多个凹口定位在所述主体的同侧。
7. 权利要求1所述的棒，其中所述填充材料从所述多个凹口中的至少一个 凹口向外延伸。
8. 权利要求1所述的棒，其中至少一个所述凹口是延伸穿过所述主体的内 部凹口。
9. 脊椎棒，其包括由第一材料构建的伸长的主体； 延伸入所述主体中的凹口；和 定位在所述凹口内的填充材料；所述主体、凹口和填充材料引起用于在第一方向上弯曲的第一抗弯 刚度和基本上防止在第二方向上弯曲的第二抗弯刚度。
10. 权利要求9所述的棒，其中所述主体和所述填充材料的弹性模量不同。
11. 权利要求9所述的棒，其中所述凹口包括不同部分，所述不同部分各 自包括不同深度。
12. 权利要求9所述的棒，其中所述第一和第二方向分开约90。。
13. 脊椎棒，其包括由第一材料构建的伸长的主体； 延伸入所述主体中的凹口；和定位于所述多个凹口的每个中的填充材料，所述填充材料不同于所 述第一材料；所述主体包括远离所述凹口的第一截面形状和在所述凹口处的第二 截面形状，所述形状引起所述主体在第一和第二平面内弯曲和基本上防止在第 三平面内弯曲。
14. 脊椎棒，其包括由第一材料构建的伸长的主体；凹口，其延伸入所述主体中并引起所述主体在第一和第二平面内弯 曲和基本上防止在第三平面内弯曲；和定位在所述凹口内的填充材料，所述填充材料不同于所述第一材料， 以在所述第一和第二平面内弯曲的过程中加强所述主体。
15. 权利要求14所述的棒，其中所述主体包括远离所述凹口的对称形状和 在所述凹口处的不对称形状。
16. 权利要求15所述的棒，其中所述主体包括基本上圆形的截面形状。
17. 权利要求14所述的棒，其中所述主体包括基本上矩形的截面形状。
18. 权利要求14所述的棒，其进一步包括支撑构件，所述支撑构件在所述 主体内延伸以加强所述主体，所述支撑构件由不同于所述主体和所述填充材料的材料构建。
19. 权利要求14所述的棒，其进一步包括延伸入所述主体中的第二凹口， 所述第二凹口与所述凹口间隔开来。
20. 权利要求14所述的棒，其中所述填充材料从所述凹口向外延伸。
21. 脊椎棒，其包括由第一材料构建的伸长的主体；第一凹口和第二凹口 ，其各自延伸入所述主体中并引起所述主体在 第一和第二平面内弯曲和基本上防止在第三平面内弯曲；定位在所述第一和第二凹口内的填充材料，所述填充材料不同于所 述第一材料，以在所述第一和第二平面内弯曲的过程中加强所述主体；和支撑构件，其沿所述主体延伸以支撑所述主体，所述支撑构件由不同于述所述主体和所述填充材料的材料构建。
22. 权利要求21所述的棒，其中所述支撑构件以与所述第一和第二凹口之一 以及所述填充材料重叠排列的方式定位。
全文摘要
本发明涉及脊椎棒，其被构建用于在第一和第二平面中的脊椎运动，并且防止或抑制在第三平面中的脊椎运动。所述脊椎棒可包括一个或更多个凹口。所述凹口改变棒的截面形状并且由此改变结构特征。所述凹口可被制成，其形状、大小和位置促进在第一和第二平面中的脊椎运动，并且防止或抑制在第三平面中的运动。填充材料可以定位在凹口内以加强棒和/或提供耐久性。
文档编号A61B17/70GK101528142SQ200780040120
公开日2009年9月9日 申请日期2007年10月16日 优先权日2006年10月30日
发明者L·T·麦克布莱德 申请人:华沙整形外科股份有限公司